По типу связи между каскадами выделяют две группы усилителей переменного тока [6-9] - усилители, в которых связь между каскадами осуществляется с помощью реакт1шных элементов (усилители с емкостной и трансформаторной связью), и усилители с гальванической связью (УГС). Последние обладают рядом существенных преимуществ - они более просты, удобны в наладке, легко поддаются микроминиатюризации, в ряде случаев позволяют обеспечить большую стабильность рабочей точки и коэффициента усиления в широком температурном диапазоне [7], содержат меньше реактшных элементов, что не только уменьшает габариты усилите-да, но и позволяет при правшьном выборе параметров охватить ус11литель глубокой общей отрицательной обратной связью (ООС). Эти преимущества говорят о целесообразности применения УГС в схемах КИП.

Из известных УГС [6, 10-13, 84] следует выделить трехкаскад-ные усилители с общей ООС по постоянному и переменному току [84], эмиттеры каждого из усгаительных транзисторов в которых заземлены, а коллектор каждого предыдущего транзистора соединен с базой следующего. Такие усилители наиболее просты в схемном отношении, обладают хорошей температурной стабильностью рабочей точки и позволяют получить высокий коэффициент усиления, который при правильном выборе пара-метров может превышать 10.

В настоящей главе проводится анализ основной схемы усилителя и рассматривается ряд схем УГС, обладающих дополнительными преимуществами.

2-1. АНАЛИЗ РАБОТЫ ТРЕХКАСКАДНОГО УГС НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

Простейшая схема УГС приведена на рис. 2-1, а. Входное напряжение {/езс через сопротивление Rr и конденсатор Сг поступает на базу транзистора Ti. Выходное напряжение с транзистора Тз через конденсатор Сн поступает на резистор нагрузки Rn. Через резистор Ro.c осуществляется ООС по постоянному н переменному выходному напряжению, а также задается необходимый базовый ток покоя транзистора Ti. Корректирующая цепочка CRk введена для устранения высокочастотных колебаний, возникающих при охвате усилителя ООС.

Особенностью режима транзисторов Ti, Т является малое напряжение на коллекторе, равное напряжению между базой и эмиттером следующего транзистора, а именно:

кб1 = 1бэ2 - ибэъ Uyjea = t/бэз - t/бэг-

Напряжения Uuu Ucy., и t/бэз у однотипных транзисторов при одинаковых эмиттерных токах близки, вследствие чего Ui,6i и Ukbz близки к нулю. С целью исключения возможности прямого смещения коллекторных переходов, при котором ухудшаются усилительные свойства транзисторов, необходимо выполнить неравенства [/б8з> >/бэ2>6бэ1, для чего коллекторный. ток каждого следующего транзистора следует выбирать больше, чем предыдущего. При работе до температуры -1-70С коллекторные токи покоя можно выбирать из соотношений (с индексом «п» в дальнейшем записываются постоянные составляющие токов и напряжений) [13]

к2П > 3/к1п; кЗП 3/к2П (2-1)

При температурах выше +50° С в схеме необходимо применять кремниевые транзисторы.

Таким образом, в рассматриваемой схеме первые два транзистора работают с предельно малыми напряжениями на коллекторе, что позволяет существенно уменьшить уровень собственных шумов [14], а также мощности, рассеиваемые транзисторами.

Найдем постоянную составляющую выходного напряжения /кэз=/к.п. Пренебрегая малыми обратными токами кремниевых транзисторов, полагая 1/бэ1<С/к.п; U6i,2<.Ek и /б2</к1, для напряжения t/к.п получаем:

к.п«/б1П«о.с

EkRo.c

(2-2)

где Bi - коэффициент усгшения транзистора Ti по постоянному току.

Как видно из (2-2), напряжение Uk.u зависит от нестабильной величины Bi. У ряда маломощных транзисторов в температурном диапазоне от -60 до -f70°C величина В меняется от 0,6 Во до 1,3Во, т. е. более чем вдвое (здесь Во - значение В при 20°С). Изменения t/к.п, вызываемые столь значительными изменениями В,, обычно недопустимы, поэтому в схему должны быть введены элементы температурной компенсации. Такими элементами являются резистор Rent, показанный на рис. 2-1, а пунктиром, и источник Всм. Возникающий при этом ток /см вместе с током /ei проходит по резистору Ro.c, что заставляет для получения того же значения t/к.п уменьшить Ro.c и усилить тем самым стабилизирующее действие

ООС по постоянному току. Напряжение t/к.п теперь оказывается равным;

t/K.n - (/см + /бхп) о.с « + . (2-3) поскольку обычно £cM>t/6al.

Выберем Ro.c и ?cм так, чтобы при изменении температуры от hibb ДО м»"" напряжение t/„.n изменялось бы от t/к.п.макс до Д(.п.мин. Считая, что Bi меняется от Вшия до BiMaKc, получаем:

/?о.с , £см/?о.с ,

1макс см

Jк.г.uaкc- DO "г- D • "

Полагая, что £к, Ясм, /?кь Bjmhh и В[макс заданы и решая совместно (2-4) и (2-5) относите.пьно ?о.с, получаем:

D (к.п.мако к.п.мин) /?к1 ,„

Требуемое значение ?cм можно найти из (2-4) или (2-5) после определения Ro.c. Сопротивление /?к1=£к к1п, причем значение /шв должно выбираться по возможности малым. Уменьшение /к1п ограничивается уменьшением коэффвдиента усиления и возрастанием собственных шумов транзистора Ti [14]. Для транзисторов типа КТ315 можио принять /и1п=0,1 мА. Ток /к2п, а значит, н Rk2 определяется соотношениями (2-1). Полагая в (2-6) t/кп.макс-1/кпмпн= = 1 В; £к = 12 В; /?к1=120 кОм; Bimhh=30; ВшакобО, получаем /?о.с=600 кОм.

2-2. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ УСИЛИТЕЛЯ ПО ПЕРЕМЕННОМУ НАПРЯЖЕНИЮ

При анализе усилителя иа переменном токе будем полагать, что в Диапазоне-рабочих частот ш

1/о)Сг</?г. 1/шС„«/?„.

Важньм параметром усгаителя является коэффициент!, усиления по переменному напряжению без обратной связи /(й=/Еыж/£/бэ1. Для Ки можно записать:

« = Ku2 Kuz. (2-7)

где Kui, Киг, Киз - коэффициенты усиления по напряжению соответствующих каскадов. Коэффвднент усмения i-то Каскада

где i<ji=/fei e,- -коэффициент усиления каскада по току; Rhi и Bii - сопротивление нагрузки) и входное сопротивлениекаскада на переменном токе.