И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

Рис. 7.27, б. Симметрирующая схема с разделенной нагрузкой

Входное сопротивление усилителя является одним из важнейших параметров усилителя. Очень часто оказывается важным, чтобы входное сопротивление было максимально большим (высоким). Условием большого входного сопротивления является большое сопротивление и малая входная емкость усилительного каскада, а также малое влияние входных цепей питания активного элемента.

Для ламповых усилителей с заземленным катодом входное сопротивление определяется максимально допустимым сопротивлением утечки сетки (составляющего максимально несколько мегом). Входная емкость зависит от емкости между сеткой и катодом С с. к, а также емкости, вносимой за счет эффекта Миллера и равной С а. с(1 + К u). На практике минимальная входная емкость составляет от единиц до 10–20 пФ. В большинстве случаев такое значение входного сопротивления вполне достаточно. В отдельных случаях, когда требуется значительно большее входное сопротивление, на входе усилителя можно использовать каскад с заземленным анодом или катодный повторитель (рис. 7.28, а ). Характерными чертами-такой схемы являются: усиление по напряжению меньше единицы, малое выходное сопротивление, а также очень большое входное сопротивление и малая входная емкость. На практике получают входное со противление около десятков мегом, а емкость — нескольких пикофарад.

В транзисторных схемах, кроме схем на полевых транзисторах, характеризующихся высоким входным сопротивлением, получить большое входное сопротивление значительно труднее. Входное сопротивление усилителя, работающего по схеме с ОЭ, не превышает нескольких десятков килоом. Поэтому для получения больших входных сопротивлении приходится использовать специальные схемы. Одной из них является аналог лампового катодного повторителя — эмиттерный повторитель (рис. 7.28, б ).

Рис. 7.28. Катодный ( а) и эмиттерный ( б) повторители

Входное сопротивление эмиттерного повторителя выражается формулой Z вх~= h 21эR э, из которой следует, что оно равно сопротивлению в цепи эмиттера, умноженному на коэффициент передачи по току транзистора. Это не означает, что входное сопротивление может достигать произвольно большого значения за счет увеличения значения R э. Максимальное входное сопротивление не может превышать сопротивления база — коллектор, равного 1/ h 22б. Кроме того, делитель в цепи смещения базы, вносящий на вход сопротивление R б= R 1R 2( R 1 + R 2), также уменьшает эффективное входное сопротивление повторителя.

Одним из эффективных методов увеличения входного сопротивления эмиттерного повторителя является увеличение коэффициента передачи транзистора по току h 21э. В транзисторных схемах благодаря токовому характеру возбуждения (управления) транзистора это оказывается возможным в схеме «супер-альфа», называемой также схемой Дарлингтона. В этой схеме (рис. 7.29) ток эмиттера первого транзистора управляет базой второго транзистора, в связи с чем результирующий коэффициент передачи тока h 21эравен произведению h' 21эh'' 21эотдельных-транзисторов: h 21э= h' 21эh'' 21э. Для большего числа транзисторов, работающих в схеме Дарлингтона, h 21э= h' 21эh'' 21эh''' 21э… На рис. 7.29 представлен эмиттерный повторитель, собранный по подобной схеме.

Рис. 7.29. Эквивалентная схема ( а) и эмиттерный повторитель ( б) схемы «суперальфа»

В соответствии с предыдущими рассуждениями его входное сопротивление выражается следующей формулой:

Z вх= h' 21эh'' 21эh 21к

Дифференциальный усилитель — это усилитель на двух транзисторах с эмиттерной связью, позволяющей использовать в любых комбинациях несимметричные или симметричные вход и выход.

Принципиальная схема дифференциального усилителя, в котором выходное напряжение равно разности двух входных сигналов, показано на рис. 7.30.

Рис. 7.30. Дифференциальный усилитель с двумя входами и симметричным выходом:

а— принципиальная схема; б— схема с дополнительными эмиттерными резисторами Rэ.

На базы обоих транзисторов несимметрично подаются два напряжения u 11и u 12. Выходное напряжение u 2 представляет собой разность потенциалов, действующих на коллекторах транзисторов. Это напряжение симметрично. Дифференциальный усилитель используется для усиления только разности входных напряжений, а не самих входных напряжений.

Коэффициент усиления схемы, определяемый как отношение напряжения u 2к разности u 12— u 11, выражается, при допущении идентичности транзисторов, следующей формулой:

К u ~= — R н/ h 11б

Путем использования дополнительных эмиттерных резисторов R эможно уменьшить чувствительность усиления к разбросу значений h 11б. В этом случае

К u ~= — R н/ h 11б+ R н~= — R р/ R э

причем последнее приближение справедливо, если R э>> h 11б. Следует подчеркнуть, что усиление схемы полностью не зависит от сопротивления резистора R F. Однако, с другой стороны, чем больше сопротивление, тем лучше коэффициент редукции суммарного сигнала на выходе схемы. В противоположность дифференциальному (разностному) сигналу суммарный сигнал является паразитным сигналом, зависящим от общей составляющей входного напряжения. Теоретически эта составляющая не появляется на выходе. В действительности из-за внутренней несимметрии схемы дифференциального усилителя составляющая существует. Для увеличения коэффициента редукции суммарного сигнала следовало бы увеличивать сопротивление резистора R F. В реальных условиях это не всегда возможно. Поэтому вместо резистора R Fможно использовать дополнительный транзистор в схеме идеального генератора тока или источника с бесконечно большим внутренним сопротивлением (рис. 7.31, а ). В этом случае практическое сопротивление резистора R Fравно выходному сопротивлению транзистора в схеме с ОБ