11. Усилители, охваченные 100% оос

Повторители напряжения имеют следующие отличительные особенности

по сравнению с типичными усилительными каскадами:

1. отсутствие способности усиливать напряжение, т.е. коэффициент усиления по напряжению K_u в таких устройствах меньше 1;

2. весьма большое усиление по току K_I , даже больше, чем у каскада, собранного по схеме с общим эмиттером или общим истоком;

3. очень большое входное сопротивление R_Вх ;

4. малое выходное сопротивление R_Вых , близкое к выходному сопротивлению каскада с общей базой или общим затвором;

5. широкополосность, обусловленная малой входной емкостью.

Данные особенности повторителей напряжения обусловлены: во-первых,

схемой включения транзистора, во-вторых, введением 100%-ой ООС, в-

третьих, местом съема выходного сигнала (эмиттер или исток).

Повторители напряжения используются в многокаскадных усилителях в качестве буферных каскадов (устройств согласования), от которых требуется получить большое входное и малое выходное сопротивления.

118

11.1. Истоковый повторитель

По виду подключения истоковой нагрузки различают три следующие

схемы истокового повторителя (рис.11.1).

Cр1

EП

Cр1

EП

Cр1

EП

Cр2

RЗ

RН

RЗ

RЗ

И

Н

RИ

Н

R

R

R

а) б) в)

Рис.11.1. Принципиальная схема истокового повторителя

На рис.11.1а) представлена схема, в которой сопротивление нагрузки R_Н

включено напрямую в цепь истока и содержащая минимум элементов. Однако изменение сопротивления R_Н приведет к изменению положения рабочей точки транзистора. Данные изменения будут незначительными, так как каскад охвачен 100%-ой ООС, которая будет стремиться стабилизировать положение рабочей точки транзистора. Недостатком этой схемы повторителя напряжения является то, что в режиме отсутствия входного сигнала через сопротивление нагрузки R_Н будет протекать ток истока большой величины, который приведет

к разогреву R_Н .

На рис.11.1б) представлена схема, в которой уменьшено влияние сопротивления нагрузки R_Н на положение рабочей точки транзистора в силу того, что оно включено параллельно сопротивлению R_И . Недостаток: как и для схемы на рис.11.1а) на сопротивлении нагрузки R_Н будет выделяться значительная тепловая мощность.

На рис.11.1в) представлена усовершенствованная схема истокового повторителя. В режиме молчания, когда входной сигнал отсутствует (U _Вх 0),

ток, протекающий через повторитель, будет определяться сопротивлением R_И .

Недостаток: с уменьшением величины сопротивления нагрузки R_н будет

119

увеличиваться значение разделительной емкости C_р , что приводит к увеличению веса и габаритов повторителя напряжения.

Составим эквивалентную схему последнего варианта повторителя (по рис.11.1в) с учетом допущения, что на переменном токе шина питания и шина

«земля» являются короткозамкнутыми (рис.11.2).

C_р

SU

yi

yи

S C

yн

вх

0

Рис.11.2. Эквивалентная схема истокового повторителя напряжения

Элемент yИ	1	присутствует в эквивалентной схеме, так как в цепи
	R
	И

истока отсутствует конденсатор С_И , который на переменном токе идеально шунтировал сопротивление R_И . Элемент S включен в схему вследствие того,

что повторитель напряжения охвачен 100%-ой ООС.

Вследствие того, что емкости С_р и С₀ имеют значения, отличающиеся на несколько порядков, то их влияние будет различно в различных областях частот.

Область СЧ. В области средних частот влиянием емкостей С_р и С₀

можно пренебречь по аналогии с каскадом предварительного усиления на полевом транзисторе (рис.11.3).

SU_вх^yi ^yи S ^yн

Рис.11.3. Эквивалентная схема истокового повторителя напряжения в области СЧ

120

Из анализа эквивалентной схемы номинальный коэффициент усиления истокового повторителя будет определяться согласно выражению:

K0						S				(11.1)
		y y			И	S y		Н
		i
Из записанного выражения видно, что K0										1.
Область ВЧ. В области высоких частот каскад предварительного усиления
описывается постоянной времени в области ВЧ τв :
M	( ω)					1				(11.2)
			1 j в

АЧХ повторителя напряжения, следовательно, запишется в виде:

		1
M	повт	( ω)			,	(11.3)
		1 j		в повт

где _{в повт} ^в , F 1 S R_И .

F

Постоянная времени повторителя напряжения _{в повт} в F раз меньше чем в усилительном каскаде, поскольку каскад охвачен 100%-ой ООС.

Следовательно, искажения в повторителе будут меньше, чем в усилительном каскаде на том же транзисторе.

Область НЧ. В данной области частот поведение истокового повторителя напряжения аналогично поведению каскада предварительного усиления и полученные раннее соотношения для каскада предварительного усиления справедливы и для истокового повторителя. То есть расчет разделительной емкости С_р в повторителе аналогичен расчету С_р в каскаде предварительного

усиления.

Схема истокового повторителя с повышенным входным сопротивлением

Для повторителя входное сопротивление определяется выражением:

RВх	1	.	(11.4)
	S yН

Для увеличения входного сопротивления истокового повторителя применяют схему с повышенным входным сопротивлением (рис.11.4).

121

EП

Cр1

RЗ

Cр2

RИ1

RН

RИ2

Рис.11.4. Принципиальная схема истокового повторителя напряжения с увеличенным

входным сопротивлением

Увеличение входного сопротивления происходит вследствие того, что на вход подаем мощную копию с выхода повторителя через сопротивление R_З . В

данном случае выражение для RВх примет вид:
RВх		F RЗ RИ1 RИ2			(11.5)
		F RИ 1 RИ2
При RИ1 RИ2 , получаем формулу (11.5)					в виде:
		RВх F RЗ			(11.6)