3.4. Эмиттерный повторитель
В каскаде, собранном на биполярном транзисторе с общим коллектором, называемым эмиттерным повторителем, выходное напряжение Uвых (через разделительный конденсатор С2 снимается с резистора RЭ, включенного в цепь эмиттера (рис. 3.9, а).
При отсутствии сигнала Uвх на входе в цепи базы протекает ток покоя
Значения сопротивлений резисторов RБ1, RБ2 выбирают такими, чтобы рабочая точка в режиме покоя находилась примерно посередине рабочего участка входной характеристики транзистора VТ.
При
подаче переменного входного сигнала
Uвх
появляется переменная составляющая
эмиттерного тока ІЭ
которая создает на резисторе RЭ
выходное напряжение
Составим
систему уравнений эмиттерного повторителя
(рис. 3.9.б)
при Rн
»
RЭ.
В
схеме замещения резисторы базовой цепи
RБ1
и
RБ2
учтены
резистивным элементом
Согласно первому закону Кирхгофа для узла Э схемы имеем
по второму закону Кирхгофа для контура, состоящего из входной и выходной цепей:
Решая совместно эти два уравнения, получим выражения для входного тока и коэффициента усиления по напряжению:
из которых следует, что коэффициент усиления по напряжению Ки меньше единицы, откуда название усилителя - эмиттерный повторитель.
Учитывая,
что коэффициент
формулу
можно упростить:
При этом Входное сопротивление значительно больше входного сопротивления транзистора h11 и достигает нескольких десятков и сотен килоом. С учетом сопротивлений резисторов RБ1, RБ2 результирующее сопротивление повторителя
Выходное сопротивление имеет значение порядка нескольких единиц или десятков ом.
Таким образом, эмиттерный повторитель обладает большим входным и малым выходным сопротивлениями, что упрощает согласование высокоомного источника сигнала и низкоомной нагрузки с усилительным устройством.
3.5. Дифференциальный усилитель
Дифференциальный усилитель - это балансный (мостовой) усилитель постоянного тока с параллельным включением транзисторов с одинаковыми характеристиками (рис.3.10, а), в котором коллекторные сопротивления RК1 и RК2 и внутренние сопротивления транзисторов VТ1 и VТ2 образуют плечи моста. Резистор RКо служит для балансировки каскада (установки нуля). Цепи смешения транзисторов не показаны.
Если левая и правая части усилителя с симметричным входом и выходом идентичны, то повышение (понижение) температуры или напряжения питания вызывает одинаковое изменение коллекторных токов в обоих транзисторах, потенциалы коллекторов Uк1 и Uк2 изменяются почти одинаково и, следовательно, выходное напряжение Uвых останется неизменным. При этом дрейф (медленное, самопроизвольное изменение исходного (нулевого) выходного напряжения) в усилителе составляет 30÷ 100 мВ в диапазоне изменения температуры от 10 до 60 °С.
Для уменьшения дрейфа напряжения в общую эмиттерную цепь транзисторов включают резистор RЭ с большим сопротивлением (с целью получения в эмиттерной цепи режима генератора тока) или включают источник стабильного тока, собранный на транзисторах. При изменении температуры потенциал в точке а (см. рис. 3.10, а) изменяется незначительно, токи через транзисторы почти не изменяются, как и напряжения Uк1и Uк2.
В то же время схема усиливает разностное входное напряжение, поскольку на базы транзисторов поступают противофазные напряжения, приводящие к изменению токов эмиттеров. Относительно изменения напряжения Uвх1, напряжение Uк2изменяется в фазе (синхронно, не инвертируется), а напряжение Uк1изменяется в противофазе, инвертируется.
Дифференциальный усилитель используется также, когда требуется усилить не разность напряжений, а только входное напряжение (рис. 3.10,6). При этом один из двух входов имеет нулевой потенциал. Если используется напряжение Uк2, то такую схему называют дифференциальным усилителем с несимметричным входом и выходом.
При использовании полевых транзисторов дрейф по напряжению может быть примерно 0,05÷0,3 мВ/град при Т< 100 °С.
Дифференциальные усилители с симметричным входом и выходом широко применяются в быстродействующих коммутаторах, кодерах и декодерах и в аналоговых вычислительных машинах.