Каким образом можно получить большое входное сопротивление усилителя?

Входное сопротивление усилителя является одним из важнейших параметров усилителя. Очень часто оказывается важным, чтобы входное сопротивление было максимально большим (высоким). Условием большого входного сопротивления является большое сопротивление и малая входная емкость усилительного каскада, а также малое влияние входных цепей питания активного элемента.

Для ламповых усилителей с заземленным катодом входное сопротивление определяется максимально допустимым сопротивлением утечки сетки (составляющего максимально несколько мегом). Входная емкость зависит от емкости между сеткой и катодом С_{с. к}, а также емкости, вносимой за счет эффекта Миллера и равной С_{а. с}(1 + К_u). На практике минимальная входная емкость составляет от единиц до 10–20 пФ. В большинстве случаев такое значение входного сопротивления вполне достаточно. В отдельных случаях, когда требуется значительно большее входное сопротивление, на входе усилителя можно использовать каскад с заземленным анодом или катодный повторитель (рис. 7.28, а). Характерными чертами-такой схемы являются: усиление по напряжению меньше единицы, малое выходное сопротивление, а также очень большое входное сопротивление и малая входная емкость. На практике получают входное со противление около десятков мегом, а емкость — нескольких пикофарад.

В транзисторных схемах, кроме схем на полевых транзисторах, характеризующихся высоким входным сопротивлением, получить большое входное сопротивление значительно труднее. Входное сопротивление усилителя, работающего по схеме с ОЭ, не превышает нескольких десятков килоом. Поэтому для получения больших входных сопротивлении приходится использовать специальные схемы. Одной из них является аналог лампового катодного повторителя — эмиттерный повторитель (рис. 7.28, б).

Рис. 7.28. Катодный (а) и эмиттерный (б) повторители

Входное сопротивление эмиттерного повторителя выражается формулой Z_вх ~= h_21эR_э, из которой следует, что оно равно сопротивлению в цепи эмиттера, умноженному на коэффициент передачи по току транзистора. Это не означает, что входное сопротивление может достигать произвольно большого значения за счет увеличения значения R_э. Максимальное входное сопротивление не может превышать сопротивления база — коллектор, равного 1/h_22б. Кроме того, делитель в цепи смещения базы, вносящий на вход сопротивление R_б = R₁R₂(R₁ + R₂), также уменьшает эффективное входное сопротивление повторителя.

Одним из эффективных методов увеличения входного сопротивления эмиттерного повторителя является увеличение коэффициента передачи транзистора по току h_21э. В транзисторных схемах благодаря токовому характеру возбуждения (управления) транзистора это оказывается возможным в схеме «супер-альфа», называемой также схемой Дарлингтона. В этой схеме (рис. 7.29) ток эмиттера первого транзистора управляет базой второго транзистора, в связи с чем результирующий коэффициент передачи тока h_21э равен произведению h'_21эh''_21э отдельных-транзисторов: h_21э = h'_21эh''_21э. Для большего числа транзисторов, работающих в схеме Дарлингтона, h_21э = h'_21эh''_21эh'''_21э… На рис. 7.29 представлен эмиттерный повторитель, собранный по подобной схеме.

Рис. 7.29. Эквивалентная схема (а) и эмиттерный повторитель (б) схемы «суперальфа»

В соответствии с предыдущими рассуждениями его входное сопротивление выражается следующей формулой:

Z_вх = h'_21эh''_21эh_21к