Дифференциальный каскад с динамической нагрузкой

 

Для повышения коэффициента усиления дифференциального каскада вместо резистора R _к часто используют динамическую нагрузку, функцию которой выполняет источник неизменного тока на транзисторе (рис. 5.5). Подобные схемы позволяют получить коэффициент усиления дифференциального сигнала существенно больший, чем в схеме с резисторной нагрузкой.

Схемная конфигурация, собранная на транзисторах VT 3, VT 4 носит название «токовое зеркало». Она характеризуется тем, что при использовании транзисторов, имеющих одинаковые параметры, ток I _к3 с высокой степенью точности равен току I _к4. При изменении тока I _к3 ток I _к4 изменяется на такую же величину.

 

	Рис. 5.5 — Дифференциальный каскад с динамической нагрузкой

 

 

Транзисторы VT 1 и VT 2 образуют дифференциальный каскад.

При отсутствии сигнала на входе (u _вх1(t) = u _вх2(t) = 0) схема находится в режиме покоя (баланса). Токи i _к1 = i _к2 = i _к3 = i _к4 = I _э / 2.

Ток, протекающий через нагрузку,

 

i _н = i _к4– i _к2 = 0.

 

Следовательно, выходное напряжение равно нулю.

Предположим, что на входе под действием сигнала протекает входной ток i _вх(t), который увеличивает ток i _б1(t) и уменьшает ток i _б2(t). Изменение базовых токов вызывает изменение коллекторных токов транзисторов:

 

i _к1(t) = I _э / 2 + h _21э i _вх(t);

 

i _к2(t) = I _э / 2 – h _21э i _вх(t).

 

Так как ток i _к4(t) равен току i _к1(t) (на основании свойства токового зеркала), то

i _к4(t) = I _э / 2 + h _21э i _вх(t).

 

При этом ток, протекающий через нагрузку, равен

 

i _н(t) = i _к4(t)– i _к2(t) = 2 h _21э i _вх(t)

 

Напряжение на выходе схемы

 

u _вых(t) = 2 h _21э i _вх(t) R _н.

 

Коэффициент усиления каскада по напряжению

 

,

 

где R _г — сопротивление источника сигнала.

В многокаскадных усилителях сопротивление R _н является входным сопротивлением следующего каскада, величина которого с помощью средств современной схемотехники может быть обеспечена порядка нескольких сотен килоом. В связи с этим коэффициент усиления каскада с динамической нагрузкой может составлять несколько сотен.

 

 

5.5. Контрольные вопросы по теме

1. Поясните особенности подачи напряжения на входы дифференциального каскада.

2. Что называется коэффициентом подавления? Что характеризует коэффициент подавления?

3. Как зависит напряжение на выходе дифференциального каскада от синфазного и дифференциального напряжений на входе?

4. Объясните работу дифференциального каскада при поступлении на его вход дифференциального сигнала.

5. Объясните работу дифференциального каскада при поступлении на его вход синфазного сигнала.

6. Как изменится коэффициент усиления дифференциального усилителя при увеличении тока источника тока?

7. Нарисуйте потенциальную диаграмму при подаче напряжения на вход транзистора VT 1 (на вход транзистора VT 2).

8. Поясните работу дифференциального каскада с динамической нагрузкой.

9. Каковы достоинства дифференциального каскада с динамической нагрузкой?

10. Поясните области применения дифференциальных каскадов.

 

Литература по разделу 5: [1, с.140 — 246]; [5, с.140 — 214]; [6, с. 317 — 410].

 

КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

 

Особенности построения

 

Усилитель мощности — предназначен для обеспечения заданной мощности полезного сигнала в цепи нагрузки. Усилитель мощности обычно является оконечным каскадом многих радиотехнических устройств.

Напряжения и токи, действующие в цепях усилителя мощности, значительно превосходят напряжения и токи, действующие в усилителях напряжения. Если в усилителях напряжения (каскадах предварительного усиления) обычно используется небольшой линейный участок проходной характеристики активного элемента, то в усилителях мощности стремятся наиболее полно использовать всю характеристику, включая ее нелинейные участки, что приводит к заметному возрастанию нелинейных искажений. Поэтому оконечные каскады обычно рассчитываются графически по входным и выходным характеристикам транзисторов или ламп. Для усилителей мощности первостепенное значение приобретают такие параметры, как величина отдаваемой в нагрузку мощности, коэффициент нелинейных искажений и коэффициент полезного действия.

В усилителях мощности обычно используются режимы В или АВ, обеспечивающие более высокий КПД. по сравнению с режимом А.

В ламповых усилителях оконечный каскад заканчивается мощным выходным трансформатором, основное назначение которого состоит в согласовании низкоомного сопротивления нагрузки (динамической головки) с высокоомным выходным сопротивлением ламп оконечного каскада, что позволяет увеличить мощность, отдаваемую в нагрузку.

Современные бестрансформаторные усилители выполняют на транзисторах или интегральных микросхемах. Особенности их построения заключаются в следующем:

1) необходимость термостабилизации тока покоя транзисторов оконечного каскада для предотвращения теплового пробоя;

2) необходимость стабилизации напряжения на транзисторах оконечного каскада (стабилизация напряжения в средней точке двухтактного каскада) для предотвращения ограничения сигнала на выходе;

3) защита транзисторов оконечного каскада от короткого замыкания нагрузки;

4) подбор (в отдельных случаях) транзисторов с близкими характеристиками;

5) использование (в ряде случаев) двухполярного источника питания (два источника питания разной полярности с заземленной средней точкой).

В настоящее время известно много способов решения перечисленных задач. Они основаны на вводе в бестрансформаторные транзисторные усилители цепей стабилизации и защиты.

Перечисленные достоинства двухтактного каскада в полной мере реализуются при полной симметрии плеч. Вследствие разброса характеристик и параметров транзисторов полной симметрии достичь не удается.