В многокаскадных усилителях наиболее часто используется непосредственное соединение каскадов друг с другом (непосредственная межкаскадная связь), показанное на рис. 6.10. Схема при этом существенно упрощается, но приращение постоянного коллекторного тока некоторого каскада определяется не только воздействием на него внешних факторов, но и приращением коллекторных токов предыдущих каскадов, поскольку каскады связаны между собой по постоянному току (см. рис. 6.10). Устранить указанный недостаток можно за счет применения схем с межкаскадной обратной связью по постоянному току или путем использования в межкаскадных цепях разделительных конденсаторов (рис. 6.11). В последнем случае нестабильность режима работы каждого каскада определяется только собственной нестабильностью, поскольку по постоянному току каскады оказываются развязанными. Однако в этом случае схема усложняется и ухудшаются ее частотные свойства, о чем будет сказани ниже.
На рис. 6.12 представлена полная принципиальная схема наиболее распространенного предварительного каскада усиления. Источник сигнала (Ес, Rc), подлежащий усилению, подключается одним полюсом к общему проводу, а другим - через разделительный конденсатор Ср1 к базе транзистора. С помощью Ср1 исключается ответвление постоянного тока, протекающего через
Рис. 6.11. Двухкаскадный усилитель Рис.6.12. Полная принципи-
с RC-связью между каскадами альная схема предварительного
каскада усиления
базовый делитель (R’д, R”д), в цепь источника усиливаемого сигнала. Это предотвращает возможность изменения режима работы по постоянному току при подключении к каскаду источника сигнала.
Последовательно с резистором R’д включен резисторRф, который совместно с конденсатором Сф является цепью фильтрации, уменьшающей проникновение помех от источника питания на базу транзистора. Обычно принимают Rф=(0,25…0,5)R’д. Усиленный сигнал выделяется на резисторе Rk и в общем случае может быть передан во внешнюю нагрузку Rн через разделительный конденсатор Ср2 исключающий шунтирование ею транзистора по постоянному току во избежание зменения режима работы по постоянному току при подключении к каскаду нагрузки.
Резисторы в цепи эмиттера (R’э, R’’э), как уже отмечалось, предназначены главным образом для стабилизации режима работы по постоянному току, но одновременно с этим они играют роль сопротивлений местной обратной связи по переменному току, в результате чего может существенно снизиться коэффициент усиления каскада по напряжению. Во избежание этого резисторы в цепи эмиттера полностью (или частично, как показано на рис. 6.12) шунтируются (блокируются) конденсатором Сэ. Данный конденсатор, емкостное сопротивление которого на частотах усиливаемого сигнала много меньше сопротивления R’’э часто называют блокировочным.
Емкости всех конденсаторов каскада следует выбирать достаточно большими, позволяющими считать их сопротивления на средних и высоких частотах диапазона усиливаемого сигнала близкими к нулю. Близким к нулю должно быть и внутреннее сопротивление источника питания каскада. Применяемый в каскаде транзистор должен быть достаточно высокочастотным (реактивные составляющие его параметров в рабочем диапазоне частот должны быть пренебрежимо малы).
Входное сопротивление каскада, определенное непосредственно на входе транзистора (рис. 6.12),
Rвхт=Uвх /Iб=[Iб h11э+(Iб+Iк)R’э]/Iб,
но с учетом Ik=h21эIб окончательно получаем
Rвхт=h11э+ Rэ’(1+h21э)
Коэффициент усиления каскада по напряжению
K0 =Uвых/Uвх=Iк RнS/Iб Rвхт=h21э R нS/[h11э+Rэ’(1+h21э)]
Максимально достижимое значение коэффициента усиления по напряжению оказывается равным h21э Rк/h11э, (при R’э=0 и Rн=¥); оно ограничено допустимым сопротивлением резистора Rk, которое определяется выбранным режимом работы транзистора по постоянному току и напряжением имеющегося источника питания. Приведенные соотношения показывают, что для увеличения усиления каскада следует выбирать транзистор с возможно большими значениями параметра h21э и возможно меньшими значениями параметра h11э.
Рассматривая АЧХ и ФЧХ каскада усиления, следует иметь в виду, что на средних частотах рабочего диапазона параметры элементов схемы можно считать действительными величинами и потому не делать различия между значениями их коэффициентов передачи и усиления. На краях же рабочего диапазона частот реактивные составляющие параметров элементов схем становятся заметными, что вынуждает анализировать на этих частотах не только модуль коэффициента передачи (коэффициент усиления), но и фазовые сдвиги каскада. В области нижних частот следует учитывать снижение усиления из-за увеличения емкостных сопротивлений разделительных и блокирующих конденсаторов, а в области высоких частот усиление снижается из-за шунтирующего действия выходной емкости усилительного элемента, монтажных емкостей между электродами усилительного элемента, а также из-за инерционности носителей зарядов в этом элементе.
В результате АЧХ приобретает вид, показанный на рис. 6.3. В области средних частот фаза напряжения усиленного сигнала противоположна фазе напряжения входного сигнала, а на краях рабочего диапазона дополнительный фазовый сдвиг достигает значения ± p/2 (рис. 6.13).
В рассмотренном каскаде транзистор был включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ), т. е. через его эмиттер замыкалась как
Рис. 6.13. Фазочастотная характе- Рис. 6.14. Принципиальная
ристика однокаскадного усилителя схема выходного каскада
входная, так и выходная цепь каскада. Такая схема используется наиболее часто, поскольку обладает наибольшим коэффициентом усиления по мощности. Однако встречаются и другие схемы включения транзистора в каскаде - с общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.