Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В

2.5.1. Каскады предварительного усиления

Каскады предварительного усиления (КПУ) предназначены для усиления напряжения или тока, создаваемых источником сигнала на входе, до величины, необходимой для возбуждения каскадов усиления мощности.

Наиболее важными показателями для КПУ являются коэффициенты напряжения и тока, частотная характеристика и частотные искажения.

Широко распространенными каскадами предварительного усиления являются резисторные каскады на биполярном транзисторе в схеме с общим эмиттером и на полевом транзисторе в схеме с общим истоком, позволяющие получать наибольшее усиление и имеющие большое входное сопротивление, удобное для согласования без потерь в усилении.

Принципиальная схема резисторного каскада на биполярном транзисторе n-p-n с ОЭ показана на рис. 2.64.

Рис. 2.64

Рассмотрим назначение элементов, образующих схему каскада. Резисторы R1, R2, Rэ, Rк и Rф обеспечивают работу транзистора в выбранном режиме по постоянному току и осуществляют его стабилизацию. Емкость конденсатора Сэ выбирают такой, что сопротивление конденсатора Сэ шунтирует резистор Rэ по переменному току, устраняя ООС по переменному току. Цепь Rф Сф выполняет роль развязывающего фильтра в цепи питания, препятствуя попа-

178

данию переменной составляющей коллекторного тока в источник питания. Разделительные конденсаторы Ср1 и Ср2 служат для независимого создания режимов по постоянному току в последовательно включенных каскадах усилителя и связи их между собой по переменному току усиливаемого сигнала. Усиленное напряжение передается в цепь нагрузки RнСн. В качестве нагрузки может выступать последующий усилительный каскад и тогда роль Rн и Сн играют входное сопротивление Rвх и входная емкость Cвх этого каскада.

Достоинство каскада усиления на полевом транзисторе (рис. 2.65), по сравнению с вышерассмотренной схемой, является намного более высокое входное сопротивление.

Рис. 2.65

Назначение элементов в схеме резисторного каскада на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом и каналом n-типа с ОИ аналогично схеме с ОЭ (рис. 2.64).

Если в цепи эмиттера включен резистор стабилизации Rэ, не зашунтированный конденсатором Cэ (см. рис. 2.64), то в каскаде помимо обратной связи по постоянному току действует отрицательная обратная связь по току сигнала с последовательной подачей на вход. Это дает стабилизацию коэффициента усиления тока и связанных с ним других показателей каскада, следовательно уменьшается влияние разброса параметров транзистора на работу схемы, уменьшаются нелинейные искажения, увеличивается Rвх каскада, что дает возможность лучше использовать усилительные свойства предыдущего каскада и повысить, получаемое от него, входное напряжение данного транзистора. Однако ООС уменьшает коэффициент усиления данного каскада.

179

Приведенные выкладки справедливы и для схемы с ОИ при резисторе Rн, не зашунтированном конденсатором Cн (см. рис.

2.65).

С помощью эквивалентной схемы, например для резисторного каскада на биполярном транзисторе (рис. 2.66), анализируется работа схемы усилительного каскада по переменному току.

Упрощенная эквивалентная схема резисторного каскада представлена на рис. 2.66.

Рис. 2.66

Из полученной эквивалентной схемы видно, что реактивные элементы Ср2 и Сн, из которых один включен последовательно, а другой параллельно выходу влияют на величину выходного сигнала каждый в своей области частот – нижней, средней, верхней.

В области средних частот (от 300 до 3000 Гц) влиянием реактивных сопротивлений можно пренебреч, т.к. сопротивление большой емкости Ср2 намного меньше Rк и Rн, а сопротивление малой емкости Сн намного больше Rк и Rн, которые эта емкость шунтирует.

Эквивалентная схема для средних частот не содержит реак-

180

сравнению с коэффициентом частотных искажений в области сред-

В области ВЧ влияние оказывает емкость Сн, т.к. по мере повышения частоты ее сопротивление уменьшается, а она шунтирует выход каскада, так что общее сопротивление нагрузки уменьшается. В тоже время сопротивление последовательно включенного конденсатора Ср2 на верхних частотах становится меньше, чем на средних, и его влиянием тем более можно пренебречь.

Эквивалентная схема каскада для области верхних частот (более 3000Гц) представлена на рис. 2.69.

Рис. 2.69

Из схемы следует, что чем выше частота и больше есмкость Сн, тем меньше сопротивление нагрузки, больше ток в цепи и падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора (усилительного элемента – транзистора), а выходное напряжение и коэффициент усиления каскада Кв меньше Кср.

Коэффициент частотных искажений в области верхних частот уве-

Частотная характеристика резисторного каскада приведена на рис. 2.70.

Рис. 2.70

182