Проходження широкосмугових сигналів по електричних ланцюгах обумовлено цілою низкою чинників, до числа яких в першу чергу можна віднести вплив паразитних параметрів (таких, як паразитні ємності і індуктивності елементів, паразитні ємнісні і індуктивні зв'язку між ділянками електричного кола), а також особливості поширення сигналів по лініях зв'язку, коли їх довжина порівнянна з довжиною хвилі.
Як відомо, з трьох основних схем включення транзистора найбільшим коефіцієнтом посилення по потужності володіє схема з загальним емітером (ОЕ) (рис. 1.1а).
Малюнок 1.1 - Каскад із загальним емітером:
а - принципова схема, б - ВЧ-модель, в - схема з індуктивним корекцією
Однак ця схема має і найгірші частотні властивості. Всьому виною ефект Міллера, обумовлений ємністю між колектором і базою транзистора ССВ через що схема з ОЕ поводиться на високих частотах як інтегруюча ланка. У цьому випадку джерело сигналу виявляється навантаженим на RС-ланцюг з еквівалентної постійної часу # 964 ;, яка згідно зі спрощеною ВЧ-моделі каскаду з загальним емітером, наведеної на рис. 1.1б, визначається виразом
де К V - коефіцієнт посилення каскаду на середніх частотах, RS - внутрішній опір джерела сигналу, rB - опір бази транзистора.
Найпростіше можна розширити смугу пропускання каскаду з ОЕ, включивши послідовно з колекторної навантаженням індуктивність в кілька мікрогенрі (рис. 1.1в), яка скоректує спад посилення на високих частотах. Саме так будуються ІМС широкосмугових підсилювачів ERA-xSM фірми Mini-Circuits з посиленням до 20дБ в смузі О. 8ГТц і TSH690 фірми ST Microelectronics з посиленням 20 дБ в смузі 40. 900 МГц.
Принципова схема підсилювача ERA-3SM і типова схема його включення наведені на рис. 1.2.
Малюнок 1.2 - Підсилювач ERA-3SM.
а - принципова схема, б - типова схема включення
ІМС виконана на основі арсеніду галію і поміщена в мініатюрний корпус діаметром близько 2.2 мм і висотою 1.5 мм з чотирма Полоскова висновками.
У схемі з ПРО ефект Міллера відсутня, але в силу малого вхідного і високого вихідного опору каскаду посилення потужності тут можливо тільки при роботі з низькоомним джерелом сигналу і високоомній навантаженням, що не завжди можливо реалізувати на практиці. Каскад з ОК (емітерний повторювач) також забезпечує широку смугу пропускання, але не посилює сигнал по напрузі. З цих причин для побудови широкосмугових підсилювачів часто застосовують більш складні складові схеми включення транзисторів, представлені на рис. 1.3 (ланцюга зміщення не показані).
Малюнок 1.3 - Схеми високочастотних каскадів на
Перша з них, схема ОБ-ОК (Рис. 1.3а) володіє малим вхідним (каскад з ПРО) і малим вихідним (каскад з ОК) опором і може бути використана для побудови магістральних підсилювачів (драйверів ліній) для провідних ліній зв'язку з хвильовим опором 50 Ом, а також в приймачах ультразвукових сигналів. Високоомних навантаження, необхідна для посилення сигналу по напрузі у вхідному каскаді з ПРО (VT1), забезпечується підключенням до його виходу емітерного повторювача (VT2) з великим вхідним опором.
У схемі ОЕ-ПРО (рис. 1.3б) ефект Міллера практично усунутий фіксацією потенціалів колектора транзистора VT1 і бази транзистора VT2. За такою схемою побудовані однокаскадні диференціальні підсилювачі: LM6361, що має КV = 3000, fТ = 50 МГц і швидкість наростання 300 В / мкс, і THS4001 (К V = 10000, fТ = 270 МГц і 400 В / мкс).
Схема ОК-ПРО (Рис. 1.3в) широко використовується у вхідних каскадах ОУ. Тут ефект Міллера також усувається фіксацією потенціалів колектора транзистора VT1 і бази транзистора VT2.
У схемі ОК-ОЕ (Рис. 1.3г) низький вихідний опір емітерного повторювача на транзисторі VT1 дозволяє помітно знизити постійну часу ланки зворотного зв'язку підсилювального каскаду з ОЕ на транзисторі VT2. і тим самим, як це випливає з (1.1), підвищити частоту зрізу підсилювача. Ця схема часто застосовується в каскадах посилення напруги ОУ.
9. Застосування операційних підсилювачів для посилення радіочастотних сигналів.
З появою ОУ з частотою одиничного посилення понад 300 МГц у розробників з'явилася можливість використовувати ці інтегральні пристрої для посилення і перетворення сигналів радіочастотного діапазону. ОУ такого класу по ряду критеріїв мають певні переваги перед звичайними ВЧ-підсилювачами, що добре видно з порівняння їх властивостей, наведених у таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 - Порівняння параметрів ВЧ-підсилювача і широкосмугового ОУ