Схемотехника аналоговых электронных устройств

сопротивление БТ со стороны базы приблизительно равно 1/g, а влиянием R₁₂ можно пренебречь, обычно R₁₂ >> 1/g.

2.8. Усилительный каскад на биполярном транзисторе с ОК

Схема каскада с ОК с эмиттерной схемой термостабилизацией приведена на рисунке 2.26.

Рисунок 2.26. Усилительный каскад с ОК

Схема для частот сигнала изображена на рисунке 2.27.

Рисунок 2.27. Схема каскада с ОК для частот сигнаа

Каскад с ОК называют еще "повторителем напряжения" или "эмиттерным повторителем", т.к. коэффициент передачи по напряжению этого каскада меньше единицы, что вытекает из его дальнейшего анализа.

При подаче на базу положительной полуволны входного синусоидального сигнала будет увеличиваться ток коллектора и, следовательно, ток эмиттера. В результате падение напряжения на Rэ увеличится, т.е. произойдет формирование положительной полуволны выходного напряжения. Таким образом, каскад с ОК не инвертирует входной сигнал.

Напряжение сигнала, приложенное к эмиттерному переходу, является разностью между U_вх и U_вых. Чем больше и U_вых (при заданном U_вх), тем меньше окажется напряжение, приложенное к эмиттерному переходу, что будет приводить к уменьшению тока эмиттера и, соответственно, к уменьшению U_вых, т.е. в каскаде с ОК проявляется действие ООС, причем 100%-ной.

Анализ работы усилительного каскада с ОК по входным и выходным динамическим характеристикам проводится как для ОЭ (см. раздел 2.5).

 Для расчета параметров каскада с ОК по переменному току используем методику раздела 2.3, а БТ представлять моделью предложенной в разделе 2.4.1.

 Представим каскад с ОК схемами для областей СЧ, ВЧ и НЧ (рисунок 2.28 а,б,в):

Рисунок 2.29. Схемы каскада с ОК для СЧ, ВЧ и НЧ

Проведя анализ, получим для области СЧ:

где R_экв = R_э ∥ R_н, F = 1 + S₀R_экв — глубина ООС;

R_вх = R₁₂ ∥ R_{вх T},

где R_{вх T} — входное сопротивление собственно транзистора,

R_{вх T} = r_б + (1 + H_21э)·(r_э + Δ_r + R_экв);

R_вых = R₁₂ ∥ R_{вых T},

где R_{вых T} — выходное сопротивление собственно транзистора,

т.к. S₀>>g и при работе каскада от низкоомного источника сигнала (при этом R_б=R₁₂∥R_г) второе слагаемое оказывается существенно меньше первого. В целом

R_вых ≈ 1/S₀,

потому, что, как правило, R_э >> 1/S₀.

В области ВЧполучим:

где τ_вОК — постоянная времени каскада в области ВЧ, τ_вОК =(τ+C_нR_экв)/F; τ — постоянная времени БТ.

Y_вх ≈ 1/R₁₂ + (1/R_вхT + jωC_{вх дин}),

где C_{вх дин}=C_к+C_н/(H_21э+1), т.е. каскад с ОК имеет входную динамическую емкость меньшую, чем каскад с ОЭ;

т.е. модуль выходной проводимости уменьшается с ростом частоты, что позволяет сделать вывод об индуктивном характере выходной проводимости каскада с ОК на ВЧ. Количественно индуктивную составляющую выходного импеданса можно оценить следующим образом:

L_выхОК = r_б/2πf_Tm

где m=(1,2…1,6).

Выражения для относительного коэффициента передачи Y_в и коэффициента частотных искажений M_в и соотношения для построения АЧХ и ФЧХ каскада с ОК аналогичны приведенным в разделе 2.5 для каскада с ОЭ.

 В области НЧполучим:

K_н = K₀/(1 + 1/jωτ_н),

где τ_н — постоянная времени разделительной цепи в области НЧ. далее все так же, как для каскада с ОЭ.

Характеристики БТ при различных схемах включения приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Характеристики БТ при различных схемах включения

Параметр	Схема
	ОЭ	ОБ	ОК
Rвх	Сотни Ом	Единицы, десятки Ом	Единицы кОм
Rвых	Единицы кОм	Единицы кОм	Единицы, десятки Ом
KU	>>1	>>1	<1
KI	>>1	<1	>>1
KP	KI·KU	≈ KU	≈ KI

2.9. Усилительный каскад на полевом транзисторе с ОИ

Среди усилительных каскадов, выполненных на полевых транзисторах, наиболее широкое применение получил каскад, в котором ПТ включен по схеме с общим истоком. На рисунке 2.29 приведена принципиальная схема наиболее распространенного варианта каскада с ОИ с цепью автосмещения, служащей для обеспечения режима работы ПТ по постоянному току.

Если БТ разделяется на два типа — p-n-p и n-p-n, отличающиеся противоположными полярностями питающих напряжений, то разновидностей ПТ существует, по меньшей мере, шесть. Рассмотрим схему рисунка 2.29, где изображен ПТ с p-n переходом и n-каналом. Анализ каскадов на других типах ПТ будет отличаться лишь в незначительных деталях.

Рисунок 2.29. Усилительный каскад с ОИ

Выходные статические вольтамперные характеристики (ВАХ) ПТ представлены на рисунке 2.30. В отличие от БТ, у ВАХ ПТ имеется значительная область управляемого сопротивления, в которой возможно использование ПТ в качестве электронного управляемого резистора. В качестве усилительного элемента ПТ используется в области усиления.

Рисунок 2.30. Выходные статические характеристики ПТ

В отсутствие входного сигнала каскад работает в режиме покоя. С помощью резистора R_и задается напряжение смещения U₀=I_с0·R_и, которое определяет ток покоя стока I_с0.