2.1. 3. Эмиттерный повторитель.

Рассмотренные схемы усилительных каскадов использовали основную схему включения биполярного транзистора с общим эмиттером. Теперь рассмотрим работу и характеристики основной схемы включения с общим коллектором.

Рис. 62. Эмиттерный повторитель.

Схема усилительного устройства приведена на рис.62. Особенность построения схемы состоит в том, что коллектор транзистора подключен непосредственно к источнику напряжения питания, а выходное напряжение снимаем с резистора в эмиттерной цепи. Если не допускать режима отсечки (транзистор закрыт), то входное напряжение должно быть положительным и не менее ≈ 0,6В. При этом транзистор всегда будет открыт и выходное напряжение будет меньше входного примерно на 0,6В.

Таким образом, приходим к выводу, что коэффициент усиления по напряжению будет меньше 1, но близок к этому значению. Выполним анализ схемы для определения ее основных параметров.

Анализируя схему, составим уравнения:

dUкэ = - dUвых, dUб = dUбэ + dUэ, dUэ ≈ Rэ*dIк = dUвых, dUб = dUвх.

Полученные уравнения подставим во второе уравнение системы (2).

В последнем выражении необходимо учесть, что Rэ >> 1 и r_к >> 1, а это позволяет допустить 1/Rэ = 1/r_к = 0. Ку = 1. Входное сопротивление эмиттерного повторителя находится также как у усилительного каскада с отрицательной обратной связью по току r_вх = dUвх/dIвх = r_б + (β + 1)*Rэ. Выходное сопротивление определяется соотношением . Для оценки величин сопротивлений рассмотрим пример: Iк = 2мА, β = 100, Rэ = 3000оМ, Rг = 20000оМ. Учитывая, что S = Iк/φ_т и r_б = βφ_т/Iк получаем r_вх = 304,3кОм и r_вых = 198оМ. Как видим, эмиттерный повторитель имеет большое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Поэтому часто эмиттерный повторитель называют – преобразователь импеданса, а из-за коэффициента усиления близкого к 1 и отсутствия инвертирования сигнала его называют – эмиттерный повторитель.

О

Рис. 63. Сложный эмиттерный повторитель и диаграмма его работы.

днако оценим коэффициент усиления по току эмиттерного повторителя К_I = dIвых/dIвх = dIэ/dIб = β + 1. Это приводит к тому, что эмиттерный повторитель обладает высоким коэффициентом усиления мощности К_P = dPвых/dPвх = dUвых*dIвых/dUвх*dIвх. Но Uвых ≈ Uвх, и будем иметь К_P = K_I ≈ β. Поэтому эмиттерный повторитель очень часто используют в качестве усилителя мощности. Эмиттерный повторитель реализованный на одном транзисторе имеет низкий коэффициент полезного действия, так как через транзистор должен протекать ток даже при отсутствии сигнала. Поэтому в качестве усилителя мощности используют схему сложного эмиттерного повторителя см. рис. 63. Как видно на рисунке схема состоит из двух транзисторов разной проводимости, транзистор VT1 проводимости n-p-n, а VT2 – p-n-p. Схема питания состоит из двух источников напряжения U1 и U2, включенных последовательно с заземленной средней точкой. Базы транзисторов соединены между собой и являются входом схемы. Нагрузка включена: общая точка эмиттеров – общий провод.

При отсутствии сигнала базово - эмиттерные переходы обоих транзисторов смещены в обратном направлении, т.е. транзисторы закрыты и, следовательно, токи коллекторов равны нулю.

Рис. 64. Сложный эмиттерный повторитель с предварительным смещением.

При подаче сигнала положительной полярности будет открываться транзистор VT1, но только тогда когда напряжение на базе станет равным или больше 0,7В. При этом будет формироваться ток коллектора транзистора VT1 по контуру: плюс источника питания U1 – коллектор транзистора – эмиттер транзистора – нагрузка – общий провод – минус источника питания U1. При подаче на вход отрицательного напряжения подобным образом работает транзистор VT2, и формирует в нагрузке ток обратного направления. Важно отметить, что при изменении входного напряжения в диапазоне ≈ (+,-) 0,7В оба транзистора закрыты и выходное напряжение равно нулю. Как видно на графике это явление формирует ступеньку в выходном напряжении, что приводит увеличению искажений. Чтобы избавиться от таких искажений необходимо на базы транзисторов подать начальное напряжение смещения и при этом не нарушить стабильность работы каскада. Этой цели добиваются установкой прямо смещенных диодов между базами транзисторов, как показано на рис. 61. В этом случае на базах формируется начальное напряжение равное напряжению на переходе, смещенном в прямом направлении. Поэтому искажения в виде ступеньки отсутствуют.

Важное свойство эмиттерного повторителя – низкое выходное сопротивление, позволяет использовать его в качестве стабилизатора напряжения, схема которого показана на рис. 65.

И

Рис. 65. Эмиттерный повторитель – стабилизатор напряжения.

сточник напряжения питания включается в коллекторную цепь, а сопротивление нагрузки включается в эмиттерную цепь, напряжение на базе задается стабилитроном VD. Ток стабилитрона определяется сопротивлением. Таким образом, напряжение на нагрузке определяется уравнением Uн = Uб – Uбэ, где напряжение на базе Uб равно напряжению стабилизации стабилитрона в широком диапазоне изменения токов нагрузки и входного напряжения.