6. Каскады усиления на дискретных элементах. Лекция 16

6. КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ НА
ДИСКРЕТНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
 Школа Н.Ф.
«ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА»
«АНАЛОГОВЫЕ И ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА»
Ч.1. «АНАЛОГОВЫЕ УСТРОЙСТВА»
Лекция №16 2005 г.
Входное сопротивление каскада ОК (эмиттерный
повторитель)
u1
RВХ  .
i вх
iвх
Способы увеличения входного
сопротивления эмиттерного
повторителя
Входное сопротивление схемы определяется
выражением:
RвхЭП  Rб Rвх  R1 R 2   Rэн
Вывод. Для получения большого входного
сопротивления необходимо увеличивать все
величины R и .
1.Повторитель на составном
транзисторе (схема Дарлингтона).
I э 1  ( 1   1 )I б 1 ,
I к 2   2  I б 2   2  I э 1   2  ( 1   1 )I б 1 ,
I к  I к1  I к 2 
  1  I б 1   2  ( 1   1 )I б 1 
  1   2  ( 1   1 )  I б 1   сост  I б ,
 сост   1   2  ( 1   1 )
 сост   1   2  ( 1   1 )   1   2
2. Эмиттерный повторитель
с динамической нагрузкой.
За счет динамического сопротивления
повышается
эквивалентная
эмиттерная нагрузка Rэн.
В качестве используют нелинейный
элемент
с
большим
дифференциальным
сопротивлением, ток через который
практически постоянный.
3. Эмиттерный повторитель со
следящей связью
iвх
С
целью
уменьшить
переменную
составляющую входного тока через
резистор R4 в точку ОС через емкость С4
подают с выхода сигнал напряжения,
близкий по амплитуде к входному сигналу.
В результате действия обратной связи
входное сопротивление делителя в цепи базы
переменному току становится равным:
Rдин
uвх
uвх
R4



.
i вх uвх  К ЭП  uвх 1  К ЭП
R4
Школа Н.Ф.:
ФАКУЛЬТАТИВНО
6.2.3. Фазоинверсный каскад с
разделенной нагрузкой
Каскад
с
коллекторноэмиттерной
нагрузкой
применяют
для
получения
симметричного бифазного
выходного
сигнала из несимметричного входного.
Школа Н.Ф.:
ФАКУЛЬТАТИВНО
Школа Н.Ф.:
ФАКУЛЬТАТИВНО
U вых 1
S  Rкн
K1 

,
S
U вх
1  R эн

S
 R эн
U вых 2

K2 

,
S
U вх
1  Rэн

K о 1  K о 2 , если
Rкн  Rэн .
6.3. Каскад с параллельной ООС по
току. Каскад с общей базой ОБ
Общие свойства каскада
Основные соотношения:
I ОС
I2
Ki 
, c 
,
I 3'
I2
I 1  I ОС  I 3  I ОС  I 3'  I 3" ,
Rг
I 3' 
( I 1  I ОС ) 
Rг  Rвх
   ( I 1  I ОС ).
ЕслиR г  Rвх , то   1.
1. Коэффициенты
усиления.
1.1. Коэффициент усиления тока.
K i  I 3'
I2
K i 


I1
I1
K i   ( I 1  Ioc )


I1
K i   ( I 1  c  I 2 )


I1
I2
 K i   ( 1  c 
)
I1
 K i   ( 1  c  K i ).
K i
  Ki

1   c  Ki
1.2. Коэффициент преобразования
тока в выходное напряжение.
K iu
U 2 I 2  Rн


 K i  Rн
I1
I1
1.3. Коэффициент усиления напряжения.
K u
Rн
U 2 I 2  Rн


 K i 

U 1 I 1  Rг
Rг
  Ki

1    c  Ki
Ki

1    c  Ki
Rн


Rг
Rн

.
Rг  Rвх
2. Входное сопротивление
Rвх
Rвх

.
Fвх (  )
3. Выходное
сопротивление
Rвых   Rвых  Fвых ( 0 ).
Принцип работы каскада общая база
ОБ
Эквивалентная схема
Для Rг>>Rвх :
I 1  Iэ , I 2  Iк , I 3  Iб ,
I 2 Iк
Ki 

 h21 э   ,
I 3 Iб
Ioc Iк
с 

1
I 2 Iк
Вывод. В каскаде ОБ реализована 100%
параллельная ООС по току.
Свойства каскада ОБ
1). Коэффициент
K i
усиления
  Ki
 


,
1    c  Ki 1    
ЕслиRг   , то
K i 

1 

K iu  K i  Rкн    Rкн
K u
U вых I 2  Rкн
Rкн


 K i 

U вх
I 1  Rг
Rг
   Rкн





1     Rг 1  
Rкн

Rвх
Rг 
1 
Rкн
Rкн
 

.
Rг  h11б Rгэ  rэ
2). Входное
сопротивление
Rвх
Rвх
RвхОЭ



Fвх (  ) 1  
rб  ( 1   )  rэ
rб
 rэ 
 h11б .
1 
1 
ЕслиRб  0 , то _ rб  rб  Rб .
3). Выходное
сопротивление
Rвых   Rвых  Fвых ( 0 )  RвыхОЭ  Fвых ( 0 ) 
1
1
 ( 1     ).
 ( 1    h21э ) 

h22 э
h22 э
ЕслиRг   , то

Rвых   rк  ( 1   )  rк .
4). Выходная емкость

С вых 
С к' С к


 Cк .
F 1 
5). Частотные свойства

1  j   
 ( j )
K i ( j ) 



