Простейшая схема двухтактного УК показана на рис. 2.11. Она состоит из двух транзисторов, обладающих одинаковыми параметрами, но разного типа проводимости. Такие пары транзисторов называют комплементарными, а каскад усиления – комплементарным усилителем.
Отметим, что для питания рассматриваемой схемы используется двухполярный источник.
Каскад называют двухтактным, потому что в течение одного периода колебаний усиливаемого сигнала поочередно, в два такта, работают транзисторы каскада VT1 и VT2. Если пренебречь начальной нелинейностью входной характеристики транзисторов, можно считать, что при U вх > 0 транзистор VT2 заперт, а транзистор VT1 работает как эмиттерный повторитель. При U вх < 0 транзисторы меняются «ролями». Таким образом, каскад представляет собой двухполярный эмиттерный повторитель.
Одним из важных достоинств двухтактного каскада является большая реализуемая мощность. Действительно, по сравнению с УК ОК диапазон изменения входного напряжения увеличивается вдвое, а выделяемая мощность делится пополам между транзисторами. Другой важнейшей особенностью является способность усиливать одинаково хорошо как переменный, так и постоянный (медленно меняющийся) ток.
|
|
Недостатком можно считать необходимость в двухполярном источнике. В ряде случаев (и с ограничениями) можно применять специальные схемные решения, позволяющие реализовать двухтактный каскад при однополярном питании.
2.1.5. Усилительные каскады на полевых транзисторах
В настоящее время широкое распространение получили усилительные каскады на полевых транзисторах, так как они обладают существенно большим входным сопротивлением по сравнению с усилительными каскадами на биполярных транзисторах. Наиболее часто используют усилительный каскад с общим истоком, схема которого приведена на рис. 2.12,а.
В этом каскаде резистор R c, с помощью которого осуществляется усиление, включен в цепь стока. В цепь истока полевого транзистора VT включен резистор R и, создающий необходимое падение напряжения в режиме покоя U з0, являющееся напряжением смещения между затвором и истоком.
Резистор R з в цепи затвора обеспечивает в режиме покоя равенство потенциалов затвора и общей точки усилительного каскада. Следовательно, потенциал затвора ниже потенциала истока на падение напряжения на резисторе R и от постоянной составляющей тока I и0. Таким образом, потенциал затвора является отрицательным относительно потенциала истока.
Входное напряжение подается на резистор R з через разделительный конденсатор С. При подаче переменного входного напряжения в канале полевого транзистора появляются переменные составляющие тока истока i и и тока стока iс, причем i и ≈ i с. За счет падения напряжения на резисторе R и от переменной составляющей тока i и переменная составляющая напряжения между затвором и истоком, усиливаемая полевым транзистором, может быть значительно меньше входного напряжения: u з = u вх – R и i и,
|
|
Это явление, называемое отрицательной обратной связью, приводит к уменьшению коэффициента усиления усилительного каскада. Для его устранения параллельно резистору R и включают конденсатор С и, сопротивление которого на самой низкой частоте усиливаемого напряжения должно быть во много раз (обычно в 10 раз) меньше сопротивления резистора R и. При этом условии падение напряжения от тока истока на цепочке R И, С И, называемой звеном автоматического смещения, очень небольшое, так что по переменной составляющей тока исток можно считать соединенным с общей точкой усилительного каскада. Поэтому этот каскад называют усилительным каскадом с общим истоком.
Выходное напряжение снимается через конденсатор связи С с между стоком и общей точкой каскада, т.е. оно равно переменной составляющей напряжения между стоком и истоком. Рабочая точка в режиме покоя обычно соответствует середине линейного участка переходной характеристики, так как при этом нелинейные искажения усиливаемого напряжения минимальны. Выбрав положение рабочей точки и определив для нее значения напряжения смещения U з0 и тока стока I с0, находят сопротивление резистора звена автоматического смещения
Емкость конденсатора звена автоматического смещения рассчитывают обычно по формуле
где f н – наинизшая частота усиливаемого напряжения.
При подаче на вход усилительного каскада переменного напряжения появляется переменная составляющая тока стока i с. Изменение этого тока приводит к изменению напряжения U с между стоком и истоком; его переменная составляющая u с, численно равная и противоположная по фазе падению напряжения на резисторе R С, является выходным напряжением усилительного каскада
U вых = – R с i с.
Видно, что выходное напряжение противофазно входному, причем оно значительно больше входного напряжения, так как напряжение в цепи стока значительно больше, чем в цепи затвора.