7. Каскад с эмиттерными (истоковыми) связями. Дифкаскад
1. Упрощённые схемы каскадов с комбинированными связями:
![](img/vt150.gif)
![](img/vt154.gif)
Одно из основных достоинств таких каскадов состоит в том, что выходная цепь таких усилительных каскадов благодаря низкоомной связи (низкоомного выходного каскада с ОК с низкоомным входным каскадом с ОБ) слабо связана с входной. Очевидно, что в таких схемах эффект Миллера отсутствует.
Входное сопротивление каскада на биполярных транзисторах (без учёта входного делителя) равно входному сопротивлению каскада с ОК:
RВХ = rБ + (1+h21э)h11б2
Входное сопротивление каскада с полевым транзистором на входе определяется, в основном, входным делителем.
Выходное сопротивление соответствует выходному сопротивлению каскада с ОБ (ОЗ).
Коэффициент усиления по напряжению равен произведению коэффициентов передачи каскадов с ОК (ОИ) и с ОБ (ОЗ), а так как коэффициент передачи каскада ОК (ОИ) примерно равен единице, то по существу коэффициент усиления определяется вторым множителем. Таким образом входные и выходные и выходные параметры таких каскадов соответствуют параметрам каскадов с ОК (ОС) и ОБ (ОЗ) соответственно.
2. Пример использования каскада для усиления сигналов ВЧ.
![](img/vt155.gif)
3. Широкополосный генератор.
При изменении резистора R1 в пределах 50 МОм ... 10 кОм имеет перестройку частоты выходного сигнала от 100Гц до 400кГц.
![](img/vt156.gif)
4. Высокочастотный генератор.
Период следования импульсов T=3.1RC; частота - до 50 МГц.
![](img/vt157.gif)
5. Пример применения каскада с эмиттерными связями в фазовом детекторе.
![](img/vt158.gif)
6. Простейший балансный преобразователь частоты.
Достоинства:
1. Компенсация всех синфазных помех, в том числе сигнала гетеродина и его шумов;
2. Компенсация чётных гармоник, что приводит к уменьшению числа побочных каналов.
Более сложные смесители выпускаются в микросхемном исполнении, наиболее простой из них К174ПС1 - аналоговый перемножитель Джильберта.
![](img/vt159.gif)
7. Пример применения каскада с эмиттерными связями в электронном регуляторе усиления.
Введение обратной связи с помощью резисторов R6,R7 позволяет существенно снизить искажения сигнала. Отношение резисторов выбирают в пределах: R7/R6=2...10.
![](img/vt160.gif)
8. Электронный регулятор по японскому патенту.
![](img/vt161.gif)
9. Регулятор с расширенной линейной областью на 15дБ за счёт линеаризирующих диодов
При входном напряжении 50 мВ имеет коэффициент гармоник на выходе 0.1%
![](img/vt162.gif)
10. Высоколинейный детектор огибающей.
Входное напряжение не должно быть более 100мВ. При этом с коллекторов снимается верхняя, а с эмиттеров - нижняя огибающая АМ-сигнала.
![](img/vt163.gif)
11. Пример применения в усилителе-ограничителе ЧМ-сигнала.
Контур выделяет первую гармонику. Ток транзистора VT2 имеет форму, близкую к прямоугольной. В микросхемном исполнении (например, К174ХА6, К174УР3 и др.) контур заменяют обычным резистором.
![](img/vt164.gif)
Введение каскодной развязки с нагрузкой уменьшает амплитудно - фазовую конверсию:
![](img/vt165.gif)
12. Ограничитель другого типа.
![](img/vt166.gif)
13. Дифференциальный (балансный) каскад.
Позволяет решать задачу усиления сигналов с частотой от нуля (постояноого тока) до сотен МГц и при этом:
- даёт малую ошибку разбаланса входов за счёт взаимной компенсации UБЭ;
- стабилен по температуре и по времени благодаря согласованным изменениям параметров транзисторов;
- обладает способностью усиливать только дифференциальные сигналы и "не реагировать" на синфазные напряжения;
- имеет высокую линейность и скорость нарастания, особенно каскады на полевых транзисторах (ПТ);
- обладает высокой устойчивостью за счёт того, что входной и выходной токи попадают в шины общего провода (земли) и питания, замыкаясь через генератор и нагрузку, что особенно важно в УВЧ.
Для наглядности ниже показана схема четырёхплечного моста как элемента, не обладающего дрейфом. Если мост сбалансирован, т.е. R1/R2=R3/R4, то при изменении напряжения питания баланс не нарушается и ток нагрузки равен нулю.
![](img/vt167.gif)
В дифкаскаде роль резисторов играют транзисторы:
![](img/vt168.gif)
Входное сопротивление ДК на БТ равно:
Rвх = 4h21эfТ / IЭсм, где IЭсм - общий (суммарный) эмиттерный ток смещения.
