Усилитель с общим эмиттером

Рассмотрим источник тока, нагрузкой для которого служит резистор R_к (рис.5).

U_п=20В

R₁110кОм R_к10кОм

С₁ 1,6В 10В U_вых

U_вх 0,1мкФ 1.0В

R₂10кОм С₂

R_э1кОм

I_к

I_б U_п/R_к+R_э

I_ко=1mA U_{бэ о}+U_{вх m}

I_o 0 t 0 t

U_{бэ о}-U_{вх m}

U_бэ

U_п=20В U_кэ

U_{бэ о} U_{вх m}

U_{кэ о}=10В

U_{кэ m}=U_{вых m}

t t Рис.5

Напряжение на коллекторе равно . Можно через емкость подать сигнал в цепь базы, тогда напряжение на коллекторе будет изменяться. Конденсатор выбран так, что фильтр высоких частот (С и R₁║R₂) пропускает все нужные частоты. Иначе говоря,

(R₁║R₂).

Благодаря напряжению смещения, приложенному к базе, и наличию эмиттерного резистора в 1кОм, ток покоя коллектора составляет 1.0mA. Этот ток создает на коллекторе напряжение

.

Если на базу транзистора подан сигнал ΔU_вх, напряжение на эмиттере повторяет изменение напряжения на базе ΔU_э = ΔU_вх и вызывает изменение эмиттерного тока , и приблизительно такое же изменение коллекторного тока ΔI_к.

Итак, учитывая, что и, давая приращения базовому напряжению, получим .

Коэффициент усиления определяется как: , тогда получается, что схема представляет собой усилитель напряжения, коэффициент усиления которого равен отношению . В нашем примере K_u = - 10. Знак минус говорит о том, что положительный сигнал на входе дает на выходе отрицательный сигнал, увеличенный в 10 раз.

Нетрудно определить входное и выходное сопротивления усилителя. Для входного сигнала схема представляет собой параллельное соединение резисторов R₁ и R₂, и входного сопротивления со стороны базы. Последнее равно . Преобладающую роль играет сопротивление R₂ = 10кОм. Выходное сопротивление определяется как параллельное соединение

R_к и выходного сопротивления транзистора со стороны коллектора. Коллектор как элемент источника тока обладает очень большим сопротивлением (порядка МОм), поэтому выходное сопротивление определяется коллекторным резистором R_к = 10кОм.

В соответствии с нашей моделью коэффициент усиления по напряжению усилителя с общим эмиттером равен . Если сопротивление эмиттера будет уменьшаться, стремиться к нулю, то, согласно выведенным соотношениям, коэффициент усиления будет беспредельно возрастать. Однако измерения показывают, что при токе покоя I_{к о} = 1mА и R_э = 0 K = 400. Окажется также, что усилитель начнет работать как нелинейный элемент – выходной сигнал искажается, смещение начнет зависеть от температуры. Следовательно, в нашу модель следует внести поправку.

Ток коллектора связан с напряжением U_бэ следующей зависимостью: , где при 20˚С, - обратный ток перехода эмиттер – база.

Это уравнение для I_к известно под названием уравнение Эберса – Молла. Из него следует, чтобы ток I_к увеличился в 10 раз нужно U_эб увеличить на U_т ln 10 или на 60 mB при комнатной температуре.

Взяв производную от U_бэ по I_к, получим , где I_к в mA. - это собственное сопротивление эмиттера выступает в качестве последовательного для эмиттерной цепи во всех транзисторных схемах, и оно определяет конечную величину коэффициента усиления.

В связи с тем, что ток зависит от температуры, напряжение U_бэ уменьшается на 2,1 mВ/˚С. И если в схеме с заземленным эмиттером (R_э=0) задать жесткое смещение на базе, то повышение температуры на 30˚С приведет к увеличению коллекторного тока в 10 раз. Такая нестабильность делает смещение неработоспособным.

Для повышения температурной стабильности схемы усилителя с общим эмиттером пользуются введением в эмиттерную цепь резистора R_э, величина которого выбирается 0,1R_к. Если происходит температурное увеличение тока коллектора, это приводит к увеличению тока эмиттера, к увеличению U_э=I_э·R_э и уменьшению U_бэ. Уменьшение U_бэ – уменьшает ток коллектора. Использование R_э создает отрицательную обратную связь, позволяющую улучшить характеристики усилителя за счет частичной передачи выходного сигнала на вход при снижении коэффициента усиления. Восстановить коэффициент усиления схемы для переменного сигнала можно шунтированием эмиттерного резистора конденсатором С₂. Его сопротивление переменному току будет определяться как .

Дата добавления: 2015-07-16