Jaký typ zesilovače má nejvyšší vstupní impedanci?

Vstupní impedance zesilovače je jedním z nejdůležitějších parametrů zesilovače. Často je důležité, aby vstupní impedance byla co největší (nejvyšší). Podmínkou vysokého vstupního odporu je vysoký odpor a nízká vstupní kapacita zesilovacího stupně a také malý vliv vstupních výkonových obvodů aktivního prvku.

U elektronkových zesilovačů s uzemněnou katodou je vstupní impedance určena maximálním povoleným svodovým odporem mřížky (maximálně několik megaohmů). Vstupní kapacita závisí na kapacitě mezi mřížkou a katodou С_{S. Na}, stejně jako kapacita zavedená v důsledku Millerova jevu a rovná se С_{A. S}(1+ К_u). V praxi se minimální vstupní kapacita pohybuje od jednotek do 10–20 pF. Ve většině případů je tato hodnota vstupního odporu zcela dostatečná. V některých případech, kdy je požadována výrazně vyšší vstupní impedance, lze na vstupu zesilovače použít kaskádu s uzemněnou anodou nebo katodovým sledovačem (obr. 7.28, Obr. а). Charakteristickými rysy takového obvodu jsou: napěťový zisk menší než jedna, nízký výstupní odpor, stejně jako velmi vysoký vstupní odpor a nízká vstupní kapacita. V praxi je vstupní odpor asi desítky megaohmů a kapacita několik pikofaradů.

V tranzistorových obvodech, kromě obvodů založených na tranzistorech s efektem pole, které se vyznačují vysokým vstupním odporem, je mnohem obtížnější dosáhnout vysokého vstupního odporu. Vstupní impedance zesilovače pracujícího podle obvodu s OE nepřesahuje několik desítek kiloohmů. Pro získání velkých vstupních odporů je proto nutné použít speciální obvody. Jedním z nich je obdoba elektronkového katodového sledovače – emitorového sledovače (obr. 7.28, б).

Obr. 7.28. katoda (а) a emitor (б) opakovače

Vstupní impedance emitorového sledovače je vyjádřena vzorcem Z_in ~= h_21eR_э, z čehož vyplývá, že se rovná odporu v obvodu emitoru vynásobenému součinitelem proudového přenosu tranzistoru. To neznamená, že zvýšením hodnoty může vstupní odpor dosáhnout libovolně velké hodnoty R_э. Maximální vstupní odpor nesmí překročit odpor základny-kolektor rovný 1/h_22b. Navíc dělič v obvodu základního předpětí, který zavádí odpor na vstup R_б = R₁R₂(R₁ + R₂), také snižuje efektivní vstupní impedanci opakovače.

Jednou z účinných metod zvýšení vstupního odporu emitorového sledovače je zvýšení koeficientu přenosu proudu tranzistoru h_21e. V tranzistorových obvodech je to vzhledem k proudové povaze buzení (řízení) tranzistoru možné v obvodu „super-alfa“, nazývaném také Darlingtonův obvod. V tomto zapojení (obr. 7.29) řídí emitorový proud prvního tranzistoru bázi druhého tranzistoru, a proto výsledný koeficient přenosu proudu h_21e rovnající se produktu h’_21eh “_21e jednotlivé tranzistory: h_21e = h’_21eh “_21e. Pro větší počet tranzistorů pracujících v Darlingtonově obvodu, h_21e = h’_21eh “_21eh”‘_21e. Na Obr. Obrázek 7.29 ukazuje sledovač emitoru sestavený podle podobného obvodu.

Obr. 7.29. Ekvivalentní obvod (а) a sledovač emitoru (б) schémata „super alfa“.

V souladu s předchozími diskusemi je jeho vstupní impedance vyjádřena následujícím vzorcem:

V základních obvodech zesilovacích stupňů bez použití speciálních opatření umožňuje BT získat vstupní impedanci R_in asi 1 kOhm, PT s řízenou p–n-přechod – asi 1 MOhm a FET s izolovaným hradlem – asi 10 MOhm. Pečlivým výběrem typů zesilovače (s minimálními proudy vstupní elektrody), jeho režimů (v oblasti mikroproudů) a obvodu pro aplikaci předpětí na vstupní elektrodu je možné navýšit uvedené hodnoty o objednávku velikosti. V průměru zvyšte vstupní impedanci o dva řády R_in Zesilovač umožňuje použití opakovací kaskády (viz podkapitola), která však neposkytuje napěťové zesílení.

Při praktické realizaci obvodu s OK dle standardního provedení (viz obr. *.*) nastává problém ohledně racionální konstrukce stejnosměrného napájecího obvodu pro základní obvod. Z hlediska zajištění stability a jistoty pracovního režimu tranzistoru při stejnosměrném proudu by měly být v děliči báze použity nízkoodporové odpory. Ale takové odpory výrazně zvyšují celkovou vstupní vodivost kaskády s OK.

