Каскодная схема.
Под каскодом понимается схема, в которой два транзистора соединены последовательно, так что через них в статическом режиме протекает один и тот же ток (рис. 7.10) (на практике находят применение и другие каскодные схемы, в частности, с параллельным питанием и последовательным соединением по переменному току, а также рассматриваемые ниже гибридные каскодные схемы). Транзистор VT1 ключен по схеме с ОЭ, а VT2 — по схеме с ОБ. Режим по постоянному току задается с помощью резисторов R1, R2, R3. Режим ОБ транзистора VT2 по переменной составляющей обеспечивается блокировочным конденсатором СЬ, подключенным к его базе. На рис. 7.10 показаны также необходимые для исследования контрольно-измерительные приборы.
Каскодная схема имеет коэффициент усиления тока а=а'a", где a', a" — коэффициенты усиления тока первого и второго транзисторов. Коэффициент усиления напряжения каскода определяется приближенной формулой
Как следует из (7.15), коэффициент усиления каскода по напряжению такой же, как и в простейшем каскаде ОЭ (это вытекает из того, что первый транзистор имеет К„=1). В данном случае он равен 5, что подтверждается и результатами осцил-лографических измерений, приведенных на рис. 7.11.
Не давая выигрыша по коэффициенту усиления напряжения и тока (а также по входному и выходному сопротивлениям), каскодная схема имеет важное преимущество, которое заключается в уменьшении паразитной связи между выходом Uo и входом Ui. В простом каскаде по схеме с ОЭ выход и вход связаны через емкость коллекторного перехода, что в ряде случаев осложняет работу усилителей. В частности, она приводит к увеличению входной емкости каскада, превращая каскад с ОЭ в своеобразный интегрирующий усилитель (в усилительной технике это называется эффектом Миллера), когда с ростом коэффициента усиления растет и входная емкость. При наличии индуктивной составляющей сопротивления нагрузки и при определенной реактивности выходного сопротивления предыдущего каскада такая связь часто приводит к самовозбуждению усилителя.
Рис. 7.10. Каскодная схема
Причина, по которой выход и вход в каскоде связаны в меньшей степени, заключается в том, что база VT2 находится под неизменным напряжением и его величину можно считать как бы напряжением питания для транзистора VT1, а его нагрузкой — весьма малое сопротивление эмиттерного перехода VT2 [12]. Это означает, что транзистор VT1 работает практически в режиме короткого замыкания коллекторной цепи. Соответственно его коэффициент усиления близок к единице, эффект Миллера отсутствует, и входная емкость равна емкости коллектора. Благодаря такой особенности каскод находит широкое применение в резонансных усилителях, в частности, в высокочастотных каскадах радиоприемных устройств.
Контрольные вопросы и задания
1. Какими достоинствами обладает каскодная схема?
2. В схеме рис. 7.10 при Rk=7,5 кОм установите статический режим в соответствии с показаниями приборов на рис. 7.10. В процессе моделирования измерьте коэффициент усиления напряжения и сравните полученные данные с результатами расчетов по формуле (7.15). Определите максимальный входной сигнал, при котором он передается на выход каскада без искажений. Изменяя параметры одного из транзисторов, исследуйте влияние асимметрии транзисторов по a, R,\ R¦,' на статический режим и коэффициент усиления напряжения.
3. Подготовьте схемы для моделирования гибридных каскодных схем на полевых и биполярных транзисторах [52] (рис. 7.12), подключив к ним источник питания, недостающие компоненты (см. рис. 7.4, 7.10) и необходимые контрольно-измерительные приборы. В процессе моделирования установите необходимый статический режим (из условия неискаженной передачи сигнала), определите коэффициент усиления напряжения и сравните его с данными расчетов по формулам: для каскодной схемы
для
для
