Усилительные каскады с динамической нагрузкой

Каскад предварительного усиления должен обеспечивать большой коэффициент усиления и максимальную выходную мощность для раскачки оконечных каскадов. Повысить коэффициент усиления по напряжению можно за счет увеличения сопротивления резистора в выходной цепи, а также повышением величины напряжения источника питания. Увеличение сопротивления резистора в коллекторной или стоковой цепи транзистора обусловливает трудности в сохранении тока покоя коллектора или стока транзистора. Ток покоя выходной цепи транзисторов уменьшается при сохранении постоянным напряжения источника питания.

Сохранение режима покоя при увеличенном сопротивлении резистора приводит к увеличению падения напряжения на этом резисторе. А это в свою очередь влечет уменьшение падения напряжения между коллектором и эмиттером транзистора. В результате уменьшается максимальная выходная амплитуда сигнала. Сохранить амплитуду выходного сигнала можно увеличением напряжения источника питания, что в свою очередь приводит к увеличению рассеиваемой в каскаде мощности и к возникновению опасности электрического пробоя р-п-переходов транзистора. Это препятствует созданию требуемых устройств в гибридном и интегральном исполнении.

Практически увеличить выходное напряжение можно, если в качестве нагрузки в выходной цепи каскада использовать нелинейный элемент (динамическую нагрузку), статическое сопротивление (сопротивление постоянному току) которого значительно больше его дифференциального сопротивления. В таком каскаде можно под действием входного сигнала менять в нужном направлении положение рабочей точки. Падение напряжения на нелинейном элементе будет определяться его статическим сопротивлением, а изменение выходного напряжения усиливаемого сигнала, вызванное изменением тока коллектора, — его дифференциальным сопротивлением.

На рис. 9.7 представлены выходные характеристики транзистора с нагрузочной прямой по переменному току. Для каскада с резистивной нагрузкой нагрузочная прямая по переменному току проходит через рабочую точку 1. Этой нагрузочной прямой и изменению тока базы с амплитудой /бм соответствует амплитуда выходного сигнала Е/км1. Если при положительной полуволне тока базы рабочую точку сдвинуть в положение 2, а при отрицательной — в точку 3, то в результате этого амплитуда выходного сигнала увеличится. На практике в качестве динамической нагрузки используется биполярный или полевой транзистор.

Простейший каскад усиления по схеме с ОЭ может быть построен, если вместо резистора коллекторной цепи включить транзистор такого же типа проводимости, но по схеме с ОК, работающим в активном режиме (рис. 9.8, а). При подаче на вход транзистора VTi положительной волны входного сигнала транзистор VTi открывается, через транзистор резко возрастает ток коллектора, что приводит к росту падения напряжения на резисторе Л3. Падение напряжения на резисторе R3 через конденсатор С2

Выходная характеристика с нагрузочной прямой по переменному току

Рис. 9.7. Выходная характеристика с нагрузочной прямой по переменному току

поступает на базу транзистора VT2 и призакрывает этот транзистор. При этом сопротивление транзистора возрастает и нагрузочная прямая по постоянному току для транзистора VTх становится более пологой. Рабочая точка, а вместе с ней нагрузочная прямая по переменному току (линия АБ) сдвигается в точку 2 (рис. 9.7), напряжение на коллекторе транзистора VTi становится минимальным. Если же на вход транзистора VTi подается отрицательный полупериод входного сигнала, транзистор УТг призакры- вается, ток через него уменьшается, а при этом транзистор VT2 открывается, сопротивление его уменьшается. Нагрузочная прямая по постоянному току и для транзистора УТг становится более крутой, а рабочая и вместе с ней нагрузочная прямая по переменному току смещается в точку 3 (рис. 9.7). При этом переменное напряжение возрастает, достигая максимального значения.

Несколько другой принцип действия у усилительного каскада, когда в качестве нагрузки используется транзистор другого типа проводимости и работающий в нормальном активном режиме (рис. 9.8, б). По отношению к источнику питания оба транзистора включены последовательно, что способствует стабилизации режима по постоянному току каждого из них. Транзистор УТ2 с цепями смещения является источником (генератором) постоянного тока по отношению к транзистору УТг. А п-р-п-транзистор УТг с цепями смещения является по отношению к транзистору УТ2

также стабилизатором тока. Поэтому нагрузку этого каскада нельзя считать чисто динамической и она представляет собой схемную разновидность генератора стабильного тока, сопротивление которого постоянному току сравнительно невелико, а сопротивление переменному току на несколько порядков выше.

Каскады усиления с динамической нагрузкой при различном включении нагрузочных трансформаторов VT‘ а — со стабилизатором тока; б — на комплементарных парах

Рис. 9.8. Каскады усиления с динамической нагрузкой при различном включении нагрузочных трансформаторов VT2‘ а — со стабилизатором тока; б — на комплементарных парах

При использовании комплементарной пары транзисторов с одинаковыми параметрами входное и выходное сопротивление каскада с ОЭ с динамической нагрузкой практически не изменяется при подаче входного сигнала на вход 1 или вход 2. При этом только меняются местами динамическая нагрузка и усилительный транзистор. Однако по постоянному току потенциал входа 1 больше потенциала входа 2 на сумму двух напряжений ?/кб1 + Пкб2. А это значит, что с помощью схемы на комплементарных транзисторах с динамической нагрузкой можно получить большой коэффициент усиления по напряжению, но можно также сдвигать уровень постоянной составляющей, что очень существенно для интегральных усилителей, которые строятся с непосредственными связями.

Интегральные усилители должны иметь минимальное число резисторов. В связи с этим интегральные усилители в каскадах с динамической нагрузкой используют параметрические методы задания режима по постоянному току, а не резисторные.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >