Сравнительный анализ усилительных каскадов, собранных по схемам с ОЭ и ОК. Коэффициент усиления по напряжению

Л/р №4 «Сравнительный анализ усилительных каскадов,

собранных по схемам с ОЭ и ОК».

Теоретические сведения:

Коэффициент усиления по напряжению определяется отношением амплитуд выходного синусоидального напряжения к входному:

1. Усилитель с общим эмиттером. Схема усилителя с общим эмиттером представлена на pис. 1. Коэффициент усиления по напряжению усилителя с ОЭ приближенно равен отношению сопротивления в цепи коллектора rк к сопротивлению в цепи эмиттера rэ:

где rк - сопротивление в цепи коллектора, которое определяется параллельным соединением сопротивления коллектора Rк и сопротивления нагрузки Rн (не показанном на рис. 1), чью роль может играть, например, следующий усилительный каскад:

rэ - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, равное rэ = 25мВ/Iэ. Для усилителя с сопротивлением Rэ в цепи эмиттера коэффициент усиления равен:

Входное сопротивление усилителя по переменному току определяется как отношение амплитуд синусоидального входного напряжения Uвх и входного тока iвх:

Входное сопротивление транзистора ri определяется по формуле: ri = b×rэ. Входное сопротивление усилителя по переменному току rвх также вычисляется как параллельное соединение сопротивлений ri, R1 и R2:

Значение дифференциального выходного сопротивления схемы находится по напряжению Uxx холостого хода на выходе усилителя, которое может быть измерено как падение напряжения на сопротивлении нагрузки, превышающем 200 кОм, и по напряжению uвых, измеренному для данного сопротивления нагрузки Rн, из следующего уравнения, решаемого относительно rвых:

Сопротивление Rн³200 кОм можно считать разрывом в цепи нагрузки.

2. Усилитель с общим коллектором. Схема усилителя с общим коллектором или эмиттерного повторителя представлена на рис. 2. Коэффициент усиления по напряжению усилителя с ОК определяется из следующего выражения:

Как видно из выражения, коэффициент усиления каскада с общим коллектором приближенно равен 1, поскольку rэ обычно мало по сравнению с сопротивлением Rэ. Из-за этого свойства каскад называют эмиттерным повторителем.

Входное сопротивление усилителя rвх по переменному току определяется как отношение амплитуд синусоидального входного напряжения Uвх и входного тока iвх:

Входное сопротивление эмиттерного повторителя по переменному току определяется следующим выражением:

В данном случае для определения входного сопротивления каскада нужно принять во внимание сопротивление резисторов R1 и R2. С учетом сказанного получим:

Также при расчете схем необходимо учитывать сопротивление нагрузки, которая включается параллельно сопротивлению эмиттера Rэ. Из выражений для входного сопротивления видно, что эмиттерный повторитель обладает высоким входным сопротивлением по сравнению с каскадом с ОЭ. В общем случае выходное сопротивление эмиттерного повторителя в b+1 раз меньше сопротивления Rист источника сигнала на входе эмиттерного повторителя:

Если сопротивление Rист источника сигнала на входе эмиттерного повторителя пренебрежимо мало, то выходное сопротивление эмиттерного повторителя будет равно дифференциальному сопротивлению перехода база-эмиттер: rвых = rэ. В случае, когда сопротивление Rист источника сигнала на входе очень велико (сравнимо с bRэ), сопротивление Rэ должно быть учтено как включенное параллельно найденному выходному сопротивлению эмиттерного повторителя. Экспериментально выходное сопротивление каскада можно определить по результатам двух измерений: измерения напряжения холостого хода Uxx (на выход каскада подключается сопротивление порядка 200 кОм и измеряется падение напряжения на нем) и измерения выходного напряжения Uвых при наличии нагрузки сопротивлением Rн. После измерений выходное сопротивление можно подсчитать по формуле:

Благодаря высокому входному и низкому выходному сопротивлениям каскад с общим коллектором очень часто используют в качестве согласующего между источником и нагрузкой.

Порядок проведения экспериментов

1. Собрать схему на рис. 3. Для установившегося режима измерить амплитуды входного и выходного напряжений, разности фаз входного и выходного синусоидальных сигналов (разность фаз можно определить при помощи Bode plotter). По результатам измерений напряжений вычислить коэффициент усиления