Простейшая схема катодного повторителя на триоде приведена на рис. 11, а, а
его эквивалентная схема на рис. 11, б.
По сравнению с усилительным каскадом с анодной нагрузкой катодный повторитель
имеет следующие особенности.
1.) Нагрузочное сопротивление Rн включено в катодный участок выходной цепи. В
таком варианте схемы на резисторе Rн в режиме покоя создается отрицательное
напряжение смещения постоянной величины Uc0 =
Iа0 *
Rн, обеспечивающее выбор
положения рабочей точки.
2.) При подаче на вход каскада переменного входного напряжения
uвх = Um вх
* Sinqώt вследствие 100%-ной последовательной отрицательной обратной связи все
выходное напряжение подается на сетку усилительной лампы противофазно входному
напряжению.
Поэтому результирующая величина переменной составляющей входного напряжения
U'вх, поступающая на сетку, будет значительно уменьшена и равна
3.) Учитывая действие отрицательной обратной связи и пользуясь эквивалентной
схемой катодного повторителя, получим коэффициент усиления его по напряжению,
равный
Разделив числитель и знаменатель этого выражения на Ri, получим
Следовательно, катодный повторитель не дает усиления по напряжению, почти
повторяя на выходе входной сигнал по величине и по фазе.
4.) Входная межэлектродная емкость значительно меньше, чем: в триодных
каскадах с анодной нагрузкой, и равна Свх = С0 = Смонт + Сас +
Cск(1 - Кu)
≈ Cм +
Cac (единицы ПФ). Это дает возможность резко уменьшить частотные искажения в
области высоких частот и значительно расширить полосу пропускания
Δf =
fв гр — fн гр усиливаемых сигналов.
5.) Входное сопротивление катодного повторителя вследствие действия
последовательной отрицательной обратной связи увеличивается по сравнению с
усилительным каскадом с анодной нагрузкой в (1 +
ßKu) раз,
достигая единиц и десятков МОм, то есть Rвх к
≈ (Rc || XCр)
* (1 +
ßKu). Учитывая, что
в области
низких и средних частот емкостное сопротивление XCр > Rc, а коэффициент передачи
напряжения отрицательной обратной связи
ß = Uoc
/ Uвых = 1, то
де Ku ... коэффициент усиления каскада.
На высоких частотах Квх к-да несколько уменьшается из-за влияния входной
паразитной емкости Cвх.
6.) Выходное сопротивление переменному току при нулевом со-тротивлении
источника входного сигнала Rг = 0 имеет небольшую зеличину (десятки Ом, единицы
кОм) и определяется по формуле Rвых
≈ 1
/ S, где S — крутизна статической вольт-амперной харакгеристики лампы.
7.) Коэффициент усиления по току имеет большую величину (десятки, сотни и тысячи), так как
8.) Катодный повторитель дает большое усиление сигнала по мощности
Kр = Ki
* Ku ≈ Ki
9.) Фаза напряжения на выходе каскада не меняется, повторяя фазу входного сигнала. Поэтому этот каскад и называется катодным повторителем.
Учитывая все указанные особенности, каскад катодного повторителя широко
применяется, во-первых, в качестве согласующего каскада между высокоомным
датчиком входного сигнала и низкоомной нагрузкой с соответствующим усилением сигнала по мощности (рис. 12, а);
во-вторых, он применяется в широкополосных усилителях в качестве согласующего
каскада (без трансформатора), включаясь между предыдущим усилительным каскадом
(I) с высоким выходным сопротивлением и последующим каскадом (II) с малым входным
сопротивлением. При этом одновременно усиливается сигнал по току, то есть по
мощности (рис. 12, б).
На практике применяются и более совершенные схемы катодных повторителей (на
триодах, пентодах, транзисторах), в которых используются другие, независимые от
величины Rн способы подачи
напряжения смещения по постоянному току.
На рис. 13, а приведена схема катодного повторителя с делителем напряжения R1
и R2, при котором напряжение смещения Uc0 = (Iдел *
R1 * — Iа0 * Rн) < 0.
Однако в этой схеме уменьшается Rвх к-да = {(R1
|| R2) || XСвх} * (1 + Ku).
На рис. 13, б показана схема катодного повторителя с секционированной
нагрузкой R'н = R''н, дающей возможность снимать напряжение смещения только с
резистора R'н, то есть Uc0 = (Iа0 +
Iэо) * Rн, а полезный выходной сигнал
снимать с суммарной величины Rн =
R'н + R''н.
При этом увеличивается входное сопротивление каскада
достигая величины единицы-десятки МОм, так как Rc = (0,5
÷ 2) МОм, а Ku
= 0,7 ÷ 0,99;
Зачастую катодный повторитель применяется в многокаскадных усилителях в
качестве выходного каскада, согласующего высокоомный выход предыдущего каскада с низкоомным волновым сопротивлением
коаксиального кабеля, имеющего ρ = 75 Ом. При этом условием согласования будет
равенство
В.Майоров, С.Майоров - Усилительные устройства на лампах, транзисторах и микросхемах
