Схема с общим эмиттером


Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ) изображена на рис. 5.1. Входным электродом является база (точнее, входной сигнал Uвx приложен к переходу эмиттер – база, т. е. Uвx = UБЭ = fБ – fЭ, где fБ и fЭ – соответственно, потенциалы базы и эмиттера). Выходным электродом является коллектор, т. е. выходное напряжение Uвыx равно падению напряжения между коллектором и эмиттером UKЭ: Uвыx = UКЭ = fK – fЭ, где fK – потенциал коллектора.

Рис. 5.1

Таким образом, эмиттер является «общим электродом» и для Uвx, и для Uвыx, чем и объясняется название схемы. Допустим, что эмиттер заземлен и fЭ = 0. В большинстве случаев непосредственное соединение эмиттера с землей применяют редко, но здесь рассматривается именно схема с заземленным эмиттером, так как наличие дополнительных элементов RЭ и CЭ не изменяет основной принцип работы схемы с ОЭ, но сильно усложняет объяснение.

Емкости Cp1 и Сp2 будем считать в диапазоне частот сигнала короткими замыканиями, а для постоянных питающих напряжений они, естественно, представляют собой разрывы. Впоследствии вклад Сp1 и Сp2 в характеристики схемы и их назначение будут оговорены.

Для объяснения работы схемы используем известное из физики полупроводников явление: pn-переход при подаче на р-полупроводник положи-

тельного потенциала (относительно потенциала n-полупроводника) открывается и через переход течет ток; причем в определенных пределах ток прямо пропорционален разности потенциалов на переходе. К базе транзистора приложено постоянное положительное напряжение, определяемое значением напряжения источника питания Е и соотношением сопротивлений RБ1 и RБ2 (RБ1 и RБ2 называют базовым делителем), поэтому fБ всегда превышает fЭ и переход эмиттер – база открыт.

Если теперь учесть, что на базу транзистора кроме постоянного положительного напряжения Uвx= = E(RБ2/(RБ1 + RБ2)) поступает также переменный сигнал Uвx (для простоты примем, что Uвx – гармонический сигнал), то в моменты, когда Uвx имеет положительную полярность, pn-переход открывается еще больше и ток через него возрастает, а в моменты, когда Uвx имеет отрицательную полярность (но сохраняется Uвx= + Uвx >0), переход частично закрывается и ток уменьшается. Ток через pn-переход эмиттер – база называют током эмиттера IЭ. Внутри транзистора он разделяется на небольшой ток базы IБ << IЭи ток коллектора IК IЭ. В свою очередь, ток коллектора IК течет через сопротивление RK и создает на нем напряжение DUR = IKRK. Отсюда очевидно, что потенциал коллектора fK = Е – DUR = Е IKRK зависит от того, насколько открыт переход эмиттер – база, т. е. от Uвx.

Для аналитического описания зависимости IК от UБЭчасто используют параметр S = DIK/DUБЭ, который называется крутизной. Единицей измерения крутизны является ампер на вольт [А/В], ее название связано с очень редко встречающимися в справочниках «сквозными» вольт-амперными характеристиками транзисторов. Итак,

Uвыx = fK – fЭ = Е IKRK = Е S UБЭ RK = Е S RK(Uвx= + Uвx) =

= Е S RKUвx= S RKUвx.

Два первых слагаемых представляют собой постоянное напряжение Uвых=, а переменный выходной сигнал равен Uвыx = – S RKUвx.

Таким образом, в схеме с общим эмиттером при подаче переменного сигнала на базу транзистора обеспечивается формирование на коллекторе такого же переменного сигнала, отличающегося от входного амплитудой и знаком. При прохождении сигнала через схему имеет место сдвиг фазы, равный 180°). Коэффициент передачи схемы по напряжению

KU = | Uвыx/Uвx| = S RK.

