Cхемы усилительных каскадов на транзисторах

4.5.1. Введение

Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель
напряжения, имеющий большой коэффициент усиления и высокое входное сопротивление.
В настоящее время операционные усилители выпускают в виде интегральных
микросхем. Они содержат большое число элементов (транзисторов и диодов), но по
размерам и стоимости близки к отдельным транзисторам. Типичные параметры
интегрального ОУ следующие:

, коэффициент усиления напряжения

K_U
= 104–106.

Благодаря совершенным характеристикам операционных
усилителей на их основе возможна реализация большого числа как линейных, так и
нелинейных устройств. Вследствие своей надежности и универсальности операционный
усилитель стал самым массовым элементом аналоговой схемотехники.

Типовая структура ОУ показана на рис. 4.5.1. Как
правило, в ОУ используются расщепленные источники питания (напряжение питания
составляет обычно от
до В). За счет
использования расщепленных источников выходное напряжение может принимать как положительные,
так и отрицательные значения.

Рис. 4.5.1

Входным каскадом ОУ является дифференциальный усилитель. Его основное назначение –
предварительное усиление дифференциального сигнала и ослабление синфазной составляющей.
Наличие дифференциального входа позволяет легко включать внешние цепи обратной связи.
Коэффициент усиления входного каскада не превышает нескольких десятков.

Второй каскад реализуется на основе схемы с общим эмиттером. Он обеспечивает основную долю
коэффициента усиления напряжения. Третий, выходной каскад – повторитель напряжения. Его назначение –
усиление мощности выходного сигнала. Выходное сопротивление повторителя напряжения
низкое и не превышает 100 Ом.

В интегральных усилителях для смещения рабочих точек
транзисторов используют источники тока. Такие источники реализуют на основе
отражателей тока. Преимущество таких цепей смещения заключается в том, что
отражатели тока имеют большее внутреннее сопротивление и при этом занимают
меньшую площадь, чем резисторы большого номинала. Один отражатель тока может
формировать токи смещения нескольких каскадов усиления.

Рассмотрим примеры простейших операционных усилителей на
биполярных транзисторах, характеризующие основные особенности схемотехники
интегральных ОУ.

2. Двухтактный каскад УМ на биполярных транзисторах с переходным и выходным трансформаторами.

Двухтактные каскады УМ, которые могут
работать в режимах классов А, АВ, В, дают возможность получать
полезную выходную мощность в нагрузке в два и в несколько раз
больше, чем однотактные каскады УМ. При этом уменьшаются нелинейные
искажения, а также влияние внешних помех, снижается фон переменного
тока источника питания и т. п.

В этих каскадах УМ постоянные
составляющие, а также четные гармоники коллекторных токов обоих
транзисторов протекают по одинаковым полуобмоткам первичной
обмотки трансформатора навстречу друг другу и, взаимно
компенсируясь, не намагничивают сердечник. Это позволяет уменьшить
габариты, массу и стоимость трансформатора.

Суммарный ток обоих транзисторов,
равный току источника питания, не содержит первой гармоники, что
устраняет паразитную обратную связь через цепь источника
питания.

При работе в более экономичных режимах
классов АВ1 или В значительно повышается КПД двухтактного каскада
УМ. При этом транзисторы могут включаться по схемам с ОЭ, ОБ или
ОК.

Наибольший коэффициент усиления по
мощности получается при включении транзисторов по схеме с ОЭ, что
требует меньшей мощности входного сигнала, отбираемого от каскада
предварительного усиления, который может собираться или с переходным
трансформатором, имеющим вторичную обмотку со средней точкой, или по
схеме с разделенной нагрузкой, обеспечивающей фазоинвертирование
сигнала, подаваемого на базы выходных транзисторов, без переходного
фазоинвертирующего трансформатора.

