Схема усилителя с общим эмиттером: Схема с общим эмиттером

Схема с общим эмиттером

На рис. Упрощенная схема включения биполярного транзистора n-p-n-типа с ОЭ. Внимательное рассмотрение этих характеристик позволяет сделать ряд полезных заключений о работе транзистора в анализируемой схеме. Естественно, рассматривать следует те участки характеристик, которые соответствуют активному режиму работы транзистора.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схема с общим эмиттером

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• 2.07. Усилитель с общим эмиттером
• Схема с общим эмиттером (каскад с общим эмиттером)
• Каскад с общим эмиттером
• Простейшие способы установки рабочей точки в схеме с общим эмиттером (ОЭ)
• 2. Схема с общим эмиттером
• Расчет усилителя с общим эмиттером

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок №17. Транзистор. Часть вторая.

2.07. Усилитель с общим эмиттером

Именно поэтому при приеме на работу и поиске сотрудников основным требованием является знание принципов работы усилителей с ОЭ. Усилитель, каким бы он не был, усилитель аудио, ламповый усилитель или усилитель радиочастоты представляет собой четырехполюсник, у которого два вывода являются входом и два вывода являются выходом.

На ней не показаны цепи питания транзистора. В настоящее время схема с общим эмиттером практически не применяется в звуковых усилителях, однако в схемах усилителей телевизионного сигнала, усилителях GSM или других высокочастотных усилителях она находит широкое применение.

Для питания транзистора в схеме с общим эмиттером можно использовать два источника питания, однако для этого потребуется два стабилизатора напряжения.

В аппаратуре с батарейным питанием это может быть проблематично, поэтому обычно применяется один источник питания. Для питания усилителя с общим эмиттером может подойти любая из рассмотренных нами схем: схема с фиксированным током базы , схема с фиксированным напряжением на базе , схема с коллекторной стабилизацией , схема с эмиттерной стабилизацией.

Рассморим пример схемы усилителя с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией режима работы транзистора. Расчет элементов данной схемы по постоянному току можно посмотреть в статье “схема эмиттерной стабилизации”. Сейчас нас будут интересовать параметры усилительного каскада , собранного по схеме с общим эмиттером. Его наиболее важными характеристиками является входное и выходное сопротивление и коэффициент усиления по мощности.

В основном эти характеристики определяются параметрами транзистора. В схеме с общим эмиттером входное сопротивление транзистора R вхОЭ можно определить по его входной характеристике. Эта характеристика совпадает с вольтамперной характеристикой p-n перехода. Как видно из этого рисунка, входное сопротивление транзистора R вхОЭ зависит от тока базы I б0 и определяется по следующей формуле:.

Определение сопротивления по формуле 1 является наиболее точным способом определения входного сопротивления. Однако при расчете усилителя мы не всегда имеем под рукой транзисторы, которые будем использовать, поэтому было бы неплохо иметь возможность рассчитать входное сопротивление аналитическим способом. Вольтамперная характеристика p-n перехода хорошо аппроксимируется экспоненциальной функцией.

В этом выражении коэффициентом, нормирующим экспоненту, является ток I s , поэтому чем точнее он будет определен, тем лучше будет совпадение реальной и аппроксимированной входных характеристик транзистора. Из выражения 1 видно, что входное сопротивление является производной напряжения на базе транзистора по току.

Продифференцируем выражение 3 , тогда входное сопротивление схемы с общим эмиттером можно определить по следующей формуле:. Однако график реальной входной характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, отличается от экспоненциальной функции.

Входной ток схемы с общим эмиттером протекает не только через входное сопротивление транзистора, но и по всем резисторам цепей формирования напряжения на базе транзистора. Поэтому входное сопротивление схемы с общим эмиттером определяется как параллельное соединение всех этих сопротивлений.

Значительно проще вести анализ данной схемы по эквивалентной схеме входной цепи, где приведены только те цепи, по которым протекает входной ток от источника сигнала. Данная схема построена для средних частот с применением эквивалентной схемы транзистора. На средних частотах входная емкость транзистора не оказывает влияния, поэтому мы ее не отображаем на эквивалентной схеме.

Сопротивление конденсатора C3 на средних частотах близко к нулю, поэтому на схеме нет элементов R4C3. После изготовления усилителя, рассчитанного по приведенным выше методикам необходимо измерить входное сопротивление схемы с общим эмиттером.

В данной схеме для измерения входного сопротивления используются измерительный генератор переменного напряжения и два высокочастотных вольтметра переменного тока можно воспользоваться одним и сделать два измерения.

В случае, если сопротивление R и будет равно входному сопротивлению усилителя, напряжение, которое покажет вольтметр переменного тока V2, будет в два раза меньше напряжения V1. В случае, если нет возможности изменять сопротивление R и при измерении входного сопротивления, входное сопротивление усилителя можно вычислить по следующей формуле:.

Выходное сопротивление транзистора зависит от конструктивных особенностей транзистора, толщины его базы, объемного сопротивления коллектора. Выходное сопротивление транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, можно определить по выходным характеристикам транзистора. К сожалению, в характеристиках современных транзисторов выходные характеристики обычно не приводятся. Связано это с тем, что их выходное сопротивление достаточно велико и выходное сопротивление транзисторного каскада с общим эмиттером определяется сопротивлением нагрузки.

All rights reserved. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания Новосибирского электротехнического института связи НЭИС. Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре “Сигнал”, Научно производственной фирме “Булат”.

В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи. Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи “Сигнал”, авиационной системы передачи данных “Орлан-СТД”, отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения. Микушин является автором более 70 научных и научно-методических работ , в том числе 16 книг.

Входное сопротивление схемы с общим эмиттером В схеме с общим эмиттером входное сопротивление транзистора R вхОЭ можно определить по его входной характеристике. Выходное сопротивление схемы с общим эмиттером Выходное сопротивление транзистора зависит от конструктивных особенностей транзистора, толщины его базы, объемного сопротивления коллектора.

Дата последнего обновления файла Шило В. Бонч-Бруевича Электротехника и электроника Дальневосточный государственный университет путей сообщения. Поиск по сайту сервисом Яндекс. Об авторе: к.

Схема с общим эмиттером (каскад с общим эмиттером)

Поскольку транзисторы способны управлять током аналоговым плавно изменяющимся способом, они находят применение и в качестве усилителей для аналоговых сигналов. Одна из наиболее простых для изучения схем транзисторного усилителя ранее показала коммутирующие способности транзистора рисунок ниже. Она называется схемой с общим эмиттером, потому что игнорируя батарею источника питания и у источника сигнала, и у нагрузки есть общая точка подключения к транзистору — эмиттера как показано на рисунке ниже. И, как мы увидим в последующих разделах этой главы, это не единственный способ использования транзистора в качестве усилителя. Ранее небольшой ток от солнечного элемента насыщал транзистор, зажигавший лампу. Когда на солнечный элемент попадает мало света, лампа будет светиться тускло. По мере того, как на солнечный элемент попадает больше света, яркость лампы будет возрастать.

Рисунок – Схема включения транзистора с общей базой (а) и его . Рисунок – Схема включения транзистора с общим эмиттером (а) и его.

Каскад с общим эмиттером

На рис. Проведем детальный анализ данной схемы для переменной составляющей входного сигнала. Будем предполагать режим малого сигнала, то есть амплитуды переменных напряжений и токов малы, так что изменения токов и напряжений в транзисторе находятся в окрестности исходной рабочей точки по постоянному току, а связь между этими изменениями предполагается линейная в предыдущей главе мы уже рассмотрели особенности малосигнального анализа схем с биполярными транзисторами. C1,C2 — Разделительные конденсаторы являются элементами межкаскадных связей, предотвращают проникновение постоянной составляющей сигнала с выхода одного каскада усиления на вход другого, могут использоваться для коррекции частотных характеристик ;. C3 — блокировочный конденсатор уменьшает сопротивление переменному току в цепи эмиттера, блокирует действие ООС по току нагрузки в рабочем диапазоне частот усилителя, может использоваться для частотной коррекции ;. С4 — фильтрующий конденсатор предотвращает проникновение переменной составляющей сигнала в цепи питания. Для начала анализа составляется эквивалентная схема каскада для переменных составляющих токов и напряжений, в которой транзистор может быть представлен формальной схемой замещения или физической эквивалентной схемой см. Здесь и далее везде предполагается, что верхняя рабочая частота примененного транзистора много выше максимально возможной частоты входного сигнала, а эквивалентные сопротивления фильтрующего, разделительных и, если он есть, блокировочного конденсаторов ничтожно малы в рабочей полосе частот, и они воспринимаются короткозамкнутыми для переменного сигнала. Эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ рис. Направления переменных токов и напряжений, принимаемые при построении эквивалентной схемы за положительные, в принципе, могут выбираться произвольно.

Простейшие способы установки рабочей точки в схеме с общим эмиттером (ОЭ)

Имеются три основные схемы включения транзистора в усилительные цепи. В зависимости от того, присоединен ли эмиттер, коллектор или база к общей точке, различают соответственно схемы с общим эмиттером, коллектором или базой. Рассмотрим эти разновидности схем, так как они образуют основу устройств на транзисторах. Для наглядности рассмотрения будем исходить из n-p-n-транзисторов и используем p-n-p-транзисторы только там, где это необходимо. Во всех схемах можно заменить n-p-n-транзисторы на р-n-р-транзисторы, поменяв одновременно полярность питающих напряжений и электролитических конденсаторов.

При включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером ОЭ входной сигнал подаётся на базу относительно эмиттера, а выходной сигнал снимается с коллектора относительно эмиттера. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности , потому что усиливается и ток, и напряжение.

2. Схема с общим эмиттером

Исследование усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Схема усилительного каскада, в котором транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а для стабилизации рабочей точки используется отрицательная обратная связь по току, показана на рис. Резистор в цепи коллектора преобразует изменение тока коллектора в выходное напряжение. На выходе цепи включен резистор нагрузки , с которого снимается усиленный сигнал. Конденсатор в цепи эмиттера шунтирует резистор.

Расчет усилителя с общим эмиттером

Что такое транзисторный усилительный каскад и как он работает, примеры схем усилительных каскадов на транзисторе. В любой аналоговой электронной технике применяются усилительные каскады на транзисторах, как самостоятельные, так и в составе микросхем. Вдаваться в подробности строения кристалла мы здесь не будем. Лучше разберемся что это нам дает. Так вот, питание биполярного транзистора P-N-P подается плюсом на его эмиттер, а минусом на его коллектор. И некоторое отрицательное, относительно эмиттера, напряжение смещения подается на его базу. А вот питание биполярного транзистора N-P-N, совсем наоборот, – подается минусом на его эмиттер, а плюсом на его коллектор, и некоторое положительные, относительно эмиттера, напряжение смещение на его базу. Здесь будем рассматривать усилительные каскады на транзисторах структуры N-P-N.

1 Каскад с общим эмиттером (на схеме показан каскад с фиксированным током базы – это одна из разновидностей смещения транзистора). 2 Каскад с.

Усилительные каскады с общим эмиттером с коллекторной нагрузкой широко применяются в усилителях, используемых в автоматике, вычислительной и измерительной технике, обеспечивают усиление и по напряжению и по току, что не доступно другим схемам. Рассмотрим устройство и принцип работы усилительного каскада с ОЭ. Рисунок 35 — Схема транзисторного УЗЧ. В этой схеме R 1 , R 2 — делитель, обеспечивающий требуемое значение напряжения смещения и используемое при установке рабочей точки транзистора VT.

Онлайн калькулятор номиналов элементов различных модификаций схем ОЭ, выполненных на биполярных транзисторах. Более высокую термостабильность имеет каскад с ОЭ, схема которого приведена на Рис. Термостабилизация в этой схеме осуществляется за счёт отрицательной обратной связи, введённой в каскад посредством включения Rб1 между базой и коллектором транзистора. По большому счёту наличие ООС существенно влияет практически на все характеристики каскада, причём тем сильнее, чем выше глубина этой ОС. Глубина же этой ОС напрямую зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала.

Сравнив статистику посещения сайта за два месяца ноябрь и декабрь года , в MediaTek выяснили, что число посетителей ресурса из России увеличилось в 10 раз, а из Украины? Таким образом, доля русскоговорящих разработчиков с аккаунтами на labs.

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Биполярные транзисторы. For dummies Электроника для начинающих Предисловие Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.

Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

Оставьте комментарий 6, Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры.

Принцип работы схема с общим эмиттером

Наиболее распространенной схемой является схема с базовым входом с общим эмиттером , когда транзистор управляется током базы I б. Механизм управления связан с изменением заряда базы, который определяется зарядом неосновных носителей. Следовательно, при протекании в цепи эмиттера тока Iэ, в выводе коллектора протекает ток , а в выводе базы ток рис. Для транзистора р-n-р это могут быть электроны, входящие в область базы из области коллектора, или дырки, уходящие из области базы в область коллектора. В эмиттерной цепи протекает ток Iэ, состоящий в основном из дырок, инжектированных в базу из р-эмиттера. Только незначительная часть дырок рекомбинирует с электронами в области базы, образуя рекомбинационную составлявшую тока эмиттера.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Расчет усилителя с общим эмиттером
• Принцип работы каскада по схеме с общим эмиттером
• Схема с общим эмиттером (каскад с общим эмиттером)
• Биполярный транзистор
• ЭЛЕКТРОНИКА Расчёт усилительного каскада с общим эмиттером
• Усилительный каскад на биполярном транзисторе в схеме ОЭ, принцип его работы

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Биполярный транзистор. Основные параметры, схемы включения и all-audio.pro

Расчет усилителя с общим эмиттером

Классификация электронных усилителей, их характеристики. Коэффициенты усиления по току, напряжению, мощности, связь между ними. Принцип построения усилительных каскадов, связь между ними. Типы усилительных каскадов. Между базой и эмиттером транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, подсоединяют источник сигнала, а к коллектору — нагрузку.

К эмиттеру транзистора подключают полюсы одинаковых знаков источников питания. Входным током каскада выступает ток базы транзистора, а выходным током — ток коллектора. Это показано на рис. На практике обходятся одним источником питания, а не двумя. Направление протекания тока по выводам транзистора дано на рисунке. Включение n-p-n транзистора совершенно аналогично включению p-n-p транзистора, однако в данном случае придётся поменять полярность обоих источников питания.

Коэффициент усиления каскада равен отношению тока коллектора к току базы и обычно может достигать от десятков до нескольких сотен. Транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, теоретически может дать максимальное усиление сигнала по мощности, относительно других вариантов включения транзистора.

Входное сопротивление рассматриваемого каскада, равное отношению напряжения база-эмиттер к току базы, лежит в пределах от сотен до тысяч ом.

Это меньше, чем у каскада с транзистором, подсоединённым по схеме с общим коллектором. Флюктуации температуры оказывают значительное влияние на режим работы транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, и поэтому следует применять специальные цепи температурной стабилизации. В связи с тем, что сопротивление коллекторного перехода транзистора в рассмотренном каскаде выше, чем в каскаде с общей базой, то необходимо больше времени на рекомбинацию носителей заряда, а, следовательно, каскад с общим эмиттером обладает худшим частотным свойством.

Схема включения транзистора с общим коллектором. К эмиттеру транзистора, включённого по схеме с общим коллектором, подсоединяют нагрузку, на базу подают входной сигнал. Входным током каскада является ток базы транзистора, а выходным током — ток эмиттера. Это отражено на рис. С нагрузочного резистора, включённого последовательно с выводом эмиттера, снимают выходной сигнал. Вход каскада обладает высоким сопротивлением, обычно от десятых долей мегаома до нескольких мегаом из-за того, что коллекторный переход транзистора заперт.

