Методы улучшения параметров усилительных каскадов

Усилительный каскад ОЭ используется наиболее часто.

Для увеличения Кuэ необходимо увеличивать В.

1. Выбрать транзистор с большим В. Современные транзисторы имеют В = 50 ÷ 250.

2. Использовать составной транзистор (схема Дарлингтона).

Общий коэффициент передачи тока базы такого транзистора В ≈ В1·В2 и может достигать 1000 ÷ 5000.

Для увеличения Кuэ необходимо увеличивать R_к

Однако увеличивать RK до бесконечности нельзя, поскольку транзистор может оказаться в режиме отсечки коллекторного тока и перестанет усиливать. Кроме того, существует ограничение, состоящее в том, что R_K включено параллельно сопротивлению r_к* R_K// r_к*.

Для увеличения К_Uэ необходим такой элемент электроники, сопротивление которого было бы разным для постоянного и переменного токов.

В качестве такого элемента можно применить биполярный или полевой транзисторы.

Идеальным элементом в этом смысле является биполярный транзистор, включенный по схеме ОБ.

Его коллекторные вольтамперные характеристики идут почти параллельно оси напряжения Uкэ.

Напряжение Uкэ может изменяться от единиц вольт до десятков вольт, а ток коллектора изменяется при этом на единицы миллиампер.

Транзистор в этом случае является источником стабильного тока или генератором стабильного тока – ГСТ.

Источник стабильного тока или генератор стабильного тока – ГСТ.

Для источника тока должно хорошо выполняться условие R_C >> R_H.

Примем R_C = 10 Ом, R_H = 1 Ом. Определить, насколько изменится ток нагрузки I_H, если R_H уменьшилось вдвое
(на 50%).

Коллекторные вольтамперные характеристики транзистора

Режим транзистора по постоянному току можно выбрать любым, например, Uк = 5В, Iк = 1мА.

При этом R₀ = Uк/Iк = 5кОм.

Для переменного тока (изменений тока и напряжения) сопротивление равно rд = ∆Uк/∆Iк.

Величина сопротивления rк* составляет (10 ÷ 100) кОм для маломощных транзисторов.

Для транзистора, включенного по схеме ОБ, сопротивление коллекторной цепи rк = В·rк*

При использовании транзистора в качестве ГСТ следует помнить о следующем:

1. Выходное сопротивление транзистора со стороны коллектора Rвых ≈ Rк.

2. Выходное сопротивление транзистора со стороны эмиттера Rвых ≈ rэ.

Rк >> rэ

3. Коэффициент усиления каскада определяется не только сопротивлением Rк, а и нагрузкой, включенной параллельно Rкн. Однако нагрузка может быть низкоомной.

Для согласования высокоомного выхода каскада с нагрузкой следует воспользоваться каскадом ОК, у которого высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление.

Основным свойством каскада ОК является высокое входное сопротивление и низкое выходное.

Поэтому при проектировании каскада ОК стремятся увеличить входное сопротивление и уменьшить выходное.

Rвх = h11э + (В+1)Rэн.

Для увеличения Rвх необходимо увеличивать сопротивление Rэ.

Однако беспредельное увеличение этого сопротивления невозможно.

Поэтому в цепь эмиттера также необходимо включить генератор стабильного тока ГСТ.

Таким образом, коллекторная цепь усилительного каскада может выглядеть следующим образом.

Методы улучшения параметров усилительных каскадов

Транзистор VT2 является источником тока.

По переменному току он включен по схеме ОБ, т.к. его база подключена к общей шине через малое сопротивление конденсатора С3 ХС3 << R3.

Режим транзистора по постоянному току задается делителем напряжения R2,R3.

Недостаток схемы состоит в том, что для задания режима транзистора необходимо три элемента.

Поэтому в интегральной схемотехнике в качестве ГСТ применяется схема «токовое зеркало» или полевой транзистор со встроенным каналом.

Схема «токовое зеркало»

В качестве ГСТ схема может включаться как в коллекторную цепь усилительного транзистора, так и в эмиттерную цепь.

Теоретические расчеты и экспериментальные исследования показывают, что усилительный каскад с резистивной коллекторной нагрузкой может иметь коэффициент усиления K_Uэ в пределах 120 – 150,

динамическая нагрузка – ГСТ – увеличивает коэффициент усиления до 2500.

Таким образом, рассмотрены методы и средства проектирования усилительных каскадов с наперед заданными параметрами. К параметрам относятся К_U, К_I, R_ВХ, R_ВЫХ, К_Р.

Дата добавления: 2014-01-07