3. Усилитель по схеме с общим коллектором

Усилитель по схеме с общим коллектором (ОК) (см. рис.14.4) обладает большим значением R_вх и малымR_вых.Этим он выгодно отличается от каскада с общим эмиттером. Однако коэффициент усиления по напряжениюК_б1. Поэтому каскад с ОК нашел применение как буферный. Он включается между маломощным источником сигнала и каскадом с ОЭ либо между каскадом с ОЭ и низкоомной нагрузкой.

В схеме каскада с ОК резистор R_бобразует цепь смещения с фиксацией тока покоя базы. Коллектор транзистора подключен к источнику питанияЕ_к. В эмиттерную цепь введен резисторR_э. Он обеспечивает стабилизацию режима работы транзистора за счет ООС по току. НагрузкаR_Hподключается к эмиттерной цепи через разделительный конденсаторС_Р. Последний исключает попадание постоянной составляющей тока эмиттера в нагрузку. При таком включении приращение входного и выходного сигналов совпадают по знаку, каскад неинвертирующий.

Входная цепь по переменной составляющей включает участок база-эмиттер с сопротивлением R_бэ, резисторR_эи параллельно соединенный с ним резисторR_H. Поэтому:

.

Обозначим

.

Тогда .

Теперь легко определить входное сопротивление каскада:

. (14.12)

Например, R_бэ= 10³ Ом;= 50;R_э =R_Н = 400.

Тогда R_вх= 11200 Ом.

Коэффициент усиления по напряжению

. (14.13)

Для приведенного примера

Чтобы обеспечить наилучшие условия передачи мощности в нагрузку значение R_э, как правило принимают равнымR_H.

В заключение отметим, что сигнал на выходе каскада с ОК повторяет форму входного сигнала (К_Uблизок к единице, инверсия отсутствует). Именно поэтому за каскадом закрепилось название эмиттерный повторитель.

4.Операционный усилитель

Современные разработчики электронной аппаратуры стремятся использовать готовые функциональные узлы в виде интегральных микросхем (ИМС). Схемные решения ИМС тщательно проработаны и обеспечивают высокое качество аппаратуры. Предприятия, выпускающие микросхемы, заинтересованы в их сбыте. Поэтому они стремятся разработать универсальные микросхемы, которые можно применять в качестве различных функциональных узлов. Это повышает их спрос. Одной из таких ИМС является операционный усилитель (ОУ).

ОУ имеет чрезвычайно высокий коэффициент усиления по напряжению (десятки и даже сотни тысяч), большое входное сопротивление (сотни кОм), малое выходное сопротивление ( десятки - сотни Ом). Он усиливает широкий спектр частот, вплоть до постоянной составляющей.

Схемное обозначение ОУ приведено на рис. 14.5а. На рис. 14.5б приведена упрощенная структурная схема. Она включает симметричный дифференциальный каскад (по схеме рис.14.3), несимметричный дифференциальный каскад (у него сигнал снимается с коллектора Т₂) и эмиттерный повторитель, Первые два каскада обеспечивают высокий коэффициент усиления, а третий каскад - малое выходное сопротивление.

Недостатки операционного усилителя:

1. Коэффициент усиления ОУ К_Uменяется от экземпляра к экземпляру в очень широких пределах. Например, для ОУ серии К153УД1

2. Коэффициент усиления К_U сильно зависит от температуры окружающей среды. Это обусловлено зависимостью от температуры коэффициента передачи тока базы транзисторов -.

Такая нестабильность К_Uсильно затрудняет применение ОУ непосредственно в качестве усилителя. Кроме того, большое значениеК_Uограничивает линейный участок передаточной характеристики ОУ очень малыми напряжениями по входу (см.рис.14.6а). Например, еслиК_б=20000, а максимальное напряжение на выходе ОУ -, то максимально допустимый диапазон изменений входного напряжения лежит в пределах. При увеличении входного напряжения за эти границы выходное не будет изменяться. Появляются нелинейные искажения сигнала.

Значительно уменьшить недостатки ОУ позволяет применение ОС. Схема ОУ с ОС приведена на рис. 14.6б. Входной сигнал подается на прямой вход ИМС. С выхода ОУ напряжение ОС через делитель R₁R₂поступает на инвертирующий вход ОУ

. (14.14)

Выходное напряжение ОУ представляется разностью U_вх-U_ОС. Такая ОС называется отрицательной ООС.

При высоких значениях К_Uразностью (U_вх- U_OC)можно пренебречь, полагая. Тогда коэффициент усиления ОУ с ООСК_Uocлегко определить с учетом (14.14)

==. (14.15)

Видим, что К_Uocопределяется лишь отношением сопротивлений(R₁ + R₂)/R₁и не зависит отК_U, т.е. все дестабилизирующие факторы ликвидированы. В практических схемах значения сопротивлений следует выбирать в пределах 10³10⁶Ом. Например, приR₁= 210³Ом иR₂= 210⁵Ом.К_Uос= 101. Теперь передаточная характеристика ОУ с ОС будет иметь достаточно большую область линейного участка. Для наших примеров диапазон входного сигнала расширяется до значения0,1В (пунктир на рис. 14.6а).

Схема инвертирующего ОУ с ООС приведена на рис. 14.6 в. В этой схеме входной сигнал и сигнал ООС поступают на инвертирующий вход ОУ. При этом происходит сложение токов I_вхиI_oc. Коэффициент усиления в этой схеме определяется отношением

.

Знак минус указывает, что фазы входного и выходного сигналов противоположны.

Таким образом, введение ООС в схему ОУ позволяет повысить стабильность коэффициента усиления, расширить линейный участок передаточной характеристики и снизить искажения при передаче сигналов большой амплитуды.