А выходное сопротивление каскада — напротив, мало, что позволяет использовать такие каскады для согласования предшествующего каскада с нагрузкой. Каскад с транзистором, включённым по схеме с общим коллектором, не усиливает напряжение, но усиливает ток обычно в 10 … раз. Фаза входного напряжения сигнала, подаваемого на каскад, совпадает с фазой выходного напряжения, то есть отсутствует его инверсия.

Именно из-за сохранения фазы входного и выходного сигнала каскад с общим коллектором носит другое название — эмиттерного повторителя. Температурные и частотные свойства эмиттерного повторителя хуже, чем у каскада, в котором транзистор подключён по схеме с общей базой. Схема включения транзистора с общей базой. В каскаде, собранном по схеме с общей базой, напряжение входного сигнала подают между эмиттером и базой транзистора, а выходное напряжение снимают с выводов коллектор-база.

Включение транзистора p-n-p структуры по схеме с общей базой приведено на рис. В данном случае эмиттерный переход компонента открыт и велика его проводимость. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни ом, что относят к недостатку описываемого включения транзистора. Кроме того, для функционирования каскада с транзистором, включённым по схеме с общей базой, необходимо два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы.

Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз. К достоинствам нужно отнести возможность функционирования каскада на существенно более высокой частоте по сравнению с двумя другими вариантами включения транзистора, и слабое влияние на работу каскада флюктуаций температуры. Именно поэтому каскады с транзисторами, включёнными по схеме с общей базой, часто используют для усиления высокочастотных сигналов.

Усилители электрических сигналов – это электронные устройства, предназначенные для усиления или повышения мощности входных сигналов за счет энергии источника питания. Если рассматривать источник сигнала, который управляет передачей энергии источника питания в нагрузку Rн, как идеальный генератор напряжения Е с внутренним сопротивлением Rвн, а усилитель как эквивалентный четырехполюсник с параметрами, указанными на рис.

Нагрузкой усилителя может быть другой усилитель, в этом случае он рассматривается как каскад, обеспечивающий одну ступень усиления, а все усилительное устройство – как многокаскадный усилитель. В многокаскадные усилители входят: входной или предусилительный, промежуточный, предвыходной или предоконечный и выходной или оконечный каскады. Характер связи между каскадами, в свою очередь, определяет вид усилителей с емкостной или RC трансформаторной, резонансно-трансформаторной, непосредственной или гальванической связями.

По характеру изменения сигнала во времени усилители бывают постоянного и переменного тока. Усилители постоянного тока усиливают сигналы в полосе частот, начиная с нулевой частоты. Усилители переменного тока подразделяются на усилители низкой и высокой частоты. Усилители постоянного тока и импульсные усилители – широкополосные. К основным параметрам, которые характеризуют качественные и количественные характеристики усилителя, относятся коэффициент усиления, точность воспроизведения формы усиливаемого сигнала, коэффициент полезного действия.

Коэффициент усиления показывает во сколько раз приращение выходной величины напряжения, тока или мощности больше соответствующего изменения на входе. Kn, где n – число каскадов. Коэффициент усиления можно выразить в логарифмических единицах дБ в связи с тем, что слуховой аппарат человека воспринимает изменение громкости звука по логарифмическому закону:.

Основными факторами, обусловливающими нелинейные искажения является нелинейность вольт-амперных характеристик элементов усилителей. Уровень нелинейных искажений характеризуется коэффициентом нелинейных искажений. Для многокаскадного усилителя общий коэффициент нелинейных искажений принимается равным сумме коэффициентов нелинейных искажений отдельных каскадов.

Из рис. Поэтому в многокаскадных усилителях нелинейные искажения в основном появляются в предоконечных каскадах, на вход которых поступают сигналы с большой амплитудой. Линейные искажения в усилителях в основном объясняются зависимостью коэффициента передачи по току a и реактивных сопротивлений элементов схемы от частоты. АЧХ показывает зависимость модуля коэффициента усиления от частоты входного сигнала рис. Идеальная АЧХ параллельна оси частот. Реально гармоники входного усиливаются усилителем не одинаково, так как реактивные сопротивления элементов схемы по-разному зависят от частоты и в сумме дают искажение формы и амплитуды входного сигнала.

В многокаскадных усилителях суммарный коэффициент частотных искажений усиления равен произведению коэффициентов частотных искажений каскадов. Принцип построения усилительных каскадов. VT-усилительный элемент транзистор ,Rб-резистор для установки режима покоя он создает постоянную составляющую тока базы транзистора , Rк- предназначен для ограничения тока коллектора сверх допустимых значений и для выделения в нем переменной составляющей усиленного напряжения, C1,C2 —для отделения переменной составляющей напряжения и токов от постоянной, Uип-напряжение источника питания.

При подаче входного сигнала на усилительный каскад переменная составляющая этого сигнала проходит через конденсатор С1 и вызывает изменение напряжения Uбэ транзистором. При этом ток базы по отношению к току Iбэп для режима покоя изменяется по закону изменения входного сигнала. При изменении тока базы. Или фаза выходного сигнала противоположна фазе входного. Обычно режим покоя транзистора выбирают след образом: с пом-ю резистора Rб или входного делителя добиваются, чтобы напряжение Uкэ в режиме покоя было равно приблизительно половине напряжения источника питания Uип.

Такому состоянию соответствует определенный ток коллектора покоя и в b раз меньший ток покоя базы. Расчет и анализ такой цепи можно производить и графически и аналитически.

На фоне семейства выходных характеристик строят нагрузочную линию по постоянному току. Эта прямая, представляющая собой ВАХ резистора Rк.

Точку покоя П и границы изменения входного напряжения a и b сносят на передаточную характеристику, а затем на линию нагрузки. При определении переменной составляющей выходного напряжения каскада и коллекторного тока используют линию нагрузки по переменному току. Наклон линии по переменному току больше чем наклон по постоянному. В любом случае линия нагрузки должна проходить левее и ниже допустимых значений параметров транзистора, то есть лежать в зоне ОБР.

Такие искажения наз-ют нелинейными. Величину этих искажений оценивают коэффициентом нелинейных искажений. P1,U1 — мощность и напряжение для основной гармоники, Pn, Un — для высших гармоник.

Это соотв-ет режиму хол хода для усилителя. Это режим короткого змыкания для устройства. Три возможные схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе: с общим эмиттером ОЭ , с общим коллектором ОК , с общей базой ОБ. Входные величины: сила тока базы и напряжение база — эмиттер, выходные — сила тока коллектора и напряжение коллектор — эмиттер.

Резисторы Rк, RЭ, Rб1, Rб2 обеспечивают режим работы схемы по постоянному току, конденсаторы С1, С2 разделяют переменную и постоянную составляющие напряжения, Сэ устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, Rн — сопротивление нагрузки или входное сопротивление следующего усилительного каскада, Ек — источник питания постоянного тока для транзисторов p-n-p полярность источника изменится.

Таким образом, усилительный каскад с общим эмиттером сдвигает фазу выходного сигнала, относительно входного, на Важной особенностью полупроводников является сильная зависимость коэффициента усиления от температуры. Подобные изменения приводят к смещению рабочей точки и появлению нелинейных искажений.

Для компенсации воздействия температурыв схему усилительных каскадов вводят цепи термостабилизации, принцип действия которых основан на механизме обратных связей. В усилителях широко применяются ООС с целью увеличения стабильности работы усилителя и уменьшения нелинейных искажений, однако следует учитывать, что ООС снижает коэффициент усиления каскада. В усилительных каскадах с общим эмиттером, обычно, термостабилизация осуществляется путем создания ООС на базе резистора Rэ.