Рис. 1.9.2. Схема транзисторного двухтактного каскада УМ с ОЭ, с
автоматическим смещением в классе АВ1 (а); то же, но без
автоматического смещения в классе В (б); график работы одного плеча
этого каскада УМ в классе В (в); диаграммы напряжений и токов в
цепях такого каскада в классе АВ1 (г)

При включении транзисторов по схеме с
ОБ получается небольшой коэффициент усиления по мощности и требуется
большей величины ток на выходе каскада предварительного усиления,
так как выходным током мощных транзисторов в схеме каскада УМ с ОБ
служат их эмиттерные токи. Входные сопротивления транзисторов в
схеме с ОБ имеют малую величину, поэтому выходной двухтактный каскад
УМ подключается к каскаду предварительного усиления при помощи
переходного фазоинвертирующего трансформатора.

На рис. 1.9.2, а приведена типовая
схема с ОЭ двухтактного каскада УМ, которая может работать в режимах
классов А или АВ. При работе в режиме класса В резисторы
R₁ и R₂ не включаются, так как в этом режиме
U_бэ0 = 0, то есть транзисторы работают без напряжения
смещения (рис. 1.9.2, б, в). Графическое пояснение принципа работы
двухтактного каскада УМ в режиме класса АВ1 показано на рис. 1.9.2,
г.

Расчет двухтактной схемы УМ проводится
графоаналитическим методом только для одного плеча, аналогично
расчету однотактного каскада УМ. При этом необходимо расчетную
величину полезной мощности Р_вых, для каждого плеча взять
равной половине заданной полезной мощности, выделяемой в нагрузке
Р_н, то есть

Р_вых = Р_н / 2 =
I_mк U_mк / 4

С учетом коэффициента трансформации и
КПД трансформатора h_тр полезная выходная мощность
каждого плеча будет определяться выражением:

Р_вых×h_тр = Р_н / 2 = I_mкU_mк/ (2 × 2) =
I2_mк R_экв / 4,

где R_экв= n2
R_н , n = W₁ / 2W₂ ;

W₁ / 2 — число витков
полуобмотки первичной обмотки трансформатора;

R_экв — приведенное
сопротивление нагрузки к одной первичной полуобмотке выходного
трансформатора; величину напряжения источника питания в режиме
классов АВ1 или В выбирают из расчета

Е_к 0.6 *
U_{m вых} (1.1
—
1.25)U_{кэ 0}.

В таких двухтактных схемах УМ можно
получить полезную выходную мощность в нагрузке Р_вых 3Р_{к

макс доп} при заданной рабочей температуре. Коэффициент
полезного действия такого каскада УМ в режиме класса В
достигает h_э = Р_вых * 100%
/ Р 45
—
60%.

Основные характеристики многокаскадных усилителей

Приведем основные характеристики
многокаскадных усилителей.

1. Амплитудная характеристика,
показывающая зависимость величины выходного напряжения усилителя от
величины входного напряжения при постоянной частоте усиливаемого
сигнала, то есть U_вых = f(U_вх) при f = = соnst
400 или
1000 Гц (рис. 2, а). Чтобы нелинейные искажения не
превышали допустимой величины, используется только линейный участок
амплитудной характеристики.

Наличие внутренних шумовых помех
приводит к тому, что при отсутствии входного сигнала (U_вх
= 0) на выходе усилителя имеется выходное напряжение U_вых
= U_шума.

2. Частотная (или
амплитудно-частотная) характеристика, показывающая зависимость
величины коэффициента усиления усилителя от частоты входного сигнала
при неизменной величине входного напряжения, то есть К = U_вых/ U_вх = j(f) при
U_вх = соnst.

На частотной характеристике,
показанной на рис. 2, б, различают три области: а) область
низкой частоты; б) область средней частоты; в) область верхней
частоты.

Рис. 2. Характеристики усилителей:
а — амплитудная; б — частотная
(или амплитудно-частотная); в — фазовая

Эта характеристика показывает, что
наибольшее усиление полезного сигнала происходит в области средних
частот, а в областях низкой и верхней частот происходит завал
характеристики, обусловленный реактивными (емкостными) элементами в
схеме усилителя.

На этом графике показана рабочая
полоса частот в пределах от верхней граничной частоты до нижней
граничной частоты, то есть Df =
f_{в гран}— f_н

гран, где завал частотной характеристики не превышает
допустимую величину более чем на 30% от коэффициента максимального
усиления. Обычно ось абсцисс частотной характеристики строят в
логарифмическом масштабе, чтобы очень сильно не растягивать
график.

3. Фазовая характеристика,
показывающая величину угла сдвига фазы j между
фазой выходного сигнала и фазой входного сигнала в зависимости от
частоты сигнала, то есть j =
y(f).

На графике (рис. 2, в) видно, что
фазовый угол сдвига j между
выходным и входным напряжениями в области средних частот примерно
равен нулю, а в областях нижней и верхней частот допустимаявеличина этого угла примерно равна jp/4 =
45°.

Нужно иметь в виду, что фазовые
искажения связаны с наличием реактивных элементов (емкостей и
индуктивностей) в схемах усилительных устройств. Фазовые искажения
существенное значение имеют в осциллографической, телевизионной,
радиолокационной, импульсной и т. п. технике. В усилителях звуковой
частоты они не оказывают заметного влияния на восприятие звукового
сигнала человеком.

5.2. Схема с эмиттерной стабилизацией

Схема эмиттерной стабилизацией (ЭС) имеет три сопротивления: R’_Б, R»_Б и R_Э. индексы отражают названия электродов, к которым подключены эти сопротивления, рис. 5.3:

Рис. 5.3. Схема эмиттерной стабилизации, транзистор включен по схеме с ОЭ.

Элементы одного каскада условно отделены от другого пунктирными линиями. Нагрузкой каскада может быть аналогичный каскад; тогда вместо R_H будем указывать R_ВХ.СЛ – входное сопротивление следующего каскада.

Известно, что для БТ характерным является наличие заметного входного тока i_ВХ.0 = i_Б0, как было отмечено выше через сопротивление R_Э приходит сумма токов: i_Э0 = i_Б0 + i_К0. отпирающее напряжение смещения (между базой и эмиттером) U_СМ = U_Б0 должно быть положительным для транзистора n-p-n, а для транзистора p-n-p – отрицательным:

U_Б0 = [U_R»Б – U_RЭ] = i_ДЕЛ ·R»_Б – i_Э0 ·R_Э = [i_ДЕЛ ·R»_Б – (i_K0 – i_Б0)]; (5.1)

Должно выполняться условие:

|U_R»Б| > |U_RЭ|;

Здесь R’_Б и R»_Б – делитель напряжения в цепи базы. Для БТ при расчетах иногда удобнее использовать вместо напряжения U_Б0, ток смещения i_Б0. Эти величины однозначно связаны входной характеристикой, рис. 5.2а.

Данная схема обеспечивает не только необходимое смещение для транзистора, но и стабилизирует положение РТ при действии дестабилизирующих факторов (температуры, нестабильности источника питания, старения элементов схемы, разброса параметров транзистора и др.). Например, при увеличении тока i_К0 величина U_Б0уменьшается, в управлении (5.1) и наоборот. Это стабилизирует положение РТ и можно сказать является результатом введения ООС. Напряжение обратной связи создаётся на сопротивлении R_Э:

U_СВ = ∆i_K0· R_Э. (5.2)

где ∆i_K0– изменение тока коллектора. С увеличением R_Э возрастает U_СВ и её глубина:

; (5.3)

здесь – эквивалентное сопротивление делителя; h_21Э – статический коэффициент усиления по току БТ в схеме с общим эмиттером; R_ВХ.Э– входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером. Из уравнения (5.2) видно, что с увеличение R_Э возрастает U_СВ и её глубина, уравнение (5.3). Напряжение ООС подаётся на вход транзистора через сопротивление делителя R’_Б и R»_Б. Чем меньше эти сопротивления, тем эффективнее работает данная схема, тем лучше стабилизация режима. Однако выбирать очень малыми сопротивления в цепи базы нельзя, т.к. эти сопротивления шунтируют вход УЭ и уменьшают передаваемое на вход напряжение сигнала. Данная схема является одной из самых эффективных схем, используемых в радиоэлектронике.

Порядок и пример расчёта транзисторного каскада с ОЭ

Исходные данные:

Питающее напряжение Uи.п.

=12 В.

Выбираем транзистор, например: Транзистор КТ315Г, для него:

Pmax

=150 мВт;Imax =150 мА;h21 >50.

Принимаем Rк=10*Rэ

Напряжение б-э рабочей точки транзистора принимаем Uбэ

= 0,66 В

Решение:

Определим максимальную статическую мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе в моменты прохождения переменного сигнала, через рабочую точку В статического режима транзистора. Она должна составлять значение, на 20 процентов меньше (коэффициент 0,8) максимальной мощности транзистора, указанной в справочнике. Принимаем Pрас.max=0,8*Pmax =0,8*150 мВт=120 мВт

Определим ток коллектора в статическом режиме (без сигнала):Iк0=Pрас.max/Uкэ0=Pрас.max/(Uи.п./2) = 120мВт/(12В/2) = 20мА.

Учитывая, что на транзисторе в статическом режиме (без сигнала) падает половина напряжения питания, вторая половина напряжения питания будет падать на резисторах:(Rк+Rэ)=(Uи.п./2)/Iк0 = (12В/2)/20мА=6В/20мА = 300 Ом.

Учитывая существующий ряд номиналов резисторов, а также то, что нами выбрано соотношение Rк=10*Rэ

, находим значения резисторов :Rк = 270 Ом;Rэ = 27 Ом.

Найдем напряжение на коллекторе транзистора без сигнала.Uк0=(Uкэ0+ Iк0*Rэ)=(Uи.п.— Iк0*Rк) = (12 В — 0,02А * 270 Ом) = 6,6 В.

Определим ток базы управления транзистором:Iб=Iк/h21=[Uи.п./(Rк+Rэ)]/h21 = [12 В / (270 Ом + 27 Ом)] / 50 = 0,8 мА.

Полный базовый ток определяется напряжением смещения на базе, которое задается делителем напряженияRб1 ,Rб2 . Ток резистивного базового делителя должен быть на много больше (в 5-10 раз) тока управления базыIб , чтобы последний не влиял на напряжение смещения. Выбираем ток делителя в 10 раз большим тока управления базы:Rб1 ,Rб2 :Iдел.=10*Iб = 10 * 0,8 мА = 8,0 мА.

Тогда полное сопротивление резисторовRб1+Rб2=Uи.п./Iдел. = 12 В / 0,008 А = 1500 Ом.

Найдём напряжение на эмиттере в режиме покоя (отсутствия сигнала). При расчете транзисторного каскада необходимо учитывать: напряжение база-эмиттер рабочего транзистора не может превысить 0,7 вольта! Напряжение на эмиттере в режиме без входного сигнала примерно равно:Uэ=Iк0*Rэ = 0,02 А * 27 Ом= 0,54 В,

где Iк0

— ток покоя транзистора.

Определяем напряжение на базеUб=Uэ+Uбэ =0,54 В+0,66 В=1,2 В

Отсюда, через формулу делителя напряжения находим:Rб2= (Rб1+Rб2)*Uб/Uи.п. = 1500 Ом * 1,2 В / 12В = 150 ОмRб1= (Rб1+Rб2)-Rб2 = 1500 Ом — 150 Ом = 1350 Ом = 1,35 кОм.

По резисторному ряду , в связи с тем, что через резистор Rб1

течёт ещё и ток базы, выбираем резистор в сторону уменьшения:Rб1 =1,3 кОм.

Разделительные конденсаторы выбирают исходя из требуемой амплитудно-частотной характеристики (полосы пропускания) каскада. Для нормальной работы транзисторных каскадов на частотах до 1000 Гц необходимо выбирать конденсаторы номиналом не менее 5 мкФ.

На нижних частотах амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) каскада зависит от времени перезаряда разделительных конденсаторов через другие элементы каскада, в том числе и элементы соседних каскадов. Ёмкость должна быть такой, чтобы конденсаторы не успевали перезаряжаться. Входное сопротивление транзисторного каскада много больше выходного сопротивления. АЧХ каскада в области нижних частот определяется постоянной времени tн=Rвх*Cвх

, гдеRвх=Rэ*h21 ,Cвх — разделительная входная емкость каскада.Cвых транзисторного каскада, этоCвх следующего каскада и рассчитывается она так же. Нижняя частота среза каскада (граничная частота среза АЧХ)fн=1/tн . Для качественного усиления, при конструировании транзисторного каскада необходимо выбирать, чтобы соотношение1/tн=1/(Rвх*Cвх)<н в 30-100 раз для всех каскадов. При этом чем больше каскадов, тем больше должна быть разница. Каждый каскад со своим конденсатором добавляет свой спад АЧХ. Обычно, достаточно разделительной емкости 5,0 мкФ. Но последний каскад, через Cвых обычно нагружен низкоомным сопротивлением динамических головок, поэтому емкость увеличивают до 500,0-2000,0 мкФ, бывает и больше.

Спад АЧХ в области верхних частот определяется постоянной времени перезаряда tв=Rвых*Cк=RкCк

, гдеCк — паразитная емкость коллекторного перехода (указывается в справочниках). Для звуковых частот, емкость коллекторного перехода незначительна, поэтому паразитной ёмкостью можно пренебречь.

Классификация, основные параметры и характеристики усилителей

На практике в устройствах промышленной электроники в большинстве случаев для получения необходимой полезной
выходной мощности в нагрузке одного каскада недостаточно. Поэтому
применяют многокаскадные усилители, собираемые из нескольких
последовательно соединенных одиночных усилительных каскадов. В
блок-схеме (рис. 1) в качестве датчиков, преобразующих почти
любой неэлектрический сигнал во входной электрический сигнал могут
использоваться различные источники ЭДС, например микрофон, антенна,
фотоэлемент, фотодиод, фоторезистор, фотоэлектронный умножитель,
терморезистор, тензорезистор, тахогенератор, пьезоэлектрический
преобразователь, считывающая головка с магнитофонной,
перфорированной или фотографической ленты, биотоки, индуктивные или
емкостные датчики давления, перемещения, плотности уровня и т.
д.

В качестве нагрузки можно подключать в
выходную цепь каскада УМ комплексные активно-реактивные нагрузки (R,
RL, RС, РСL), например обмотку громкоговорителя, фидерную или
абонентскую сеть, самописец, обмотку электромагнитного реле, или
шагового (искателя) двигателя, или электроконтактора, обмотку
возбуждения электродвигателя, различные контрольно-измерительные
приборы, блоки развертки луча осциллографа или телевизора, световые
индикаторы и т. д.

В блок-схеме многокаскадного усилителя
первый входной каскад t предназначен для согласования сопротивления
датчика входного сигнала со входным сопротивлением усилителя при
одновременном усилении входного сигнала по току или
напряжению.

Рис. 1. Блок-схема многокаскадного усилителя

Последний — оконечный, или выходной,
каскад является каскадом усиления мощности, передаваемой в полезную
нагрузку.

Все остальные промежуточные каскады,
включая предоконечный каскад, обеспечивают усиление полезного
сигнала по напряжению или току до величины, необходимой для
оптимальной работы выходного каскада, при которой отбирается в
нагрузку максимально возможная полезная мощность каскада при
допустимой величине нелинейных искажений.

На блок-схеме пунктиром показаны цепи
отрицательной обратной связи b₁ и b₂, которые, уменьшая коэффициент
усиления, улучшают другие более важные качественные показатели
усилительного устройства.

