Гусев - Электроника (944138), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Е Гья. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ С ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ И С КАСКОДНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕМ ТРАНЗИСТОРОВ Характерной особснностьн> усилительных каскадов с динамической нагрузкой является то, что в качестве коллектор- ного сопротивления включают дополнительный транзистор з93 Рис. 4.33. Схема каскала ОЭ * с линамической нагрузкой ~))и (е); вхолные характеристики транзистора УГ2 (б); эквивалентная схема каскала лля переменного тока в области срелних частот (а) я! или з руппу транзисторов. Эти дополнительные транзисторы выполняют роль источников тока с высоким дифференциальным сопротивлением. Поэтому введение их позволяет увеличить коэффициент усиления не нарушая статического режима работы каскада. Схема усилительного каскада с динамической нагрузкой в коллекторной цепи приведена на рис. 4.33, и.
В ней транзистор )гТ2 выполняет роль сопротивления гт„ в коллекторной цепи обычного каскада с ОЭ. Очевидно, что введение транзистора изменяет в общем случае и режим каскада по постоянному току. Поэтому при такой схеме включения возникает ряд вопросов обеспечения необходимого статического режима работы каскада. Для выявления этих особенностей предположим, что мы выбрали исходя из соображений, рассмотренных в 9 4.3.
ток покоя транзистора 1»„, и падение напряжения на нем 1lкэо. При заданном значении Я, это обеспечивается выбором резисторов делителя Тт, и Аз. Тогда напряжение на коллекрном ~~р~~~д~ транзистора ) Т1 око~ Цкэоз+1коз11,. Следовательно, на транзисторе )гТ2 должно падать напряжение ыкэоз = Ек 1 коз = Ек 1 кэоз 1козгт ири токе транзистора 1коз равном 1кш. Используя выходную характеристику транзистора РТ2 (рис.
4.33, б), можно найти параметры генератора тока, обеспечивающего ток транзистора 1ко, —— 1ко, при заданном 1гкэот. Если транзистор ГТ2 рабогает на горизонтальном участке характеристики, зде ток транзистора 294 1к2 мало зависит от напряжения (укэ„то Увоз = ~КО2 )121 2 ~КО!1')2!з!. При подаче на базу транзистора Ъ'Т! переменного напряжения ток транзистора )'Т2 практически не меняется. Поэтому для прирашений тока транзистор )«Т2 можно рассматривать как сопротивление, значение которого равно дифференциальному сопротивлению запертого коллекторного перехода г*„,„ф,.
Эквивалентная схема каскада имеет вид, показанный на рис. 433, в. Выходное сопротивление транзистора г'Т! «*„в„ф, на один-два поРЯдка меньше г„,„ф2. ПоэтомУ г„я„фз можно пРснебречь. Коэффициент усиления по напряжению (Гы=г) 21я(«клаф!)~ 2Г!г)((2(г+ )Г ). (4.)9!) Из (4. ! 89) видно, что если Я„-+ сс, то усиление каскада с динамической нагрузкой по сравненииз с каскадом с ОЭ тем выше, чем больше г"„„„ф, по сравнению с )г„, Таким образом, включение транзистора КТ2, работающего в режиме генератора заданного тока, эквивалентно увеличению сопротивления коллекторной нагрузки каскада до значения «„„42. При необходимости расширить полосу пропускания в область высоких частот и иметь при этом большой коэффициент усиления используют каскодные усилительные каскады (рис.
4.34, а). В ннх транзистор КТ! включен по схеме с ОЭ. а транзистор КТ2 по схеме с ОБ. Такое включение обеспечивает уменыпение емкости выходной цепи до С„и увеличение выходного сопротивления транзистора )«Т2 до г„что чг ь„,г,г««зяф «я(я ,Р "Я ни и Рис. 4 34. Схема касколного каскала, на гранзисгорах, вклноченных с ОО и ОБ (а) и его зквиваленгная схема лля переменного гока (6); схема лифферснциального каскала с линамической нагрузкой (в) и его упро1ценная схема после зквнваленгных преобразований (е) 395 характерно для схемы с ОБ. Ток коллекторов транзисз'оров УТ2 и УТ! ориентировочно в Ь„, раз больше входного тока, как и в усилительных каскадах с ОЭ.
При одинаковых значениях сопротивления Я. у каскодно1о усилительного каскада н каскада с ОЭ ширина полосы пропускания у первого будет значительно больше, так как постоянная времени его выходной цепи т=?6„С„в 1+Ь2,в раз меныпе соответствующей постоянной времени у каскада с ОЭ: т=?т„С'„= К„С„(1+Ь*1 ). При той же полосе пропускания, что и у каскада с ОЭ, сопротивление Я„в !+Ь;„раз больше и соответственно выше коэффициент усиления по напряжению каскада. В отличие от вышерассмотрепной схемы рис. 433, и при каскодном включении задается потенциал базы транзистора (2Т2, а не ее ток.