При отсутствии входного сигнала, напряжение между базой и эмиттером определяется по II закону Кирхгофа:. При повышении температуры, возрастает концентрация основных носителей заряда и увеличиваются токи базы и коллектора, что приводит к увеличению UБЭ и, как следствие, смещению 22 рабочей точки.

При снижении температуры происходит обратный процесс — концентрация носителей заряда в результате рекомбинации , токи базы и коллектора уменьшаются, что приводит к уменьшению UБЭ.

Дата добавления: ; Просмотров: ; Нарушение авторских прав? Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да Нет. Главная Случайная страница Контакты. Схема включения транзистора с общим эмиттером Между базой и эмиттером транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, подсоединяют источник сигнала, а к коллектору — нагрузку. Схема включения транзистора с общим коллектором К эмиттеру транзистора, включённого по схеме с общим коллектором, подсоединяют нагрузку, на базу подают входной сигнал.

Принцип работы каскада по схеме с общим эмиттером

В данной статье расскажем про транзистор. Покажем схемы его подключения и расчёт транзисторного каскада с общим эмиттером. Изобретён в американцами У. Шокли, У.

Расчет усилителя с общим эмиттером. Чтобы такого не произошло, в эту схему добавляют еще парочку.

Схема с общим эмиттером (каскад с общим эмиттером)

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Биполярные транзисторы. For dummies Электроника для начинающих Предисловие Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах. Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

Биполярный транзистор

Усилителями называются устройства, в которых сравнительно маломощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощности из источника питания. Все многообразие усилителей разделяют по следующим признакам:. В последние годы усилители выпускают в виде микросхем. Простейшая ячейка, позволяющая осуществить усиление, называется усилительным каскадом.

Биполярные транзисторы — электронные полупроводниковые приборы, отличающиеся от полевых способом переноса заряда.

ЭЛЕКТРОНИКА Расчёт усилительного каскада с общим эмиттером

Усилитель с общим эмиттером раньше являлся базовой схемой всех усилительных устройств. В прошлой статье мы с вами говорили о самой простой схеме смещения транзистора. Эта схема рисунок ниже зависит от коэффициента бета , а он в свою очередь зависит от температуры, что не есть хорошо. В результате на выходе схемы могут появиться искажения усиливаемого сигнала. Чтобы такого не произошло, в эту схему добавляют еще парочку резисторов и в результате получается схема с 4-мя резисторами:.

Усилительный каскад на биполярном транзисторе в схеме ОЭ, принцип его работы

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента например, в схемах ТТЛ. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты [1]. С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы, но при изготовлении они существенно различаются степенью легирования для улучшения электрических параметров прибора. Коллекторный слой легируется слабо, что повышает допустимое коллекторное напряжение. Кроме того, сильное легирование эмиттерного слоя обеспечивает лучшую инжекцию неосновных носителей в базовый слой, что увеличивает коэффициент передачи по току в схемах с общей базой. Слой базы легируется слабо, так как располагается между эмиттерным и коллекторным слоями и должен иметь большое электрическое сопротивление.

Биполярные транзисторы: принцип работы, характеристики и Схемы включения биполярных транзисторов С общим эмиттером.

Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи. Изменение напряжения эмиттерного перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство транзистора используется для усиления электрических сигналов. Для преобразования изменений коллекторного тока, возникающих под действием входных сигналов, в изменяющееся напряжение в коллекторную цепь транзистора включают нагрузку.

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века.

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Биполярные транзисторы это полупроводниковые приборы с тремя электродами, подключенными к трем последовательно находящимся слоям, с различной проводимости.

Любой усилитель, независимо от частоты, содержит от одного до нескольких каскадов усиления. Для того, чтобы иметь представление по схемотехнике транзисторных усилителей, рассмотрим более подробно их принципиальные схемы. Транзисторные каскады, в зависимости от вариантов подключения транзисторов, подразделяются на:. Каскад с общим эмиттером обладает высоким усилением по напряжению и току. К недостаткам данной схемы включения можно отнести невысокое входное сопротивление каскада порядка сотен ом , высокое порядка десятков Килоом выходное сопротивление. Отличительная особенность – изменение фазы входного сигнала на градусов то есть – инвертирование.

Усилительные каскады с общим эмиттером с коллекторной нагрузкой широко применяются в усилителях, используемых в автоматике, вычислительной и измерительной технике, обеспечивают усиление и по напряжению и по току, что не доступно другим схемам. Рассмотрим устройство и принцип работы усилительного каскада с ОЭ. Рисунок 35 — Схема транзисторного УЗЧ. В этой схеме R 1 , R 2 — делитель, обеспечивающий требуемое значение напряжения смещения и используемое при установке рабочей точки транзистора VT.

Транзисторный усилитель с общим эмиттером – Усилители

Усилители

Базовый транзисторный усилитель, у которого вывод эмиттера общий с выводом входные и выходные цепи показаны ниже. Входное напряжение находится между базой и эмиттером, а выходное напряжение между коллектором и эмиттером. В базовую цепь вводится напряжение В _ВВ так, чтобы переход эмиттер-база смещен в прямом направлении для управления ток эмиттер-коллектор. Напряжение база-эмиттер называется v _будет , а базовый ток равен i _b . Напряжение питания В _CC необходимо для схемы сделать коллектор положительным по отношению к эмиттеру и обеспечить источник выходного тока. Напряжение коллектор-эмиттер и коллектор тока v _ce и i _c соответственно. Сопротивление R _L является нагрузкой. Базовый ток транзистор управляет током через коллектор и через нагрузку резистор.

Усилитель с общим эмиттером.

Кривые выходных характеристик

К сожалению, сопротивление эмиттерного и коллекторного переходов транзисторы не всегда постоянны. Следовательно, закон Ома не всегда использоваться для выражения взаимосвязи между различными токами и напряжения в транзисторном усилителе. По этой и другим причинам этот информация обычно предоставляется производителем в графической форме. На рисунке ниже представлен график коллекторной (выходной) характеристики для схема транзистора с общим эмиттером. График состоит из ряда кривых. Каждая кривая показывает, с основанием ток поддерживается постоянным, изменение тока коллектора в зависимости от меняется напряжение коллектор-эмиттер.

Выходные характеристики.

Существуют определенные значения для i _b , v _be , i _c и v _ce даже при отсутствии сигнала на вход. Значения отсутствия сигнала i _b , v _будут , i _c и v _ce называются покоящимися , или среднее, значения и обозначены символами И _Б , В _БЭ , I _C и V _CE . Точка, определяемая I _С и V _CE на выходной характеристике называется точкой покоя (Q). Положение точки покоя на характеристической кривой является важным часть анализа схемы усилителя. Процедура следующая: Сначала определяется «линия нагрузки» для значений напряжения питания В _CC и сопротивление нагрузки R _L , которые должны быть используется в схеме усилителя. Предположим, что i _b настолько малы что ток коллектора i _c = 0. Если бы это было так, то падение напряжения на R _L будет равно нулю и v _ce будет равно V _CC . Эта точка 1 построена на выходной характеристике (рис. выше). Тогда предполагается, что ток базы настолько велик, что транзистор становится идеальным проводником, так что v _ce = 0 и i _c = V _CC / R _L . Постройте это точку 2 на характеристической кривой, а точки 1 и 2 соединить прямой линии, как на рисунке выше. Эта линия называется линией загрузки, потому что она определяется только значениями нагрузки и В _СС .

Для выбранных значений В _CC и R _L результирующие значения v _ce и i _c должен падать вдоль грузовой линии. На рисунке выше, точка Q, показаны значения отсутствия сигнала для В _CE и I _C в зависимости от нагрузки линия и выходная характеристика для выбранного среднего базового тока I _B = 100 мкА. Мгновенная база ток i _b зависит от суммы тока смещения базы и входного сигнала, а при перемещении по нагрузочной линии – мгновенные значения v _ce и i _c можно прочитать из график для любого заданного значения i _b .

