Область низких частот

Область высоких частот

Выражение K_UF(2) становится комплексным:

; поскольку в области высоких частот без ООС: , где

, тогда

.

Структура последнего выражения такая же, как и у коэффициента передачи резисторного каскада K_U без обратной связи, однако постоянная выходной цепи уменьшается в величину , что приводит к расширению полосы пропускания выходной цепи ИП во столько же раз. Однако это расширение полосы в ИП окупается уменьшением усиления в области средних частот по сравнению с резисторным каскадом в такую же величину F₂(0).

Эквивалентная схема выходной цепи ИП в области ВЧ изображена на рис. 4.24.

Область низких частот

В области НЧ обратная связь становится частотно-зависимой и U _OC≠ U _2OC. С понижением частоты модуль напряжения U _OC может оказаться существенно меньше модуля U _2OC. Однако в том частотном диапазоне НЧ, где эти напряжения примерно одинаковые комплексный коэффициент передачи может быть получен из схемы рис. 4.23 с включением в неё разделительного конденсатора С _Р между резисторами R _И и R _Н- рис. 4.25.

Топология этой схемы такая же, как и у эквивалентных схем резисторных каскадов в области низких частот, следовательно:

,

где

.

Ввиду небольших величин R_Н , R_И в ИП по сравнению с резисторными каскадами для получения малого значения нижней граничной частоты в истоковом повторителе приходится значительно увеличивать емкость разделительного конденсатора С _Р.

Исследуем входную цепь ИП. Согласно рис.4.22, входное сопротивление повторителя справа от вертикальной штриховой линии в области низких средних частот очень велико:

В полевых транзисторах Ом, поэтому оказывается существенно больше параллельного соединения сопротивлений R₁ и R₂. Тогда в области низких частот эквивалентная схема входной цепи ИП имеет вид, приведенный на рис.4.26,а, а в области средних частот – рис.4.26,б.

Из рис.4.26,а,б следует, что в области средних частот:

,

а в области низких частот:

,

где

.

В области высоких частот комплексное сопротивление затвор-исток каскада без обратной связи определяется известным образом и является емкостным:

Свх(g)=Сис+С_ЗС(1+К_О).

Входное сопротивление повторителя, т.е. при наличии последовательной ООС, возрастает в величину F₂(0). Поэтому сопротивление Z_вх(F₂), справа от вертикальной штриховой линии рис.4.22 на участке затвор – общий провод, также оказывается емкостным:

.

Следовательно, входная динамическая ёмкость истокового повторителя оказывается меньше, чем у резисторного каскада в величину F₂(0):

Эквивалентная схема входной цепи повторителя в области высоких частот приведена на рис.4.27.

Коэффициент передачи входной цепи:

в области ВЧ может быть записан в виде:
,

где

,

g_r, g₁,g₂- проводимости сопротивлений генератора и делителей R₁,R₂

Уменьшение входной эквивалентной динамической емкости способствует расширению полосы пропускания во входной цепи истокового повторителя

Эмиттерный повторитель (ЭП) является аналогом истокового повторителя, его принципиальная схема изображена на рис.4.28.

Рис.4.28

Ввиду полной идентичности схем рис.4.22 и 4.28 все соотношения, полученные ранее для ИП, оказываются в основном справедливыми и для эмиттерного повторителя. Однако имеются и различия. В частности его выходная проводимость Y_ВЫХ(jω,ЭП) при использовании эквивалентной схемы рис.4.24 может быть записана с заменой в ней S₀ и g_I комплексными параметрами Y_{2 1} Y₂₂ биполярного транзистора:

Y_ВЫХ(jω,ЭП)=g_i+jωC_КБ^/+S₀/(1+jωτ)+g_Э+g_H+C_H.

Если представить параметр Y₂₁ в виде:

, то выходная цепь эмиттерного повторителя может быть изображена, как параллельный резонансный контур с тремя ветвями: индуктивной- R_S+jωL_S, емкостной- С₀= C_КБ^/+С_Н и резистивной с эквивалентной проводимостью g_ЭКВ=g_i+g_Э+g_H. Поэтому в рабочей полосе частот, особенно при большой емкости нагрузки С_H, в выходной цепи ЭП могут наблюдаться резонансные явления и в частности подъем частотной характеристики, что связано с характером комплексной крутизны биполярного транзистора. Входная проводимость повторителя –справа от вертикальной штриховой линии рис.4.28 – приближенно записывается в виде:

В целом из-за более высокой крутизны биполярных транзисторов по сравнению с полевыми свойства эмиттерного повторителя проявляются при сопротивлениях R_э, R_н много меньших, чем в ИП. Все это способствует широкому применению ЭП. Поскольку комплексные коэффициенты передачи повторителей входной и выходной цепей имеют сходную структуру, что и у резисторных каскадов, то выражения переходных характеристик этих цепей в области малых и больших времен имеют известный вид: .

Помимо рассмотренных выше базовых схем повторителей с полевыми и биполярными транзисторами известны и используются специальные схемы повторителей, например, с повышенным входным сопротивлением, сложные повторители и др.[10].

4.4. Дифференциальный каскад

Дифференциальный каскад (ДК) является основной ступенью усилителей медленноменяющихся сигналов (усилителей постоянного тока) и операционных усилиелей. Нижняя граничная частота каскада равна нулю. Верхняя граничная частота ДК определяется теми же соотношениями, что и у резисторных каскадов, рассмотренных в п.п.4.1, 4.2.

Важным преимуществом ДК перед резисторным с непосредственной связью, т.е. без разделительных конденсаторов С_р, является существенно меньший дрейф нуля, который проявляется в виде случайного медленно изменяющегося процесса на выходе устройства при изменении температуры, напряжения, питания, старения деталей и т.п. По этой причине усилители и аналоговые электронные устройства с непосредственной связью между каскадами выполняются на основе ДК.

ДК имеет два входа и два выхода и, следовательно, может применяться в устройствах с симметричным и несимметричным входом и выходом. Симметричный выход ДК может использоваться, например, в оконечном каскаде усилителей вертикального отклонения луча электронно-лучевых трубках в осциллографах.

Важной особенностью дифференциального каскада является его способность образовать выходной сигнал, пропорциональный разности входных сигналов, оставаясь практически нечувствительным к их абсолютным величинам, что очень важно при измерении небольших разностей этих сигналов.