Читать онлайн «Схемотехника широкополосных усилителей: монография»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса Н. Н. Прокопенко, Н. В. Ковбасюк СХЕМОТЕХНИКА ШИРОКОПОЛОСНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ Монография ШАХТЫ 2005 2 Оглавление УДК 621. 375 ББК 32. 846 П 804 Рецензент: к. т. н. , доцент кафедры «Информационные системы и радиотехника» А. Э. Попов П 804 Прокопенко Н. Н. Схемотехника широкополосных усили- телей: Монография / Н. Н. Прокопенко, Н. В. Ковбасюк. – Шах- ты: Изд-во ЮРГУЭС, 2005. – 218с. ISBN 5-93834-174-4 В монографии приводятся достаточно точные аналитические выражения (в сис- теме hб-параметров транзисторов) для параметров классических каскадов с общим эмиттером, общей базой, общим коллектором, дифференциальных и каскодных усили- телей. Показана зависимость предельных значений основных параметров базовых схем ШУ и их основных функциональных узлов (активных нагрузок, согласующих подсхем, источников опорного тока и т. п. ) от статического режима и свойств применяемых тран- зисторов. Приводятся архитектурные и схемотехнические решения источников опор- ного тока и активных нагрузок ШУ, которые дополняют существующие представления разработчиков о данном классе функциональных узлов. Рассматриваются принципы построения и свойства базовых схем составных многоплюсников с компенсацией ем- кости Скб выходных транзисторов. В данной работе рассматривается архитектура и практическая схемотехника усилителей постоянного тока, несимметричных дифферен- циальных усилителей, дифференциальных усилителей со следящим питанием, широ- кополосных усилителей на n-p-n биполярных и p-канальных полевых транзисторах, каскодных видеоусилителей, операционных усилителей на основе ячеек Джильберта, дифференциальных усилителей с компенсацией емкости коллектор-база выходных транзисторов, усилителей с управляемой верхней граничной частотой, широкополос- ных усилителей на дискретных транзисторах. УДК 621. 375 ББК 32. 846 ISBN 5-93834-174-4 © Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, 2005 © Н. Н. Прокопенко, Н. В. Ковбасюк, 2005  ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 5 Глава 1 Динамические параметры и основные характеристики базовых схем широкополосных усилителей ... ... ... ... ... ... . . 8 1. 1 Основные параметры широкополосных усилителей ... ... ... ... ... ... . 8 1. 2 Амплитудно- и фазочастотные характеристики... ... ... ... ... ... ... ... ... 10 1. 3 Приближенные эквивалентные схемы биполярных транзисторов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 12 1. 4 Каскад с общей базой ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 14 1. 5 Каскад с общим эмиттером ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 19 1. 6 Каскад с общим коллектором ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23 1. 7 Каскодный усилитель ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 27 1. 8 Дифференциальные каскады с активными нагрузками... ... ... ... ... 29 Глава 2 Источники опорного тока и активные нагрузки широкополосных усилителей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 40 2. 1 Выходная проводимость классических активных нагрузок ... ... . 40 2. 2 Источники опорного тока и активные нагрузки с повышенным выходным сопротивлением ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 45 2. 3 Источники опорного тока (напряжения) с низкой чувствительностью к нестабильности источников питания ... ... . 61 2. 4 Цепи запуска источников опорного тока... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 64 2. 5 Схемотехника функционально интегрированных источников опорного тока и управляемых активных нагрузок дифференциальных усилителей... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 66 Глава 3 Составные транзисторы с каналами компенсации паразитных параметров ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 72 3. 1 Сравнительный анализ базовых схем компенсации rк-Скб выходных транзисторов широкополосных усилителей ... ... ... ... . . 72 3. 2 Неавтономные параметры компенсированных транзисторов ... . 89 3. 3 Составные транзисторы с компенсацией входной проводимости ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 93 3. 4 Варианты построения активных многополюсников с компенсацией входных и выходных импедансов ... ... ... ... ... ... ... 100 3. 5 Составные активные элементы с некачественными биполярными транзисторами ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 112 3. 6 Модифицированный составной p-n-p – n-p-n транзистор... ... ... . . 117 4 Оглавление Глава 4 Архитектура и схемотехника широкополосных усилителей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 121 4. 1 Структурные схемы температурно-компенсированных усилителей постоянного тока ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 121 4. 2 Несимметричные дифференциальные усилители... ... ... ... ... ... ... ... 130 4. 3 Дифференциальные усилители со следящим питанием ... ... ... ... . 139 4. 4 Широкополосные усилители на n-p-n биполярных и p-канальных полевых транзисторах ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 150 4. 5 Каскодные видеоусилители с каналами компенсации входной и выходной емкостей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 163 4. 6 Операционные усилители на основе ячеек Джильберта ... ... ... ... . 173 4. 7 Дифференциальные усилители с компенсацией емкости коллектор-база выходных транзисторов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 186 4. 8 Усилители с управляемой верхней граничной частотой ... ... ... ... 195 4. 9 Широкополосные усилители на дискретных транзисторах ... ... . 201 Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 212 Библиографический список ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 214  ВВЕДЕНИЕ Качественные показатели достаточно широкого класса устройств радиотехники, приборостроения, связи, автоматики существенно зави- сят от динамических параметров одного из самых распространенных функциональных аналоговых узлов РЭА – широкополосных усилителей (усилителей постоянного тока, операционных усилителей, НЧ- усилителей мощности, видеоусилителей и т. д. ).