 |
Основные элементы и параметры усилительного каскада
|
|
|
|
§ Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями.
§ В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (биполярные, полевые), иногда, в некоторых специальных случаях, могут применяться идвухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др. Полупроводниковые усилительные элементы (а иногда и вакуумные) могут быть не только дискретными (отдельными) но и интегральными (в составе микросхем), часто в одной микросхеме реализуется полностью законченный усилитель.
§ В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором (эмиттерный повторитель) (у биполярного транзистора), с общим затвором, общим истоком, общим стоком (истоковый повторитель) (у полевого транзистора) и с общей сеткой, общим катодом, общим анодом (у ламп)
§ Каскад с общим эмиттером (истоком, катодом) — наиболее распространённый способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°, то есть является инвертирующим.
§ Каскад с общей базой (затвором, сеткой) — усиливает только по напряжению, применяется редко, является наиболее высокочастотным, фазу не сдвигает.
§ Каскад с общим коллектором (стоком, анодом) — называется также повторителем (эмиттерным, истоковым, катодным), усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному. Применяется в качестве буферного усилителя. Важными свойствами повторителя являются его высокое входное и низкое выходное сопротивления, фазу не сдвигает.
|
|
|
§ Каскад с распределенной нагрузкой — каскад, занимающий промежуточное положение между схемой включения с общим эмиттером и общим коллектором. Как вариант каскада с распределенной нагрузкой, выходной каскад усилителя мощности «двухподвес». Важными свойствами являются задаваемый элементами схемы фиксированный коэффициент усиления по напряжению и низкие нелинейные искажения. Выходной сигнал дифференциальный.
§ Каскодный усилитель — усилитель, содержащий два активных элемента, первый из которых включен по схеме с общим эмиттером (истоком, катодом), а второй — по схеме с общей базой (затвором, сеткой). Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью работы и малой входной ёмкостью. Название усилителя произошло от словосочетания «КАСКад через катОД» (англ. CASCade to cathODE)[1]
§ Каскады усиления могут быть однотактными и двухтактными.
§ Однотактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает во входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединённых параллельно.
§ Двухтактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно во входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединённых параллельно, со сдвигом по фазе на 180°.
56) Режимы работы усилительных каскадов
Режимом класса А, или просто режимом А, называют такой режим работы усилительного элемента или усилительного каскада, при котором ток в выходной цепи протекает в течении всего периода сигнала и крайние положения рабочей точки не выходят за пределы рабочей, относительно прямолинейной сквозной или проходной динамической характеристики (рис. 1). Если проще, то режим А - это такой режим, при котором ток на выходе протекает в течении всего периода сигнала, а положение рабочей точки не выходит за пределы прямолинейного участка проходной динамической характеристики. При входном сигнале, имеющем оба полупериода одинаковой амплитуды, для обеспечения сказанного точка покоя должна находиться в середине прямолинейного участка характеристики, что достигается подачей соответствующего тока или напряжения смещения во входную цепь. Если проще, то в режиме А рабочая точка должна находиться на середине прямолинейного участка характеристики.
|
|
|
Режимом класса В или просто режимом В называют такой режим работы усилительного элемента или каскада, при котором ток в выходной цепи существует в течении половины периода сигнала (рис. 2). Точка покоя в режиме В расположена на нижнем конце идеализированной, т. е. спрямлённой динамической характеристики, для чего во входную цепь вводят смещение необходимой величины.
При режиме С точка покоя располагается на горизонтальной оси, левее точки пересечения проходной характеристики с горизонтальной осью (рис. 3), и ток при отсутствии сигнала, а также при слабых сигналах равен 0. В таком режиме угол отсечки меньше 90º.
Рис. 3 - Работа усилительного элемента в режиме С
В режиме С использование двухтактной схемы не дает возможности получить в выходной цепи сигнал той же формы, что и подаваемой во входную, почему такой режим не применяют для усиления гармонических сигналов произвольной формы. Тем не менее, этот режим может быть использован в однотактной схеме для усиления прямоугольных импульсов одной полярности, если пропорциональность выходных импульсов входным не является необходимой.
Режимом D или ключевым режимом называют такой режим работы усилительного элемента, при котором он во время работы находится только в двух состояниях - полностью закрытом, когда ток в его выходной цепи практически отсутствует, или в полностью открытом, когда падение напряжения между его выходными электродами близко к нулю. При таком режиме потери энергии в усилительном элементе ничтожны, т. к. в обоих состояниях выделяющаяся в нем энергия очень мала, поэтому КПД каскада можно получить очень близким к единице, т. е. близким к 100%.
Ключевой режим используется лишь для усиления прямоугольных импульсов произвольной длительности и скважности. По амплитуде усиленные импульсы получаются практически равными напряжению источника питания и не зависят от амплитуды импульсов на входе. Такой режим широко используется в цифровой технике, во всевозможных управляющих, регулирующих, следящих устройствах, где режим D вследствие высокого КПД и малого потребления энергии находит широкое применение.
|
|
|
