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(jω)= 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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.