Для этого в цепь базы включен конденсатор С2, имеющий сравнительно большую емкость. Статический режим каскада рассчитывается аналогично тому, как это рассмотрено в Ь 4.3. Эквивалентная схема каскада для области средних частот приведена на рис. 4,34, б. Если пренебречь сопротивлениями г„*к„61 н г„*„„62, ввиду того что онн сугцественно больше входного сопротивления транзистора )2Т2 и сопротивления нагрузки Я,(~ Я„, то ток коллектора транзистора 1'Т? равен току эмиттера транзистора )2Т2, а именно: 1к, =1'„. Тогда для входного и выходного напряжений можно записать уравнения (для простоты пренебрегая сопротивлением делителя ?кз(л ~2). и„, = 161 ( г6+(1+ Ь 2„) (6„„61+ ?Г,))= 161Л„; (4.192) »=?12161к (?кк ~ ?тл)=Ь216?121л'61(?тк ~(?гк) (4.193) Отсюда коэффициент усиления каскада, подключенного к источнику напряжения с нулевым внутренним сопротивлением, ? к ГЬ21в?1216(~~к ~1 ? Ц ~вк" (4.194) Если источник входного напряжения имеет внутреннее сопротивление, отличное ог нуля (Тт, ~0), то коэффициент усиления К.
= — (Ь"21,?1"216(Як'~ Алл)).'(?~л + Ь'„). (4.195) Так как Ь;,6- 1, то значение коэффициента усиления каскодного каскада близко к значению коэффициента усиления обычного каскада с ОЭ. Входное со11ротивление остается равным сопротивлению каскада с ОЭ. зяв Таким образом, в каскодном каскаде реализуются преимущества каскадов с ОЭ и ОБ болыпой коэффициент усиления и высокое выходное сопротивление, определяемые г„,„я и О„, а не г',,„ф и С*„, как в каскаде с ОЭ.
Если конденсатор Сз (рис. 4.34, и) отключить от общей шины н соединить с источником напряжения Г„„,, то ток в цепи буде~ зависеть как от напряжения С',„,. так и от ~У„„з. Если статический режим работы транзисторов выбран так, что они работают на нелинейных участках характеристик, то при одновременном изменении С/„, и ~'„„з каскад будет осуц1ествлять перемножение этих сигналов. В спектре выходного напряжения будут присутствовать составляющие, имеющие частоты (01, +ез,) и (ез, — езз), амплитуды которых зависят от значений 1/,„, и 1l,„з, а также комбинационные гармоники. Это свойство позволяет выполнять на основе касколной схемы псремножители (смесители) двух сигналов. Каскодное включение позволяет; 1) получать высокое выходное сопро гивление; 2) уменьшать влияние емкостей коллекторного перехода и при использовании тех же транзисторов выполнять усилительные каскады с лучшими частотнымн характеристиками; 3) создавать устройства, управляемые одновременно несколькими сигналами, которые могут выполнять функции перемножителей сигналов, в том числе и достаточно высокочастотных; 4) реализовывать преимущества различных схем включения транзисторов (схем с ОЭ и ОБ).
Рассмотренные подходы к построению усилительных каскадов широко применяются на практике. Так, например, в дифференциальном каскаде (рис. 4.34, в), транзистор КТЗ является динамической нагрузкой для транзистора УТ2, что существенно повышает значение его нагрузочного сопротивления по переменному току. Кроме того, транзистор )гТЗ управляешься по базовой цепи выходным напряжением транзистора )гТ!, сдвинутым по. фазе на 180' относительно фазы коллекторного напряжения транзистора 1гТ2.
Это дополнительно увеличивает коэффициент усиления дифференциального каскада. В схемотехнике современных интегральных схем широко используется введение дополнительных транзисторов, выполняющих роль динамических нагрузок, и реже каскодное включение. 5 4ЛО. УПРАВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА И УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ИХ ОСНОВЕ Усилительные каскады с управляемыми источниками гока применяются в интегральной схемотехнике, Управляемые ис|очники тока представляют собой либо цепи, питающие на~ручку определенным током, либо 297 ск а) Рис 4Л5. Схемы унрааааекгых искочникоа гока (а — к) цепи, отбирающие этот ток от нагрузки. Из-за технологических особенностей вторая группа цепей получила большее распросгрансние. Упрощенная схема управляемого источника тока показана на рис.
4.35, а. В ней транзистор 1 Т! охвачен 100%-ной обратной связью, так как его выход (вывод коллектора) соединен с входом (выводом базы). Этот транзистор включен диодом. Ток, протекающий в цепи базы, приблизительно в Ьг„раз меныпе тока в цепи коллекгора: 1к1 1221г11Б1 14. 196) Если транзистор ИТ2, эмиттерный переход которого подключен параллельно эмиттерному переходу транзистора 1'Т!, имеет полностью идентичные характеристики с транзистором 1'Т1. то в цепи его базы протекает ток 1ь,, равный току 1гы Соответственно равны и коллекторные токи: 1к, =1,. Общий входной ток каскада складывается из коллекторного и базового токов транзистора )гТ1, а также базового тока транзистора УТ2: 11 = 1кг+ 21Б = 1кг+ 21кг)1221, (4.197) Тогда отношение входного и выходного токов можно записать как (4.198) )~ )кг г 12гкг )ггг,) )ггг,е к Таким образом, при использовании идентичных транзисторов с большим коэффициентом передачи базового тока 621, выходной ток практически равен входному и направлен в противоположную егорову.
Поэтому подобные управляемые источники тока иногда называют отражателями тока или т о к о в ы м и з е р к а л а м и. Для получения источника постоянного тока его необходимо подключить к источнику ЭДС Е, через сопротивление Я„: )к к ~э' "11 1 ~~ 1111 2 (4.199) причем Е„должно быть значительно болыпе напряжения Рвэ, чтобы изменения последне1'о не меняли ток 11. Выходное сопротивление подобных источников тока определяется. значением сопротявления коллекторного перехода г'„,„ф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
