Особенности работы и методика анализа каскадов предварительного усиления

Основы электроники и микроэлектроники

Раздел 4. Основы электронной схемотехники

Тема 4. 4 Каскады предварительного усиления

г. Брест

Основы электронной схемотехники

Каскады предварительного усиления

Особенности работы и методика анализа каскадов предварительного усиления

Каскады предварительного усиления предназначены для усиления напряжения или тока источника сигнала (источник сигнала может быть генератором напряжения или тока). В результате такого усиления значение напряжения или тока источника сигнала получается достаточным для нормальной работы оконечного (выходного) каскада.

Основные требования к каскадам предварительного усиления:

максимальный коэффициент усиления;

минимальные частотные, фазовые и переходные искажения.

Основные условия работы каскадов предварительного усиления опре-деляются тем, что амплитуды входных сигналов малы. Поэтому каскад предварительного усиления работает в пределах линейного участка входной характеристики и характеристики управления усилительного элемента (режим А).

Из этих условий вытекают следующие особенности работы каскадов предварительного усиления:

1. Коэффициенты усиления напряжения и тока каскадов предварительного усиления можно определять графически и аналитически, используя малосигнальные параметры усилительных элементов, поскольку эти параметры не зависят от значений приложенных напряжений и токов.

2. Ток покоя I_0(п) в каскадах предварительного усиления обычно превышает амплитуду усиленного сигнала. Это значит, что КПД каскада оказывается низким (≤ 25%). Но поскольку потребляемая мощность питания этих каскадов небольшая, то потери энергии в них незначительны.

3. Собственный шум транзистора первого каскада предварительного усиления должен быть минимальным.

Анализ каскадов предварительного усиления можно проводить, используя физические эквивалентные схемы усилительных элементов. Достоинством такой эквивалентной схемы является то, что она наглядно отражает физические свойства усилительного элемента, позволяет проанализировать характеристики и параметры усилительного каскада (частотную характеристику, входное и выходное сопротивление, усиление тока и напряжения).

Схемы каскадов предварительного усиления выполняются как на дискретных элементах, так и на интегральных микросхемах. Транзистор в них чаще включается по схеме с общим эмиттером (ОЭ) или общим истоком (ОИ), так как при этом достигается наибольшее усиление.

Однако на боле высоких частотах (в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн) нашли широкое применение, например, каскад с общей базой (ОБ). Это связанно с тем, что при включении транзистора с ОБ его предельная частота усиления в h₂₁ раз больше, чем в схеме с ОЭ(h₂₁-коофициент усиления по току) .

В многокаскадных предварительных усилителях также нашли широкое применение каскады с общим коллектором (ОК) или общим стоком (ОС), имеющие большое входное и небольшое выходное сопротивления. По этой причине эти каскады используются как согласующие устройства во входной и выходной цепях усилителя или между его каскадами.

Каскады предварительного усиления должны иметь малые габаритные размеры и массу, простую схему, обеспечивать равномерное усиление в широком диапазоне частот при минимальных искажениях. Таким требованиям удовлетворяет резисторный каскад.