Цепи с обратной связью. Нелинейные цепи. Усилительные устройства. Автоколебательные системы (12-15 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 22

             Допустим, в первом каскаде многокаскадного усилителя тран­зистор включен по схеме с ОЭ. Коэффициент усиления напряже­ния этого каскада K1=-g210Э Rн. Выходное сопротивление Rвых1 каскада в формате g-параметров определяется параллельным со­единением выходной проводимости транзистора g220Э и проводимо­сти нагрузки

 Gн = 1/ Rн1:

               Выходная проводимость транзистора g220Э имеет малую вели­чину. В связи с этим для транзистора, включенного по схеме с ОЭ, выполняется неравенство Rн1 « 1/g220Э. Тогда можно счи­тать, что выходное сопротивление первого каскада равно сопро­тивлению нагрузки: Rвых1≈Rн1.

               Для уменьшения эквивалентного сопротивления цепи, являю­щейся выходом каскада, в котором транзистор включен по схеме с ОЭ, необходимо подключить второй каскад, имеющий высокую входную проводимость (малое входное сопротивление). Подобный каскад можно построить, включая транзистор по схеме с ОБ. Ко­эффициент усиления этого каскада K2 = g210ЭRн2, а входное сопро­тивление Rвх2 = 1/g210Э. В этом случае эквивалентное сопротивление узла из последовательно соединенных первого и второго каскадов будет определяться входным сопротивлением второго каскада:

Rуз1=Rвх2Rвых1/(Rвх2+Rвых1)=( Rн1/ g210Э)/( Rн1+1/ g210Э)=1/( g210Э+1/ Rн1)≈1/ g210Э.

              Подобное включение каскадов позволяет на несколько поряд­ков уменьшить постоянную времени τн узла.

               К выходу второго каскада можно подключить третий каскад, в котором транзистор включен по схеме с ОК. Он не обеспе­чивает усиления напряжения, однако имеет высокое входное сопротивление и достаточно низкое выходное сопротивление Rвых3≈1/ g210Э. Низкое выходное сопротивление третьего каска­да позволяет подключить к его выходу четвертый каскад, имею­щий высокое входное сопротивление и обеспечивающий усиле­ние напряжения. В четвертом каскаде можно использовать включение БТ с ОЭ. Сопротивление узла соединения третьего и чет­вертого каскадов очень маленькое, так как оно определяется выходным сопротивлением каскада, в котором БТ включен по схеме с ОК.

              Таким образом, чередование каскадов, в которых транзисторы имеют различные варианты включения, позволяет улучшить ход АЧХ и, соответственно, расширить рабочий диапазон частот.

              На рис. 14.13 показаны схемы усилительных каскадов с цепью ООС и корректирующей цепью.

              Использование ООС для расширения диапазона частот, в кото­ром обеспечивается усиление входных сигналов, заключается в сле­дующем. В цепь эмиттера БТ включаются параллельно резистор Rэ и конденсатор Сэ(см. рис. 14.13, а). Для этого усилительного каскада коэффициент усиления напряжения

                                                                                                      (14.8)

где Zн = Rк/(1+jωRкСн) — комплексное сопротивление нагрузки усилительного каскада; Zooc = Rэ/[1+(jωRэСэ)] — комплексное со­противление цепи ООС, соединенное с эмиттером транзистора.

              Допустим, что в цепи эмиттера транзистора конденсатор Сэ отсутствует. Тогда Zooc= Rэи выражение в знаменателе (14.8) бу­дет иметь постоянное значение. При этом модуль сопротивления нагрузки Zн с ростом частоты будет уменьшаться.

              Соответственно будет уменьшаться и модуль коэффициента усиления. Введение конденсатора в цепь эмиттера транзистора приводит к тому, что модуль сопротивления отрицательной обратной связи Zooc с ростом частоты также будет уменьшаться. В таком случае уменьшение Zн компенсируется уменьшением Zooc. Это приводит к тому, что с ростом частоты коэффициент усиле­ния будет оставаться постоянным. Таким образом, рабочий диа­пазон частот расширяется.

                                                         Rk

Рис. 14.13. Схемы усилительных каскадов с цепью ООС (а) и корректиру­ющей цепью (б)

                Емкость конденсатора в цепи эмиттера транзистора выбирают такой, чтобы в требуемом диапазоне частот обеспечивался подъем АЧХ при снижении ее за счет действия паразитной емкости Сп в коллекторной цепи транзистора.

                 На рис. 14.13, 6 приведена схема усилительного каскада, в ко­тором корректирующая цепь обеспечивает компенсацию спада АЧХ в области граничной частоты и расширение диапазона частот, в котором сигналы усиливаются без искажений.

                 Коэффициент усиления каскада определяется выражением

K()= g210ЭZн/(1+ g210ЭRэ),

где Zн = — комплексное сопротивление нагрузки.

              Модуль коэффициента усиления принимает вид

               Видно, что при отсутствии катушки индуктивности L= 0 комп­лексное сопротивление нагрузки ZH зависит от частоты только че­рез паразитную емкость Сн и снижается с ростом частоты. Введение в цепь нагрузки индуктивной катушки приводит к тому, что реак­тивное сопротивление индуктивности в цепи нагрузки растет, а реактивное сопротивление паразитной емкости уменьшается с уве­личением частоты. Соответственно, полное сопротивление нагруз­ки с ростом частоты будет оставаться постоянным, что приведет к постоянству АЧХ усилителя в широком диапазоне частот.

              Введение цепи ОС или корректирующей катушки индуктивно­сти приводит к появлению дополнительного набега фазы выход­ного сигнала, что может вызвать неустойчивую работу усилителя. Поэтому выбор индуктивности в цепи коллектора или емкости в цепи эмиттера транзистора должен быть согласован с критериями устойчивости.

14.6. Резонансный усилитель

                Под резонансным усилителем понимают устройство для усиления сигналов в узком диапазоне частот, т.е. Δf=fB-fH  « (fB +fH)/2, где fB и fH — верхняя и нижняя частоты полосы пропускания усилите­ля. Подобные усилители используются в качестве усилителей ра­диочастоты или активных полосовых фильтров.

               Резонансный усилитель отличается от апериодического тем, что в качестве нагрузки усилительного элемента используется избирательная система, в простейшем случае — колебательный кон­тур. Принципиальная и эквивалентная схемы резонансного уси­лителя приведены на рис. 14.14.