Отметим, что использование такого параметра, как крутизна, удобно лишь для объяснения процессов в схеме. В справочниках величина S не приводится, зато обычно имеются входные и выходные вольт-амперные характеристики (зависимости IБ от UБЭи IК от UКЭ соответственно).

Остановимся еще на некоторых моментах.

Во-первых, следует обсудить функциональное назначение емкостей Cp1 и Сp2. Эти емкости представляют собой элементарные фильтры высоких частот, обеспечивающие развязку последовательно соединенных схем по постоянному сигналу. Допустим, что усилитель построен по двухкаскадной схеме, т. е. состоит из двух схем с общим эмиттером (выход первой схемы соединен со входом второй). В этом случае, очевидно, надо без потерь передать переменный сигнал с коллектора транзистора первой схемы на базу транзистора второй схемы. Проще всего это можно было бы сделать, соединив электроды двух транзисторов накоротко. Но ведь как напряжение на базе, так и напряжение на коллекторе содержат не только переменные, но и постоянные составляющие, причем разные:

fБ= = Uвx= = E(RБ2/(RБ1 + RБ2));

fK= = Uвыx= = Е S RKUвx=.

Элементом, который пропускает переменный ток, но не пропускает постоянный, является емкость. Именно «разделительная» емкость Сp, установленная между двумя каскадами, обеспечивает прохождение переменного сигнала и «развязку» каскадов по постоянному току.

В схеме рис. 5.1 эмиттер заземлен. Обычно это не так: схема с общим эмиттером содержит в цепи эмиттера сопротивление RЭ и блокировочный конденсатор СЭ. Назначение резистора – обеспечивать термостабилизацию параметров схемы. Дело в том, что при повышении температуры в полупроводниках возрастает подвижность носителей зарядов и их концентрация, в результате чего возрастает ток эмиттера, а значит и ток коллектора. Чтобы вернуть токи в исходное (до нагрева) состояние, надо частично закрыть переход эмиттер-база, а для этого увеличить fЭ при неизменном fБ. Если эмиттер заземлен, то изменить fЭ невозможно, а если имеется сопротивление RЭ – задача решается очень легко: fЭ = IЭ RЭ, поэтому с ростом IЭ обеспечивается нужный эффект увеличения потенциала эмиттера. К сожалению, наличие RЭ вызовет минимизацию изменений тока IЭ не только на инфранизких частотах температурного дрейфа, но и на частотах сигнала, усиление схемы резко снизится. Поэтому необходимо зашунтировать RЭ на частотах сигнала, применив для этой цели блокировочный конденсатор. На частотах температурного дрейфа СЭ представляет собой большое сопротивление и не влияет на механизм термостабилизации; с возрастанием f превращается в короткое замыкание.

Теперь оговорим, какими параметрами обладает схема с ОЭ.

1. Коэффициент передачи (усиления) по напряжению KU = SRK обычно достигает единиц-десятков раз.

Рис. 5.2

2. Амплитудная характеристика (АХ) – зависимость Uвыx от Uвx(рис. 5.2). Линейный участок АХ имеет наклон α, связанный с коэффициентом передачи соотношением KU = tg α. При малых уровнях входного сигнала Uвыx определяется уровнем шума Uш, при очень больших (Uвx > > Uлин max) – примерно равен уровню коллекторного питания.

3. Коэффициент передачи по току KI равен отношению выходного тока ко входному. Выходным электродом является коллектор, входным – база, поэтому КI = IK/IБ. Но IБ << IЭ, а IК = IЭ, отсюда KI >> 1.

4. Коэффициент передачи по мощности KP = KUKI, как следствие, весьма значителен.

5. Сдвиг фаз в схеме равен 180°.

6. Входное сопротивление Rвx схемы определяется параллельным соединением сопротивлений RБ1, RБ2 и эквивалентного сопротивления рn-перехода эмиттер – база: rБЭ = IБ/UБЭ.Обычно значения RБ1 и RБ2, необходимые для работы схемы, а также rБЭ составляют килоомы – десятки килоом, поэтому и входное сопротивление равно килоомам.