Многокаскадные усилители
характеризуются следующими признаками, параметрами и
характеристиками. По разным признакам различают:

1) усилители на электронных
усилительных лампах, на транзисторах, на тиристорах, на туннельных
диодах, на микросхемах и т. п.;

2) по количеству усилительных каскадов
— двух-, трех- и более каскадные усилители;

3) по частотным свойствам — усилители
напряжения или тока низкой частоты (НЧ), высокой частоты (ВЧ),
промежуточной частоты (ПЧ), ультразвуковой частоты (УЗКЧ),
узкополосные и широкополосные усилители, усилители постоянного тока
(УПТ);

4) по виду межкаскадной связи —
усилители с RС-связью, в которых применяются разделительные
конденсаторы между каскадами; усилители с трансформаторной связью
между каскадами; усилители с полосовым колебательным контуром связи
между каскадами; усилители с непосредственной гальванической связью
между каскадами;

5) по виду используемой
последовательной или параллельной отрицательной обратной связи по
напряжению или току;

6) по режимам работы в классах А, В,
АВ, С, Д;

7) по соотношению величины входного
сопротивления первого каскада R_{вх к-да}, сравнительно с
величиной сопротивления датчика R_г входного сигнала
различают: а) режим холостого хода (хх), когда R_{вх к-да}>> R_г; б) режим короткого замыкания (кз),
когда R_{вх к-да} << R_г; в) режим
согласования, когда R_{вх к-да}
R_г, при котором от датчика входного сигнала передается на
вход усилителя наибольшая входная мощность сигнала;

8) по соотношению величины выходного
сопротивления со стороны выходных клемм усилителя сравнительно с
величиной сопротивления нагрузки Rн различают следующие режимы
работы:

а) режим хх, когда R_вых
<< R_н;

б) режим кз, когда R_вых
>> R_н;

в) режим согласования, когда
R_вых
R_н.

5.1. Общие сведения

В настоящее время в усилительной технике наиболее хорошо используются биполярные (БТ) и полевые (ПТ) транзисторы. Для построения усилителей используются ИМС. При этом ИМС при определённых условиях можно рассматривать в целом как некоторый самостоятельный своеобразный усилительный элемент (прибор).

В цепях питания усилительных элементов (УЭ) обычно протекают переменные токи и постоянные составляющее токов. Режим работы УЭ при отсутствии сигнала на его входе называют режимом по постоянному току.

Рис. 5.1. Цепи питания электродов биполярного транзистора для схемы с общим эмиттером.

На рис. 5.1. показаны цепи питания БТ для случая, когда напряжение (ток) смещения (i_Б0) создаётся отдельным источником питания Е_СМ. Резистор R_СМ в данной схеме является ограничивающим величину тока базы (смещения) i_Б0. В выходной электрод включен второй, основной источник питания Е_П. С помощью резистора R_К обеспечивается необходимый режим работы транзистора.

Для данной схемы напряжение коллектор-эмиттер U_КЭ (U_К0) будет равно:

U_К0 = Е_П – i_К0·R_К;

в цепи эмиттера протекает сумма токов i_Б0 и i_К0:

i_Э0 = i_Б0 + i_К0.

Ёмкость С_Р является разделительной. Для расчета используют семейство статических характеристик, рис. 5.2:

Рис. 5.2. Семейство входных а) и выходных б) статических характеристик для схемы с общим эмитером

Р.Т. – рабочая точка.

Использовать два источника питания для маломощных каскадов усиления нерационально. Поэтому практические схемы обычно имеют один источник питания Е_П, а смещение и стабилизацию обеспечивают с помощью специальных цепей, называемых цепями смещения и стабилизации. Для этой же цели разработаны специальные схемы, к рассмотрению которых мы перейдём.

Каскад с общей базой

Усилительный каскад с общей базой носит название повторителя тока. Повторителем тока называют усилитель с коэффициентом усиления по току K_I = 1. Повторители тока, не обеспечивая усиления по току, имеют достаточно высокий коэффициент усиления по напряжению и, следовательно, по мощности. Типовая схема повторителя тока на биполярном транзисторе (каскад с ОБ) приведена на рисунке 2.33.

