4.5 Фазоинверсный каскад на эмиттерной связке

Рис.4.4. Фазоинверсный каскад

В схему эмиттерной связки добавляется резистор Rк1 и выход через конденсатор (вых.1).

По первому выходу получается усилительный каскад по схеме ОЭ, по второму выходу – эмиттерная связка. Так как каскад ОЭ инвертирует фазу входного сигнала, а связка не инвертирует, получаем на выходе два противофазных сигнала.

Достоинства схемы во-первых в том, что каскад не просто выдает противофазные сигналы как фазоинвертор на одном транзисторе, но и усиливает входной сигнал. Во-вторых получается более близкое входное сопротивление каналов.

Предлагаем читателю самостоятельно найти основные усилительные параметры фазоинвертора и определить условия получения равенства коэффициентов усиления каналов.

Вопросы и задания для самопроверки к главе IV

1. Нарисуйте принципиальную и эквивалентную схемы составного транзистора ОЭ–ОЭ.

2. Дайте характеристику (достоинства и недостатки) параметров схемы Дарлингтона.

3. Попробуйте вывести коэффициент передачи по току составного транзистора ОЭ–ОБ.

4. Назовите принципиальные возможности улучшения параметров эмиттерного повторителя. Проиллюстрируйте это на примерах.

5. Нарисуйте эквивалентную схему для области средних частот эмиттерной связки.

6. Выведите усилительные параметры связки для области средних частот.

7. В чем достоинства и недостатки эмиттерной связки?

8. Дайте характеристику каскодного усилителя.

9. Выведите усилительные параметры каскода для области средних частот.

10. Охарактеризуйте фазоинверсный каскад, построенный по двухтранзисторной схеме.

Глава V усилители постоянного тока

5.1 Общие сведения

Усилители, способные усиливать сигнал, меняющийся сколько угодно медленно во времени, называются усилителями постоянного тока (УПТ).

По принципу действия УПТ можно разделить на УПТ прямого усиления и УПТ с преобразованием частоты сигнала.

Рассмотрим сначала первый тип усилителей. В связи с тем, что УПТ должен усиливать как переменные, так и постоянные составляющие сигнала, связь между каскадами может быть только непосредственная или гальваническая. Применение реактивных элементов исключается.

В качестве примера рассмотрим трехкаскадный УПТ на транзисторах по схеме ОЭ. Для простоты считаем, что транзисторы однотипные, т.е. работают в одинаковом режиме.

Рис.5.1. Трехкаскадный усилитель постоянного тока

Резисторы в цепях эмиттеров стабилизируют рабочую точку каскадов, выполняют роль элементов цепи отрицательной обратной связи по сигналу, т.е. уменьшают усиление каскада, но увеличивают R_ВХ и динамический диапазон усиливаемых сигналов. Одновременно они обеспечивают необходимую разность потенциалов БЭ транзисторов для работы их в активном режиме. Наличие резисторов обязательно, т.к., например, на базу Т₂ подается постоянный потенциал (даже в отсутствие сигнала) с коллектора Т₁. Следовательно, чтобы потенциал БЭ Т₂ был равен для Si – транзисторов, например, 0,65В, необходимо поднять потенциал эмиттера Т₂ почти до уровня потенциала коллектора Т₁, что можно сделать лишь увеличивая R_Э2 по сравнению с R_Э1. Делитель в цепи базы можно у Т₂ и Т₃ не ставить, он необходим лишь на входе.

Следует отметить, что многокаскадные усилители данного типа не имеют смысла. Вспомним К_U схемы ОЭ, когда в цепи эмиттера стоит незашунтированный резистор. Для больших R_Э, т.е. когда R_Э  r_Э :

K_U=

Увеличивая R_Э2 и уменьшая R_К2 мы получаем, что К_U2  К_U1, а К_U3  К_U2 и т.д., т.е. в итоге K_U<1.

Устранить обратную связь по сигналу переменного тока и поднять усиление в каскадах можно, используя вместо резисторов R_Э стабилитроны с соответствующим напряжением стабилизации.

-Ек

Рис.5.2. Схема сдвига постоянного уровня на стабилитроне

Такое решение обеспечивает К_U2  К_U1, К_U3  К_U2 и т.д., но все равно в итоге будет K_U<1, т.к. уменьшится R_K.

Возможно и такое компромиссное решение, более гибкое.

-Ек

Рис.5.3. Комбинированная схема сдвига

R_Д обеспечивает режим стабилизации диода, а R_Э расширяет возможности, дополняет U_СТ до необходимого потенциала эмиттера. Одновременно резистор обеспечивает динамический диапазон и входное сопротивление каскада. При этом не надо забывать, что режимный ток Т должен соответствовать току диода в режиме стабилизации при максимальном сигнале на входе. Что касается усилителей мощности, то сказанное выше к ним не относится из-за того, что в каждом последующем каскаде ставится более мощный транзистор, чем в предыдущем и с совершенно другими рабочими напряжениями. Возможны и другие варианты УПТ.

-Ек

Рассмотрим один каскад УПТ.

Рис.5.4. Однокаскадный УПТ

Здесь не показана базовая цепь обеспечения режима транзистора (для простоты). Из схемы видно, что у каскада с генератором и нагрузкой непосредственная связь. Значит ток базы Т (режимный) протекает через генератор и влияет на его работу. Составляющая коллекторного тока в режиме покоя попадает в цепь нагрузки, и даже в отсутствие сигнала на входе, мы имеем постоянный уровень на выходе.

У

-Ек

странить эти явления можно следующим образом – включить в цепь нагрузки и генератора компенсирующие ЭДС Е_Н и Е_Б с полярностью, указанной на схеме (для p-n-p транзистора).

Рис.5.5. Варианты компенсации постоянного уровня на входе и выходе УПТ

Е_Б обеспечивает необходимый режим транзистора. Практически реализовать вспомогательные генераторы можно с помощью резистивных делителей или делителей резистор – стабилитрон . Из-за того, что стабилитрон на переменном токе имеет малое сопротивление в режиме стабилизации, генератор Е_Г оказывается заземленным. В случае резисторов Е_Г не заземляется. Поэтому, какую конкретно схему выбрать зависит от того, заземляется или нет Е_Г по техническим условиям.

Недостаток этой схемы (входной цепи) в том, что через генератор Е_Г течет сравнительно большой постоянный ток. Поэтому делают так: рабочую точку транзистора задают с помощью стандартной схемы (делитель R₁ и R₂), а часть базового тока, протекающую через источник сигнала, компенсируют вспомогательным источником Е_Б, который может быть реализован как в предыдущем случае.

В последнее время широко стали использовать УПТ с питанием от двухполярных источников.

Рис.5.6. УПТ с двухполярным источником питания со средней точкой

В этом случае генератор автоматически оказывается заземленным (искусственная средняя точка базы). Однако, эта схема не устраняет постоянного напряжения на нагрузке и требуется ее компенсировать. В принципе, разработаны схемы, обеспечивающие нулевой потенциал на нагрузке – схема сдвига постоянного уровня, которую мы рассмотрим в разделе «Операционные усилители».