Усилительный каскад с общим эмиттером

Усилительные каскады на биполярных транзисторах с резисторными нагрузками в цепи коллектора нашли широкое применение в предварительных каскадах усиления. Они обеспечивают усиление по напряжению, току, мощно-

Усилительный каскад с общим эмиттером сти. Принципиальная схема усилительного резисторного каскада с ОЭ представлена на рис. 10.22. Входной сигнал поступает на базу транзистора от генератора напряжения с внутренним сопротивлением Rг. Разделительный конденсатор Усилительный каскад с общим эмиттером служит для предотвращения протекания постоянной составляющей тока базы через источник входного сигнала. При отсутствии Усилительный каскад с общим эмиттером в цепи источника входного сигнала создавался бы постоянный ток от источника питания Uип, который мог бы вызвать падение напряжения на внутреннем сопротивлении Rг источника сигнала, изменяющее режим работы транзистора и приводящее к нагреву источника сигнала. Конденсатор Усилительный каскад с общим эмиттером на выходе усилительного каскада обеспечивает выделение переменной составляющей коллекторного напряжения, которая поступает на нагрузочное устройство с сопротивлением Rн. Элементы R1, R2, Rэ, Cэ обеспечивают режим каскада по постоянному току и температурную стабилизацию.

Параметры усилителя (коэффициенты усиления по току KI, напряжению KU и мощности Kr; входное Rвх и выходное Rвых сопротивления) находятся с использованием аналитического метода, при котором на основе малосигнальной эквивалентной схемы транзистора строится эквивалентное представление каскада по переменному току и проводится его расчет по переменному току (рис. 10.23).

Усилительный каскад с общим эмиттером Расчет параметров каскада производится для области средних частот усиления, где зависимость параметров от частоты минимальна и не учитывается в расчетах. Сопротивления конденсаторов Усилительный каскад с общим эмиттером , Усилительный каскад с общим эмиттером , Cэ очень малы и ими можно пренебречь. Резистор Rэ зашунтирован конденсатором Cэ и на эквивалентной схеме не учитывается. По переменному току сопротивление источника питания близко к нулю, поэтому верхний вывод резисторов R1, Rк на схеме замещения соединяется с выводом эмиттера.

Цепь базы транзистора представлена на эквивалентной схеме объемным сопротивлением активной области базы rб, составляющим единицы–сотни Ом. Эмиттерный переход представлен дифференциальным сопротивлением rэ, лежащим в пределах единиц–десятков Ом. Закрытый коллекторный переход представлен дифференциальным сопротивлением rк, составляющим сотни кОм.

Входное сопротивление каскада представляет собой сопротивление параллельного соединения резисторов R1, R2 и сопротивления входной цепи транзистора rвх

Усилительный каскад с общим эмиттером . (10.39)

Сопротивление входной цепи транзистора определяется как Усилительный каскад с общим эмиттером . Учитывая, что через сопротивление rб протекает ток Iб, а через сопротивление rэ – ток Усилительный каскад с общим эмиттером получим

Усилительный каскад с общим эмиттером .

Тогда входное сопротивление усилительного каскада определяется выражением

Усилительный каскад с общим эмиттером (10.40)

Значение Rвх для каскада с ОЭ составляет сотни Ом или единицы кОм.

Если резистор Rэ в схеме (рис. 10.22) не зашунтирован по переменному току конденсатором Сэ, то последовательно с rэ в эквивалентной схеме усилителя необходимо включать сопротивление Rэ. Входное сопротивление в этом случае определяется выражением

Усилительный каскад с общим эмиттером . (10.41)

Сравнение выражений (10.40) и (10.41) показывает, что введение отрицательной обратной связи по переменному току значительно увеличивает входное сопротивление усилительного каскада, а включение низкоомного делителя R1, R2, улучшающего температурную стабильность усилителя, значительно снижает его входное сопротивление.

Выходное сопротивление усилительного каскада определяется со стороны выходных зажимов при отключенной нагрузке и нулевом входном сигнале Усилительный каскад с общим эмиттером . Из эквивалентной схемы (рис. 10.23) видно, что выходное сопротивление каскада определяется параллельным включением сопротивления Rк и выходным сопротивлением самого транзистора, близким по величине к rк. Обычно Усилительный каскад с общим эмиттером , и считается, что выходное сопротивление определяется величиной резистора Усилительный каскад с общим эмиттером ( Усилительный каскад с общим эмиттером ) и составляет единицы кОм.

Коэффициент усиления по напряжению каскада определяется как отношение выходного напряжения Uвых на нагрузке к ЭДС источника сигнала Eг. Значение Uвых определяется выражением Усилительный каскад с общим эмиттером , где знак минус указывает на то, что выходное напряжение находится в противофазе со входным напряжением. Ток базы определяется выражением

Усилительный каскад с общим эмиттером ,

тогда

Усилительный каскад с общим эмиттером . (10.42)

Анализ выражения (10.42) показывает, что коэффициент усиления каскада по напряжению тем больше, чем больше выходное сопротивление каскада по сравнению с Rвх и чем больше статический коэффициент h21э.

