7.Каскад с эмиттерными (истоковыми) связями. Дифкаскад.

1.Упрощённые схемы каскадов с комбинированными связями:

Одно из основных достоинств таких каскадов состоит в том, что выходная цепь таких усилительных каскадов благодаря низкоомной связи (низкоомного выходного каскада с ОК с низкоомным входным каскадом с ОБ) слабо связана с входной. Очевидно, что в таких схемах эффект Миллера отсутствует.
Входное сопротивление каскада на биполярных транзисторах (без учёта входного делителя) равно входному сопротивлению каскада с ОК:
Rвх=rб+(1+h21э)h11б2
Входное сопротивление каскада с полевым транзистором на входе определяется, в основном, входным делителем.
Выходное сопротивление соответствует выходному сопротивлению каскада с ОБ (ОЗ).
Коэффициент усиления по напряжению равен произведению коэффициентов передачи каскадов с ОК (ОИ) и с ОБ (ОЗ), а так как коэффициент передачи каскада ОК (ОИ) примерно равен единице, то по существу коэффициент усиления определяется вторым множителем. Таким образом входные и выходные и выходные параметры таких каскадов соответствуют параметрам каскадов с ОК (ОС) и ОБ (ОЗ) соответственно.

2.Пример использования каскада для усиления сигналов ВЧ.

3.Широкополосный генератор.

При изменении резистора R1 в пределах 50 МОм ... 10 кОм имеет перестройку частоты выходного сигнала от 100Гц до 400кГц.

4.Высокочастотный генератор.

Период следования импульсов T=3.1RC; частота - до 50МГц.

5.Пример применения каскада с эмиттерными связями в фазовом детекторе.

6.Простейший балансный преобразователь частоты.

Достоинства:
1. Компенсация всех синфазных помех, в тои числе сигнала гетеродина и его шумов;
2. Компенсация чётных гармоник, что приводит к уменьшению числа побочных каналов.
Более сложные смесители выпускаются в микросхемном исполнении, наиболее простой из них К174ПС1 - аналоговый перемножитель Джильберта.

7.Пример применения каскада с эмиттерными связями в электронном регуляторе усиления.

Введение обратной связи с помощью резисторов R6,R7 позволяет существенно снизить искажения сигнала. Отношение резисторов выбирают в пределах: R7/R6=2...10.

8.Электронный регулятор по японскому патенту.

9.Регулятор с расширенной линейной областью на 15дБ за счёт линеаризирующих диодов
(при входном напряжении 50 мВ имеет коэффицинт гармоник на выходе 0.1%)

10.Высоколинейный детектор огибающей.

Входное напряжение не должно быть более 100мВ. При этом с коллекторов снимается верхняя, а с эмиттеров - нижняя огибающая АМ - сигнала.

11.Пример применения в усилителе - ограничителе ЧМ - сигнала.

Контур выделяет первую гармонику. Ток транзистора VT2 имеет форму, близкую к прямоугольной. В микросхемном исполнении (например, К174ХА6, К174УР3 и др.) контур заменяют обычным резистором.

Введение каскодной развязки с нагрузкой уменьшает амплитудно - фазовую конверсию:

12.Ограничитель другого типа.

13.Дифференциальный (балансный) каскад.

Позволяет решать задачу усиления сигналов с частотой от нуля (постояноого тока) до сотен МГц и при этом:
- даёт малую ошибку разбаланса входов за счёт взаимной компенсации Uбэ;
- стабилен по температуре и по времени благодаря согласованным изменениям параметров транзисторов;
- обладает способностью усиливать только дифференциальные сигналы и "не реагировать" на синфазные напряжения;
- имеет высокую линейность и скорость нарастания, особенно каскады на полевых транзисторах (ПТ);
- обладает высокой устойчивостью за счёт того, что входной и выходной токи попадают в шины общего провода (земли) и питания, замыкаясь через генератор и нагрузку, что особенно важно в УВЧ.

Для наглядности ниже показана схема четырёхплечного моста как элемента, не обладающего дрейфом. Если мост сбалансирован, т.е. R1/R2=R3/R4, то при изменении напряжения питания баланс не нарушается и ток нагрузки равен нулю.

