Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №5 - Федорочев

Введение смещения с помощью диодов или другого генератора напряжения позволяет избавиться от ступеньки. Ток генераторов тока должен быть больше максимального тока базы при полной раскачке выходных транзисторов во избежание запирания диодов.

9. Эмиттерный повторитель с увеличенным входным сопротивлением с помощью следящей обратной связи.

10. Выходной каскад на квазикомплементарной паре.

Верхнее плечо — на составном транзисторе Дарлингтона, нижнее — на транзисторе Шиклаи. Введение дополнительного транзистора VT2, аналогично VT4, VT5, симметрируют входное сопротивление плеч. При этом искажения уменьшаются в 2..3 раза.

11. Двухтактные каскады.

По схеме Шиклаи (недостаток — возникновение больших сквозных токов при перегрузках, особенно на высоких частотах)

По схеме Дарлингтона

Повторитель по схеме Шиклаи и Дарлингтона

12. Схемы, позволяющие достаточно простым способом исключить полную отсечку предвыходных транзисторов и тем самым уменьшить коммутационные искажения.

13. Повторитель с высокой термостабильностью.

Недостаток — плохая нагрузочная способность при работе на низкоомную нагрузку, а отсюда и большие вносимые искажения в виде нечётных гармоник.

С повышенной нагрузочной способностью

14. Повторитель с повышенной нагрузочной способностью.

Повышенная нагрузочная способность достигнута за счёт введения активных источников тока в эмиттеры входных транзисторов.

15. Схема с повышенным быстродействием.

16. Мостовая схема повторителя.

Каскад с общим эмиттером

1. Каскад с общим эмиттером.

В простейшем каскаде с ОЭ входной сигнал подаётся на базу, а цепь эмиттера подключена к общему проводу. Каскады с ОЭ обеспечивают усиление как по току, так и по напряжению. Ток коллектора очень слабо зависит от напряжения на нём, поэтому транзистор со стороны со стороны коллектора в большинстве случаев можно рассматривать как генератор тока Iк с очень большим выходным сопротивлением.

Крутизна транзистора S = 1/(rэ + Rэ), где rэ = fт/Iэ — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода — выступает в качестве последовательного сопротивления во всех схемах, увеличивает входное и выходное сопротивление транзистора.

Коэффициент усиления по напряжению без учёта сопротивления нагрузки Rн и сопротивления коллектора rк

Ku = —S∙Rвх = —Rк/(rэ + Rэ).

Знак "минус" говорит об инверсии сигнала. Это справедливо при Rк много меньше Rн и rк. В противном случае необходимо учитывать их шунтирующее влияние. rк = 1/h22э — выходное сопротивление коллектора;

h22э — выходная проводимость.

Соответственно при отсутствии Rэ Ku = —Rк/rэ.

Как видно из приведённой формулы, каскаду с ОЭ (без принятия дополнительных мер) свойственны большие нелинейные искажения, т. к. в знаменателе есть нелинейная величина rэ, имеющая сложную зависимость от тока коллектора. Уменьшить нелинейные эффекты можно по следующим направлениям:

— уменьшение влияния rэ путём установки последовательно с ним резистора Rэ (местная 0 °C по току);

— компенсация влияния rэ путём установки последовательно с Rк одного или нескольких диодов динамическое сопротивление которых равно: rд = fт/Iк, тогда Кu =(Rк + nrд)/(rэ + Rэ), где n — количество диодов;

— выбор оптимального тока коллектора, при котором минимальны изменения h21э;

— правильный выбор рабочей точки;

— применение местной 0 °C по напряжению, которая одновременно уменьшает влияние ёмкости Ск, так как шунтирует её:

— выбор оптимального сопротивления источника (например, подбором сопротивления Rn последовательно со входом;

— уменьшение влияния rэ путём замены Rк генератора тока (за счёт стабилизации тока коллектора);

— уменьшение нелинейных эффектов за счёт применения динамической нагрузки;

— взаимокомпенсация нелинейных эффектов за счёт встречной динамической нагрузки.

Усилительные свойства транзисторов сохраняются до напряжения насыщения, которое может быть в пределах от 0,2…0,3 В до нескольких вольт в зависимости от тока коллектора. Например, для маломощных транзисторов при токах больше 10…20 мА насыщение может наступать при Uкэ = (1…2) В.

Напряжение ибэ зависит от температуры и изменяется на -2.1 мВ/°С. Поэтому ток коллектора увеличивается в 10 раз при увеличении Т° на 30 °C. Такая нестабильность делает смещение неработоспособным, т. к. даже небольшое изменение температуры выводит транзистор в режим насыщения или отсечки. Входное сопротивление каскада:

Rвх = Rп + rб + h21э(rэ + Rэ) и имеет ёмкостный характер.

При отсутствии Rп и Rэ и если пренебречь rб, то Rвх = h21э; rэ = h21э∙25/Iк (мА), Ом

Отсюда видно, что Rвх величина не постоянная, меняется при изменении входного сигнала, т. к. меняется Iк.

Диапазон изменения входного сигнала при Rэ = 0, при котором сохраняется линейный режим, не превышает 2 — fт = 50 мВ.

Коэффициент передачи тока h21э не постоянен и имеет сложную зависимость для тока коллектора (для маломощных транзисторов). В зависимости от типа транзистора, максимум коэффициента передачи может наступать при токах коллектора от 1–2 мА, для маломощных транзисторов, до нескольких ампер — для мощных. В режиме насыщения наблюдается резкое падение коллекторного тока независимо от тока базы, при этом коллекторный переход оказывается прямосмещённым.

При сопротивлении источника сигнала Rr > Rвх можно считать, что источник входного сигнала электрически замкнут накоротко. При этом входной ток Iвх = Евх/Rr и практически не зависит от изменяющегося Rвх, где Евх — ЭДС источника сигнала.

Следовательно усиление будет происходить с малыми нелинейными искажениями, поскольку зависимость выходного тока транзистора от входного практически линейна, хотя входное напряжение Uвх = IвxRвx — нелинейно.

Однако не следует думать, что чем Rr больше Rвх, тем лучше. Для транзисторного каскада характерна вполне определённая оптимальная величина как внутреннего сопротивления источника сигнала, так и тока коллектора. Необходимо также учитывать, что Rк шунтируется входным делителем каскада.

Ёмкость коллекторного перехода С