3.4.2 Каскад с общим истоком

Каскад ОС называют также истоковым повторителем.

Рис.3.9

Истоковый повторитель

По постоянному току аналогично с ОИ.

Нагрузка на постоянном токе R_и, на переменном токе

.

. - входное сопротивление транзистора.

=10⁹ - 10¹³ Ом, следовательно

.

Коэффициент передачи по напряжению

.

. , т.к. I₃=0.

.

Входное напряжение

.

.

Здесь считаем(?), что .

Если нагрузкой является каскад на биполярном транзисторе, то R_н>>R_и и тогда

.

Выходное сопротивление

.

Из , U_вых=K_u·U_вх.

, т.к. .

Подставим K_u:

, т.к. обычно >>1, то

Вопросы и задания для самопроверки к главе III

1. По аналогии с каскадом ОЭ проведите расчет эмиттерного повторителя (ЭП) на постоянном токе.

2. Для области средних частот выведите формулы основных усилительных параметров ЭП.

3. Что Вы можете сказать о частотных свойствах повторителя?

4. Выведите формулы для задания рабочей точки транзистора в схеме усилителя с эмиттерным входом.

5. Нарисуйте эквивалентную схему усилительного каскада с эмиттерным входом и выведите формулы основных усилительных параметров.

6. Что Вы можете сказать о внутренней обратной связи по току транзистора ОБ и ее влиянии на свойства каскада?

7. Как влияет дифференциальное сопротивление коллекторного перехода на усилительные параметры?

8. Сравните частотные свойства каскадов по схемам ОЭ, ОК, ОБ.

9. Нарисуйте принципиальную схему усилительного каскада на униполярном транзисторе с управляющим переходом и каналом n-типа при включении его по схеме с общим истоком (ОИ).

10. Получите формулы для расчета каскада (п.9) на постоянном токе.

11. Нарисуйте принципиальную электрическую схему каскада с общим истоком. Рассчитайте ее на постоянном токе.

12. Построив эквивалентную схему истокового повторителя для области средних частот, выведите основные усилительные параметры.

13. Охарактеризуйте требования, предъявляемые к фазоинверсному каскаду.

14. Дайте сравнительную характеристику каскадов на униполярных и биполярных транзисторах.

Глава IV двухтранзисторные усилительные

КАСКАДЫ

4.1 Составной транзистор

Простое включение транзистора по схеме ОЭ, ОБ или ОК не всегда удовлетворяет разработчиков аппаратуры по каким-либо параметрам. Поэтому стали соединять транзисторы между собой без дополнительных пассивных элементов (резисторов, реактивных элементов). Простейшие соединения – это включение двух транзисторов по одной схеме: ОК-ОК, ОЭ-ОЭ, ОБ-ОБ. Такие схемы называют составными транзисторами или схемами Дарлингтона.

Последующие разработки – это соединение транзисторов по разным схемам: ОЭ-ОБ, ОЭ-ОК, ОБ-ОК, ОБ-ОЭ, ОК-ОЭ, ОК-ОБ. Такие схемы называются каскодами. Практикуют как последовательное, так и параллельное включение транзисторов в каскод относительно источника питания.

Часто в схемах используют параллельное включение двух и более транзисторов или так называемый «параллельный» транзистор. Обычно «параллельный» транзистор используют для увеличения входной мощности.

В микроэлектронике получило широкое распространение соединение транзисторов с разной проводимостью. Их называют композитными транзисторами. Пример композитного транзистора:

Мы рассмотрим схему Дарлингтона, составной транзистор по схеме ОЭ.

Пусть меняется ток базы dI_б. Ясно, что dI_б= dI_б1. Изменение тока базы вызовет изменение тока I_э, т.е. dI_э1 причем dI_э1=dI_б2.

По закону Кирхгофа для транзистора I_э=I_б+I_к. Из формулы считая, что второй и третий члены малы получим I_к=βI_б. Подставим в ток эмиттера

I_э=I_б+βI_б=I_б(1+β).

Для нашего случая:

dI_э1=(1+β₁)dI_б1=dI_б2

dI_к=dI_к1+dI_к2=β₁dI_б1+β₂dI_б2=β₁dI_б1+ β₂(1+β₁)dI_б1

или .

Пример: .

Возвращаясь к схеме видим, что I_э1=I_б1. Выходной ток одного транзистора является входным током другого, т.е. транзисторы работают в разных режимах. Второй транзистор должен быть более мощным, чем первый. Если же они одинаковы, то для нормальной работы второго транзистора необходимо, чтобы первый транзистор работал в микрорежиме.

Сопротивление базы составного транзистора можно считать равным r_б1, т.е.

Сопротивление эмиттерного перехода найдем из выражения для

- входное сопротивление при коротком замыкании на выходе.

Из теории транзисторов . Отсюда, приписав знак Σ:

Остается определить для составного транзистора. Из эквивалентной схемы входное сопротивление при коротком замыкании найдем исходя из U_б

Вспомним, что

а

.

Мы видим, что первый и третий члены одинаковы и имеем право записать:

Пример. I_б=20 мкА, , =150 Ом.

Т.е. - мало. Найдем

Воспользуемся параметром

,

Известно, что для схемы ОЭ

или .

Из эквивалентной схемы составного транзистора I_к складывается из четырех токов (не считая ): из токов через и и токов генераторов.

Выразим токи через напряжения и сопротивления, причем будем пренебрегать , т.к. оно включено последовательно с большим и .

Тогда все напряжение U_к приложено к двум параллельным цепям:

Первая -

Вторая -

Т.е. мы можем записать

Т.к. у нас две параллельные ветки, то напряжения в этих цепях одинаковы, а токи разные, а именно I_э1 и I_э2, причем I_э2= I_б2(1+β₂)= I_э1(1+β₂), т.е.

I_э2 в (1+β₂) раза больше I_э1,а резисторы наоборот должны иметь обратное соотношение во второй цепи резисторы в (1+β₂) раза должны быть меньше, или

тогда

т.к. обычно β₁=β₂. То же, но через

Обратный ток составного транзистора.

Он складывается из трех токов

(*)

Действительно,

.

является входным током второго транзистора и следовательно он усиливается вторым транзистором в β₂ раз.

Из формулы следует, что если транзисторы однотипны, то второе слагаемое в (*) больше, если второй транзистор более мощный, то сравним со вторым членом.

Зависимость от температуры.

подчиняется общим законам, т.е. необходимо помнить температуру удвоения T* (10°С). Однако, из-за второго члена в целом оказывается большим. Для уменьшения влияния используют кремниевые транзисторы. Иногда применяют схемные решения, например:

Однако, в последнем случае уменьшается усиление составного транзистора. Но все же резистор ставят, для облегчения режима работы второго транзистора, если они однотипные.

Достоинства – уменьшение за счет второго члена, облегчается режим работы второго транзистора.

Частотные свойства составного транзистора в равной степени определяются обоими транзисторами. Если граничная частота коэффициента усиления второго меньше, чем первого, то граничная частота составного транзистора определяется меньшей граничной частотой.

Число транзисторов в схеме Дарлингтона может быть больше двух.

Составной транзистор нашел очень широкое применение: стабилизаторы напряжения и тока, повторители, безтрансформаторные усилительные каскады (усилители мощности), интегральные схемы (операционные усилители) и т.д.