Вопрос №3. Прежде чем рассмотреть каскадную схему УРЧ необходимо отметить положительные свойства транзисторных усилителей по сравнению с ламповыми

Каскодная схема УРЧ

Прежде чем рассмотреть каскадную схему УРЧ необходимо отметить положительные свойства транзисторных усилителей по сравнению с ламповыми.

Достоинства транзисторных усилителей:

1. Более экономичны (малые напряжения источников питания, малая мощность потребления).

2. Мгновенность действия после включения (отсутствует цепи накала, меньше выделение тепла, меньше паразитные связи).

3. Более высокий КПД.

4. Более высокая надежность и длительный срок службы.

5. Возможность миниатюризации (вес, габариты).

Недостатки транзисторных усилителей:

1. Большой разброс параметров транзисторов и их сильная зависимость от температуры.

2. Зависимость параметров от частоты.

3. Относительно низкий К (из-за больших величин входных и выходных проводимостей у полевых транзисторов).

4. Большие обратные связи, чем в лампах.

В настоящее время у транзисторов совершенствуются следующие параметры:

– расширяется динамический диапазон,

– уменьшается уровень шумов,

– увеличивается верхняя граничная частота.

Каскодная схема УРЧ состоит из двух последовательно включенных по переменному току транзисторов с разными способами их включения как последовательно, так и параллельно.

Возможны следующие комбинации:

– ОЭ – ОБ – для биполярных транзисторов,

– ОК – ОС – для ламп,

– ОИ – ОЗ – для полевых транзисторов.

В каскодной схеме (рис.16.8) удается совместить основные достоинства усилителей с биполярным транзистором, включенным с ОЭ (полевым транзистором − ОИ, лампой − ОК) и общей базой:

− включение с ОЭ позволяет получить высокие усилительные свойства (К_Р = 100 ÷ 10000), а также достаточно большое входное сопротивление (R_ВХ – сотни Ом);

− включение с ОБ позволяет обеспечить высокую устойчивость всей схемы.

Рис.16.8. Каскодная схема УРЧ

На схеме входное напряжение обозначено U1, выходное напряжение – U2. Эмиттерные сопротивление и емкость первого каскада на схеме обозначены Re и Ce соответственно. Фильтрующая цепочка источника питания – Rf, Cf.

Второй каскад выполнен на биполярном транзисторе, включенным по схеме с ОБ, что обеспечивает большую входную проводимость. Это объясняется тем, что в каскаде с ОБ образуется сильная ООС по току, обусловленная прохождением переменной составляющей коллекторного (стокового, анодного) тока через цепи предыдущего каскада.

Избирательная система в первом каскаде отсутствует, так как она сильно шунтировалась бы большой входной проводимостью второго каскада и обладала бы низкими избирательными свойствами. Первый каскад оказывается нагруженным на большую входную проводимость второго каскада. Поэтому коэффициент усиления по напряжению К_U1 первого каскада близок к единице и каскад обладает большим запасом устойчивости:

где – крутизна первого транзистора,

– крутизна второго транзистора

.

Известно, что для схемы с ОБ входная проводимость равна крутизне транзистора в схеме с ОЭ ().

Коэффициент усиления по мощности определяется выражениями:

; .

Так как , то,

где – входная проводимость второго и первого каскада.

Благодаря большой величине коэффициента усиления по мощности К_Р заметно уменьшается уровень собственных шумов каскадной схемы.

Шумовые свойства каскадного УРЧ оцениваются с помощью коэффициента шума:

,

где N₁, N₂ – коэффициенты шума первого и второго каскадов.

Так как К_Р1 >> 1, то коэффициент шума N практически будет равен N₁.

Второй каскад вследствие заземления базы обладает малой паразитной связью между выходными и входными цепями, что обеспечивает высокую устойчивость. Второй каскад выполняет роль усилителя напряжения К_U2 = К_U1.

Входное сопротивление R_ВХ каскодной схемы определяется входным сопротивлением R_ВХ первого транзистора и не зависит от сопротивления нагрузки.

Устойчивость схемы определяется устойчивостью ее второго каскада, так как K_U1 ≈ 1 и первый каскад практически не влияет на устойчивость схемы.

В настоящее время широкое применение в каскадных усилителях получило сочетание полевых и биполярных транзисторов. Каскадные схемы с использованием ПТ и БТ называются гибридными. В таких усилителях реализуется:

− высокое входное сопротивление R_ВХ и низкий уровень шумов полевых транзисторов,

− более высокая крутизна биполярных транзисторов.

Наибольшее применение получила схема «общий исток» – «общая база».

Выводы по 3-му вопросу:

1. Схемы с общей сеткой (ОБ, ОЗ) обладают большей устойчивостью в работе.

2. Каскодная схема реализует достоинства двух видов включения транзистора.

3. Каскодная схема УРЧ нашла широкое применение в УРЧ современных радиоприемников ВМФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