6. Каскад с общей базой, каскод
1. Каскад с общей базой.
Каскад о с общей базой, как и каскад с ОК, не инвертирует фазу усиливаемого сигнала. Коэффициент усиления по напряжению стабилен и составляет приблизительно: Кi = h21э / (h21э+1 ) <1.
Коэффициент усиления по напряжению (без учёта сопротивления нагрузки RН) КU = SRК = RК/(rЭ+RК) - аналогично коэффициенту усиления каскада с ОЭ. При сопротивлении генератора RГ=0 параллельная ОС перестаёт действовать и нелинейные искажения и выходное сопротивление RВЫХ в этом случае те же, что и в каскаде с ОЭ.
Выходное сопротивление транзистора близко к дифференциальному сопротивлению диода, т.е. RВХ = rЭ = fТ / IЭ и имеет индуктивный характер (входное сопротивление каскада с ОЭ и с ОК - ёмкостное. Iэ - постоянная составляющая тока эмиттера.
Поэтому при синусоидальном сигнале ZВХ увеличивается с ростом частоты. Следовательно, RБ должно быть равно нулю или заземлено конденсатором достаточно большой ёмкости, чтобы не возникал колебательный контур - входная ёмкость + ёмкость монтажа.
Динамическое выходное сопротивление очень велико - порядка нескольких МОм (наибольшее из трёх способов включения транзистора) без учёта шунтирующего влияния RК. В реальной схеме оно практически равно RК. Выходные характеристики горизонтальны и имеют линейное приращение тока коллектора от тока эмиттера.
Переходные и частотные свойства значительно лучше, чем у каскада с ОЭ. Однако эти преимущества проявляются только до определённых частот. На очень высоких частотах (например, СВЧ) эти свойства выравниваются и каскад с ОЭ может даже иметь преимущество.
Схема с ОБ обладает тем преимуществом, что на её работу влияет только ёмкость эмиттер-база СЭ и не влияет ёмкость коллектор-база Ск, которая увеличивается вследствии эффекта Миллера.
Заметное снижение нелинейных искажений возможно лишь при источнике сигнала с выходным сопротивлением, много большим входного сопротивления транзистора. В этом случае IВХ = UГ / (RГ+RВХ) = UГ / RГ, где UГ - напряжение источника сигнала, а коэффициент усиления по напряжению КU = RК / RГ.
2. Каскад усиления с трансформаторной связью.
Если вместо подачи напряжения смещения базу транзистора подключить к общему проводу, получим силовой ключ с эмиттерной коммутацией, который с успехом применяют в преобразователях напряжения.
3. Микрофонный усилитель с использованием в качестве микрофона низкоомной динамической головки.
4. Микшер с генератором тока в цепи эмиттера.
Для стабилизации режима по постоянному току в цепи эмиттера используется генератор тока. Благодаря низкому входному сопротивлению каскада с ОБ взаимовлияние различных источников сигнала минимальное. Коэффициент передачи микшера с любого входа равен Кi = R2 / Ri, где Ri - сопротивление резистора R1...Rn, включённого в цепь источника сигнала. Сопротивление нагрузки RН=R2.
5. Частотнозависимый усилитель на каскаде ОБ в сочетании с ОЭ.
Зависимость коэффициента усиления от частоты:
Выходной сигнал сдвинут по фазе на 90° по отношению к входному в диапазоне частот от 20 Гц до 1 МГц. Входное сопротивление RВХ = h11б = 10 Ом. Коэффициент усиления на частоте 1000 Гц - Кu=100.
6. Коррекция искажений УВ магнитофона.
Постоянная времени t1 = R1•C2, t2 = C2•R5II•RН. Сдвиг фазы на 90° на частоте fо = 1 / 2•π•R3•C1.
7. Получение из однополярного сигнала двухполярного.
Элементы DD1.1 и DD1.2 должны быть с открытым коллектором.
8. Применение каскада с ОБ для детектирования АМ сигналов.
По сравнению с традиционным детектором, такой детектор имеет значительно меньшие искажения благодаря глубокой ООС по низкой частоте через конденсатор С1 с коллектора в базу.
9. Более совершенный детектор - "идеальный диод".
Коэффициент передачи КД = R2 / R1•π = 1.8. Максимальное входное напряжение UВХmax = (EП - 2•UБЭ)•R1 / R2 = 2В.
Введение дополнительного транзистора и двух диодов обеспечивает расширения детектирования в области малых сигналов на 10...15 дб.
10. Каскодные усилители.
Наибольшее применение каскад с ОБ (ОЗ) находит в сочетании с каскадом с ОЭ (ОИ). Это так называемый каскод - последовательное соединение ОЭ-ОБ (ОИ-ОЗ). Каскодные усилители примечательны тем, что в каскадах почти полностью развязаны входная и выходная цепи, т.к. база транзистора каскада с ОБ имеет неизменный потенциал. Следовательно, в каскодных усилителях эффект Миллера не проявляется. Поскольку входное сопротивление каскада с ОБ ничтожно мало, каскад с ОЭ работает в режиме короткого замыкания на выходе (т.е. по сути работает как каскад с ОК), обеспечивая такое же усиление, как идеализированный каскад с ОЭ. Входное сопротивление на высоких частотах выше, т.к. существенно уменьшается входная ёмкость каскада. Резкое ослабление ОС с выхода на вход способствует устойчивой работе каскада, особенно в резонансных усилителях.
Возможные сочетания каскада с ОЭ на n-p-n транзисторе с каскадом ОБ (ОЗ) на транзисторах разной проводимости:
Аналогичные схемы для каскада с ОИ на полевом транзисторе с каналом N-типа:
11. Наиболее распространённая схема каскода.
Более совершенный каскод с нейтрализацией СК каскада с ОЭ благодаря следящей связи через диоды VD1, VD2:
12. Компенсация входной динамической ёмкости с помощью конденсатора.
13. Нейтрализация входной ёмкости с помощью схемы сдвига уровня на стабилитроне.
14. Схема с увеличенным коэффициентом усиления с сохранением высоких динамических характеристик путём применения встречной динамической нагрузки в сочетании с компенсацией входной ёмкости.
15. Каскад с необычным включением по постоянному току.
Входное сопротивление такого каскада достаточно низкое.
16. Каскод с применением фототранзистора.
17. Простое устройство сложения и вычитания двух сигналов.
При подаче одинаковых сигналов на вых.2 напряжение должно отсутствовать, в противном случае нужно подобрать резистор R7.
18. Смешанный каскод.
19. Каскод с двухполярным питанием.
20. Каскод с коэффициентом усиления 50 и с полосой пропускания 0...1 МГц.
Входная ёмкость - не более 20 пФ.
21. Широкополосный каскод с нейтрализацией входной ёмкости с помощью линейной следящей связи.
Входная ёмкость - около 0.1 пф.
