4.4 Каскод
Если характеризовать усилительные свойства транзисторов, то можно сказать, что они превосходят усилительные параметры электронных ламп (по крутизне). Однако транзисторы имеют и значительную внутреннюю обратную связь. Напомню, что внутренняя обратная связь влияет не только на параметры в области средних частот (RВХ, КU), но и на их частотную зависимость. В результате внутренняя обратная связь приводит к существенным фазовым сдвигам и вызывает неустойчивую работу усилителя (возбуждение). Поэтому разработчики аппаратуры стали искать методы борьбы с внутренней обратной связью. Оказалось, что использование двухтранзисторных усилительных элементов позволяет уменьшить внутреннюю обратную связь при такой же или большей крутизне. Примером такой схемы является каскадное включение схем ОЭ – ОБ или так называемый каскод. Это «классический» каскод. В настоящее время в литературе встречаются под именем каскода и другие связки транзисторных каскадов.
Существуют последовательное и параллельное включение транзисторов по отношению к источнику питания, т.е. последовательный и параллельный каскод.
Рассмотрим параллельный каскод ОЭ – ОБ
Рис.4.1. Параллельный каскод
В
эмиттерной цепи Т2
можно не ставить резистивный делитель,
а оставить нижний по схеме резистор,
тогда на постоянном токе UЭ=0
и для работы транзистора потенциал базы
мы поднимаем
делителем
и
,
обеспечивая прямое смещение эмиттерного
перехода.
Так
как эмиттер Т2
не подключен по постоянному току к
источнику, то на его базу подается
смещение от делителя
.
По переменному току база Т2
заземлена через СБЛ.
и
-
схема стабилизации режима Т1
.
Чаще используется последовательный каскод.
Рис.4.2. Последовательный каскод
Возможно и такое включение.
Рис.4.3
Здесь рабочая точка Т1 и Т2 задана общим делителем.
Найдем
усилительные параметры схемы (рис.4.2).
Пусть Ки = Uн/Uвх.
Для простоты считаем r*K1
=
r*K2=
.
Базовые делители в работе не участвуют,
транзисторы одного типа. Из схемы видно,
что Iк1=Iэ2.
Uвх = Iб1[rб + (1+ )rэ] = Iб1*Rвх
Uвых = Iк2(Rк//Rн) = Iб1(Rк//Rн).
Здесь Iк2 = Iэ2 = Iк1 = Iб .
.
Знак (-) показывает, что входной сигнал проинвертирован схемой ОЭ.
Для реального генератора (Rг отлично от нуля)
Ки = Uвых/Ег,
Ег = Iвх(Rг + Rвх) = Iб1(Rг + Rвх),
.
Входное сопротивление каскада равно RВХ схемы ОЭ. Выходное сопротивление равно RК, (как в схеме с ОБ).
Достоинством транзисторной каскадной схемы является практически полная независимость ее входного сопротивления от сопротивления нагрузки: изменение в 100-1000 раз меньше, чем в схеме ОЭ. Это свойство позволяет использовать каскод в многокаскадных резонансных усилителях.
В многокаскадных усилителях частотные свойства определяются каскадом с наихудшими параметрами. В каскоде это схема ОЭ.
Входное сопротивление схемы ОЭ имеет емкостной характер и зависит от нагрузки. Наличие схемы ОБ с индуктивным характером входного сопротивления (нагрузка схемы ОЭ) уменьшает эквивалентную емкость входного каскада, частично нейтрализует ее. В целом получается увеличение по сравнению со схемой ОЭ граничной частоты и площади усиления.
Для получения большой величины выходного сигнала Т2 берут с высоким рабочим напряжениями (UКБ). Этот транзистор может иметь небольшую граничную частоту коэффициента передачи (f). Т1, определяющий частотные свойства каскода выбирают с высокой граничной частотой коэффициента передачи . Такие транзисторы имеют обычно малые напряжения Uкэ. Напряжение питания при этом не делят поровну, как у одинаковых транзисторов.
Каскодные схемы используют в узкополосных резонансных усилителях (УПЧ, УВЧ, смесители и т.д.) и в импульсной технике. Для коррекции каскода используют обычно эмиттерную RC или индуктивную ВЧ-коррекции.
По своим свойствам каскод как целое можно считать транзисторным аналогом вакуумных тетродов и пентодов