Анализ схемы эмиттерного повторителя на биполярном транзисторе.

 

Схема эмиттерного повторителя приведена на рис. 2.3.15

 

 

рис. 2.3.15. Схема эмиттерного повторителя.

 

Найдем передаточную характеристику схемы, для чего заменим транзистор его кусочно-линейной моделью (рис. 2.3.15б) (модель 1). Напомним, что эта модель верно отражает работу транзистора только в режиме усиления, т.е. при U_КЭ> U_КЭнаси .

На основании закона Кирхгофа для токов из схемы рис. 2.3.15б получим:

i_ВЫХ= i_б+*i_б= i_б(1 +)

тогда

U_ВЫХ=i_ВЫХ*R_э= (1 +)i_б*R_э(2.3.32)

 

Для выходной цепи можно записать:

 

U_Г- i_б*R_Г- 0.6 - U_ВЫХ= 0 (2.3.33)

 

Используя (2.3.32) и (2.3.33), выражение для искомой передаточной характеристики получим в виде:

 

U_Г - 0.6 = U_ВЫХ+ U_ВЫХ*R_Г/((1 + )Rэ) =

 

= U_ВЫХ 1 + R_Г/((1 + )Rэ) = U_ВЫХ (2.3.34)

U_ВЫХ =

 

Для определения границ применимости соотношения (2.3.34) заметим, что

U_КЭ= U_П- U_ВЫХ

 

Следовательно, условие U_КЭ> U_КЭнас, накладывает ограничение на величину выходного напряжения

 

 

Если граничное значение U_ВЫХ= U_П- U_КЭнасподставить в равенство (2.3.34), то можно найти максимальную величину входного напряжения, при которой транзистор еще работает в активной области усиления.

 

U_Гmax = 0.6 +

 

Если U_Г> U_Гmax, то транзистор работает в режиме насыщения, а U_ВЫХостается постоянным и равным U_П- U_КЭнасU_П. Минимально допустимую величину входного сигнала получим, исключив U_ВЫХиз равенства (2.3.32) и (2.3.33)

i_б =

 

Отсюда следует, что условие i_б> 0 выполняется при U_Г> 0.6 В. Если U_Г< 0.6 В, то транзистор работает в режиме отсечки и ток i_б= 0. Тогда в силу равенства (2.3.32) U_ВЫХтакже равно 0. Т.о.

 

0.6 < U_Г < 0.6 +

 

Из выражения (2.3.34) коэффициент передачи по напряжению будет:

 

K_U =

 

Из этого выражения видно, что при любой комбинации R_Г, R_эи, K_U< 1.

Как правило R_Г<< (1 +)R_э, поэтому K_Uочень близок к 1. Итак, с известной долей приближения напряжение на выходе эмиттера повторяет входной сигнал. Отсюда и происходит название схемы ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ.

Отметим, что хотя в ЭП и не происходит усиления напряжения, зато наблюдается значительное усиление тока

 

K_i = i_ВЫХ/i_б = (1 + )

 

На этом и основано практическое применение ЭП.

Оценим входное и выходное сопротивление ЭП.

 

R_ВХ = U_ВХ/i_ВХ = (U_бэ + U_ВЫХ)/i_б = U_бэ/i_б + (1 + )R_э

 

И значит

R_ВХ > (1 + )R_э

 

Для определения R_ВЫХвоспользуемся моделью 2 (рис. 2.3.16).

 

 

рис. 2.3.16. Эквивалентная схема эмиттерного повторителя.

 

В этой модели источник входного сигнала U_Гзакорочен, а к выходным клеммам подключен источник эталонного напряжения U_ИЗМ.

Тогда искомая R_ВЫХбудет равно

 

R_ВЫХ = U_ИЗМ /i_ИЗМ

 

i_ИЗМ = U_ИЗМ/R_э - gU_бэ + U_ИЗМ/(R_Г + r_бэ)

 

U_бэ = - r_бэ*U_ИЗМ/(R_Г + r_бэ)

 

i_ИЗМ = U_ИЗМ*1/R_э + gr_бэ/(R_Г + r_бэ) + 1/(R_Г + r_бэ) =

 

= U_ИЗМ1/R_э + (1 + gr_бэ)/(R_Г + r_бэ) =

 

= U_ИЗМ

 

Т.к. R_э >> , то

R_ВЫХ =

Т.о. ЭП имеет высокий коэффициент усиления по току примерно равный (1 + ), на эту величину увеличивается входное сопротивление и на эту же величину уменьшается выходное сопротивление.

 

 Лекция № 16. Расчет усилителя на МОП-транзисторае в режиме обогащения.

 

План лекции.

 

1.     Эквивалентная схема усилителя;

2. Анализ основных параметров.

 

Цепи смешения для полевых транзисторов обычно проще, чем для биполярных. Параметры полевых транзисторов изменяются от температуры в меньшей степени, а ток затвора при работе в режиме усиления фактически равен 0.

Обычно при расчете цепей смещения полевых транзисторов используется графический метод, основанный на использовании выходных характеристик приборов.

Из анализа работы МОП-транзистора в режиме обогащения следует, что для работы в области линейного усиления напряжения на затворе и стоке должны иметь одну и ту же полярность. Это значит, что оба напряжения можно получить от одного источника питания. В этом случае схема может быть представлена в следующем виде (рис. 2.4.1):

рис. 2.4.1. Схема усилителя на полевом транзисторе в режиме обогащения.