7. Выходное сопротивление ненагруженной схемы Rвыx определяется в первую очередь значением сопротивления RK (сотни ом – единицы килоом), а также эквивалентным сопротивлением транзистора rКЭ = IК/UКЭ (обычно порядок rКЭ – килоомы).

8. Амплитудно-частотная характеристика KU = KU(f), где f – частота (рис. 5.3). АЧХ имеет на средних частотах равномерный участок, параллельный оси частот. На низких частотах, где емкости Cp1 и Сp2 еще не являются короткими замыканиями и часть сигнала падает на них, АЧХ имеет спад. Дополнительной причиной спада АЧХ на низких частотах является наличие RЭ,

Рис. 5.3

еще не зашунтированного в полной мере блокировочным конденсатором.

Спад АЧХ имеет место и на высоких частотах, но там он вызван шунтирующим действием паразитных емкостей Спар (Спар, в частности, «включены» параллельно RK), а также снижением усилительных свойств транзистора с частотой (снижением S).

9. Фазочастотная характеристика Df = Df(f). Сдвиг фаз Df = 180° обеспечивается только на средних частотах. На низких частотах из-за вклада Cp1 и Сp2 он больше, на высоких частотах из-за наличия Спар – меньше.

АЧХ и ФЧХ схемы не всегда удовлетворяют потребителя, и часто осуществляется их коррекция (исправление) с помощью внесения дополнительных элементов.

Рис. 5.4

Низкочастотная коррекция (НЧК) осуществляется разделением коллекторного сопротивления (рис. 5.4) на два: RK1 и RK2. Средняя точка делителя через емкость Cф соединяется с землей. На низких частотах Cф представляет собой большое сопротивление, и ее можно не учитывать при определении коэффициента усиления схемы, который определяется как KU = S(RK1 + RK2). На средних и высоких частотах Cф превращается в короткое замыкание и шунтирует RK2, поэтому коэффициент усиления снижается и равен KU = SRK1.

Cф выполняет также функцию фильтра, не допускающего переменный сигнал в источник питания (именно поэтому он помечен индексом «ф»).

Высокочастотная коррекция осуществляется двумя различными способами. Во-первых, последовательно с RK ставят индуктивность L (рис. 5.5) – такой способ называется индуктивной высокочастотной коррекцией (ИВЧК). В этом случае при любом значении индуктивности коэффициент усиления схемы возрастает с ростом частоты, так как

KU = S =

= S .

Рис. 5.5

При более тонком подборе значения L можно «организовать» резонанс между индуктивностью и паразитной емкостью на частоте, при которой начинается спад АЧХ. Резонансный контур должен быть параллельным, что в действительности имеет место и может быть объяснено с помощью эквивалентной схемы каскада по переменному току (рис. 5.6). Недостатком ИВЧК является наличие в схеме низкотехнологичного элемента – катушки индуктивности.

Рис. 5.6

Второй способ высокочастотной коррекции – эмиттерная (ЭВЧК) не предусматривает введение в схему дополнительных элементов, а лишь существенное уменьшение значения емкости CЭ. Независимо от своего значения эта емкость не шунтирует RЭ на инфранизких частотах температурного дрейфа, поэтому механизм термостабилизации не нарушается. Но маленькая CЭ (при малых значениях ее уже не принято называть блокировочной) не шунтирует RЭ и на низких и средних частотах сигнала, при этом KU снижается.

Только на высоких частотах CЭ закорачивает эмиттерное сопротивление и коэффициент усиления начинает возрастать – как раз тогда, когда в силу других причин он снижается. ЭВЧК из-за отсутствия индуктивности находит все более широкое применение, хотя обладает существенным недостатком – уменьшением KU усилителя на низких и средних частотах.

 



Дата добавления: 2016-10-07; просмотров: 15135;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.019 сек.