27. Усилительный каскад с общим эмиттером(истоком). Схема и назначение элементов схемы. Применение схемы.
Среди
многочисленных вариантов усилительных
каскадов на БТ самое широкое применение
находит каскад с ОЭ, имеющий максимальный
коэффициент передачи по мощности
,
вариант схемы которого приведен на
рисунке 2.9.
Если
входного сигнала нет, то каскад работает
в режиме покоя. С помощью резистора
задается
ток покоя базы
.
Ток покоя коллектора
.
Напряжение коллектор-эмиттер покоя
.
Отметим, что в режиме покоя напряжение
составляет
десятки и сотни мВ (обычно 0,5…0,8 В). При
подаче на вход положительной полуволны
синусоидального сигнала будет возрастать
ток базы, а, следовательно, и ток
коллектора. В результате напряжение на
возрастет, а напряжение на коллекторе
уменьшится, т.е. произойдет формирование
отрицательной полуволны выходного
напряжения. Таким образом, каскад с ОЭ
осуществляет инверсию фазы входного
сигнала на
.
Графически
проиллюстрировать работу каскада с ОЭ
можно, используя входные и выходные
статические характеристики БТ, путем
построения его динамических характеристик
(ДХ) [5,6]. Вследствие слабой зависимости
входной проводимости транзистора g от
величины нагрузки, входные статические
и динамические характеристики практически
совпадают. Выходные ДХ - это прямые
линии, которые в координатах
соответствуют уравнениям, выражающим
зависимости между постоянными и
переменными значениями токов и напряжений
на нагрузках каскада по постоянному и
переменному току.
Процесс
построения выходных динамических
характеристик (нагрузочных прямых по
постоянному -
,
переменному -
току) понятен из рисунка 2.10.
Следует отметить, что простое построение ДХ возможно только при активной нагрузке, т.е. в области СЧ АЧХ (см. рис.2.2), в областях НЧ и ВЧ нагрузочные прямые трансформируются в сложные кривые.
Построение ДХ и их использование для графического расчета усилительного каскада подробно описано в [5,6].
Нагрузки рассматриваемого каскада по постоянному и переменному току определяются как:
Координаты
рабочей точки
для малосигнальных усилительных
каскадов выбирают на линейных участках
входной и выходной ВАХ БТ, используя в
малосигнальных усилительных каскадах
так называемый режим (класс) усиления
А. Другие режимы работы каскадов чаще
используются в усилителях мощности, и
будут рассмотрены в соответствующем
разделе.
С общим истоком аналогично
28. Схемы усилительных каскадов на полевых транзисторах. Какие параметры транзисторов используются для расчета усилителя.
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.
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.
В
отсутствие входного сигнала каскад
работает в режиме покоя. С помощью
резистора
задается
напряжение смещения
,
которое определяет ток покоя стока
.
Координаты рабочей точки определяются соотношениями:
,
где
-
граница области управляемого сопротивления
на выходных статических характеристиках
транзистора (рисунок 2.30),
;
,
где
-
сопротивление нагрузки каскада по
переменному току;
,
где
-
напряжение отсечки,
-
ток стока при
(либо
при
для ПТ в режиме обогащения, см. рисунок
2.33 в подразделе 2.10).
С
помощью резистора
,
помимо задания необходимого напряжения
смещения, в каскад вводится ООС ,
способствующая термостабилизации (у
ПТ как и у БТ наблюдается сильная
температурная зависимость параметров),
на частотах сигнала эта ОС устраняется
путем включения
.
Графически проиллюстрировать работу каскада с ОИ можно, используя проходные и выходные статические характеристики ПТ, путем построения его динамических характеристик. Построение во многом аналогично каскаду с ОЭ и отдельно не рассматривается.
Нетрудно показать, что каскад с ОИ, как и каскад с ОЭ, инвертирует входной сигнал.
На рисунке 2.31а,б,в приведены, соответственно, малосигнальные схемы для областей СЧ,НЧ, и ВЧ.
Для расчета параметров усилительного каскада по переменному используют малосигнальную эквивалентную схему полевого транзистора.
Выражения для эквивалентных Y-параметров ПТ, включенного по схеме с ОИ
,
,
,
.
Где
з, с, и соответственно затвор, сток и
исток ПТ; t-
время пролета носителей,
.
Граничную
частоту единичного усиления ПТ
можно оценить по формуле:
.
Пересчет эквивалентных Y- параметров для других схем включения ПТ осуществляется по тем же правилам, что и для БТ.