Особенности усилительного каскада с общим эмиттером, страница 2

Коэффициент усиления мощности  и в схеме ОЭ составляет (0,2¸5)×10³.

Выходное сопротивление каскада, так как , то .

Емкость конденсаторов С_Р, С_С, С_Э зависит от нижней частоты f_H усиливаемого частотного диапазона и соответствующих сопротивлений (мкФ):

Полезную выходную мощность каскада рассчитываем как

Полную мощность, расходуемую источником питания, определяем с учетом падения напряжения от постоянных составляющих токов в соответствующих цепях:

Завершить расчет каскада можно, определив коэффициент полезного действия h:

При построении временных диаграмм каскада ОЭ необходимо помнить, что в этом каскаде осуществляется поворот по фазе на 180° выходного напряжения относительно входного.

Рассмотрим временные диаграммы каскада ОЭ для транзистора p-n-p типа (рис. 19).

Рис. 19. Временные диаграммы каскада ОЭ.

При появлении во входной цепи каскада положительной полуволны U_ВХ отрицательный потенциал на базе уменьшается (по абсолютной величине), что приводит к уменьшению инжекции дырок через эмиттерный переход и снижению тока базы, и соответственно, тока коллектора. Падение напряжения на резисторе R_К уменьшается, что вызывает увеличение напряжения отрицательной полярности на коллекторе (или появление на выходе каскада отрицательной полуволны напряжения U_ВЫХ).

Используют усилитель ОЭ для усиления напряжения и мощности в промежуточных и выходных каскадах усилителей.

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД ОК

В усилительном каскаде ОК (рис. 20) или эмиттерном повторителе коллекторный вывод транзистора является общим для входной и выходной цепей каскада.

В эмиттерном повторителе выходное напряжение, снимаемое с эмиттера транзистора, близко по величине входному напряжению и совпадает с ним по фазе. В связи с этой особенностью каскад ОК применяют для согласования каскадов по сопротивлению в многокаскадных усилителях ОЭ, так как в каскаде ОК R_ВХ> R_ВЫХ, а в каскаде ОЭ R_ВХ< R_ВЫХ и с низкоомным сопротивлением нагрузки, кроме того, каскад ОК используют как усилитель тока (K_I>> 1) во входных каскадах многокаскадных усилителей.

Рис. 20. Схема усилителя ОК.

Назначение элементов в схеме ОК аналогично схеме ОЭ за исключением резистора R_Э. Он является эмиттерной нагрузкой и на нем выделяется изменяющееся напряжение за счет протекания тока, управляемого по цепи базы.

Для повышения входного сопротивления каскада резистор R2 в схему часто не вводят.

Расчет каскада ОК по постоянному току проводят аналогично каскаду ОЭ.

Рассмотрим параметры каскада ОК по переменному току.

Входное сопротивлениекаскада ОК определяем параллельно соединенными сопротивлениями R1 и R2 и входным сопротивлением транзистора r_ВХ:

Для определения r_ВХ выразим напряжение U_ВХ через ток I_Б

,

получим .

Поскольку , а , то для входного сопротивления каскада ОК можно записать .

Если R_ВХвелико (десятки кОм), нельзя пренебрегать сопротивлением r_К шунтирующим входную цепь каскада

.

Чем выше R_ВХ, тем лучше параметры каскада ОК.

Коэффициент усиления по току в схеме ОК .

или

тогда

Если , получим

Коэффициент усиления по напряжению

.

Подставим в это выражение К_I

если принять, что , .

Это свойство каскада ОК используют, когда необходимо повысить мощность сигнала при сохранении величины его напряжения.

Коэффициент усиления мощности К_Р » К_I.

Выходное сопротивлениекаскада ОК.

.

Оно мало и составляет от 10 до 50 Ом.

Временные диаграммы работы каскада ОК (рис. 21) рассмотрим для транзистора p-n-p типа.

Рис. 21. Временные диаграммы работы каскада ОК.

При появлении во входной цепи каскада положительной полуволны U_ВХ отрицательный потенциал на базе уменьшается, что приводит к снижению токов I_Б и I_Э. Падение напряжения на резисторе R_Э уменьшается, что вызывает увеличение напряжения положительной полуволны U_ВЫХ.

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД ОБ

В усилительном каскаде ОБ общим электродом транзистора для входной и выходной цепей является базовый вывод, что объясняет свойства этого усилителя: он используется для усиления напряжения и, в меньшей степени, мощности в промежуточных каскадах усиления напряжения (R_ВХ< R_ВЫХ), имеет частотные искажения ниже, чем в каскаде ОЭ.

Схема каскада ОБ приведена на рис. 22. Элементы схемы Е_Э, R_Э предназначены для задания тока I_{Э Р} в режиме покоя. Остальные элементы имеют то же назначение, что и в схеме ОЭ.

Определим параметры каскада ОБ по переменному току.

Рис 22. Схема усилительного каскада ОБ.

Входное сопротивление каскада ОБ:

которое в большей степени зависит от r_Э и составляет 10-50 Ом. Низкое входное сопротивление является существенным недостатком каскада ОБ.

Коэффициент усиления по току:

.

K_I в схеме ОБ меньше единицы, так как цепь эмиттера транзистора входит во входную цепь каскада, а по переменной составляющей ток коллектора связан с током эмиттера соотношением I_K= a×I_Э, a< 1. Коэффициент усиления по току в схеме ОБ в 10-50 раз меньше, чем в схемах ОЭ и ОК.

Расчет коэффициента усиления по напряжению дает:

При R_Г® 0 K_U(ОБ)»K_U(ОЭ).

Выходное сопротивлениекаскада ОБ

Так как выходные статические характеристики транзистора в схеме ОБ отличаются большей линейностью, чем в схеме ОЭ, нелинейные искажения в схеме ОБ ниже, чем в схеме ОЭ.

Рассмотрим временные диаграммы работы усилительного каскада ОБ (рис. 23).

Рис. 23. Временные диаграммы работы усилительного каскада ОБ.

При подаче в момент времени t₁ во входную цепь усилителя переменного входного напряжения U_ВХ процессы в каскаде аналогичны каскаду ОЭ и сигналы на входе и выходе противофазны.

Кроме биполярных транзисторов для создания усилительных каскадов используют полевые транзисторы, включенные в схемы с общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Схемное решение этих усилителей соответствует усилителям ОЭ и ОК.