Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Анализ усилителей малого сигнала на биполярных транзистораа ОСА, у б Р ОЭ 149~~ Пример 5.5. Вычислить входной импеданс усилителя, изображенного на рисунке 5.22. Коэффициент передачи тока транзистора Д равен 80. решение. Входной импедансЯ; равен Я, = Д(гл + гД. Так как Вн » т'„то ге можно отбросить. И тогда имеем А =,9 . Вн = 80 х 5 кОм = 400 кОм. +9 В +5 В па — ) Му 2 мВ гн, „, Рис. 5.23. Рис. 5.22.
Пример 5.6. Динамическое сопротивление эмиттера транзистора г,' равно 25 Ом и Д = 80. Для усилителя, изображенного на рис. 5.23, вычислить коэффициент усиления по напряжению и выходное напряжение е,. Принять Рнн = 0,7 В. Решение. Из схемы рис. 5.23 имеем 210„,) = Дг,' = 80 х 25 = 2 кОм, А = Вн~~Ецыз,р где Вв = В, !)В, = 20 кОм)(10 кОм = 6,66 кОм. Следовательно, 2; = 6,66 кОм!)2 кОм = 1,54 кОм. Предполагается,что на переменном токе конденсаторы закорочены, тогда два нмпеданса В,(= 2 кОм) и л; образуют делитель напряжения (рис. 5.23). Напряжение сигнала е,(= 2 мВ) делится, и на входе усилителя действует напряжение сь И тогда имеем е;= ' о,=0,435х2мВ=0,87мВ. 1,54 кОм 2 кОм+ 1,54 кОм Следовательно, от напряжения сигнала источника 2 мВ в усилитель попадает только 0,87 мВ.
Остальное напряжение сигнала (2 м — 0,87 мВ = 1,13 мВ) падает (теряется) на сопротивлении источника В, = 2 кОм. Теперь запишем А„= гс = ~~~~~ = 120. Следовательно, и, = А„щ = 120 х 0,87 мВ = 104 мВ. ~~~~50 Глава б. Анализ усилителей малого сигнала на биполярных транзисторах Выходной импеданс усилителя с ОЭ Выходной импеданс усилителя — это полный эквивалентный импеданс на его выходных зажимах. Если известны выходное переменное напряжение и выходной переменный ток, выходной импеданс просто равен их отношению (по закону Ома). Вместо вывода соотношения для выходного импеданса используем другой подход.
Ранее мы видели, что входной импеданс усилителя с ОЭ между базой и землей равен Яде „~ = В(т,'+ гп). И если эмиттер заземлен (т. е. ге = 0), входной импеданс становится равным фг,'. Вспомним, что те — входной импеданс усилителя с общей базой (ОБ). Таким образом, мы видим, что у усилителя с ОЭ входной импеданс в В раз больше, чем у усилителя с ОБ. Выходной импеданс усилителя с ОЭ может быть вычислен преобразованием в эквивалентную схему по теореме Тевенина, но такой анализ сложен.
В действительности, так как входной импеданс усилителя с ОЭ в В раз больше входного импеданса с ОБ, то выходной импеданс усилителя с ОЭ равен 1/В выходного импеданса усилителя с ОБ. Нетрудно увидеть, что выходной импеданс усилителя с ОБ равен г„эффективному импедансу, наблюдаемому с коллектора транзистора. Следовательно, мы можем сделать вывод, что выходной импеданс усилителя с ОЭ равен гс(~. Обобияаем: Схема с общей базой Схема с общим змиттером Входной имнеданс г, =т', г,=д Выходной имнеданс Полный вывод соотношения для выходного импеданса усилителя с ОЭ можно найти в литературе [1] и [3], которая приведена в конце главы.
5.4. Эмиттерный повторитель Усилитель с общим коллектором (ОК) более известен как змиттерный повторитель. Эмиттерный повторитель изображен на рис. 5.24. Некоторые свойства этой схемы аналогичны свойствам усилителя с ОЭ. Например, входной сигнал, как и в усилителе с ОЭ, приложен к базе. Однако выходной сигнал снимается с змиттера — это отличительная особенность эмиттерного повторителя. У усилителей с ОЭ и ОБ выходной сигнал снимается с коллектора. Заменив в схеме на рис. 5.24 транзистор его малосигнальным эквивалентом, получим схему, приведенную на рис. 5.25. Здесь конденсатор представлен короткозамкнутым и источник постоянного тока заземлен, Б.4.