Обратите внимание, что грузовая линия должна находиться в пределах максимального коллекторно-рассеивающая линия. Максимальное рассеивание коллектора P _max является характеристикой транзистора и обычно приведены в руководствах по транзисторам или описаниях каталогов. Максимум коллекторно-рассеивающая линия проводится путем соединения всех точек, удовлетворяющих уравнение I _C V _CE = P _макс . Базовый ток покоя можно оценить, предположив, что между базой и эмиттером переход просто входное сопротивление транзистора ч _т.е. . Если v _с = 0 (состояние покоя), I _B = V _BB /( R _S + ч _{т. е.} ). Часто R _S будет намного больше чем h _т.е. так что I _B ≈ V _BB / R _S . Таким образом, выбор напряжения смещения будет зависеть от характера источника сигнала. Другие методы смещения будут рассмотрены позже.

Характеристики транзисторного усилителя

Изменение v _ce или i _c в результате входной сигнал (изменение i _b ) может быть определен графический анализ характеристических кривых, как указано выше, для каждого значения я _б . Однако гораздо удобнее анализировать схема математически после замены эквивалентной схемы для транзистор. Невозможно вывести простую схему, которая заменяла бы транзистор на весь рабочий диапазон. Это потому, что характеристические кривые транзистора не являются линейными, как показано, например. на рисунке выше. Линейная эквивалентная схема является допустимым приближением только для малых части рабочего диапазона. Другими словами, эквивалентная схема не будет описывать взаимосвязь общих величин и _б , v _be , i _c и v _ce , но это будет описывать взаимосвязь малых изменений этих величин. Уравнения для различных характеристик усилителя могут быть получены из эквивалентная схема и математические соотношения, используемые для получения этой схемы. Некоторые характеристики (например, усиление по напряжению и току) схемы с общим эмиттером усилитель приведены ниже. Фактические производные здесь не показаны.

Коэффициент усиления по напряжению может быть аппроксимирован уравнением

где β — коэффициент усиления по току транзистора ч _{, т.е.} – входное сопротивление транзистора в схема с общим эмиттером. Знак минус указывает на то, что выходное напряжение на 180° не совпадает по фазе с входным напряжением.

Коэффициент усиления по току A _i приблизительно равен

Опять же, знак минус указывает на обращение фазы между входные и выходные сигналы.

Коэффициент усиления мощности A _p является просто произведением тока и усиление напряжения

Прирост мощности не включает потери мощности в источнике сигнала или в передача выходного сигнала на нагрузку, отличную от R _L . Это просто отношение мощности сигнала, рассеиваемой в R _L к мощности сигнала, рассеиваемой на входном сопротивлении транзистора ч _т.е. .

Входное сопротивление R _в равно

Выходное сопротивление R _из может быть аппроксимировано выражением уравнение

где ч _ээ — проводимость между коллектором и эмиттером. Как показывает это уравнение, выходное сопротивление R _out находится в В этом случае сопротивление, которое транзистор как источник питания представляет загрузить Р _Л . Выходное сопротивление всей схемы усилителя с точки зрения устройства, подключенного к выходным клеммам v _ce на самом деле будет R _из параллельно с R _L .

Таким образом, показано, что усилитель с общим эмиттером обладает свойствами коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по току, инверсия фазы входного сигнала, низкий уровень входного сигнала сопротивление и высокое выходное сопротивление.

Смещение транзистора

Использование отдельного источника питания для входных и выходных цепей транзисторный усилитель дорог и неудобен. Способы предоставления надлежащие напряжения смещения от одного источника питания, таким образом, были разработан. Одной из наиболее распространенных систем смещения является делитель напряжения. тип, показанный на рисунке ниже (см. раздел «Типы предвзятости» для получения дополнительной информации). Фиксированное смещение обеспечивается в этой схеме сеть делителя напряжения, состоящая из R _B1 , Р _Б2 , и напряжение питания коллектора ( В _CC ). Резистор R _E , включенный последовательно с эмиттером, обеспечивает эмиттеру самосмещение. Большой конденсатор обход R _E уменьшит потери усиления для сигналов переменного тока.

Смещение усилителя.

Определение точки покоя

После того, как был сделан вывод о том, что широко используемые транзисторные усилители могут иметь сопротивление в цепи эмиттера и делитель напряжения в базе, полезно научиться определять точку покоя для таких цепей. Сначала в обычном порядке рисуется линия нагрузки (см. график выработки характеристики выше), необходимо соблюдать осторожность при использовании Р _Е + R _L в расчете тока для В _CE = 0. Теперь схема на рисунке выше перерисована с учетом делителя напряжения как батарея серии В _BB и резистор R _B (видеть Теорема Тевенина). Сначала предполагается, что эмиттер и база имеют почти одинаковый потенциал ( В _E = В _B ≈ В _BB ) и что I _E очень близко I _C . Следовательно, I _C ≈ V _BB / R _E . Глядя на строку нагрузки, чтобы найти значение I _B , соответствующее к этому значению I _C можно улучшить приближение скорректировав базовое напряжение до В _ВВ – I _В Р _Б . Использовать это значение базового напряжения для расчета лучшего значения для I _C . Обычно это второе приближение является достаточно точным.

Перерисовка делителя напряжения.

Пример схемы транзисторного смещения

Пример того, как определить разумные значения сопротивления для здесь приведена схема транзистор-усилитель. Во-первых, выберите желаемый точка на кривой характеристики коллектора транзистора. Оценить из характеристики или найти значения для β , ч _т.е. , и h _oe в технических описаниях. Предположим, что в желаемой точке покоя ( I _C = 1 мА, В _CE = 5 В), β = 55, ч _{, т. е.} = 2720 Ом, и ч _ээ = 14 мкс. Выберите R _L в соответствии с требования к усилению и согласование импеданса, высокие значения коэффициента усиления по току, умеренные значения коэффициента усиления по напряжению при умеренном выходном импедансе. За этот пример Ч _Л = 25 кОм. Р _Б должно быть больше ч _т.е. для предотвращения чрезмерные потери сигнала через делитель смещения. Поэтому выбирайте R _B = 25 кОм. Для хорошей стабильности выберите R _E = R _B /5 = 5 кОм. Тогда требуемое напряжение питания постоянного тока равно (при условии, что I _E ≐ I _C )

Напряжение смещения V _BB должен равняться базе напряжение плюс падение напряжения I _Б Р _Б . V _BB таким образом

где В _БЭ = 0,7 для кремниевых транзисторов. В _BB также можно рассчитать как

Параллельное сочетание R _B1 и Р _В2 есть Р _В

Решая два предыдущих одновременных уравнения для резисторов смещения, R _B1 = 142 кОм и R _B2 = 30,3 кОм. Выведенные ранее формулы для усиление по напряжению и току транзисторного усилителя также применимо к этой схеме. Выходное сопротивление усилителя 1/ ч _э.э. параллельно с Р _Л . Входное сопротивление усилителя ч _т.е. параллельно с Р _Б .

Примечание: Ток через делитель напряжения R _B1 , R _B2 должно быть не менее 10 × I _B . В нашем случае ток через R _B2

7.3: Усилитель с общим эмиттером — технические библиотеки LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

25426

• Джеймс М. Фиоре
• Муниципальный колледж Mohawk Valley

Конфигурация с общим эмиттером находит широкое применение в качестве усилителя напряжения общего назначения. Мы начнем с базовой схемы смещения постоянного тока, а затем добавим несколько других компонентов. Например, см. рисунок \(\PageIndex{1}\).

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Усилитель с общим эмиттером, использующий эмиттерное смещение с двумя источниками питания.

Этот усилитель основан на эмиттерной схеме смещения с двумя источниками питания. Заметными изменениями являются включение напряжения входного сигнала \(V_{in}\) и нагрузки \(R_L\). Чтобы эти компоненты не изменяли смещение, мы изолируем вход и нагрузку с помощью разделительных конденсаторов \(C_{in}\) и \(C_{out}\). Эти конденсаторы будут действовать как размыкатели для постоянного тока, создавая желаемую изоляцию. Что касается сигнала переменного тока, емкости будут выбраны так, чтобы их реактивные сопротивления были намного меньше, чем окружающие резисторы на частоте входа. Следовательно, конденсаторы будут замыкаться и пропускать сигнал переменного тока через усилитель.