В идеальном усилителе напряжения ( Усилительный каскад с общим эмиттером ), который работает в режиме холостого хода ( Усилительный каскад с общим эмиттером ), коэффициент усиления будет максимальным и равным:

Усилительный каскад с общим эмиттером . (10.43)

Коэффициент усиления по току определяется отношением тока в нагрузке Iн ко входному току Iвх Усилительный каскад с общим эмиттером . Ток в базе и ток в нагрузке определяются следующими выражениями

Усилительный каскад с общим эмиттером ; Усилительный каскад с общим эмиттером . (10.44)

Подставив полученные соотношения в выражение для коэффициента усиления по току, получим

Усилительный каскад с общим эмиттером . (10.45)

В идеальном усилителе тока ( Усилительный каскад с общим эмиттером ), который работает в режиме короткого замыкания ( Усилительный каскад с общим эмиттером ), имеем Усилительный каскад с общим эмиттером .

Усилительный каскад с общим эмиттером При работе каскада в схеме с ОЭ в диапазоне низких частот необходимо учитывать емкости разделительных конденсаторов Усилительный каскад с общим эмиттером , Усилительный каскад с общим эмиттером и Cэ. Поскольку сопротивления конденсаторов на низких частотах возрастают, то эквивалентная схема каскада имеет вид (рис. 10.24).

Сначала рассмотрим влияние разделительного конденсатора Усилительный каскад с общим эмиттером на изменение коэффициента усиления по напряжению

Усилительный каскад с общим эмиттером , (10.46)

где Усилительный каскад с общим эмиттером – сопротивление емкости, wнч = 2pfнч. Отношение коэффициента усиления на низких частотах к коэффициенту усиления на средних частотах равно

Усилительный каскад с общим эмиттером , (10.47)

где Усилительный каскад с общим эмиттером – постоянная времени входной цепи усилительного каскада. Коэффициент частотных искажений определяется выражением

Усилительный каскад с общим эмиттером . (10.48)

Для уменьшения частотных искажений при прочих равных условиях необходимо увеличивать Усилительный каскад с общим эмиттером .

Коэффициент частотных искажений, вносимый разделительным конденсатором Усилительный каскад с общим эмиттером определяется следующим выражением:

Усилительный каскад с общим эмиттером , (10.49)

где Усилительный каскад с общим эмиттером .

Рассмотрим влияние емкости Сэ на частотные искажения. Предположим, что Усилительный каскад с общим эмиттером , и в первый момент времени после поступления входного сигнала влияние Сэ несущественно. По мере заряда Сэ уменьшается эмиттерный ток, а следовательно и ток базы. Когда емкость Сэ зарядится полностью, то через нее не будет протекать ток. Сопротивление в эмиттерной цепи будет равно Rэ+rэ вместо начального значения rэ. Это приведет к уменьшению тока базы и к изменению коэффициента усиления по напряжению. В этом состоит принципиальная особенность влияния емкости Сэ на частотные искажения. Постоянная времени равна произведению Сэ на параллельное сопротивление Rэ и выходного сопротивления каскада со стороны эмиттера транзистора, т.е. выходного сопротивления каскада с ОК, величина которого не превышает десятков Ом

Усилительный каскад с общим эмиттером .

Коэффициент частотных искажений, вносимый Сэ максимальный и определяется выражением

Усилительный каскад с общим эмиттером . (10.50)

Усилительный каскад с общим эмиттером Коэффициент частотных искажений в диапазоне низких частот, вносимый емкостями усилительного каскада, равен

Усилительный каскад с общим эмиттером [дБ].

Для уменьшения Мнч в усилительном каскаде в схеме с ОЭ требуется увеличивать Усилительный каскад с общим эмиттером , Усилительный каскад с общим эмиттером и Cэ в большей степени.

При работе каскада с ОЭ в диапазоне высоких частот на частотные искажения сильное влияние оказывает емкость коллекторного перехода Ск и емкость нагрузки, эквивалентная схема каскада в диапазоне высоких частот представлена на рис. 10.25.

Постоянная времени каскада с ОЭ в области высоких частот определяется выражением Усилительный каскад с общим эмиттером , тогда коэффициент частотных искажений в области высоких частот

Усилительный каскад с общим эмиттером .

Случайные записи:

Лекция 17 Транзисторный каскад с общим эмиттером


Похожие статьи:

Добавьте постоянную ссылку в закладки. Вы можете следить за комментариями через RSS-ленту этой статьи.
Комментарии и трекбеки сейчас закрыты.