Эмиттерный повторитель

Лекция 6 Типовые каскады усиления

Схему рис. 1, а называют каскадом с общим коллектором (OK), потому что коллекторный вывод транзистора по переменному току является общим электродом для входной и выходной цепей каскада.

Эмиттерным повторителем схему называют вследствие того, что ее выходное напряжение, снимаемое с эмиттера транзистора, близко по величине входному напряжению (u_н = u_вх + u_бэ » u_вх ) и совпадает с ним по фазе.

Резистор R_э в схеме выполняет ту же функцию, что и резистор R_к в схеме ОЭ, — создание изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, управляемого по цепи базы. Функция конденсатора С_р2 сводится к передаче в нагрузку перемен­ной составляющей выходного сигнала. Резисторы R₁, R₂ предназна­чены для задания режима покоя каскада. Для повышения входного сопротивления резистор R₂ в схему часто не вводят. Расчет каскада по постоянному току проводят по аналогии со схемой ОЭ.

Рассмотрим параметры каскада OK по переменному току. С этой целью представим каскад его схемой замещения (рис. 1. б) и сде­лаем выкладки, подобные выполненным для схемы ОЭ.

Рис. 1. Схема усилительного каскада ОК (а) и его схема замещения в физических параметрах (б)

Входное сопротивление каскада OK определяется параллельно соединенными сопротивлениями R₁, R₂ и сопротив­лением входной цепи транзистора r_вх

R_вх =R₁||R₂||r_вх.

При определении r_вх выразим напряжение U_вх через ток I_б:

U_вх =I_б[r_б+(1- β)(r_э+R_э||R_н)]

и поделим напряжение U_ΒΧ на ток I_б

r_вх = r_б + (1 + β) (r_э + R_э || R_н). (1)

В отличие от выражения r_вх = r_б + (1 + β) r _э здесь сопротивление r_э для схемы OK входит в сумме с R_э || R_н, в связи с чем сопротивление входной цепи транзистора r_вх и входное сопротивление R_вх каскада OK боль­ше, чем в схеме ОЭ. Поскольку r_э обычно много меньше R_э || R_н, а r_б меньше второго слагаемого правой части выражения (3.16), для входного сопротивления эмиттерного повторителя можно записать

R_вх»R₁||R₂||[(1+ β)(R_э||R_н)]. (2)

При выборе высокоомного входного делителя входное сопротив­ление каскада получается достаточно большим. Так, при β = 50 и R_э || R_н =1 кОм R_вх = 51кОм. Однако при повышенных входных сопротивлениях нельзя пренебрегать сопротивлением r_к(э), шунти­рующим входную цепь каскада (рис. 1 б). В этом случае более точ­ное выражение для входного сопротивления каскада имеет вид

R_вх=R₁||R₂||[(1+ β)(R_э||R_н)]||r_к(э) . (3)

Высокое входное сопротивление является одним из важнейших преимуществ каскада OK.

Высокое входное сопротивление требуется в случае применения каскада в качестве согласующего звена при работе от источника входно­го сигнала, обладающего высоким внутренним сопротивлением.

Те же приемы, что и для схемы ОЭ, используем при определении коэффициента усиления по току K_I.Соотношение (1) действительно также для схемы OK. Поскольку ток I_н здесь является частью тока I _э, выражение приобретает вид

. (4)

и с учетом (4) получаем

. (5)

Коэффициент усиления по току в схеме OK

, (6)

т. е. он также зависит от соотношений R_вх и r_вх, R_э и R_н. В предположении R_вх»r_вх

. (7)

Согласно выражениям (6) и (7) каскад OK обеспечивает уси­ление по току. При R_э =R_K и одинаковых значениях R_н коэффици­енты усиления по току в схемах OK и ОЭ примерно одинаковы.

В формулу коэффициента усиления по напряжению Ku подставим K_I (7) имеем

. (8)

Для оценки коэффициента K_U примем R_вх>>R_г, а величину R_вх определим приближенно по (8): R_вх»(1+ β)[ R_э||R_н].При этом K_U» 1. Точный расчет дает К_U< 1 и в пределе K_U стремится к еди­нице. Это свойство каскада OK используют, когда необходимо повы­сить мощность сигнала при сохранении величины его напряжения.

Поскольку K_U» 1, коэффициент усиления по мощности K_Pблизок по величине к K_I.

Выходное сопротивление R_ВЬ1Х каскада OK, пред­ставляющее собой сопротивление схемы со стороны эмиттера (рис. 1, б), определяется из соотношения

(9)

Выходное сопротивление каскада мало (10—50 Ом). Это свойство используют, когда необходимо решать задачу согласования выходной цепи усилителя с низкоомным сопротивлением нагрузки. При этом каскад OK применяют в качестве выходного каскада усилителя.