Окончательная переделка касается эмиттерного резистора. Единственный резистор сети смещения заменяется парой резисторов \(R_E\) и \(R_{SW}\) вместе с шунтирующим конденсатором \(C_E\). Для постоянного тока конденсатор открыт, а эффективное сопротивление смещения эмиттера равно \(R_E + R_{SW}\). Для переменного тока конденсатор будет идеально вести себя как короткое замыкание, поэтому сопротивление эмиттера переменного тока упадет до всего лишь \(R_{SW}\). Этот резистор называется резистором заболачивания или эмиттерного вырождения. Он используется в основном для управления коэффициентом усиления по напряжению усилителя.

Мы можем использовать нашу модель транзистора переменного тока вместе с теоремой о суперпозиции, чтобы получить эквивалентную цепь переменного тока усилителя, как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Эквивалент переменного тока усилителя с общим эмиттером.

Во-первых, мы закоротили все конденсаторы. Во-вторых, мы заменили источники постоянного тока их идеальным внутренним сопротивлением (короткое замыкание), которое помещает эти точки на землю переменного тока. В-третьих, мы заменили транзистор на модель. Наконец, мы объединили и/или переименовали сопротивления там, где это необходимо. Поскольку это цепь переменного тока, мы используем обозначение сопротивления в нижнем регистре \(r\), чтобы избежать путаницы с сопротивлением постоянному току (которое записывается в верхнем регистре). Таким образом, \(r_E\) представляет собой сопротивление переменному току от эмиттера до земли переменного тока. Это соответствует \(R_{SW}\) на исходной схеме. Точно так же \(r_C\) представляет собой полное сопротивление от коллектора до земли переменного тока. В исходной схеме это соответствует \(R_C\) параллельно \(R_L\). Если бы эта схема была разгружена, то \(r_C\) было бы просто равно \(R_C\). Наконец, \(r_B\) соответствует \(R_B\), но при смещении делителя напряжения оно будет равно \(R_1\) параллельно \(R_2\). 9{\circ}\). В некоторых приложениях это может быть серьезной проблемой, в других – не так сильно. Если это проблема, ее можно решить, используя второй инвертирующий усилитель последовательно с первым (инвертируя инверсию).

Второе, что мы видим, это то, что коэффициент усиления немного превышает отношение сопротивления коллектора к сопротивлению эмиттера. Вот здесь-то и вступает в действие разделение эмиттерного резистора на две части. В уравнении \(r_E\) – это заглушающий резистор \(R_{SW}\). Чем больше заглушающий резистор, тем ниже коэффициент усиления. Максимальный выигрыш будет достигнут, когда \(R_{SW} = 0\). То есть когда эмиттер полностью зашунтирован. Обратной стороной этого является то, что усиление теперь будет полностью зависеть от \(r’_e\). Это увеличит искажения. Причина в том, что \(R_{SW}\), будучи намного больше, эффективно “заглушает” изменение \(r’_e\) и уменьшает искажения. Чем больше \(R_{SW}\) относительно \(r’_e\), тем больше снижение искажений, но за счет снижения усиления. Вот почему заглушающий резистор также называют резистором дегенерации эмиттера: он ухудшает коэффициент усиления по напряжению.

7.3.2: Входной импеданс

Входной импеданс, \(Z_{in}\), определяется как отношение \(v_{in}\) к \(i_{in}\). На рисунке 7.2.2 это равно \(r_B\) параллельно с импедансом, смотрящим на базовый терминал, \(Z_{in(base)}\). Используя закон Ома, находим

\[Z_{in(основание)} = \frac{v_B}{i_B} \\ Z_{in(основание)} = \frac{i_C (r’_e+r_E )}{i_B} \\ Z_{in(база)} = \frac{i_C (r’_e+r_E)}{i_C / \beta} \\ Z_{i n(база)} = \beta (r’_e+r_E) \label{ 7.5} \]

Поэтому

\[Z_{in} = r_B || Z_{in(base)} \label{7.6} \]

Мы видим, что и шунтирующий резистор, и \(\beta\) играют роль в настройке входного импеданса. Большие значения \(R_{SW}\) и \(\beta\) приводят к большему входному импедансу. Подводя итог, мы обнаруживаем, что в то время как заглушение снижает коэффициент усиления по напряжению, оно уменьшает искажения и увеличивает входной импеданс, последние два параметра обычно желательны для усилителя напряжения. Незаболоченный усилитель будет иметь наибольшее усиление, но будет страдать от наихудших искажений и низкого входного импеданса. Это классический компромисс «качество против количества»: большой выигрыш в низком качестве против скромного прироста в высоком качестве ¹ .

7.3.3: Выходной импеданс

Выходной импеданс, \(Z_{out}\), определяется как внутренний импеданс эквивалентного источника, который управляет нагрузкой. Если мы расположимся на нагрузке и посмотрим на усилитель, показанный на рис. 7.2.1, то \(C_{out}\) идеально закорочен, а \(V_{CC}\) находится на земле переменного тока. Это оставляет нам \(R_C\) параллельно с транзистором. Транзистор моделируется как источник тока, и его идеальное внутреннее сопротивление приближается к бесконечности. В действительности эффективное значение \(r’_C\), вероятно, находится в районе 100 кОм (\Омега\) или около того, в зависимости от тока смещения. Эта параллельная комбинация включает выходной импеданс источника тока. Мы моделируем эту схему как усилитель напряжения, поэтому для корректности мы преобразовали бы источник тока с параллельным внутренним сопротивлением в источник напряжения с последовательным внутренним сопротивлением. Однако эти значения сопротивления идентичны, и мы получаем

\[Z_{out} = r’_C || R_C \nonumber \]

Во многих схемах \(R_C\) значительно меньше, чем \(r’_C\), поэтому

\[Z_{out} \ приблизительно R_C \label{7.7} \]

Пример \(\PageIndex{1}\)

Определите входное и выходное сопротивление усилителя, показанного на рисунке \(\PageIndex{3}\). Также вычислите коэффициент усиления по напряжению. Предположим \(\бета = 150\).

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Схема для примера \(\PageIndex{1}\).

Во-первых, самое простое. Мы можем определить выходное сопротивление путем осмотра. Он примерно равен \(R_C\), или 22 k\(\Omega\).

Чтобы найти \(Z_{in}\) и \(A_v\), нам нужно определить \(r’_e\). Чтобы получить \(r’_e\), нам нужно найти \(I_C\). Используя KVL вокруг петли база-эмиттер, если мы аппроксимируем базовое напряжение постоянного тока близким к нулю, тогда все питание эмиттера падает на сопротивление эмиттера постоянного тока, за исключением \(V_{BE}\).

\[I_C = \frac{∣V_{EE}∣−V_{BE}}{R_E+R_{SW}} \nonumber \]

\[I_C = \frac{5 V−0,7 V}{8,2 k \Omega +1,8 k \Omega} \nonumber \]

\[I_C = 0,43 мА \nonumber \]

\[r’_e = \frac{26mV}{I_C} \nonumber \]

\[r’_e = \frac{26mV}{0,43 мА} \nonumber \]

\[r’_e = 60,5 \Omega \nonumber \]

\[Z_{in-base} = \beta (r’_e+r_E ) \nonumber \]

\[Z_{in-base} = 150(60.5 \Omega +1.8k \ Omega ) \nonnumber \]

\[Z_{in-base} = 279 k \Omega \nonnumber \]

Это значение параллельно с резистором смещения базы создает входное сопротивление.

