Двухтактный усилительный каскад

Простейшая схема двухтактного УК показана на рис. 2.11. Она состоит из двух транзисторов, обладающих одинаковыми параметрами, но разного типа проводимости. Такие пары транзисторов называют комплементарными, а каскад усиления – комплементарным усилителем.

Отметим, что для питания рассматриваемой схемы используется двухполярный источник.

Каскад называют двухтактным, потому что в течение одного периода колебаний усиливаемого сигнала поочередно, в два такта, работают транзисторы каскада VT 1 и VT 2. Если пренебречь начальной нелинейностью входной характеристики транзисторов, можно считать, что при U _вх > 0 транзистор VT 2 заперт, а транзистор VT 1 работает как эмиттерный повторитель. При U _вх < 0 транзисторы меняются «ролями». Таким образом, каскад представляет собой двухполярный эмиттерный повторитель.

Одним из важных достоинств двухтактного каскада является большая реализуемая мощность. Действительно, по сравнению с УК ОК диапазон изменения входного напряжения увеличивается вдвое, а выделяемая мощность делится пополам между транзисторами. Другой важнейшей особенностью является способность усиливать одинаково хорошо как переменный, так и постоянный (медленно меняющийся) ток.

Недостатком можно считать необходимость в двухполярном источнике. В ряде случаев (и с ограничениями) можно применять специальные схемные решения, позволяющие реализовать двухтактный каскад при однополярном питании.

 

2.1.5. Усилительные каскады на полевых транзисторах

В настоящее время широкое распространение получили усилительные каскады на полевых транзисторах, так как они обладают существенно большим входным сопротивлением по сравнению с усилительными каскадами на биполярных транзисторах. Наиболее часто используют усилительный каскад с общим истоком, схема которого приведена на рис. 2.12,а.

 

 

                                                 

В этом каскаде резистор R _c, с помощью которого осуществляется усиление, включен в цепь стока. В цепь истока полевого транзистора VT включен резистор R _и, создающий необходимое падение напряжения в режиме покоя U _з0, являющееся напряжением смещения между затвором и истоком.

Резистор R _з в цепи затвора обеспечивает в режиме покоя равенство потенциалов затвора и общей точки усилительного каскада. Следовательно, потенциал затвора ниже потенциала истока на падение напряжения на резисторе R _и от постоянной составляющей тока I _и0. Таким образом, потенциал затвора является отрицательным относительно потенциала истока.

Входное напряжение подается на резистор R _з через разделительный конденсатор С. При подаче переменного входного напряжения в канале полевого транзистора появляются переменные составляющие тока истока i _и и тока стока i _с, причем i _и ≈ i _с. За счет падения напряжения на резисторе R _и от переменной составляющей тока i _и переменная составляющая напряжения между затвором и истоком, усиливаемая полевым транзистором, может быть значительно меньше входного напряжения: u _з = u _вх – R _и i _и,           

Это явление, называемое отрицательной обратной связью, приводит к уменьшению коэффициента усиления усилительного каскада. Для его устранения параллельно резистору R _и включают конденсатор С _и, сопротивление которого на самой низкой частоте усиливаемого напряжения должно быть во много раз (обычно в 10 раз) меньше сопротивления резистора R _и. При этом условии падение напряжения от тока истока на цепочке R _И, С _И, называемой звеном автоматического смещения, очень небольшое, так что по переменной составляющей тока исток можно считать соединенным с общей точкой усилительного каскада. Поэтому этот каскад называют усилительным каскадом с общим истоком.

Выходное напряжение снимается через конденсатор связи С _с между стоком и общей точкой каскада, т.е. оно равно переменной составляющей напряжения между стоком и истоком. Рабочая точка в режиме покоя обычно соответствует середине линейного участка переходной характеристики, так как при этом нелинейные искажения усиливаемого напряжения минимальны. Выбрав положение рабочей точки и определив для нее значения напряжения смещения U _з0 и тока стока I _с0, находят сопротивление резистора звена автоматического смещения      

Емкость конденсатора звена автоматического смещения рассчитывают обычно по формуле  

где f _н – наинизшая частота усиливаемого напряжения.

При подаче на вход усилительного каскада переменного напряжения появляется переменная составляющая тока стока i _с. Изменение этого тока приводит к изменению напряжения U _с между стоком и истоком; его переменная составляющая u _с, численно равная и противоположная по фазе падению напряжения на резисторе R _С, является выходным напряжением усилительного каскада       

U _вых = – R _с i _с.

Видно, что выходное напряжение противофазно входному, причем оно значительно больше входного напряжения, так как напряжение в цепи стока значительно больше, чем в цепи затвора.