Транзисторный каскад с общим эмиттером (эмиттерный повторитель)

Усилительный каскад такого типа отличается высоким входным сопротивлением и часто используется для согласования низкоомной нагрузки с источником сигнала. Коэффициент усиления по напряжению этого каскада практически равен единице, коэффициенты усиления по току и по мощности всегда больше единицы. Базовая схема каскада может быть представлена в следующем виде

Из схемы видно, что к базовой цепи подключены источники постоянного напряжения смещения величиной 1200 милливольт и переменного напряжения, которое рассматривается, как напряжение сигнала. Основные соотношения между входными и выходными токами и напряжениями для сигнала определяются следующим образом. Ток эмиттера равен сумме токов базы и коллектора

Iэ=Iб+Iк, следовательно, напряжение на эмиттерной нагрузке Uэ=Iб(1+h21)Rэ.

Определим ток базы через разность напряжений между базой и эмиттером для сигнальной составляющей, как Iб=(Uc-Uэ)/h11, откуда следует, что Uс=Iбh11+Uэ. Определяя ток базы, как

Iб=Uэ/(1+h21)Rэ и подставляя в выражение для Uс, получим Uс=Uэ[1+h11/(1+h21)Rэ],

откуда получаем Uэ/Uс=1/[1+h11/(1+h21)Rэ]=Ku. Второе слагаемое в знаменателе много меньше первого, поэтому коэффициент усиления схемы по напряжению практически равен единице.

Определяя входное сопротивление каскада, как Rвх=Uc/Iб= Uэ[1+h11/(1+h21)Rэ]/Iб,

определяя Iб, как Iб=Uэ/(1+h21)Rэ, получим Rвх=h11+(1+h21)Rэ, что много больше входного сопротивления транзистора h11.

Практические схемы эмиттерных повторителей

В практической схеме необходимо обеспечить подачу постоянного напряжения смещения на базу и возможность подключения источника сигнала переменного тока и внешней нагрузки. Ниже приведен пример такой схемы

Как видно из схемы, постоянное напряжение на базу подается с помощью резисторов R1 и R2, которые для входного сигнала переменного тока оказываются включенными параллельно между точками “база” и “земля”. За счет этого фактическое входное сопротивление уменьшается. Для устранения этого нежелательного явления используют схему с компенсирующей обратной связью

В этой схеме каждый из резисторов R1 и R2 делится на две части и в среднюю точку каждого заводится сигнал с выхода через дополнительные конденсаторы. В результате разность напряжений между точками входа и средними точками входных делителей существенно уменьшается, следовательно, уменьшается и протекающий между этими точками ток, что равносильно увеличению эффективного входного сопротивления каскада.

Выходные каскады.

Задачей выходных каскадов является обеспечение заданной мощности в нагрузке при максимальном коэффициенте полезного действия (КПД). Последний определяется в виде отношения полезной мощности в нагрузке к полной мощности, потребляемой каскадом от источника питания. Наименьший КПД имеет каскад, работающий в классеА, наибольший- в классе В. Действительно, в классе А полная мощность определяется суммой мощностей постоянной составляющей и переменной составляющей . Для максимальной амплитуды переменной составляющей , следовательно, КПД равен . Для каскада в классе В начальные значения напряжения и тока в нагрузке теоретически равны нулю, поэтому его КПД близок к единице. Режим класса В реализуется по так называемой двухтактной схеме, состоящей по существу из двух усилителей, один из которых усиливает положительную полуволну сигнала, а другой- отрицательную. В нагрузке эти полуволны складываются и образуют полную синусоиду. На рисунке показана наиболее простая двухтактная схема класса В, выполненная на комплементарных транзисторах (транзисторах разной проводимости). Нагрузка включена в эмиттерную цепь транзисторов, работающих в режиме повторителей напряжения.

В режиме покоя оба транзистора заперты, поскольку напряжения на эмиттерных переходах равны нулю. Во время положительной полуволны входного сигнала Ui открывается транзистор VT1, а во время отрицательной полуволны- транзистор VT2. Коэффициент усиления по мощности определяется отношением эмиттерного и базового токов, т.е. практически равен коэффициенту h21.

При очевидной простоте схемы ей свойственны сравнительно большие нелинейные искажения,

что видно из временной диаграммы для выходного сигнала. Нелинейные искажения объясняются нелинейностью входных вольт-амперных характеристик транзисторов. Для уменьшения нелинейных искажений применяется схема с раздельной подачей смещения на базы выходных транзисторов с диодов VD1 и VD2.

Cледующая схема построена на однотипных транзисторах. В ней транзистор VT2 открыт в течении обоих полупериодов. В режиме покоя ток транзистора выбирается так, чтобы потенциал коллектора VT2 был равен нулю. При этом диод VD1 и транзистор VT1 заперты, ток в нагрузке отсутствует. Во время положительной полуволны входного сигнала потенциал коллектора VT2

уменьшается, при этом открывается диод VD1 и через нагрузку начинает протекать ток. Транзистор VT1 остается закрытым, т.к. прямое напряжение на диоде создает на эмиттерном переходе обратное смещение. Во время отрицательной полуволны потенциал коллектора VT2 повышается, отпирается транзистор VT1 и через нагрузку протекает ток, обусловленный транзистором VT1. При этом диод заперт, т.к. прямое напряжение на эмиттерном переходе создает на диоде обратное смещение.