Э р 5 р 1Д как это было сделано и при анализе усилителя с ОЭ (вообще, это требования анализа на переменном токе). т — ~е Рис. 5.24. Схемаусилителя — амит- Рис. 5.25. Эквивалентная схема по перементерного повторителя ному току схемы на рис. 5.24 с транэистором, замененным его моделью Для переменного тока коллектор имеет заземленный потенциал, поэтому эту схему еще называют усилителем с заземленным коллектором или усилителем с общим коллектором. Сравнив схему 5.25 со схемой 5.20, б, видщи, что входные цепи (база — эмиттер) идентичны в обоих случаях, и уравнения (5.7) и (5.8) напрямую применимы к эмиттерному повторителю.
Воспользуемся двумя, выведенными ранее уравнениями, а именно (5.7) и (5.8), для получения коэффициента усиления по напряжению еь = 3,(г,'+ гЕ), (5.23а) Пе — Ее ГЕ. (5.236) Следовательно, коэффициент усиления по напряжению равен (5.24) ва (г' + гЕ) Коэффициент усиления по напряжению эмиттерного повторителя меньше единицы, но близок к ней, потому что ге )) г'. Таким образом, в эмиттерном повторителе нет усиления по напряжению, т.е. выходное напряжение почти равно входному напряжению. Далее при увеличении нл входной ток ге увеличивается, так же увеличивается и выходной ток ге(= атее), вызывая увеличение выходного напряжения. Следовательно, выходное напряжение совпадает по фазе с входным напряжением (здесь нет переворота фазы). Если входной сигнал синусоидальный (рис.
5.4, б), то форма выходного напряжения подобна изобРаженной на Рис. 5.4, а Дла ес (потомУ что 4, ге). ~~~~52 Глава б. Анализ усилителей малова сизнала на биполярных транзисторах Если вспомнить тот факт, что коэффициент усиления близок к единице, то видим, что выходное напряжение эмиттерного повторителя следует за входным как по фазе, так и по амплитуде, По этой причине эта схема называется эмиттерным повторителем. Из схемы эмиттерного повторителя видим, что входной ток равен гь, а выходной — 1,. Следовательно, коэффициент усиления по току, поскольку г, = г, + 1ь = (Р + 1)ьь! будет равен Ае ге!гь (о + 1)хь!гь и + 1 В (5.25) Таким образом, коэффициент усиления по току эмиттерного повторителя высок.
Коэффициент усиления по мощности, равный (5.26) Ар — — А А„= Ае = Д, тоже высок. Для входного импеданса эмиттерного повторителя можно взять напрямую все уравнения для усилителя с ОЭ. Таким образом, входной импеданс со стороны базы транзистора равен Ец~ „~ = Д(г, + гВ). (5.27) Входной ижпеданс в р раз больше сопротивления эмиттерного резистора, и эмиттерный повторитель демонстрирует высокий входной имцеданс. Входной импеданс усилительного каскада Уцесаее~ получим, учитывая базовый резистор ВВ: 'ейесаде) = хсВ!!А(ьаее) (5 26) — Выходной импеданс Я эмиттерноРис.
5.26. Определение выходного им- го повторителя можно измерить, если педаиса Я, эмиттерпого повторителя приложить к эмиттеру (выходному зажиму) малое переменное напряжение ст (тестовый сигнал) и измерить полученный переменный ток ът. Входной источник сигнала ие при этом должен быть заземлен. Таким образом, эквивалентная схема становится такой, как изображена на рис.
5.26. В транзисторной схеме входной и выходной порты связаны, в результате чего выходной импеданс становится функцией импеданса, вносимого из базовой цепи, включая сопротивление источника Ае. Мы видели ранее, что по тем же причинам входной импеданс усилителя является функцией сопротивления нагрузки. «4. Е е Е е 1ДЗ Можно показать (подробный вывод соотношений см. в литературе [1], приведенной в конце главы), что Х В.Р г,'+ / .~~В ( ! "~~е (5.29) На практике В, « КВ, коэффициент передачи тока,9 большой и АЕ » г,'. Нри этих условиях, член (НЕ~ ~В,)?')9 — В,/Д мал и может быть отброшен.
