Усилитель с общим эмиттером

Рассмотрим источник тока, нагрузкой для которого служит резистор (рис. 2.2.1). Напряжение на коллекторе равно

UK=UKK-IRK.

Можно через емкость задать сигнал в цепь базы, тогда напряжение на коллек­торе будет изменяться. Кон­денсатор С выбран так, что фильтр высо­ких частот, образованный этим конденса­тором и последовательно соединенными с ним резисторами смещения базы, про­пускает все нужные частоты (резисторы в цепи базы обычно выбирают так, чтобы импеданс со стороны базы, т. е. входное сопротивление транзистора, был гораздо больше и им можно было пренебречь).

 

Рис. 2.2.1 Каскад усиления переменного тока с общим эмиттером с отрицательной обратной связью в цепи эмиттера. Обратите внимание, что выходной сигнал снимается с коллектора, а не с эмиттера.

 

Иначе говоря,

 

 

Благодаря напряжению смещения, при­ложенному к базе, и наличию эмиттер-ного резистора сопротивлением 1,0 кОм ток покоя коллектора составляет 1,0 мА. Этот ток создает на коллекторе напряже­ние + 10 В (+ 20 В минус падение напря­жения на сопротивлении 10 кОм при про­текании тока 1,0 мА). Допустим теперь, что на базу подан сигнал иБ. Напряжение на эмиттере повторяет изменение напря­жения на базе иэ — иБ и вызывает измене­ние эмиттерного тока:

 

и приблизительно такое же изменение коллекторного тока (транзистор имеет большой коэффициент Л21э)«Итак, перво­начальное изменение напряжения на базе вызывает изменение коллекторного напряжения:

 

 

Получается, что схема представляет собой усилитель напряжения, коэффици­ент усиления которого определяется сле­дующим образом:

 

 

В нашем примере коэффициент усиления равен —10000/1000, или —10. Знак минус говорит о том, что положительный сигнал на входе дает на выходе отрицатель­ный сигнал амплитуда которого в 10 раз больше, чем на входе). Такая схема называется усилителем с общим эмиттером с отрицательной обратной связью в цепи эмиттера. 1

Входное и выходное сопротивление для усилителя с общим эмиттером. Нетрудно определить входное и выходное сопротивление усилителя. Для входного сигнала схема представляет собой параллельное соединение резисторов 110 кОм, и 10 кОм и входного сопротивления со стороны базы. Последнее приблизительно равно 100 кОм (сопротивление Rэ, увели-: ченное в h21 раз), а значит, входное сопротивление равно приблизительно 8 кОм (преобладающую роль играет сопротивление 10 кОм). Если использу­ется развязывающий конденсатор, ука­занный на схеме, то получаем фильтр высоких частот с точкой -3 дБ на часто­те 200 Гц. Для сигналов в рабочей полосе частот (выше частоты, соответствующей точке -3 дБ) конденсатором емкостью 0,1 мкФ можно пренебречь и учитывать только сопротивление 8 кОм, соединен­ное с ним последовательно.

Выходное сопротивление определяется как параллельное соединение сопротивле­ния 10 кОм и выходного сопротивления транзистора со стороны коллектора. Что же получается? Если бы не коллекторный резистор, то схема не отличалась бы от источника тока. Коллектор обладает очень большим сопротивлением (порядка мегаОм), поэтому выходное сопротивле­ние определяется коллекторным резисто­ром, сопротивление которого составляет 10 кОм. Напомним, что сопротивление со стороны коллектора велико, а со стороны эмиттера мало (как и в схеме эмиттерного повторителя). В выходном сопротивлении усилителя с общим эмиттером преобла­дает сопротивление резистора нагрузки, стоящего в цепи коллектора, а выходное сопротивление эмиттерного повторителя определяется выходным сопротивлением транзистора со стороны эмиттера, а не сопротивлением нагрузки, стоящей в цепи эмиттера.

Схема расщепления фазы

Иногда полезно иметь сигнал и его инвер­сию, т.е. два однородных сигнала, сдви­нутые друг относительно друга по фазе на 180°. Получить такие сигналы нетрудно - нужно воспользоваться усилителем с об­щим эмиттером, коэффициент усиления которого равен -1 (рис. 2.3.1). Напряже­ние покоя на коллекторе устанавливают равным 0,75 UKK вместо привычного зна­чения 0,5 UKK. Это делается с уже извест­ной нам целью-получить симметричный выходной сигнал без срезов на любом из выходов. Напряжение на коллекторе мо­жет изменяться от 0,5 UKK до UKK, а на эмиттере-от потенциала земли до 0,5 UKK. Обращаем ваше внимание на то, что для симметричного усиления выходы схемы следует нагружать одинаковыми (или очень большими) импедансами.

Фазовращатель. На рис. 2.3.2 показан хороший пример использования схемы расщепления фазы выходного сигнала. Схема позволяет регулировать фазу вы­ходного синусоидального сигнала (от ну­ля до 180°) при условии, что входной сигнал тоже представляет собой синусои­ду; амплитуда сигнала при регулировке фазы сохраняется постоянной. Работу схемы помогает понять векторная диа­грамма напряжений представленная на рис. 2.3.3; вход­ной сигнал на ней изображен в виде еди­ничного вектора, направленного вдоль действительной оси.