\[Z_{in} = R_B || Z_{in(base)} \nonumber \]

\[Z_{in} = 15k \Омега || 279 k \Omega \nonumber \]

\[Z_{i n} = 14.2k \Omega \nonumber \]

Первый способ.

\[r_C = R_C || R_L \nonumber \]

\[r_C = 22 k \Omega || 33 k \Omega \nonumber \]

\[r_C = 13,2 k \Omega \nonumber \]

\[A_v =− \frac{r_C}{r’_e+r_E} \nonumber \]

\[A_v =− \frac{13,2 k \Omega}{ 60,5 \Omega +1,8 k \Omega} \nonumber \]

\[A_v =−7,1 \nonumber \]

А теперь способ второй; сначала ненагруженное усиление, затем эффект делителя и, наконец, композитное усиление.

\[A_{v (без нагрузки)} =− \frac{r_C}{r’_e+r_E} \nonumber \]

\[A_{v (без нагрузки)} =− \frac{22 k \Omega} {60,5 \Omega +1,8 k \Omega} \nonnumber \]

\[A_{v (без нагрузки)} = −11,82 \nonnumber \]

\[A_{divider} = \frac{R_L}{R_L+R_C } \номер\]

\[A_{делитель} = \frac{33k \Omega}{33k \Omega +22k \Omega} \номер\]

\[A_{делитель} = 0,6 \неномер \]

\[A_v = A_{v (без нагрузки)} \times A_{divider} \nonumber \]

\[A_v =−11,82 \times 0,6 \nonumber \]

\[A_v =−7.1 \nonnumber \]

Повторим предыдущий пример, используя ту же схему, но с одним изменением: эмиттерный резистор будет полностью зашунтирован. Это покажет влияние заболачивания на коэффициент усиления по напряжению и входной импеданс.

Пример \(\PageIndex{2}\)

Определите усиление по напряжению и входное сопротивление усилителя, показанного на рисунке \(\PageIndex{4}\). Предположим \(\бета = 150\).

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Схема для примера \(\PageIndex{2}\).

Эквивалент постоянного тока этой схемы идентичен схеме, показанной на рисунке \(\PageIndex{3}\). В обоих случаях сопротивление эмиттера по постоянному току равно 10 кОм (\Омега\). Следовательно, \(I_C\) и \(r’_e\) неизменны. Шунтирующий конденсатор закорачивает все это значение для эквивалента переменного тока, потому что нет шунтирующего резистора. Следовательно, \(r_E\) = 0. Мы можем просто использовать 0 вместо \(r_E\) в ранее выведенных уравнениях.

Начнем с входного импеданса.

\[Z_{in-base} = \beta (r’_e+r_E ) \nonnumber \]

\[Z_{in-base} = 150(60,5 \Omega +0) \nonnumber \]

\[Z_{in-base} = 9075 \Omega \nonnumber \]

Это значение значительно меньше, чем значение, полученное из заболоченной схемы. Продолжая,

\[Z_{in} = R_B || Z_{in(base)} \nonumber \]

\[Z_{in} = 15k \Omega ∣∣ 9075 \Omega \nonnumber \]

\[Z_{i n} = 5654 \Omega \nonumber \]

\[A_v =− \frac{r_C}{r’_e+r_E} \nonumber \]

\[A_v =− \frac{13,2 k \Omega}{60,5 \Omega +0 } \nonumber \]

\[A_v =−218,2 \nonnumber \]

Конечным результатом является входное сопротивление меньше половины заболоченного корпуса и коэффициент усиления по напряжению более чем в 30 раз больше. Чего эти расчеты не показывают, так это увеличения искажения, которое будет вызвано этим изменением. Подробнее об этом чуть позже.

Давайте рассмотрим немного другое: PNP-усилитель со смещением делителя напряжения.

Пример \(\PageIndex{3}\)

Определите входное сопротивление и коэффициент усиления по напряжению для схемы, показанной на рисунке \(\PageIndex{5}\). Также определите \(v_{нагрузка}\), если \(v_{in}\) = пиковое значение 20 мВ. Предположим \(\бета = 100\).

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Схема для примера \(\PageIndex{3}\).

Сначала нам нужно определить \(r’_e\), что означает, что нам нужно найти ток коллектора. Если предположить слабонагруженный делитель, то базовое напряжение будет примерно 15 вольт, а эмиттерное будет выше на 0,7 вольта, или 15,7 вольта. Это оставляет 20 вольт – 15,7 вольт или 4,3 вольта на эквивалентном сопротивлении эмиттера постоянного тока. Это 4,1 кОм\(\Омега\) + 200\(\Омега\), или 4,3 кОм\(\Омега\), что дает 1 мА для \(I_C\). Это даст \(r’_e\) = 26 \(\Omega \).

\[Z_{in(основание)} = \beta (r’_e+r_E ) \не число \]

\[Z_{in(основание)} = 100(26 \Omega +200 \Omega ) \не число \ ]

\[Z_{in(base)} = 22,6 k \Omega \nonnumber \]

Это значение параллельно резисторам смещения делителя напряжения, создающим входное сопротивление.

\[Z_{in} = R_1 || Р_2 || Z_{in(base )} \nonumber \]

\[Z_{in} = 15k \Omega || 5k \ Омега || 22,6 k \Omega \nonumber \]

\[Z_{i n} = 3,22 k \Omega \nonumber \]

\[A_v =− \frac{r_C}{r’_e+r_E} \nonumber \]

\[A_v =− \frac{7.5k \Omega || 10 k \Omega}{26 \Omega +200 \Omega} \nonumber \]

\[A_v =−19 \nonumber \]

Нам также необходимо учесть влияние импеданса источника 600 \( \Omega \) . Это создаст делитель напряжения с входным сопротивлением.

\[A_{делитель} = \frac{Z_{in}}{Z_{in}+Z_{источник}} \nonumber \]

\[A_{divider} = \frac{3,22 k \Omega}{ 3,22 к \Омега +600 \Омега} \номер\]

\[A_{делитель} = 0,843 \нечисло \]

\[A_{v (система)} = A_v \times A_{делитель} \нечисло \]

\[A_{v (система)} =- 19 \times 0. 843 \nonnumber \]

\[A_{v (system)} =−16 \nonnumber \]

Наконец, мы подошли к напряжению нагрузки.

\[V_{нагрузка} = A_{v (система)} \times V_{in} \nonumber \]

\[V_{нагрузка} =−16 \times 20 мВ \nonumber \]

\[V_ {нагрузка} = 320 мВ \text{ пиковое, инвертированное} \nonumber \]

Если бы мы проверили схему на рисунке \(\PageIndex{5}\) с помощью осциллографа с прямой связью, мы увидели бы наложение переменного тока и компоненты постоянного тока. Другими словами, мы увидим, что сигнал переменного тока накладывается на смещение постоянного тока. В некоторых случаях сигнал переменного тока будет слишком мал, чтобы его можно было заметить, по сравнению с частью постоянного тока. В правильном масштабе он может быть не толще самого следа. Чтобы измерить его точно, нам пришлось бы подключить осциллограф по переменному току.

Напряжения на источнике и нагрузке будут только переменными, поскольку разделительные конденсаторы блокируют постоянный ток. В базе у нас было бы 15 вольт постоянного тока с сигналом переменного тока поверх него. Переменный ток будет равен входному напряжению 20 мВ, умноженному на делитель входного импеданса/импеданса источника, равный 0,843 или 16,86 мВ. Учитывая, что \(I_C\) составляет 1 мА, падение постоянного тока на \(R_C\) должно быть 7,5 вольт. Это, конечно, \(V_C\). Следовательно, на коллекторе мы увидим инвертированный сигнал 320 мВ на 7,5 вольт постоянного тока.

