Site Loader

Содержание

Усилительный каскад с общим коллектором

Добавлено 5 октября 2017 в 18:40

Сохранить или поделиться

Наш следующий в изучении тип включения транзистора немного проще для вычисления коэффициентов усиления. Так называемая схема с общим коллектором показана на рисунке ниже.

В схеме с общим коллектором и вход, и выход используют коллектор (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Конфигурация этого каскада называется схемой с общим коллектором, потому что (игнорируя батарею источника питания) и источник сигнала, и нагрузка делят между собой вывод коллектора как общую точку (рисунок ниже).

Общий коллектор: входной сигнал подается на базу и коллектор, выходной сигнал берется со схемы эмиттер-коллектор

Должно быть очевидно, что через резистор нагрузки, помещенный в цепь эмиттера, в схеме усилителя с общим коллектором протекают как ток базы, так и ток коллектора. Поскольку через вывод эмиттера транзистора протекает самое большое значение тока (сумма токов базы и коллектора, которые всегда объединяются вместе для формирования тока эмиттера), было бы разумным предположить, что этот усилитель буде иметь очень большой коэффициент усиления по току. Это предположение действительно правильное: коэффициент усиления по току усилителя с общим коллектором довольно большой, больше, чем в любом другом типе схемы транзисторного усилителя. Однако это не совсем то, что его отличает от других типов схем транзисторных усилителей.

Давайте сразу же перейдем к SPICE анализу этой схемы усилителя, и вы сможете сразу увидеть, что уникального в этом типе включения транзистора. Схема и список соединений приведены ниже.

Схема усилительного каскада с общим коллектором для SPICE
common-collector amplifier vin 1 0 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 dc 15 rload 3 0 5k .model mod1 npn .dc vin 0 5 0.2 .plot dc v(3,0) .end
Общий коллектор: напряжение на выходе меньше напряжения на входе на 0,7 В (на падение напряжения VБЭ)

В отличие от усилительного каскада с общим эмиттером из предыдущего раздела, схема с общим коллектором создает выходное напряжение в прямой, а не в обратной пропорции к возрастающему входному напряжению. Смотрите рисунок выше. По мере увеличения входного напряжения увеличивается и выходное напряжение. Более того, тщательный анализ показывает, что выходное напряжение почти

идентично входному, отставая от него примерно на 0,7 вольта.

Это уникальная особенность усилительного каскада с общим коллектором: выходное напряжение, которое почти равно входному напряжению. При рассмотрении с точки зрения изменения выходного напряжения для заданного изменения величины входного напряжения, этот усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению, равный почти единице (1), или 0 дБ. Это справедливо для транзисторов с любым значением β и для любых сопротивлений нагрузки.

Понять, почему выходное напряжение в схеме с общим коллектором всегда почти равно входному напряжению, очень просто. Обратившись к модели транзистора на базе диода и источника тока (рисунок ниже), мы увидим, что ток базы должен протекать через PN-переход база-эмиттер, который эквивалентен обычному выпрямляющему диоду. Если этот переход смещен в прямом направлении (транзистор проводит ток в активном режиме или режиме насыщения), падение напряжения на нем будет равно примерно 0,7 вольта (предполагаем, что транзистор кремниевый). Это падение 0,7 вольта во многом не зависит от реальной величины тока базы; таким образом, мы можем считать его постоянным.

Эмиттерный повторитель: напряжение на эмиттере повторяет напряжение на базе (меньше на величину падения напряжения база-эмиттер, 0,7 вольта) (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Учитывая полярности напряжений на PN-переходе база-эмиттер и на резисторе нагрузки, мы видим, что одни должны складываться вместе, чтобы в соответствии с законом напряжений Кирхгофа равняться входному напряжению. Другими словами, напряжение на нагрузке всегда будет примерно на 0,7 вольта меньше входного напряжения при всех условиях, когда транзистор проводит ток. Отсечка происходит при входном напряжении ниже 0,7 вольта, а насыщение – при входном напряжении выше напряжения батареи (источника питания) плюс 0,7 вольта.

Поэтому схема усилителя с общим коллектором также известна как повторитель напряжения или эмиттерный повторитель, поскольку напряжения на эмиттерной нагрузке почти повторяют напряжения на входе.

Применение схемы с общим коллектором для усиления сигналов переменного напряжения также требует использования «смещения» входного сигнала: постоянное напряжение должно быть добавлено к входному сигналу переменного напряжения, чтобы удерживать транзистор в активном режим в течение всего периода синусоиды входного сигнала. Когда смещение будет добавлено, в результате получится неинвертирующий усилитель, показанный на рисунке ниже.

Усилительный каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель)
common-collector amplifier
vin 1 4 sin(0 1.5 2000 0 0)
vbias 4 0 dc 2.3
q1 2 1 3 mod1
v1 2 0 dc 15
rload 3 0 5k
.model mod1 npn
.tran .02m .78m
.plot tran v(1,0) v(3,0)
.end

Результаты моделирования SPICE на рисунке ниже показывают, что выходной сигнал повторяет входной. Амплитуда выходного сигнала такая же, как и у входного. Тем не менее, уровень постоянной составляющей смещается вниз на падение напряжения VБЭ.

