Усилительные каскады и повторители

В АИС наибольшее распространение получили схемы с общим эмиттером (ОЭ) и непосредственными (гальваническими) связями между каскадами. Схемы с общей базой используются значительно реже (на СВЧ) и будут рассмотрены в специальных курсах.

Простейший усилительный каскад с двумя источниками питания показан на рис. 2.12. Схема содержит n–р–n-транзистор и резистор R_к, исключающий протекание переменной составляющей выходного тока через источник питания Е_к (шунтирование нагрузки). Резисторы R_к и R_э задают (совместно с источниками питания) рабочую точку транзистора (значения I_к(0) и U_кэ(0)). Рабочая точка должна соответcтвовать активному режиму работы.

Рис. 2.12

Источник входного сигнала показан в виде генератора напряжения с эдс u_вх и внутренним сопротивлением R_r, которые определя­ются предыдущим усилительным каскадом. Отметим, что источник входного сигнала обязательно должен пропускать постоянную составляющую тока базы. С помощью сопротивления нагрузки R_н отображается входное сопротивление последующего каскада.

Для определения основных параметров усилительного каскада R_вх, K_u, K_i воспользуемся методикой изложенной в [8]. При выводе будем считать, что R_н < R_к. В результате расчета получим R_вх = h₂₁ R_э, K_i = h₂₁, K_u = -R_н/R_э. Если в качестве нагрузки выступает аналогичный усилитель каскад с входным сопротивлением R_вх, то К_u = -h₂₁ R_u / R_вх = -h₂₁. Таким образом, в цепочке одинаковых усилительных каскадов усиление как по току, так и по напряжению определяется параметром h₂₁.

Для построения усилительных каскадов на полевых транзисторах используются транзисторы как с управляющим переходом, так и МДП- транзисторы, работающие в режиме насыщения. В большинстве случаев применяются включения транзисторов с общим истоком (ОИ). Схема с общим затвором используется в СВЧ-диапазоне. Ранее [8] было показано, что коэффициент усиления по напряжению в схеме ОИ определяется как K_u = -SR_н. Крутизна S маломощных полевых транзисторов не велика. Коэффициент усиления в реальных схемах не превышает десяти. Поэтому в аналоговой технике биполярные транзисторы используются чаще, чем полевые. Эти транзисторы применяют в входных каскадах, когда требуется большое входное сопротивление.

Повторителями напряжения называются каскады с коэффициентом усиления по напряжению близким к единице, не изменяющие фазу выходного сигнала и обладающие высоким входным и низким выходным сопротивлениями по сравнению с простейшими усилительными касскадами. Для построения повторителей используют каскады с общим коллектором (эмиттерный повторитель) и с общим стоком (истоковый повторитель). Принципиальная схема эмиттерного повторителя приведена на рис. 2.13.

Рис. 2.13

Из рис. 2.13 следует, что в первом приближении выходное напряжение повторяет входное. При наличии двух источников питания схема повторяет сигналы любой полярности.