Компьютерное моделирование

Чтобы получить некоторое представление о проблеме заболачивания и искажения, мы рассмотрим более сложное моделирование схемы. Это повторит примеры \(\PageIndex{1}\) и \(\PageIndex{2}\) в том смысле, что мы будем моделировать две схемы с одинаковыми эквивалентами постоянного тока. Единственное изменение схемы будет состоять в том, что одна версия будет иметь полностью зашунтированный эмиттер, а другая версия будет использовать шунтирующий резистор. Чтобы сравнение было честным, мы увеличим напряжение входного сигнала усилителя с низким коэффициентом усиления, чтобы обе версии имели одинаковое напряжение нагрузки. Таким образом, мы гарантируем, что они оба используют одинаковый процент кривой соединения.

Незаболоченная схема показана на рисунке \(\PageIndex{6}\). Здесь используется прямое смещение эмиттера с двумя источниками питания.

Рисунок \(\PageIndex{6}\): Незаболоченный усилитель CE в симуляторе.

Быстрая приблизительная оценка дает \(I_C \приблизительно 2\) мА, что дает \(r’_e \приблизительно 13 \Омега\). Нагрузка будет около 3к\(\Омега\), что дает прирост в младших 200-х. Таким образом, мы ожидаем, что напряжение нагрузки будет около 2 вольт.

График анализа переходных процессов показан на рисунке \(\PageIndex{7}\). Показаны несколько следов.

Рисунок \(\PageIndex{7}\): Незаболоченный усилитель CE, анализ переходных процессов.

При таком масштабе сигнал переменного тока на входе (узел 4, фиолетовый) и на базе (узел 2, бирюзовый) не виден. Как и ожидалось, мы видим небольшое отрицательное значение постоянного тока на базе и на эмиттере, около -0,7 В постоянного тока. Смещение постоянного тока на коллекторе, как и ожидалось, составляет около 8 вольт. Наконец, напряжение нагрузки (узел 5, синий) составляет около 2 вольт.

То, что может быть не видно сразу на графике напряжения нагрузки, так это некоторое искажение асимметрии формы сигнала. Это можно количественно оценить с помощью моделирования THD, результаты которого показаны на рисунке \(\PageIndex{8}\). Коэффициент нелинейных искажений составляет почти 8%. Не так хорошо, как хотелось бы.

Рисунок \(\PageIndex{8}\): Усилитель CE без заболачивания, анализ THD.

Для второго прохода схема модифицируется и включает шунтирующий резистор, как показано на рисунке \(\PageIndex{9}\). Первоначальный эмиттерный резистор на 4,7 кОм (\Омега\) был разделен на 4,5 кОм (\Омега\) и 200 Ом (\Омега\) заглушающий резистор. Смещение в этой схеме идентично первой, поэтому \(r’_e\) не изменяется. Это снизит наше ожидаемое усиление примерно до 13, уменьшившись в 15 раз. Входной сигнал увеличивается в 15 раз для компенсации, так что наше напряжение нагрузки по-прежнему будет около 2 вольт.

Рисунок \(\PageIndex{9}\): Залитый усилитель CE в симуляторе

Еще раз проведем анализ переходных процессов. Результаты показаны на рисунке \(\PageIndex{10}\). В данном случае мы поступили немного иначе. Увеличив масштаб, мы теперь можем подтвердить инверсию сигнала. Входной сигнал — это фиолетовая кривая в узле 4. Мы также можем видеть этот сигнал в основании, опираясь на небольшое отрицательное напряжение смещения постоянного тока (голубая дорожка, узел 2). Смещение постоянного тока составляет около -0,1 вольта. Глядя на эмиттер, мы видим ожидаемое падение напряжения база-эмиттер на 0,7 В постоянного тока ниже этого значения, или около -0,8 В постоянного тока. Обратите внимание, что на эмиттере вообще нет сигнала переменного тока. Это ожидается, так как конденсатор обхода эмиттера принудительно подключает эту точку к заземлению переменного тока.

Напряжение нагрузки — это синяя кривая, узел 5. Хотя большая его часть не видна при таком уровне масштабирования, ясно, что это инвертированная форма волны по сравнению с входным сигналом.

Рисунок \(\PageIndex{10}\): Заболоченный усилитель CE, анализ переходных процессов.

А как насчет искажения напряжения нагрузки? Моделирование THD выполняется на заболоченном усилителе, результаты показаны на рисунке \(\PageIndex{11}\). Коэффициент нелинейных искажений теперь ниже 0,6 %, что является значительным улучшением, даже если это не аудиофильское качество. Интересно, что в соотношении уменьшение искажений примерно равно уменьшению усиления. Чем больше вы отдаете, тем больше получаете.

Рисунок \(\PageIndex{11}\): Заболоченный усилитель CE, анализ THD.

Наконец, изменение качества сигнала можно легко увидеть, отобразив одновременно оба напряжения нагрузки, как показано на рисунке \(\PageIndex{12}\). Незаболоченный выход (синий) демонстрирует характерную асимметрию. Обратите внимание, что положительный пик не совсем достигает 2 вольт, а отрицательный пик превышает -2 вольта. Положительный пик также уширен и сглажен, а отрицательный пик более острый. Напротив, заболоченный выходной сигнал (красный) имеет практически идентичные положительные и отрицательные пиковые значения без видимых изменений формы на них. Сравните эту симуляцию с обсуждением искажения формы волны из главы 6. ​​В частности, сравните рисунок \(\PageIndex{12}\) с рисунком 6.3.4.

Рисунок \(\PageIndex{12}\): Заболоченные и незаболоченные усилители CE, анализ переходных процессов.

7.3.4: Байпас источника питания и развязка

В предыдущих анализах мы предполагали идеальное поведение источников питания постоянного тока. Во-первых, мы предположили, что они представляют собой идеальное заземление по переменному току, а во-вторых, что в них нет пульсаций или шума. В действительности это может быть не так, и неидеальное поведение может привести к ряду проблем, снижающих качество усиленного выходного сигнала, включая гул и колебания.

Для решения первой проблемы можно использовать обходные конденсаторы блока питания. Эти конденсаторы обычно имеют скромные размеры, возможно, 1 мкФ или около того, хотя они могут быть и намного больше, особенно в усилителях с высокой выходной мощностью. Блокировочные конденсаторы источника питания расположены физически близко к активным устройствам. Такое расположение сводит к минимуму резистивное и индуктивное воздействие дорожек и проводки печатной платы источника питания, которые могут привести к тому, что источник питания не будет надежно заземлен по переменному току.

Вторая проблема связана с шумом и пульсациями источника питания, которые проникают во входной сигнал и становятся частью выходного сигнала. Классическим примером этого являются усилители, в которых используется смещение делителя напряжения, такое как показано на рисунке \(\PageIndex{5}\). Делитель не только создает необходимый потенциал постоянного тока на базовой клемме, но также компенсирует любые шумы или пульсации, которые могут влиять на напряжение постоянного тока. Это особенно неприятно, потому что этот нежелательный сигнал подается на базу, где он будет усиливаться.

Очевидным решением этой проблемы является создание очень высококачественного регулируемого источника постоянного тока, но это не всегда практично, учитывая ограничения по стоимости. Относительно простое решение состоит в том, чтобы отделить нежелательные компоненты переменного тока через сеть \(RC\), как показано на рисунке \(\PageIndex{13}\).

Рисунок \(\PageIndex{13}\): Делитель напряжения с развязкой.

Конденсатор \(C_D\) используется для создания заземления переменного тока на стыке делителя, таким образом шунтируя любой шум или пульсации на землю. К сожалению, это также приведет к короткому замыканию входного сигнала, поэтому для предотвращения этого добавляется \(R_3\). \(R_3\) параллельно \(Z_{in(base)}\) для создания входного импеданса.

Каталожные номера

¹ Возникает очевидный вопрос: «Как добиться одновременно высокого усиления и низкого уровня искажений?» Одним из решений является использование нескольких каскадов с низким коэффициентом усиления в каскаде.

² «шутки» — настоящее слово? Это если мы все согласимся, что это так. Кроме того, если бы это было воображаемое слово, мы бы написали его «\(j\) funsies».