2.4 Усилительный каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Принцип действия. Временные диаграммы, поясняющие работу схемы.

Схема эмиттерного повторителя приведена на рис.24. Эмиттерный повторитель – это такой усилитель, который обеспечивает усиление по току и мощности. Для него .

+E_п

R₁

C_вых

C_вх

R_г

VT

U_вых



U_вх

R_н

R_э

R₂

Е_г

Рис.24. Эмиттерный повторитель

Рассмотрим назначение элементов данного усилительного каскада.

Конденсаторы и имеют то же назначение, что и в схеме с общим эмиттером. Резистор выполняет функцию, аналогичную функции резистора . Кроме того, резистор в совокупности с резисторами и определяют ток базы в режиме покоя.

В режиме покоя рекомендуется выбирать напряжение эмиттера следующим образом:

,

чтобы в процессе усиления переменного сигнала напряжение могло отклониться в большую и меньшую стороны относительно напряжения .

Входное сопротивление схемы можно определить как . Для переменного тока сопротивления , и включают параллельно, т.к. используя наложение, можем считать, что ЭДС питания закорочено.

,

, ,

.

При выборе высокоомного делителя, когда , входное сопротивление:

,

где , т.е. входное сопротивление больше в раз, чем сопротивление параллельно включенных резисторов и .



К

r_б

r _(к)о

Б

r_э

r_вх

I_э.д

I_б.д

Э



U_вх

Е_г

U_вых

R_н

R_э

R₁R₂

Рис.24. Схема замещения каскада по переменному току

3.Широкополосные усилители. Высокочастотная и низкочастотная коррекция усилительных свойств.

На основе широкополосных усилителей выполняются линейные импульсные усилители. К усилителям с линейным режимом работы (или усилителям мгновенных значений) предъявляется требование получения выходного сигнала, близкого по форме к входному. Искажения формы сигнала, вносимые усилителем, должны быть минимальными. Это достигается благодаря пропорциональной передаче усилителем мгновенных значений напряжения (тока), составляющих во времени входной сигнал. Коэффициенты усиления здесь рассчитываются по амплитудным или действующим значениям (в случае синусоидального сигнала) напряжения и тока.

На низких частотах увеличивается сопротивление конденсаторов включенных по входу и выходу усилительных каскадов. В силу чего снижаются усилительные свойства каскадов и многокаскадного усилителя на низких частотах и появляется существенный фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями. Кроме того из-за роста сопротивления конденсатора, шунтирующего резистор цени эмиттера или истока, увеличивается действие отрицательной обратной связи по току, что также снижает коэффициент усиления каскада.

В области высоких частот усилительные свойства каскада и многокаскадного усилителя уменьшаются из-за уменьшения коэффициента передачи тока транзистором на высоких частотах. Для того чтобы расширить полосу пропускания, применяют высокочастотную или низкочастотную коррекции усилительных свойств. Высокочастотная коррекция усилительных свойств реализована в каскаде приведенном на рисунке 26.

+E_п

L_к

R₁

R_к

C_вых

C_вх

R_г

VT



U_вх

U_н

R_н

R₂

R_э

Е_г

C_э

Рис.26. Усилительный каскад с высокочастотной коррекцией

На высоких частотах уменьшаются усилительные свойства транзисторов, т.е. уменьшается коэффициент передачи тока . Для компенсации этого явления последовательно с резистором включают катушку индуктивности . В области низких и средних частот , и влиянием катушки индуктивности можно пренебречь.

В области высоких частот, когда модуль реактивного сопротивления катушки становится соизмерим с сопротивлением , в силу чего линия нагрузки по переменному току начинает поворачиваться относительно точки покоя против часовой стрелки, проходя под углом .

При том же размахе колебаний тока базы из-за более пологого прохождения линии нагрузки по переменному току происходит рост амплитуды колебаний напряжения , что приводит к росту амплитуды колебаний .

Низкочастотная коррекция усилительных свойств реализована в каскаде, фрагмент которого приведен на рисунке 27. Этот каскад аналогичен приведенному на рисунке 26. В него вместо резистора и катушки индуктивности введены конденсатор коррекции и резисторы и . Резистор выполняет функцию аналогичную функции резистора в ранее рассмотренной схеме. На средних и высоких частотах конденсатор коррекции выполняет функцию источника питания схемы. Его емкость выбирается такой, на средних частотах и, тем более, на высоких он не успевал ни зарядиться, ни разрядиться. Для чего .

+E_п

R_к.1

C_кор

R₁

R_к.2

C_вх

R_г

VT

U_н



U_вх

R_н

R_э

R₂

Е_г

C_э

Рис.27. Усилительный каскад с низкочастотной коррекцией

На низких частотах модуль реактивного сопротивления конденсатора коррекции становится соизмерим с сопротивление резистора . Следовательно, сопротивление цепи коллектора транзистора увеличивается, и линия нагрузки по переменному току начинают поворачиваться против часовой стрелки вокруг точки покоя.

+E_п

L_к

R₁

R_к

C_вых

C_вх

R_г

VT



U_вх

R_н

R₂

R_кор

Е_г

C_кор

U_н

R_э

C_э

Рис.28. Усилительный каскад с высокочастотной коррекцией с помощью ОС

При том же размахе колебаний тока базы из-за более пологого прохождения линии нагрузки по переменному току происходит рост амплитуды колебаний напряжения , что приводит к росту амплитуды колебаний .

В схему приведенной на рисунке 29 обеспечивается высокочастотная коррекция за счет частотнозависимой цепи обратной связи. Для чего в усилительный каскад (рис.26) дополнительно введены конденсатор коррекции и резистор коррекции . Емкость конденсатора выбирается так, чтобы на низких и средних частотах модуль реактивного сопротивления конденсатора коррекции был много меньше сопротивления резистора . При этом конденсатор коррекции не оказывает шунтирующего действия и через резистор коррекции осуществляется отрицательная обратная связь по току, которая уменьшает коэффициент усиления каскада.

В области высоких частот . Конденсатор начинает шунтировать резистор , устраняя тем самым отрицательную обратную связь по току на высоких частотах. При этом коэффициент усиления каскада на высоких частотах увеличивается, что компенсирует снижение коэффициента усиления на высоких частотах из-за снижения коэффициента передачи тока транзистора .