Усилительные свойства одиночных каскадов

. (6)

Обратите внимание, что входное сопротивление за счёт действия отрицательной обратной связи по току возрастает во столько раз, во сколько раз снижается коэффициент усиления по напряжению.

Если на переменном токе отрицательная обратная связь не желательна, ёмкость конденсатора СБЛ выбирается из следующих соображений.

Заменим в выражении (5) R4 на комплексное сопротивление параллельно соединённых резистора R4 и конденсатора СБЛ:

.

Тогда для модуля коэффициента усиления можно построить асимптотическую частотную характеристику, приведённую на рисунке 2.

Частоты f1 и f2 определяются как

Частота f2, по сути, представляет собой частоту среза частотной характеристики усиления в низкочастотной области. При заданном токе эмиттера транзистора и частоте f2 легко определить требуемую ёмкость конденсатора СБЛ.

Рис. 2. Влияние конденсатора CБЛ на частотную характеристикуc усилителя в схеме с ОЭ

Если всё же требуется осуществить неглубокую отрицательную обратную связь по переменному току, можно включить резистор последовательно с конденсатором СБЛ.

Выходное сопротивление каскада за счёт действия отрицательной обратной связи по току растёт незначительно, и в пределе стремится к R3, если RН отсутствует.

2. Включение транзистора по схеме с общей базой

Включение транзистора по схеме с ОБ иллюстрируется рисунком Как и в схеме с ОЭ, источник входного сигнала включён между одними и теми же выводами. Существенная разница заключается в том, что в случае схемы с ОБ источник сигнала нагружён не базовым, а эмиттерным током. Следовательно, входное сопротивление в этом случае примерно в bраз меньше, чем в схеме с общим эмиттером:

.

Рис. Усилительный каскад с включением транзистора по схеме с ОБ

Коэффициент усиления схемы с ОБ практически совпадает с соответствующей характеристикой схемы с ОЭ с точностью до знака – схема с ОБ не инвертирует входной сигнал (см. (2)). Действительно, при положительном приращении сигнала в эмиттере и фиксированном потенциале базы транзистор подзапирается, ток его эмиттера и, следовательно, ток коллектора уменьшается, что вызывает положительное приращение напряжения на коллекторе, то есть фаза выходного сигнала не инвертируется по отношению ко входному.

Выходное сопротивление схемы с ОБ практически такое же, как и у схемы с ОЭ. Следует отметить только, что выходное сопротивление собственно транзистора в схеме с ОБ примерно в b раз выше, чем в схеме с ОЭ.

Вследствие малого входного сопротивления схема с ОБ очень редко используется на низких и средних частотах. В высокочастотной области схема с ОБ имеет преимущества перед схемой с ОЭ, так как имеет более широкую полосу пропускания.

Коэффициент усиления по мощности в схеме с ОБ практически совпадает с коэффициентом усиления по напряжению, так как коэффициент передачи тока эмиттера a »1:

3. Включение транзистора по схеме с общим коллектором

Схема с общим коллекторомпредставлена на рисунке 4. Принцип работы схемы с ОК состоит в следующем. Если на входе схемы действует приращение напряжения ЕС (например, положительное), то возникает приращение эмиттерного тока и напряжение на эмиттерном резисторе R4 увеличивается. Следовательно, выходное напряжение повышается почти так же, как и входное. Поэтому такая схема носит название эмиттерный повторитель, так как её коэффициент усиления близок к единице. Заметим, что резистор R3 в схеме может отсутствовать – коллектор непосредственно подключается к шине питания.

Входное сопротивление схемы с ОК совпадает с входным сопротивлением схемы с ОЭ, при наличии отрицательной обратной связи по току (6), если сопротивление R4 заменить на эквивалентное, определяемое параллельным сопротивлением резисторов R4 и RН. Особо нужно отметить достижение предельно возможного входного сопротивления. Из выражения (6) следует, что при увеличении сопротивления R4 входное сопротивление неограниченно возрастает. На самом деле, параллельно входному сопротивлению установлено конечное сопротивление делителя напряжения, задающего режим по постоянному току, поэтому часто входное сопротивление определяется цепями смещения. Даже в том случае, когда эмиттерный повторитель получает смещение от предыдущего каскада (делитель напряжения в цепи базы отсутствует), входное сопротивление ограничено дифференциальным сопротивлением коллектор-база транзистора.

Выходное сопротивление зависит не только от параметров транзистора, но и от внутреннего сопротивления источника сигна-ла RC:

.

Рис. 4. Усилительный каскад с включением транзистора по схеме с ОК

Коэффициент усиления по току KI = b+1 и в случае применения составных транзисторов может быть весьма большим – до 2500–5000.

Воспользовавшись общим для любого четырёхполюсника выражением для определения коэффициента передачи, найдём коэффициент передачи по напряжению KUэмиттерного повторителя:

где RЭКВ = R4 || RН– эквивалентное сопротивление нагрузки эмиттерного повторителя.

Коэффициент усиления по мощности, что вполне очевидно, определяется коэффициентом усиления тока базы:KP » b + 1.

Из приведённых выражений видно, что каскад на транзисторе, включённом по схеме с ОЭ, усиливает как ток, так и напряжение при относительно небольших входном и выходном сопротивлениях, то есть обладает самым большим коэффициентом усиления по мощности.

Схема с ОБ обладает очень низким входным и относительно высоким выходным сопротивлением, при этом имеет одинаковый (с точностью до знака) со схемой ОЭ коэффициент усиления по напряжению и не усиливает входной ток.

Схема с ОК обладает самым высоким входным и самым низким выходным сопротивлениями, близким к единице коэффициентом усиления по напряжению и примерно в b раз усиливает ток и мощность.

4. Работа усилительных каскадов в области низких частот

В области низких частот работа усилительных каскадовопределяется наличием разделительных и блокировочных конденсаторов, каждый из которых образует фильтр верхних частот совместно с определённым сопротивлением, причём можно считать, что эти фильтры соединены последовательно. В этом случае результирующая частота среза амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) может быть определена как:

 Скачать реферат