Коэффициент усиления по напряжению КU = RКIЭсм / 2fТ при Rк1=Rк2.
Искажения ДК на биполярных транзисторах при малых сигналах:
КГ = UM^4 / 4fT^4,
в то время как каскад с ОЭ имеет КГ = UM^2 fT^2 /(fT+IЭRЭ)^4, а при RЭ=0 КRmax = UM^2 / fT^2
где UM - амплитуда входного сигнала.
Нетрудно подсчитать, что дифкаскад имеет искажения в 100 раз меньшие, чем каскад с ОЭ с RЭ=0 и UM=5мВ. В то же время, искажения каскада на транзисторах разной проводимости довольно значительны. Поэтому для их уменьшения целесообразно включить между эмиттерами транзисторов резистор 100 Ом и более.
Перегрузочная способность ДК на ПТ примерно в 100 раз выше, т.к. UОТС / fT=100. Так, например, при UОТС=2.6В, UВХmax=1.5В при КГ=1% на выходе, в то время как для биполярных транзисторов при том же коэффициенте гармоник UВХmax=17мВ. К недостаткам ДК на ПТ можно отнести меньший (примерно в 4 раза) коэффициент усиления и большее напряжение смещения, которое сводится к минимуму использованием интегральных сборок, а так же тщательной подборкой транзисторов по параметрам и установкой их на общем радиаторе. Кроме того, при замене резистора в эмиттерной цепи ДК на ГСТ образуется очень глубокая отрицательная ОС по синфазному сигналу и сильное ослабления дрейфа. Другой недостаток ДК (в том числе и на БТ) заключается в том, что эквивалентная шумовая ЭДС симметричного ДК в 2^0.5 раз (на 3 дБ), несимметричного ДК с пассивным генератором тока - в 2 раза (на 6 дБ), а несимметричного ДК с активным генератором тока - на 7-8 дБ привышает при прочих равных условиях эквивалентную шумовую ЭДС каскада с ОЭ на одном транзисторе. Это вытекает из того, что источник сигнала подключён к обоим входам ДК последовательно:
![](img/vt168.gif)
Следовательно и источники шума транзисторов подключаются к источнику сигнала также последовательно. Таким образом, эквивалентная плотность напряжения входного шума равна:
EШ = (еhi1+еhi2)^0.5 = 1.4emi (при еm1=em2).
Как выход из положения применяют параллельное включение транзисторов, что позволяетв n раз уменьшить шумы, где n - количество параллельно включённых транзисторов. Уменьшению шумов также способствует встречная динамическая нагрузка ДК с помощью отражателя тока, что эквивалентно симметричной нагрузке.
14. Увеличение нагрузочной способности и повышение линейности ДК и его симметрии с помощью введения резисторов RЭ (от 100 Ом до 1...2 кОм):
Верхнее значение RЭ определяется требуемым усилением напряжения KU = RК / RЭ, дрейфом нулевого потенциала и шумом сопротивления RЭ, т.к. оно включается последовательно с источником сигнала. Иногда с помощью конденсатора, включённого между эмиттерами, вводят коррекцию по опережению.
![](img/vt169.gif)
15. Схема дифкаскада, свободного от эффекта Миллера.
![](img/vt170.gif)
Введение следящей обратной связи в коллектор входного транзистора позволяет нейтрализовать входную ёмкость ДК (СК):
![](img/vt171.gif)
Подстроечный резистор устанавливается в такое положение, при котором на верхней рабочей частоте напряжение на коллекторе транзистора равно входному.
16. Симметричный съём сигнала с помощью токового зеркала.
Позволяет уменьшить шумы и увеличить коэффициент усиления по сравнению с простым несимметричным ДК. Резистор RC-цепи по запаздыванию выбирают в пределах 68...680 Ом, конденсатор - в пределах 180...2200 пФ.
![](img/vt172.gif)
17. Компенсация ООС через ёмкости СК транзисторов ДК с помощью дополнительных транзисторов.
Позволяет расширить полосу пропускания. Дополнительные транзисторы могут быть заменены конденсаторами небольшой ёмкости.
![](img/vt173.gif)
18. Применение каскодного усилителя повышает быстродействие более чем в 10 раз:
![](img/vt174.gif)
19. Прецезионный ДК со следящей связью.
Применение каскода со следящей связью позволяет не только подавлять эффект Миллера, но и нейтрализовать ёмкости СК.
![](img/vt175.gif)
20. Применение полевых транзисторов в каскоде со следящей связью.
![](img/vt176.gif)
У дифференциальных усилителей, работающих в режиме большого сигнала, время нарастания и спада переходных процессов различно из-за более медленного разряда ёмкости нагрузки в момент отключения. Этот недостаток исключается в двухтактной схеме.