|
Дифференциальной паре необходимы приемники неизменяющегося тока, но хороший приемник неизменяющегося тока на пентоде
является неэкономным по энергопотреблению. Более того, дифференциальной паре с сетками, имеющими нулевой потенциал относительно
земли, потребовался бы дополнительный источник отрицательного смещения для приемника неизменяющегося тока — 100 В. Это зачастую
нежелательное, поэтому желателен поиск других решений.
В отличие от первых разработчиков, использующих исключительно электронные лампы, современные разработчики находятся в
более выгодном положении так как есть возможность использовать транзисторы, и даже операционные усилители, если в этом возникает
необходимость. Рассматриваемый случай как раз является наглядным примером, где транзисторы могут быть очень полезны.
Простейшая форма приемника неизменяющегося тока на транзисторе (см. левую схему на рис. 3.43) очень похожа на аналогичный
каскад на лампе триоде. Красный светодиод устанавливает неизменяемый потенциал ≈ 1,7 В на базе транзистора. Напряжение
между базой и эмиттером транзистора Vбэ равен ≈ 0,7 В, таким образом, на резисторе в цепи эмиттера
падает 1 В. Если нужен приемник неизменяющегося тока на 5 мА, следует использовать резистор-датчик на 200 Ом. Эквивалентное
сопротивление по переменному току в коллекторной цепи будет равно:
При используемом в этом примере транзисторе типа ВС549 (hfe ≈ 400, 1/hoe ≈ 12 кОм) расчет дает
rвых ≈ 92 кОм. Заметим, что для подачи смещения на светодиод требуется дорогостоящий резистор
с допустимой мощностью рассеяния 2 Вт.
Рис. 3.43 Полупроводниковые приемники неизменяющегося тока
Простая схема может быть легко улучшена, путем увеличения числа транзисторов. Поскольку ныне кремниевые транзисторы относительно
дешевы, такое усложнение вполне оправдано. Нужно решить две проблемы. Во-первых, транзистору требуется напряжение VКЭ > 0,5 В, чтобы он работал
как приемник неизменяющегося тока, что совсем удобно, поскольку близко по величине к напряжению смещения для электронных
ламп с высоким μ, например, ЕСС83. Во-вторых, выходное сопротивление 92 кОм не особенно большое, и его можно сделать
намного лучше.
Одним из вариантов является каскодная схема. Транзисторная каскодная схема (см. вторую слева схему на рис. 3.43) в общих
чертах аналогична пентодной, но на практике такая схема требует отрицательного питания, что неудобно. Тем не менее, эта проблема
может быть легко разрешима, поскольку для питания каскадов усилителя мощности, часто имеется отрицательное питание смещения
для выходных ламп, получаемое от специальной обмотки силового трансформатора и дополнительного выпрямителя. Хотя обмотка
смещения силовых трансформаторов обычно обеспечивает ток < 1 мА, провод, рассчитанный на ток 1 мА, очень хрупкий. По этой
причине изготовители трансформаторов обычно используют более толстый провод, с допускаемым током 10 мА, и увеличение общей
нагрузки трансформатора при использовании этой обмотки для питания дополнительных устройств обычно незначительно.
Каскодная схема приемника неизменяющегося тока имеет более высокое выходное сопротивление, чем приемник неизменяющегося
тока с одним транзистором:
Выходное сопротивление переменному току исходной схемы умножается на hfe второго транзистора, что улучшает
его с ≈ 92 кОм до ≈ 32 МОм, таким образом, величина из 1/hoe является незначительной и не принимается
в расчет. Тем не менее, большим практическим преимуществом является то, что отрицательное питание позволяет снижать выходной
сигнал вплоть до 0 В без проблем с линейностью. Устойчивость каскада является превосходной, в том числе и на высоких частотах.
Как показано, каскодная схема источника тока является сравнительно чувствительной к помехам от источника промышленной
частоты и шумам отрицательного питания, потому что ток меняется из-за изменения напряжения источника опорного напряжения.
Эта чувствительность может быть значительно уменьшена путем модификации схемы — включив диод, регулирующий ток, в цепь,
которая питает источники опорных напряжений (рис. 3.43).
Каскодный приемник неизменяющегося тока может быть адаптирован на большее напряжение простой заменой того из транзисторов,
который питает нагрузку, на транзистор, предназначенный для высоковольтных устройств. Это немного снижает rвых,
потому что такой транзистор обычно имеет более низкий hfe, но так как теперь имеется запас по напряжению, большая часть этого
снижения может быть восстановлена установкой более высокого значения напряжения источника опорного напряжения, позволяя
иметь большую величину RЭ. К сожалению, если требуется мощный транзистор, его большая выходная емкость ухудшает характеристики
каскада на высоких частотах. Такой каскад показан на второй справа схеме рис. 3.43. Диод
1N4148 в этом примере компенсирует температурную нестабильность управляющего напряжения Vбэ нижнего
транзистора, но его установка требует перерасчета значений всех элементов схемы.
Так называемое «двойное кольцо» на транзисторах (правая схема на рис. 3.43) поддерживает напряжение 0,7 В, используя
резистор-датчик 120 Ом. Если это напряжение повышается, из-за увеличения тока через резистор, то транзистор Т1 открывается
сильнее, что вызывает понижение напряжения на базе. Транзистор Т2 начинает закрываться и ток через резистор 120 Ом падает,
и, следовательно, ток такого каскада — приемника, поддерживается неизменным. Так как в этой схеме используется обратная
связь, приложенная к двум транзисторам, то не исключена возможность самовозбуждения на высоких частотах из-за наличия паразитной
емкости.
|