1   ( j )
1
1  j   


1 
1  j 

1 


.
1  j   
Постоянная времени каскада ОБ в
области верхних частот

 вОЭ    C к  RКН
 в 

F
1 
    C к  RКН .
Вывод.
широкополосность
реализуется при
Максимальная
каскада
ОБ
RГ  , RКН  0.
При Rг=0 каскад ОБ приобретает
свойства каскада ОЭ.
Сравнительные характеристики
каскадов ОБ и ОЭ
• Каскад ОБ- повторитель тока, каскад
ОЭ- усилитель тока.
• Коэффициенты усиления напряжения
обоих каскадов одинаковы при прочих
равных условиях.
• Входное сопротивление каскада ОБ самое малое из всех схем включения
БПТ, каскады ОБ не каскадируются.
• Выходное сопротивление каскада ОБ самое большое из всех схем
включения БПТ и растет с ростом
сопротивления в цепи эмиттера (RГ).
• Каскад ОБ применяют в комбинации с
каскадами ОЭ и ОК в усилительных
секциях (часто с ООС).
Каскодная схема
Каскодной
схемой
называется
двухкаскадный усилитель, образованный
каскадами ОЭ и ОБ, через активные
элементы которых протекает одна и та
же переменная составляющая выходного
тока,
пропорциональная
входному
сигналу.
Принципиальная
схема каскода
R3
R1 U
Eб2
б2
R4
EК
Rk
RК
Uоткл
UВЫХ
VT2
VT2'
Uпл вых Uпл вых
iK
C1
VT1
VT1'
Cос
RRgГ
Eвх1
Uвх1
ВХ
ЕВХU
RЭ
R2
UEб1
б1
R0
С0
Rрт
Rос
Упрощенная схема каскода для
сигналов
Виртуальная
«земля»- «0»
iК2
iЭ2
iК1
RГ VT1 iЭ1
VT2
UВЫХ1
UВЫХ2
Iвых
еГ
ОЭ
ОБ
RKH
Транзистор как источник стабильного
тока. Генератор стабильного тока
Генераторы стабильного тока (ГСТ)двухполюсник, сила тока через который
почти не зависит от приложенного к нему
напряжения. Различают ГСТ на БПТ и ПТ,
а также одно- и двух- транзисторные.
Генераторы стабильного тока на БПТ
Схема а): ток коллектора практически не
зависит от напряжения Uк, которое имеет
только одну полярность (+).
RГCT
200 B  npn ,
UА
r 
, гдеU A  
I KP
 80 B  pnp .

K
Схема б): применена эмиттерная стабилизация,
улучшающая показатели ГСТ.
U Б  U БЭ I Д  R 3  U D  U БЭ
IK    IЭ 


RЭ
R4
R3
E1


,
R4 R 2  R 3




R4  rБ

 
R ГСТ  rK   1   
.

rБ  R 2 ( rD  R 3 )


R
4

r

Э


1




Школа Н.Ф.:
ФАКУЛЬТАТИВНО
R ГСТ  rK 3
Школа Н.Ф.:
ФАКУЛЬТАТИВНО
Генераторы стабильного тока на ПТ
Схемы ГСТ
на ПТ проще:
RГСТа  RВЫХ  Ri 1  ( 1  S 1  RИ ),
RГСТб  RВЫХ  Ri 2  1  S 2  Ri 3 ( 1  S 3  RИ ).
Школа Н.Ф.:
ФАКУЛЬТАТИВНО
Генераторы
малого
стабильного
напряжения
(ГСМН)низковольтные
(порядка 1В) стабилизаторы постоянного
напряжения.
ГСМН
двухполюсник,
падение
напряжения на котором почти не зависит
от протекающего по нему тока.
Простейший ГСМН- диод, по которому
протекает ток. Напряжение стабилизацииоколо 0,7 В.
Школа Н.Ф.:
ФАКУЛЬТАТИВНО
Генератор малого стабильного напряжения,
кратного Uбэ
U ГМСН  U БЭ 1  U БЭ 2
U ГМСН  n  U БЭ  n  0 ,7 B .
Школа Н.Ф.:
ФАКУЛЬТАТИВНО
Генератор малого стабильного напряжения
регулируемой величины
U КЭ R1  R 2

,
U БЭ
R2
U КЭ
RВЫХ
R1  R 2

 U БЭ .
R2
U R1  R 2


,
I
S  R2
т .к .I  I К  S  U БЭ
RВЫХ  50...200  .
R2
 S
 U KЭ .
R1  R 2
• Схемы сдвига уровня применяют для
гальванических межкаскадных связей. В
ИМС часто приходится сдвигать уровень на
некоторую величину.
• Основное требование:
схема должна
передавать сигнал по возможности без
искажений и потерь.
• Простейший элементом сдвига уровня
является стабилитрон, но он имеет
повышенный уровень шума.
ЭП
IГСТ
U CДВ  U вых  U вх  U БЭ  I ГСТ  R .
ГСТ
RвыхГСТ
K~ 
 1.
R  RвыхГСТ
Токовое зеркало
Токовым зеркалом или отражателем тока
называется транзисторный узел, у которого токи
двух входящих в одну точку ветвей равны, причем
один из них (вводной) управляет другим
(выходным).
I2
K IТЗ 
 1,
I1
I 1  полный  входной  ток ,
I 2  полный  выходной  ток .
Входное сопротивление ТЗ мало а
выходное - велико, поэтому ток не
зависит от Е2.
Токовое зеркало можно рассматривать
как
частный
случай
ГСТ.
ТЗ наиболее часто используют в
качестве
ГСТ
и
динамических
нагрузок каскадов для перехода от
симметричного
выхода
к
несимметричному высокоомному.
Простейшее токовое зеркало.
I1  IK1  2  IБ ,
I 2  IK 2 ,
IK2
KI 

IK1  2  IБ

1
1
2

.