Тогда мы имеем г. = ЛЕ((г,'. И ПОСКОЛЬКУ НЕ~~те Г' ПОЛУЧИМ й г. = г,'. (5.30) Это уравнение показывает, что у эмиттерного повторителя очень низкий выходной импеданс, поэтому он имеет большую практическую ценность. Эмиттерный повторитель имеет коэффициент усиления по напряжению меньше +«г в единицы, но у него большой коэффициент усиления по току, что повышает уровень мощности входного сигнала. У него О а ком большой входной импеданс (наибольший из схем с ОЭ, ОБ, ОК) и очень низкий вы~а йл ходной импеданс.
Эти уровни импеданса 2 «Ом делают его широко применимым в качестве промежуточного усилителя (обычно называемом «буферным усилителемь) Рис. 5.27. между усилителем и большой нагрузкой. Большая нагрузка (низкоомная), если ее включить к усилителю напрямую, снижает коэффициент усиления по напряжению, потому что в этом случае «е падает, и также падает и А„(= т.е?т.е). Но большой входной импеданс эмиттерного повторителя не нагружает усилитель. А низкий выходной импеданс может управлять большой нагрузкой и обеспечить требуемый ток. ПРимер 5.7.
Вычислить входной импеданс усилителя с ОК (эмиттерного повторителя), изображенного на рис. 5.27. Кремниевый транзистор в схеме имеет д = 100. Чему равен выходной импедавс, если г', = 4 Ома? РЕШЕНИЕ. ДЛЯ ЛЮбОГО УСИЛИТЕЛЯ С баЗОВЫМ ВХОДОМ ВХОДНОЙ ИМПЕДаНС ее(«аее) Равен ~е(Ьаее) = Ж~ е + е Е) Так как гв » г'„имеем А(«аее) Р ' ГЕ ° ~~~~~4 Глава б. Анализ рсилитпелей малого сигнала на биполярных тпранзистаорох Теперь т и = Вн)(Вь = 2 кОм03 кОм = 1,2 кОм. Следовательно, Яде „1 = 100 х 1 2 кОм = 120 кОм.
Входной импеданс усилителя А = Вв()А(ыьб = 400 кОм))120 кОмарргох92 кОм. Выходной импеданс эмиттерного повторителя (из уравнения (5.29)) Л = Вайт, +(ВнйВ.)/Я. Теперь (Вв()В,)/б = (400 кОм((0,5 кОм)/100 ев 500 Ом/100 = 5 Ом; Я, = ВнИ4 Ом+ 5 Ом) = 2 кОм09 Ом; = 9 Ом. Можно отметить очень высокий входной имцеданс (92 кОм) и очень низкий выходной импеданс (9 Ом) эмиттерного повторителя. Далее, если сопротивление источника В, = О,то выходной импеданс змиттерного повторителя становится равным динамическому сопротивлению эмиттера.
То есть, Е, = т,'. +кос 0,5 кОм га а) б) Рис. 5.28. Пример 5.8. Найти коэффициент усиления по напряжению А„усилителя, изображенного на рис. 5.28. У каждого транзистора динамическое сопротивление эмиттера равно 20 Ом и б = 50. Решение. При рассмотрении многокаскадных усилителей обычно следует начинать с последнего каскада. Отметим, что Я1 образует усилитель с ОЭ, а Яз— эмиттерный повторитель. Теперь из рис. 5.28, а имеем Яд = б .
Вн = 50 х 1 кОм = 50 кОм. «.«.У б «««(ОЯ) Пф аффективная нагрузка т,м наблюдаемая с коллектора Яь равна г«1 )ь«зо«з = 10 комз50 ком = 8,3 ком. Следовательно, коэффициент усиления по напряжению равен т«~ 8,3 ком (гл + т«') (О+ 20) Ом Общий коэффициент усиления двух каскадов такой же, потому что ««'з — эмиттервый повторитель, у которого А„ « 1. ~При последовательном соединении двух каскадов с коэффициентами усиления по напряжению А„1 и А„з, общий коэффициент усиления А„ш будет равен произведению А,дз = А„«А„з] 5.5. Усилитель малого сигнала с общей базой (ОБ) На рис. 5.29, а изображен усилитель с общей базой (ОВ), который можно перерисовать как на рис. 5.29, б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