В дифкаскаде роль резисторов играют транзисторы:

Входное сопротивление ДК на БТ равно:
Rвх=4h21э fт/Iэсм, где Iэсм - общий (суммарный) эмиттерный ток смещения.
Коэффициент усиления по напряжению Кu=RкIэсм/2fт при Rк1=Rк2.
Искажения ДК на биполярных транзисторах при малых сигналах:
Кг=Um^4/4ft^4,
в то время как каскад с ОЭ имеет Кг=Um^2 ft^2/(ft+IэRэ)^4, а при Rэ=0 Кrmax=Um^2/ft^2
где Um - амплитуда входного сигнала.

Нетрудно подсчитать, что дифкаскад имеет искажения в 100 раз меньшие, чем каскад с ОЭ с Rэ=0 и Um=5мВ. В то же время, искажения каскада на транзисторах разной проводимости довольно значительны. Поэтому для их уменьшения целесообразно включить между эмиттерами транзисторов резистор 100 Ом и более.
Перегрузочная способность ДК на ПТ примерно в 100 раз выше, т.к. Uотс/ft=100. Так, например, при Uотс=2.6В, Uвхmax=1.5В при Кг=1% на выходе, в то время как для биполярных транзисторов при том же коэффициенте гармоник Uвхmax=17мВ. К недостаткам ДК на ПТ можно отнести меньший (примерно в 4 раза) коэффициент усиления и большее напряжение смещения, которое сводится к минимуму использованием интегральных сборок, а так же тщательной подборкой транзисторов по параметрам и установкой их на общем радиаторе. Кроме того, при замене резистора в эмиттерной цепи ДК на ГСТ образуется очень глубокая отрицательная ОС по синфазному сигналу и сильное ослабления дрейфа. Другой недостаток ДК (в том числе и на БТ) заключается в том, что эквивалентная шумовая ЭДС симметричного ДК в 2^0.5 раз (на 3 дБ), несимметричного ДК с пассивным генератором тока - в 2 раза (на 6 дБ), а несимметричного ДК с активным генератором тока - на 7-8 дБ привышает при прочих равных условиях эквивалентную шумовую ЭДС каскада с ОЭ на одном транзисторе. Это вытекает из того, что истосник сигнала подключён к обоим входам ДК последовательно:

Следовательно и источники шума транзисторов подключаются к источнику сигнала также последовательно. Таким образом, эквивалентная плотность напряжения входного шума равна:
Eш=(еhi1+еhi2)^0.5=1.4emi (при еm1=em2).
Как выход из положения применяют параллельное включение транзисторов, что позволяетв n раз уменьшить шумы, где n - количество параллельно включённых транзисторов. Уменьшению шумов также способствует встречная динамическая нагрузка ДК с помощью отражателя тока, что эквивалентно симметричной нагрузке.

14.Увеличние нагрузочной способности и повышение линейности ДК и его симметрии с помощью введения резисторов Rэ (от 100 Ом до 1...2 кОм):

Верхнее значение Rэ определяется требуемым усилением напряжения Ku=Rк/Rэ, дрейфом нулевого потенциала и шумом сопротивления Rэ, т.к. оно включается последовательно с источником сигнала. Иногда с помощью конденсатора, включённого между эмиттерами, вводят коррекцию по опережению.

15.Схема дифкаскада, свободного от эффекта Миллера.

Введение следящей обратной связи в коллектор входного транзистора позволяет нейтрализовать входную ёмкость ДК (СК):

подстроечный резистор устанавливается в такое положение, при котором на верхней рабочей частоте напряжение на коллекторе транзистора равно входному.

16.Симметричный съём сигнала с помощью токового зеркала.

Позволяет уменьшить шумы и увеличить коэффициент усиления по сравнению с простым несимметричным ДК. Резистор RC - цепи по запаздыванию выбирают в пределах 68...680 Ом, конденсатор - в пределах 180...2200 пФ.

17.Компенсация ООС через ёмкости Ск транзисторов ДК с помощью дополнительных транзисторов.

Позволяет расширить полосу пропускания. Дополнительные транзисторы могут быть заменены конденсаторами небольшой ёмкости.

18.Применение каскодного усилителя повышает быстродействие более чем в 10 раз:

19.Прецезионный ДК со следящей связью.

Применение каскода со следящей связью позволяет не только подавлять эффект Миллера, но и нейтрализовать ёмкости Ск.

20.Применение полевых транзисторов в каскоде со следящей связью.

У дифференциальных усилителей, работающих в режиме большого сигнала, время нарастания и спада переходных процессов различно из-за более медленного разряда ёмкости нагрузки в момент отключения. Этот недостаток исключается в двухтактной схеме.


PREV CONTENTS NEXT MAIN PAGE

Рейтинг@Mail.ru