Фазоинверсные каскады

Фазоинверсными называют каскады с несимметричным входом и симметричным относительно общего провода выходом. Для удов­летворения этого требования инверсные каскады имеют два выхо­да, с которых снимают равные по амплитуде, но сдвинутые по фа­зе на 180° напряжения. Инверсные каскады используются для пере­хода от несимметричных однотактных каскадов к двухтактным, а также для передачи сигнала от однотактных каскадов к симмет­ричной нагрузке.

Фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой выходной цепи приведен на рис. 42, а. В усилителе одна часть нагрузки вклю­чена в цепь коллектора (резистор R_к), а другая R_э — в цепь эмит­тера. Переменные напряжения u _вых1 и u _вых2 снимаются с сопротив­лений нагрузок R _н' = R _к R _вх1/(R _к+ R _вх1) и R _н"= R _э R _вх"/(R _э+ R _вх"), образованных соответственно параллельным соединениям резисто­ров R_к и R_э и входных сопротивлений R _вх' и R _вх" соответствующих

плеч оконечного каскада. Относительно R _н' транзистор включен по схеме с ОЭ, следовательно, напряжение U_вых1 противофазно вход­ному U_вх, а относительно R _н" — по схеме с ОК, следовательно, на­пряжение u _вых2 на нем по фазе совпадает с входным u _вх . Усиление входного сигнала схемой с ОЭ несколько больше, чем в схеме с ОК, т. е. u _вых1> u _вых2. Для устранения этой асимметрии выходных на­пряжений подбором значения сопротивления резистора R _к в цепи коллектора выбирают R _н'< R _н"

Инверсные каскады с разделенной нагрузкой используются при работе на двухтактный транзисторный каскад, работающий в режиме А, при небольшой мощности усилителя. При работе на двухтактный каскад в режиме В параллельно входным сопротив­лениям плеч оконечного каскада включают диоды для разряда разделительных конденсаторов, заряжающихся в режиме В им­пульсами входного тока транзистора.

Инверсные каскады используются также в ИМС для управле­ния бестрансформаторными каскадами на одноструктурных тран­зисторах. Каскады с разделенной нагрузкой с глубокой ООС обес­печивают малые нелинейные и частотные искажения, просты в ис­полнении. К недостаткам этих каскадов относят сложность введе­ния в них цепей НЧ и ВЧ коррекции, отсутствие усиления сигнала, так как напряжение сигнала от УЭ делится поровну между сопро­тивлениями нагрузки (R _н' и R _н")

Фазоинверсный каскад с эмиттерной связью имеет большую симметрию выходных противофазных напряжений и стабильность коэффициента усиления. Входное напряжение сигнала u _вх приложено между базой V1, включенного с ОЭ, и об­щим проводом схемы. Это напряжение равно сумме напряжения u _вх1 между базой и эмиттером транзистора V1 и напряжения u _вх2 на резисторе R _э. Напряжения u _вх1 и u _вх2 по фазе совпадают с вход­ным сигналом.

Транзистор V2 включен с ОБ (его база соединена через кон­денсатор С 2 с общим проводом). Напряжение возбуждения, дей­ствующее между эмиттером и базой V2, равно u _вх2 и приложено к транзистору в противоположной полярности относительно вход­ного u _вх. В результате транзисторы V1 и V2 работают в противофазе, переменные составляющие эмиттерных i _э1 и i _э2 и коллектор­ных i _к1 и i _к2 токов сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180°, следовательно, напряжение u _вх2 на резисторе R _э создается разностью токов (i _э1- i _э2). Противофазность токов i _к1 и i _к2 обуслов­ливает противофазность выходных u _вых1 и u _вых2 напряжений.

Фазоинверсные каскады на равноструктурных транзисторах используются в усилителях с двухтактным оконечным бестранс­форматорным каскадом (рис. 42, б). Транзисторы V2 и V3 по постоянному току соединены последовательно. Транзистор V3 включен с ОЭ, a V2 - с ОБ (его база по переменному току через конденсатор С подключена к общему проводу). Выходные напря­жения u _вых1 и u _вых2, снимаемые с резисторов R3 и R5, включенных в коллекторных цепях разноструктурных транзисторов, сдвинуты по фазе на 180°. Для увеличения входного сопротивления транзис­тора V2 в схему включен резистор R4, что позволило уменьшить на входе инверсного каскада мощность сигнала, снимаемого с тран­зистора V1. В схеме обеспечивается симметрия выходных сопро­тивлений и напряжений. Схема технологична и широко использу­ется в ИМС.

Фазоинверсный каскад с инвертирующим транзистором (рис. 42, в) содержит двухкаскадный резисторный усилитель на тран­зисторах V1, V2, включенных с ОЭ. Первый каскад на транзисторе V1 усиливает входное напряжение u _вх. Напряжение u _вых1 на выхо­де V1 является выходным напряжением первого плеча инверсного каскада. Это же напряжение u _вых1подается на второй каскад, име­ющий коэффициент усиления по напряжению около единицы (К _н≈1). Напряжение на выходе V2 u _вых2 является выходным на­пряжением второго плеча инверсного каскада. По амплитуде оно равно напряжению u _вых1и сдвинуто относительно его по фазе на 180°.

С помощью резисторов R _э1 и R _э2 каскады охвачены ООС по то­ку, стабилизирующей режим транзисторов по постоянному току и улучшающей частотную и переходную характеристики усилителя. Чтобы второй каскад имел К _Н=1, сопротивление резистора R5 вы­бирают меньше сопротивления резистора R3. Возникающую при этом асимметрию выходных сопротивлений плеч инверсного каска­да устраняют с помощью резистора R4.

Рис. 42. Фазоинверсные каскады