Рисунок 2.33 – Усилительный каскад с ОБ

Отсутствие усиления тока в усилительном каскаде с ОБ является главным недостатком данной схемы. Поэтому схема с ОБ в каскадах предварительного усиления применяется реже, чем схема с ОЭ. Однако схема с ОБ обладает и рядом преимуществ. Во-первых, каскад с ОБне инвертирует входного сигнала (то есть в пределах полосы пропускания фазы сигналов на входе и выходе усилителя совпадают). Во-вторых, ширина полосы пропускания в каскаде с ОБ больше, чем в каскаде с ОЭ (за счет расширения в область ВЧ).

Эквивалентная схема каскада с ОБ представлена на рисунке 2.34. Воспользуемся этой схемой для составления математических соотношений, позволяющих определять основные параметры каскада с ОБ.

Рисунок 2.34 – Эквивалентная схема каскада с ОБ для области средних частот

Входное сопротивление каскада равно:

, (2.71)

где h_21Б – коэффициент передачи тока со входа на выход транзистора в схеме с ОБ (h_21Б = a_ст = 0,95 … 0,998).

Значения дифференциального сопротивления эмиттерной области r_Э, как правило, не превышают несколько десятков ом, поэтому входное сопротивление каскада с ОБ, как минимум в (1 + h_21Э) раз, меньше, чем каскада с ОЭ.

Выходное сопротивление каскада такое же, как и в каскаде с ОЭ (то есть определяется выражением (2.61)):

Коэффициент усиления напряжения каскада с ОБ в области средних частот равен

. (2.72)

Из выражения (2.72) следует, что поскольку a_ст > R_н коэффициент усиления тока K_I » a_ст. Из выражения (2.73) следует, что в каскаде с ОБ коэффициент усиления тока всегда меньше единицы.

Как видно из схемы (рисунок 2.33), каскад охвачен глубокой отрицательной обратной связью по току, поскольку выходной коллекторный ток полностью протекает через входную эмиттерную цепь. Благодаря этому повторитель тока по схеме с общей базой имеет очень низкое входное сопротивление, практически равное r_Э.

Низкоомный вход повторителя тока по схеме с общей базой имеет ряд преимуществ:

— уменьшаются частотные искажения, связанные с наличием входной емкости каскада;

— более эффективно используется источник сигнала, который практически работает в режиме короткого замыкания;

— глубокая отрицательная обратная связь приводит к увеличению выходного сопротивления и снижению выходной емкости;

— нейтрализуется паразитная обратная связь через проходную емкость С_КБ;

— входной сигнал передается на выход без изменения фазы.

Коллекторная стабилизация режима работы транзистора

На рисунке 3 показана схема коллекторной стабилизации режима работы транзистора

Обратите внимание, — каскад очень похож на схему на рис.1, но базовый резистор R6 подключен не к плюсу источника питания (+Uп), а к коллектору транзистора. Теперь получается, что напряжение смещения на базе транзистора зависит от напряжения на его коллекторе

Которое, в свою очередь, зависит от напряжения на базе. И если по какой-то причине напряжение на коллекторе изменится, то и напряжение на базе изменится таким образом, что необходимая рабочая точка каскада будет восстановлена.

Рис. 3. Схема коллекторной стабилизации режима работы транзистора.

История

1904 год — Ли де Форест на основе созданной им электронной лампы — триода — разработал устройство усиления электрических сигналов (усилитель), состоящее из нелинейного элемента (лампы) и статического сопротивления Ra, включенного в анодную цепь.
1932 год — Гарри Найквист определил условия устойчивости (способности работать без самовозбуждения) усилителей, охваченных отрицательной обратной связью.
1942 год — в США построен первый операционный усилитель — усилитель постоянного тока с симметричным (дифференциальным) входом и значительным собственным коэффициентом усиления (более 1000) как самостоятельное изделие. Основным назначением данного класса усилителей стало его использование в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения математических операций над электрическими сигналами. Отсюда его первоначальное название — решающий.