Лабораторная работа №6 Исследование эмиттерного повторителя

 Цель работы - изучение определение входного и выходного сопротивлений эмиттерного повторителя.

Задание:

1. Исследования в системе моделирования Electronics Workbench.

2. Провести виртуальное исследование работы эмиттерного повторителя.

Методические указания к выполнению работы.

Краткие сведения из теории.

Схема усилителя с общим коллектором (ОК) или эмиттерного повторителя представлена на рис. 6.1. Коэффициент усиления по напряжению усилителя с ОК определяется из следующего выражения

.

(6.1)

Как видно из выражения, коэффициент усиления каскада с общим коллектором приближенно равен 1, поскольку сопротивление эмиттерного перехода транзистора r_e обычно очень мало по сравнению с сопротивлением R_E. Из-за этого свойства каскад называют эмиттерным повторителем. Входное сопротивление усилителя r_in  по переменному току экспериментальным путем определяется как отношение амплитуд синусоидального входного напряжения и входного тока

.

(6.2)

Рис. 6.1. Схема эмиттерного повторителя

Входное сопротивление r_in.ef эмиттерного повторителя (emitter follower)  по переменному току через параметры элементов цепи определяется следующим выражением

.

(6.3)

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

.

(6.4)

Также при расчете схем необходимо учитывать сопротивление нагрузки, которая включается параллельно сопротивлению R_E.

Из выражений для сопротивления видно, что эмиттерный повторитель обладает высоким входным сопротивлением по сравнению с каскадом с ОЭ.

В общем случае выходное сопротивление эмиттерного повторителя в β_АС+1 раз меньше сопротивления R_S (source) источника сигнала на входе эмиттерного повторителя

.

(6.5)

Если сопротивление R_S источника сигнала на входе эмиттерного повторителя пренебрежимо мало, то выходное сопротивление эмиттерного повторителя будет равно дифференциальному сопротивлению перехода база-эмиттер

.

(6.6)

В случае, когда сопротивление R_S источника сигнала на входе очень велико (сравнимо с β_АС + R_E), сопротивление R_Е 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 U_хх (на выход каскада подключается сопротивление порядка 200 kOhm и измеряется падение напряжения на нем) и измерения выходного напряжения U_out при наличии нагрузки сопротивлением U_L. После измерений выходное сопротивление можно подсчитать по формуле

.

(6.7)

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

Порядок выполнения рабочего задания

Соберите схему, изображенную на рис. 6.2.

Установите генератор на формирование треугольных сигналов с частотой 1 kHz и амплитудой 200 mV.

Включите схему. Пронаблюдайте входной и выходной сигналы и зарисуйте их.

Измерьте амплитуды входного и выходного сигналов. По результатам измерений вычислите коэффициент усиления по напряжению (Таблица 6.1).

Таблица 6.1

Uin, V	-3	-2	-1	-0.5	0
Uout, V(R10=10 kOhm)
Uout, V (R17=100 Ohm)

Подключите ключом [Space] резистор RD, размещенный на входе схемы и измерьте амплитуды входного и выходного сигналов. По результатам измерений амплитуды входного сигнала в этом и предыдущем пунктах вычислите входной ток. По величинам i_in и u_in вычислите дифференциальное входное сопротивление r_in.

Закоротите резистор, замкнув ключ. Измените номинал резистора R_L до 200 kOhm. Затем включите схему и запишите результат измерения амплитуды выходного напряжения. Это напряжение приблизительно равно напряжению холостого хода, так как сопротивление 200 kOhm можно считать разрывом цепи. Уменьшите значение этого сопротивления до 200 Ohm и снова включите схему. Измерьте амплитуду напряжения на нагрузке. Вычислите выходное сопротивление каскада по результатам измерений.

Рис. 6.2. Схема лабораторной установки

Контрольные вопросы:

1. Какова разность фаз между входным и выходным синусоидальными сигналами в эмиттерном повторителе? А как в схеме с ОЭ?

2. Почему значение коэффициента усиления по напряжению у эмиттерного повторителя меньше единицы?

3. Велико ли значение выходного сопротивления эмиттерного повторителя?

4. В чем заключено главное достоинство схемы эмиттерного повторителя?

5. В чем главное назначение эмиттерного повторителя?

6. Как работает двухтактный усилитель и где он используется?

7. Как практически определяется выходное сопротивление усилительного каскада?