Списание Радио 1975г
транзистори (фиг. 1, а): it
съдържа по-малко елементи и е по-икономичен. Режимите на DC транзисторите се настройват чрез избор на резистори, отбелязани със звездичка на диаграмата.
Каскодни усилватели, сглобени съгласно схемата на фиг. 1, а, поради външно сходство, те често се бъркат с усилватели с динамично натоварване (фиг. 2). В такъв усилвател натоварването на първия транзистор (също свързан съгласно веригата на общия емитер), в допълнение към резистора R4, е и вторият транзистор (T2), към основата на който се подава усилен сигнал през кондензатора €2. В резултат на това общото натоварване на първия транзистор се променя във времето с напрежението на неговия колектор (оттук и името - динамично натоварване) и усилването на каскадата рязко се увеличава. Има много разновидности на такива усилватели, но основната характеристика, която ги прави разграничени от другите, е променливото натоварване, което зависи от сигнала, който се усилва.
Но обратно към каскодните усилватели. Нека изчислим печалбата, която може да осигури един каскоден усилвател. За простота използваме схемата, показана на фиг. 1, а. Както вече беше споменато, каскодният усилвател се състои от два етапа, така че общото усилване на напрежението Kr ще бъде равно на произведението на техните коефициенти на усилване: /Ci / Cig / Cu2. Транзистор 77 е свързан по схемата с общ емитер и е натоварен на входното съпротивление на транзистора Т2, свързан по схемата с обща база. Както знаете, входният импеданс на такъв етап е много малък и при използване на обикновени транзистори с ниска мощност възлиза на единици - десетки ома. С други думи, изходният импеданс на първия етап (десетки до стотици килоома) е много по-голям от съпротивлението на натоварване, така че транзистор 77 работи в режим на усилване на тока. Неговият коефициентусилване на напрежението Kvi се определя от големината на коефициента на пренос на ток LPE в работната точка и съотношението на съпротивлението на натоварване (в даден
случай gvh") към входното съпротивление
лениация (r.xi), т.е. aui * L21e.^T#
Спомнете си, че когато транзисторът е включен съгласно схемата с общ емитер, входното съпротивление hlx е приблизително / & 21E пъти по-голямо, отколкото когато е включено съгласно веригата с обща база. Следователно, ако транзисторите 77 и Т2 са еднакви (както обикновено се случва,
et), тогава • l£]7 = * " SuM'
Средното усилване се определя почти изцяло от втория етап на усилвателя. Неговото усилване Kv2 е приблизително равно на съотношението на съпротивлението на натоварване (на фиг. 1, а - това е R5) към изходното съпротивление gvhg:
По този начин усилването на каскодния усилвател е приблизително равно на усилването на едностъпален усилвател, в който транзисторът е свързан в схема с обща база. Използвайки приблизителни изрази за gLx2 *, получаваме формула за изчисляване на K и каскоден усилвател, подходящ за аматьорска практика:
където /k е колекторният ток на транзистора Т2, mA; .
Rl е съпротивлението на натоварване на каскодния усилвател, kOhm.
Както знаете, коефициентът на усилване на етапа с обща база (CB) обикновено не е много висок, така че може да изглежда, че използването на каскоден усилвател е неизгодно. В действителност това не е съвсем вярно. Факт е, че така нареченият динамичен капацитет CED на емитерния преход на транзистора 77, натоварен на много ниско входно съпротивление на транзистора T2, се оказва много по-малък от този на конвенционална каскада на транзистор, свързан съгласно верига с общ емитер (CE). Този капацитет се състои от две части, едната от които зависи от параметрите на самия транзистор, а втората - от усилването в определена верига.Приблизително можем да приемем, че динамичният капацитет на емитерния преход Ced * 5Se + Sk (1+ / Cu), където Ce и Sk са капацитетите на емитерния и колекторния преход.
Нека оценим дела на всеки от тези компоненти в капацитета Sad. Капацитетът Ce на високочестотните транзистори с ниска мощност обикновено е от 2 до 50 pF, а Ck е от 1,5 до 12 pF. При печалба, равна например на 20, вторият член на динамичния капацитет ще бъде 32–252 pF, което е много по-голямо от Ce. Влиянието на втория член е особено голямо при използване на съвременни високочестотни транзистори, произведени по планарно-епитаксиална технология, тъй като те имат капацитет
Преходите на емитер и колектор са приблизително еднакви. Така че, за транзисторите от серията GT346, капацитетът Se е средно 1,5–2 pF, а Sk е 0,6–0,8 pF. Лесно е да се провери, че в този случай динамичният входен капацитет на каскадата ще бъде почти с порядък по-голям от капацитета на емитерния преход.
В каскодния усилвател усилването на напрежението на първия етап е приблизително равно на единица. Това рязко намалява входния капацитет на усилвателя и той само леко надвишава капацитета на емитерния преход.
Второто предимство на каскодното включване на транзистори е значително (с два или три порядъка) намаляване на вътрешната обратна връзка, което се обяснява с включването на втория транзистор според OB веригата. В резултат на това максималното постижимо стабилно усилване на каскоден усилвател е 10–30 пъти по-високо от това на едностъпален OE усилвател. Влиянието на изходните вериги върху входните вериги е практически сведено до нула (което е особено важно при резонансните усилватели) и се осигурява добра стабилност на настройката на веригата, когато системата AGC работи в широк динамичен диапазон от сигнали. Cascode усилвателите също работят добре в регулируем резонанскаскади, където използването на конвенционални усилватели с неутрализиране е невъзможно (както знаете, възможно е да се неутрализира вътрешната обратна връзка в транзистора само в тесен честотен диапазон).
Коефициентът на усилване на каскодния усилвател може да се увеличи чрез увеличаване на неговата устойчивост на натоварване. В този случай, дори при апериодично натоварване, т.е. в широколентови устройства, честотните свойства на каскодния усилвател не се влошават, тъй като изходният му капацитет е доста малък. Усилването може да се увеличи и чрез увеличаване на съпротивлението на натоварване на предишния етап - в крайна сметка входният капацитет на каскодния усилвател, както вече беше споменато, също е малък. И така, каскоден IF усилвател (465 kHz), базиран на транзистори P403, когато работи върху диоден детектор, може да осигури усилване на напрежението от 300–500, а когато входното съпротивление на същия етап след него е заредено, 150–200.
Каскодният усилвател има още едно интересно свойство, което често се пренебрегва. Поради факта, че първият транзистор на такъв усилвател е свързан според веригата OE, а вторият - според веригата OB, ограничаващите честоти на текущото усилване на първия и втория етап се оказват различни. С други думи, способността за усилване на високочестотни сигнали не е същата за етапите на каскодния усилвател.