 

 

 

Рис. 2.3.1. Схема расщепления фазы с единичным коэффициентом усиления.

 

Направления векто­ров, соответствующих сигналам UR и UK, должны быть такими, чтобы этим двум векторам соответствовал вектор постоян­ной длины, направленный вдоль действи­тельной оси. В геометрии есть теорема, согласно которой геометрическим местом таких точек служит окружность. Итак, результирующий вектор (выходное напря­жение) всегда имеет единичную длину, т. е. такую же, как вектор входного сигна­ла, так как R может изменяться от нуля до значений, значительно превышающих ZK на рабочей частоте. Обратите внима­ние, что величина фазового сдвига при данном положении потенциометра R за­висит также от частоты входного сигнала. Следует отметить, что в качестве схемы, обеспечивающей регулируемый сдвиг фаз, можно использовать простейший RC-фильтр высоких (или низких) частот. Правда, в этом случае при регулировке фазы амплитуда выходного сигнала из­меняется в широком диапазоне.

 

Рис. 2.29. Схема расщепления фазы с постоянной амплитудой

 

Рис. 2.30. Векторная диаграмма для схемы расщепле­ния фазы.

 

 

часть 3 полевые транзисторы

 

Полевые транзисторы (ПТ) - это транзисторы, свойства которых совершенно отличаются от свойств рассмотренных в предыдущей главе обычных транзисторов, называемых также биполярными, чтобы подчеркнуть их отличие от ПТ. В расширенном толковании, однако, они имеют много общего, так что их можно определить как приборы, управляемые зарядом. В обоих случаях мы имеем прибор с тремя выводами, в котором проводимость между двумя электродами зависит от наличия носителей заряда, которое в свою очередь регулируется напряжением, приложенным к третьему управляющему электроду.

Теперь о том, чем они отличаются друг от друга. В биполярном транзис-гторе переход коллектор-база смещен в обратном направлении и обычно ток через него не течет. Подача на переход база-эмиттер напряжения около 0,6 В преодолевает «потенциальный барьер» диода, приводя к поступлению электронов в область базы, где они испытывают сильное притяжение со стороны коллек­тора. Хотя при этом через базу будет протекать некоторый ток, большинство такого рода «неосновных носителей» за­катывается коллектором. Результатом является коллекторный ток, управляемый (меньшим по величине) током базы. Ток коллектора пропорционален скорости инжекции неосновных носителей в базу, которая является экспоненциальной функцией разности потенциалов база-эмиттер. Би­полярный транзистор можно рассматри­вать как усилитель тока (с огрубленно постоянным коэффициентом усиления h21э) или как прибор- преобразователь проводимости. В полевом транзисторе, как следует из его названия, проводимостью канала управляет электрическое поле, создавае­мое приложенным к затвору напряже­нием. Здесь нет прямосмещенных р-n-переходов, так что ток через затвор не течет и это, возможно, наиболее важное преимущество ПТ перед биполярными транзисторами. Как и последние, ПТ бы­вают двух полярностей: n-канальные (с проводимостью за счет электронов) и p-канальные (с дырочной проводи­мостью). Эти полярности аналогичны уже известным нам соответственно n-р-n и p-n-p-транзисторам биполярного типа. Однако разнообразие ПТ этим не ограни­чивается, что может приводить к путани­це. Во-первых, ПТ могут изготавливаться с затворами двух различных типов (в результате мы имеем ПТ с p-n-переходом и ПТ с изолированным затвором, так называемые МОП-транзисторы), а во-вторых, -двумя типами легирования ка­нала (что дает ПТ обогащенного и обед­ненного типа).

Рассмотрим вкратце возможности, предоставляемые ПТ различного типа. Предварим, однако, это рассмотрение несколькими замечаниями общего плана. Наиболее важной характеристикой ПТ является отсутствие тока затвора. Полу­чаемое, как следствие этого, высокое вход­ное полное сопротивление (оно может быть больше 10¹⁴ Ом) существенно во многих применениях и в любом случае упрощает проектирование схем. В качест­ве аналоговых переключателей и усили­телей со сверхвысоким входным полным сопротивлением ПТ не имеют себе рав­ных. Сами по себе или в сочетании с би­полярными транзисторами они легко встраиваются в интегральные схемы. В следующей главе мы увидим, насколько успешно это сделано при создании близких к совершенству (и фактически простых в использовании) операционных усилителей, а в гл. 8-11 будет показано, как интегральные схемы на МОП-тран­зисторах революционизировали цифро­вую электронику. Так как на малой пло­щади в ИМС может быть размещено большее число слаботочных ПТ, то они особенно плезны для создания больших интегральных микросхем (БИС), приме­няемых в цифровой технике, таких как микрокалькуляторы, микропроцессоры и устройства памяти. Плюс к тому недавнее появление сильноточных ПТ (30 А или более) позволяет заменить биполярные транзисторы во многих применениях, зачастую получая более простые схемы с улучшенными параметрами.

 

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: