3. Усилитель по схеме с общим коллектором

Усилитель по схеме с общим коллектором (ОК) (см. рис.14.4) обладает большим значением R_вх и малым R_вых. Этим он выгодно отличается от каскада с общим эмиттером. Однако коэффициент усиления по напряжению К_б1. Поэтому каскад с ОК нашел применение как буферный. Он включается между маломощным источником сигнала и каскадом с ОЭ либо между каскадом с ОЭ и низкоомной нагрузкой.

В схеме каскада с ОК резистор R_б образует цепь смещения с фиксацией тока покоя базы. Коллектор транзистора подключен к источнику питания Е_к. В эмиттерную цепь введен резистор R_э. Он обеспечивает стабилизацию режима работы транзистора за счет ООС по току. Нагрузка R_H подключается к эмиттерной цепи через разделительный конденсатор С_Р. Последний исключает попадание постоянной составляющей тока эмиттера в нагрузку. При таком включении приращение входного и выходного сигналов совпадают по знаку, каскад неинвертирующий.

Входная цепь по переменной составляющей включает участок база-эмиттер с сопротивлением R_бэ, резистор R_э и параллельно соединенный с ним резистор R_H. Поэтому

.

Обозначим

.

Тогда .

Теперь легко определить входное сопротивление каскада

. (14.12)

Например, R_бэ = 10³ Ом;  = 50; R_э = R_Н = 400.

Тогда R_вх = 11200 Ом.

Коэффициент усиления по напряжению

. (14.13)

Для приведенного примера

Чтобы обеспечить наилучшие условия передачи мощности в нагрузку значение R_э, как правило принимают равным R_H.

В заключение отметим, что сигнал на выходе каскада с ОК повторяет форму входного сигнала (К_U близок к единице, инверсия отсутствует). Именно поэтому за каскадом закрепилось название эмиттерный повторитель.

4.Операционный усилитель

Современные разработчики электронной аппаратуры стремятся использовать готовые функциональные узлы в виде интегральных микросхем (ИМС). Схемные решения ИМС тщательно проработаны и обеспечивают высокое качество аппаратуры. Предприятия, выпускающие микросхемы, заинтересованы в их сбыте. Поэтому они стремятся разработать универсальные микросхемы, которые можно применять в качестве различных функциональных узлов. Это повышает их спрос. Одной из таких ИМС является операционный усилитель (ОУ).

ОУ имеет чрезвычайно высокий коэффициент усиления по напряжению (десятки и даже сотни тысяч), большое входное сопротивление (сотни кОм), малое выходное сопротивление ( десятки - сотни Ом). Он усиливает широкий спектр чистот, вплоть до постоянной составляющей.

С хемное обозначение ОУ приведено на рис. 14.5а. На рис. 14.5б приведена упрощенная структурная схема. Она включает симметричный дифференциальный каскад (по схеме рис.14.3), несимметричный дифференциальный каскад (у него сигнал снимается с коллектора Т₂) и эмиттерный повторитель, Первые два каскада обеспечивают высокий коэффициент усиления, а третий каскад - малое выходное сопротивление.

Недостатки операционного усилителя:

1. Коэффициент усиления ОУ К_U меняется от экземпляра к экземпляру в очень широких пределах. Например, для ОУ серии К153УД1

2. Коэффициент усиления К_U сильно зависит от температуры окружающей среды. Это обусловлено зависимостью от температуры коэффициента передачи тока базы транзисторов -.

Такая нестабильность К_U сильно затрудняет применение ОУ непосредственно в качестве усилителя. Кроме того, большое значение К_U ограничивает линейный участок передаточной характеристики ОУ очень малыми напряжениями по входу (см.рис.14.6а). Например, если К_б =20000, а максимальное напряжение на выходе ОУ - , то максимально допустимый диапазон изменений входного напряжения лежит в пределах . При увеличении входного напряжения за эти границы выходное не будет изменяться. Появляются нелинейные искажения сигнала.

Значительно уменьшить недостатки ОУ позволяет применение ОС. Схема ОУ с ОС приведена на рис. 14.6б. Входной сигнал подается на прямой вход ИМС. С выхода ОУ напряжение ОС через делитель R₁R₂ поступает на инвертирующий вход ОУ

. (14.14)

Выходное напряжение ОУ представляется разностью U_вх -U_ОС. Такая ОС называется отрицательной ООС.

При высоких значениях К_U разностью (U_вх- U_OC) можно пренебречь, полагая . Тогда коэффициент усиления ОУ с ООС К_Uoc легко определить с учетом (14.14)

(14.15)

Видим, что К_Uoc определяется лишь отношением сопротивлений (R₁ + R₂)/R₁ и не зависит от К_U, т.е. все дестабилизирующие факторы ликвидированы. В практических схемах значения сопротивлений следует выбирать в пределах 10³  10⁶ Ом. Например, при R₁ = 2  10³ Ом и R₂ = 2 10⁵ Ом. К_Uос = 101. Теперь передаточная характеристика ОУ с ОС будет иметь достаточно большую область линейного участка. Для наших примеров диапазон входного сигнала расширяется до значения 0,1В (пунктир на рис. 14.6а).

Схема инвертирующего ОУ с ООС приведена на рис. 14.6В. В этой схеме входной сигнал и сигнал ООС поступают на инвертирующий вход ОУ. При этом происходит сложение токов I_вх и I_oc. Коэффициент усиления в этой схеме определяется отношением

.

Знак минус указывает, что фазы входного и выходного сигналов противоположны.

Таким образом, введение ООС в схему ОУ позволяет повысить стабильность коэффициента усиления, расширить линейный участок передаточной характеристики и снизить искажения при передаче сигналов большой амплитуды.