2017-12-14
2640
Усилительный каскад можно представить в виде активного четырехполюсника (рис.14) с двумя входными 1-1 и двумя выходными 2-2 клеммами. Активными элементами усилительных каскадов являются транзисторы, электронные лампы, включаемые между входными и выходными устройствами. Один из выводов УЭ является общим для входной и выходной цепей.
Рис. 14. Усилительный каскад как активный четырёхполюсник
Каждый УЭ (биполярный или полевой транзистор, лампа) имеет три основных электрода: эмиттирующий (эмиттер, исток, катод), управляющий (база, затвор, сетка) и управляемый (коллектор, сток, анод). В зависимости от того, какой из электродов является общим для входной и выходной цепей усилителя, различают три способа включения УЭ по переменному току: с общим эмиттирующим электродом (схемы с общим эмиттером ОЭ, рис.15, а; общим истоком ОИ, рис. 15, б; общим катодом ОК, рис. 15, в); с общим управляющим электродом (схемы с общей базой ОБ, рис. 16, а; с общим затвором ОЗ, рис.16, б; с общей сеткой ОС, рис. 16, в); с общим управляемым электродом (схемы с общим коллектором ОК, рис. 17, а; с общим стоком ОС, рис. 17, б; с общим анодом OA, рис. 17, в). Для упрощения в схемах исключены источники постоянного тока, поскольку в схемах усилителей их сопротивление переменному току близко к нулю. Сопротивления переменному току в схемах представлены лишь сопротивлением источника сигнала r и и нагрузки R н~. Свойства различных схем включения УЭ оценивают по коэффициентам усиления (по току, напряжению, мощности), по изменению фазы (инвертированию) выходного сигнала по отношению к фазе входного сигнала, по значениям входного и выходного сопротивлений, по нелинейным искажениям и частотным свойствам.
Для схем с эмиттирующим электродом (см. рис. 15) характерно изменение на обратную полярность усиливаемого сигнала (сдвиг фазы на 180°). В схемах нет внешних обратных связей и обеспечивается одновременное усиление тока, напряжения, мощности. Схемы обладают средними значениями входного и выходного сопротивлений и наихудшими частотными и нелинейными искажениями.
В схемах с общим управляющим электродом (см. рис. 16) полярность усиливаемого сигнала не меняется. Для выяснения свойств усилителей, выполненных по схемам с общим управляющим электродом, схему на биполярном транзисторе (см. рис. 16, а) представим в виде схемы с общим эмиттирующим электродом (рис. 18), в которой по переменному току введена обратная связь.
Для определения вида ОС используем общие правила. При обрыве цепи источника сигнала обратная связь не исчезает, следовательно, она параллельна по входу. В схеме весь выходной ток поступает обратно во входную цепь (I вых= I св), поэтому в схеме действует 100%-ная ОС. Напряжение ОС создается током I вх= I св+ I б на сопротивлении источника r и. Если r и=0, ОС отсутствует. Это означает, что ОС в схеме с ОБ возникает при r и>> R вх транзистора.
Если за счет е и увеличится положительный потенциал на базе транзистора, то выходной ток I вых транзистора уменьшится. При этом уменьшатся напряжение ОС на r и и потенциал на базе, следовательно, в схеме действует ООС.
Чтобы выяснить тип ОС по выходу, замкнем сопротивление нагрузки R н~. ОС не исчезает и выходной ток поступает во входную цепь. При обрыве цепи нагрузки ОС исчезает, значит, по выходуОС по току. Таким образом, в схеме с ОБ действует 100%-ная параллельная ООС по току.
Учитывая влияние ООС на свойства усилителя, для схем с общим управляющим электродом можно сделать следующие выводы: коэффициент передачи по току близок единице; сигнал усиливается по напряжению и мощности (усиление по мощности немного меньше, чем в схемах с общим эмиттирующим электродом); входное сопротивление минимально, а выходное — максимально. Схемы обладают хорошими частотными свойствами и малыми нелинейными искажениями. Эти свойства усилителя проявляются в большей мере с увеличением ООС, которая возрастает при увеличении сопротивления источника сигнала.
Схемы с общим управляемым электродом (см. рис. 17, а) рассмотрим как схемы с общим эмиттирующим электродом, но с введенной ОС. Свойства этих усилителей проследим на примере схемы с ОК (рис. 19). В этой схеме напряжение, действующее между базой и эмиттером U бэ, определяется разностью напряжений источника сигнала е и и выходного U вых на нагрузке R н. Увеличение потенциала на базе транзистора за счет е и, сопровождается снижением тока эмиттера и, как следствие, напряжения U вых на нагрузке R н. Это приводит к увеличению напряжения U бэ и транзистор закрывается меньше. В схеме действует, отрицательная ОС. Напряжение ОС равно выходному напряжению, поэтому ООС полная (100%-ная). В схеме действует последовательная ОС по входу, так как при обрыве источника сигнала напряжение ОС не будет подаваться на УЭ. При коротком замыкании сопротивление нагрузки ОС исчезает, поэтому по выходу эта ОС создается по напряжению. Действующая в схеме с ОК 100%-ная последовательная ООС по напряжению определяет свойства усилителя. Изменение сопротивлений r и и R h в схеме сопровождается изменением влияния ООС на качественные показатели усилителя. Аналогичное влияние ОС оказывает в схемах рис. 17, б и в.
В схемах с общим управляемым электродом имеет место увеличение коэффициента передачи тока и усиление мощности, а усиление сигнала по напряжению меньше единицы; входное сопротивление максимально, а выходное мало; частотные свойства хорошие, а нелинейные искажения невелики; полярность усиливаемого сигнала на выходе усилителя не меняется. По значению и фазе выгодное напряжение близко к напряжению, действующему на входе
(повторяет его), поэтому схемы с общим управляемым электродом называют повторителями. При этом различают схемы эмнттерного, истокового, катодного повторителей.
Рис.15. Схемы с общим эмитирующим электродом
Рис. 16. Схема с общим управляющим электродом
Рис.17. Схемы с общим управляемым электродом: а – с общим коллектором; б – с общим стоком; в – общи анодом
Рис. 18. Схема параллельной ООС по току Рис. 19. Каскад с ОК и последовательной ООС по напряжению