Diagram na obr. 7.* tuto nevýhodu nemá. Kombinuje schopnost poskytovat stejnosměrný základní obvod s nízkou impedancí a nízkou vstupní střídavou vodivostí. V tomto obvodu je potenciál pro nastavení proudu přiváděn do báze tranzistoru přes obvod s relativně nízkým odporem R₁, R₂ и R₃. AC kondenzátor C₂ přenáší výstupní potenciál signálu u_out na spodní (viz obr. 7.*) vývod rezistoru R₃. Rozdíl potenciálu signálu na tomto rezistoru za podmínek K≈0 je přibližně nula, v důsledku čehož se proud vstupního signálu prakticky nevětví do obvodu rezistoru R₃.

Rýže. 7.*. Kaskáda s OK s vysokým vstupním odporem a nízkoodporovým základním děličem.

Při analýze vlastností obvodu na obr. 7.*. na střídavý proud, je třeba vzít v úvahu, že obsahuje jako zátěž R_н Není to jen odpor, který působí R_э, ale také s ním paralelně zapojené rezistory R₁ и R₂. Celková vstupní vodivost obvodu by se měla vypočítat pomocí vzorce

Další zvýšení vstupní impedance R_in dosaženo použitím duálních opakovačů. Nejjednodušší duální opakovač (obr. 7.4а), jinak nazývaný složený tranzistorový opakovač, lze považovat za jednostupňový, ve kterém je instalován tranzistor s parametry odpovídajícími danému zapojení dvou tranzistorů, zejména s výsledným součinitelem proudového přenosu.

což umožňuje prudce zvýšit dynamickou vstupní impedanci, vyjádřenou vzorcem R“_in=(h_21e1+ 1)R_ne, kde R_ne = R_э||R_н.

Rýže. 7.4. Dvojité sledovací obvody emitoru.

Ve stejnou dobu obvykle R_in začíná být omezena kolektorovou vodivostí prvního tranzistoru (hodnoty r_к и C_к). Toto omezení lze odstranit obvodem s přídavným operačním systémem zavedeným do kolektorového obvodu prvního tranzistoru (obr. 7.4б), snížení posunovacího účinku prvků r_к и C_к v 1-K) časy kde K – společné napěťové zesílení obou tranzistorů. Podobná konstrukce sledovačů se dvěma zdroji se používá ke snížení jejich vstupní kapacity v důsledku průchozí kapacity C_пр zesilovací zařízení.

Připojovací odpor R₁ Obvod předpětí ke kolektoru prvního tranzistoru (obr. 7.5) také snižuje jeho bočník na vstupní impedanci kaskády. Můžete také snížit vodivost rezistoru redukovaného na vstup kaskády R₂, pokud zavedete výstupní napětí duálního opakovače do série s ním, jak je znázorněno na Obr. 7.5.

Rýže. 7.5. Zapnutí děliče v základním obvodu prvního tranzistoru, které pomáhá zeslabit jeho bočníkový efekt na vstupní odpor sledovače s dvojitým emitorem.

Kromě duálních opakovačů s identickými UE se používají kombinované, skládající se z emitorového sledovače v druhém stupni a zdrojového sledovače v prvním stupni. Na Obr. Na obrázku 7.6 je praktické zapojení jednoho z těchto opakovačů, který má vstupní impedanci 50 MΩ (při frekvenci 10 kHz klesá na 20 MΩ).

Rýže. 7.6. Schematické schéma kombinovaného duálního opakovače na PT a BT se vstupní impedancí 50 MOhm.

Zesilovače se zvláště vysokou vstupní impedancí (10 9 Ohmů a vyšší), tzv. elektrometrické, lze vyrobit pomocí stejnosměrného proudu, zejména s izolovaným hradlem. Je také známý způsob pro zvýšení nízké aktivní vstupní vodivosti zesilovače pomocí použití parametrických zařízení, například modulátoru s varikapy. Na rozdíl od kaskád opakovačů umožňují taková zařízení spolu s vysokou vstupní impedancí získat nízkou hladinu šumu, které je obtížné dosáhnout při vysokém odporu OS přítomný v obvodech opakovače. Šumové číslo zesilovačů, ve kterých je vysoká vstupní impedance získána použitím hluboké zpětné vazby, lze snížit nahrazením lokální zpětné vazby smyčkou pokrývající dva nebo více stupňů s vysokým ziskem [ ].

Použitím jednotranzistorové kaskády není možné zajistit požadované K_U, R_in и R_out, takže zesilovače musí být navrženy ve vícestupňovém provedení. Pro zjednodušení schématu se používají hotové sekce.