Базовые усилительные каскады и их свойства

Схемы базовых усилительных каскадов.

К базовым усилительным каскадам отнесем каскады, построенные на одном усилительном элементе. Возможны три схемных решения таких усилительных каскадов, отличающихся способом подключения источника сигналов и нагрузки к электродам усилительного элемента. Для случая, когда усилительным элементом служит /?-/>-л-траизистор, схемы базовых усилительных каскадов приведены на рис. 1.

Рис. 1. Схемы базовых усилительных каскадов.

В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для источника сигналов и_с и нагрузки /?," различают схемы базовых усилительных каскадов с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). Базовые каскады играют важную роль в усили;

тельной технике. При оценке их свойств воспользуемся некоторыми сведениями из теории четырехполюсников.

Операция усиления, сводящаяся к изменению масштаба входною сигнала, является линейной операцией. Усилитель может быть представлен в виде линейного активного четырехполюсника. Для описания четырехполюсника будем использовать систему У-параметров, коэффициенты которой имеют одинаковую размерность (проводимости), что в дальнейшем позволит получить простые соотношения для сравнительной оценки свойств различных усилителей.

Выражения основных показателей четырехполюсника с У-параметрами как передаточного звена были получены в парагоафе 3.2 и имеют вид Соотношения (1) можно использовать для определения показателей базовых каскадов, подставляя в них значения У-парамстров транзистора для соответствующей схемы его включения. Однако такой подход не позволяет произвести сравнительную оценку показателей усилительных схем, поскольку У-параметры для схем с ОЭ, ОК и ОБ имеют различные значения. Для сравнения свойств усилительных каскадов необходимо, любы их показатели были выражены через У-параметры какой-либо одной схемы. В качестве такой схемы выберем схему с ОЭ, т. е. выразим показатели усилителей с ОК и ОБ через У-парамстры схемы с ОЭ. Для этого найдем связь между У-парамстрами транзисторов для схем с ОК и ОЭ, с ОБ и ОЭ. После подстановки найденных взаимосвязей Уок =.ДУоэ) и Уоб ⁼ ^(Уоэ) в соотношения (1) получим выражения показателей усилительных каскадов, пригодные для сравнительной оценки. Проиллюстрируем предложенный подход для схемы с ОК.

Найдем взаимосвязь У₀к = У (Уоэ) — Для этого, воспользовавшись рис. 2, я, б, запишем исходные системы уравнений:

=> для схемы с ОЭ:

Для транзистора между токами и напряжениями справедливы следующие соотношения (рис. 2,в):

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

Рис. 2. Схемы для выявления взаимосвязи между У-параметрам и каскадов.

с ОЭ и ОК Воспользовавшись (4), преобразуем систему уравнений (2) для схемы с ОЭ к виду (3):

Сопоставив системы уравнений (5) и (3), получим искомую связь между У-паоаметоами тоанзистооов для схем с ОК и ОЭ После подстановки (6) в (1) получим выражения основных показателей для схемы с ОК. Подобным образом получены выражения основных показателей для усилительного каскада с ОБ. Для наглядности соотношения для основных показателей базовых усилительных каскадов, выраженные через Y-параметры для схемы с ОЭ, приведены в табл. 1. В дальнейшем индекс ОЭ в проводимостях опущен.

Таблица 1.

Из приведенных в табл. 1 соотношений следует, что:

=> усилительные свойства и входные проводимости базовых каскадов зависят от проводимости нагрузки У_н, а выходные проводимости — от внутренней проводимости У_исг источника сигналов;

=> паразитная обратная связь в транзисторе, обусловленная проводимостью y_t2, уменьшает входную и выходную проводимости усилительных каскадов.

Известно, что для К-параметров транзистора в схеме с ОЭ справедливы следующие соотношения:

где Y = G + jB = ^ + В² — полная проводимость, или модуль проводимости; G, В — активная и реактивная составляющие комплексной проводимости.

В табл. 2 с учетом соотношений (7) приведены пределы изменения:

=> коэффициентов усиления напряжения и тока, а также входных проводимостей при изменении значений проводимости нагрузки от Y_H = (короткое замыкание выхода) до Y_H = 0 (отключение нагрузки);

=> выходных проводимостей при изменении значений проводимости источника сигналов от Y_HCT = (c)о (источник напряжения) до У_ист = 0 (источник тока).

Таблица 2.

Примечание: для входных и выходных проводимостей принято У, 2 = 0.