Вверх тормашками. Усилитель с заземленным коллектором

[UR5FFR]

В схемотехнике ВЧ усилителей мощности прошлого века периодически можно встретить схемы типа таких

Тут выходом каждого из каскадов является эмиттер транзистора. В привычном включении транзистора сигнал снимается с эмиттера в случае если транзистор включен с общим коллектором (который у нас тут кстати действительно "общий" и заземлен). Но это не эмиттерный повторитель как может показаться, а каскад усиления, в котором транзистор включен с общим эмиттером.

Тут вообще все странно - выход подключен к базе транзистора. Хотя мы знаем что база это или вход или заземлена. Но не выход же!
Как на ваш взгляд включены транзисторы во втором и третьем каскадах? Нет, не угадали Они включены с общей базой.

В сети очень скудная информация по топологии усилителей с заземленным коллектором/стоком. Будем восполнять этот пробел.

Попробуем пошагово заземлить коллектор в усилителе с общим эмиттером работающем для простоты в классе С, то есть без смещения. На следующем рисунке слева на право показана вся трансформация. Первые и вторые схемы идентичны просто по разному нарисованы. На третьей схеме мы поменяли местами нагрузку и источник питания - нам ничто не запрещает это сделать. Следующий шаг - изменяем точку заземления. Последняя схема справа идентична предпоследней, но по другому нарисована

Заземление коллектора при включении транзистора с общим эмиттером

grounded_collector_1.png (19.17 KiB) Viewed 54203 times

Для включения с общей базой

grounded_collector_2.png (18.73 KiB) Viewed 54203 times

Выше для простоты мы рассматривали схемы в классе С без начального смещения на базе. Введение смещения не представляет особой проблемы. Для включения с общим эмиттером получаем два варианта включения резисторов базового делителя

Для включения с общей базой путем аналогичных преобразований получается такие схемы

grounded_collector_4.png (21.1 KiB) Viewed 54181 times

Приведенные выше схемы применимы и к полевым транзисторам. На практике они имеют смысл при использовании транзисторов с коллектором/стоком на корпусе. Это позволяет избежать применения изолирующих прокладок и улучшить теплоотвод.

[UR5FFR]

Очевидно, что заземление коллектора можно использовать для транзисторов любой проводимости - как npn, так и pnp. В случае применения pnp питание будет более привычным положительным. Но мощные pnp транзисторы практически не встречаются. Тут нас выручит составной транзистор по схеме Шиклаи. Он состоит из двух транзисторов - маломощного pnp и мощного npn. Итоговые схемы приобретут такой вид

grounded_collector_5.png (26.99 KiB) Viewed 54180 times

Таким образом мы получили "заземленный эмиттер" с плюсовым источником питания. И если практическая ценность схемы с общим эмиттером слева сомнительна, то включение с общей базой на схеме справа позволяет непосредственно заземлить эмиттер транзистора, что при классической схемотехнике сделать невозможно - эмиттер заземляется через дроссель или трансформатор. Такая схема мне не встречалась и на мой взгляд обладает новизной.

[UR5FFR]

Описанные выше преобразования можно применить и к ламповым усилителям. В некоторых случаях это позволит получить новые свойства. Например на следующем рисунке на верхней схеме изображен классический усилитель с общей сеткой. На выходе нам требуется высоковольтный разделительный конденсатор. В случае пробоя/утечек выходной П-контур может оказаться под высоким напряжением, что небезопасно.

Если преобразовать схему и изменить точку заземления то получится схема изображенная внизу. Тут П-контур заземлен по постоянному току, а разделительная емкость не находится по высоким постоянным напряжением. Анод в данной схеме вообще оказывается заземлен по ВЧ.

common grid pa ur5ffr.png (32 KiB) Viewed 53910 times

Аналогично можно синтезировать схему с общим катодом. Тут точно так же анод заземлен по ВЧ, а выходной П-контур по постоянному току.

common cathode pa ur5ffr.png (18.16 KiB) Viewed 53910 times

Такие топологии в ВЧ усилителях мощности никогда не встречал. Если у кого-то есть информация по похожим схемам - выкладывайте - будет интересно посмотреть

[EMF]

В последней схеме какое r вых. лампы будет? И обязательно по входу трансформатор?

[UR5FFR]

Последняя схема - это схема с общим катодом, а не катодный повторитель как может показаться. Почитайте топик с самого начала.
Трансформатор по входу обязателен

[old_screen]

такое включение первый раз увидел в унч без выходного трансформатора. например на рисунке верхнее плечо.
журнал \радио 1959г номер 6 страница 41

[UR5FFR]

Интересным применением схемы с заземленным коллектором может быть построение УПЧ с высоким коэффициентом усилиения. Есл у нас в УПЧ два резонансных каскада с ОЭ и общим усилением более 40дб то устойчивость крайне низкая, т.к. проникновение сигнала с выхода на вход создает ПОС и приводит к самовозбуждению. Если в качестве первого каскада использовать усилитель с заземленным коллектором то он не инвертирует фазу, и усилитель работает гораздо более стабильно.
Эта техника известна достаточно давно, но на практике применяется редко, хотя макетирование показало что она полностью работоспособна.