Схема каскада с общим коллектором (эмиттерный повторитель): выход V(3) повторяет вход V(1), но ниже на VБЭ = 0,7 вольта

Вот еще один вид схемы (рисунок ниже) с осциллографами, подключенным к нескольким интересным точкам.

Коэффициент усиления по напряжению каскада с общим коллектором равен 1

Поскольку эта конфигурация усилителя не обеспечивает никакого усиления по напряжению (на самом деле, коэффициент усиления по напряжению у нее чуть меньше 1), ее единственным усиливающим фактором является ток. Коэффициент усиления по току схемы усилителя с общим эмиттером, рассмотренной в предыдущем разделе, равен β транзистора, поскольку входной ток проходит через базу, а выходной ток (ток нагрузки) – через коллектор, а β – это и есть отношение тока коллектора к току базы. Однако в схеме с общим коллектором нагрузка расположена последовательно с эмиттером, и, следовательно, ток через неё равен току эмиттера. В схеме протекает два тока: ток от эмиттера к коллектору и ток базы. Через нагрузку в этом типе схемы усилителя протекают оба этих тока: ток коллектора плюс ток базы. Это дает коэффициент усиления по току, равный β плюс 1.

\[A_I = { I_{эмиттер} \over I_{база} }\]

\[A_I = { I_{коллектор} + I_{база} \over I_{база} }\]

\[A_I = { I_{коллектор} \over I_{база} } + 1\]

\[A_I =\beta + 1\]

Опять же, PNP транзисторы так же можно использовать в схеме с общим коллектором, как и NPN транзисторы. Расчеты усиления одинаковы, равно как и неинвертирование усиленного сигнала. Единственное различие заключается в полярностях напряжений и направлениях токов (рисунок ниже).

PNP версия усилительного каскада с общим коллектором

Популярное применение усилителя с общим коллектором – стабилизированные источники питания постоянного напряжения, где нестабилизированное (изменяющееся) постоянное напряжение источника фиксируется на заданном уровне для подачи стабилизированного (устойчивого) напряжения на нагрузку. Конечно, стабилитроны уже выполняют эту функцию по стабилизации напряжения (рисунок ниже).

Стабилизатор напряжения на стабилитроне

Однако при использовании этой схемы стабилизатора непосредственно для питания нагрузки величина тока, которая может быть подана на нагрузку, обычно очень сильно ограничена. По сути, эта схема стабилизирует напряжение на нагрузке, поддерживая ток на последовательном резисторе на уровне достаточно высоком, чтобы на нем упало всё избыточное напряжение источника, при этом и стабилитрон, если необходимо, потребляет ток, чтобы напряжение на нем было постоянным. Для сильноточных нагрузок простой стабилизатор напряжения на стабилитроне должен будет пропускать через стабилитрон большой ток, чтобы эффективно стабилизировать напряжение на нагрузке в случае сильных изменений сопротивления нагрузки или напряжения источника.

Одним из популярных способов увеличения допустимой величины тока, подаваемого на нагрузку, в подобных схемах является использование транзистора, включенного по схеме с общим коллектором, для усиления тока нагрузки так, чтобы цепь стабилитрона работала только с той величиной тока, которая необходима для подачи на базу транзистора (рисунок ниже).

Применение схемы с общим коллектором: стабилизатор напряжения (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Есть только одна оговорка: напряжение на нагрузке будет примерно на 0,7 вольта меньше напряжения стабилитрона из-за падения напряжения на PN переходе транзистора база-эмиттера. Так как эта разница в 0,7 вольта довольно постоянна в широком диапазоне токов нагрузки, в реальной схеме стабилитрон может быть выбран с номинальным напряжением на 0,7 вольта выше, чем необходимое выходное напряжение стабилизатора.

Иногда в конкретном приложении со схемой с общим коллектором бывает недостаточно высокого коэффициента усиления по току одиночного транзистора. Если это так, то несколько транзисторов могут быть объединены в популярную схему, известную как пара Дарлингтона, являющуюся просто расширением концепции схемы с общим коллектором (рисунок ниже).

NPN пара Дарлингтона

Пары Дарлингтона, по сути, ставят один транзистор в качестве нагрузки другого транзистора по схеме с общим коллектором, тем самым перемножая их собственные коэффициенты усиления по току. Ток базы верхнего левого транзистора усиливается на эмиттере этого транзистора, который напрямую соединен с базой нижнего правого транзистора, где ток снова усиливается. Общий коэффициент усиления по току выглядит следующим образом:

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона:

\[A_I = (\beta_1 + 1)(\beta_2 + 1)\]

где

  • β1 – бета первого транзистора;
  • β2 – бета второго транзистора;

Если вся сборка включена по схеме с общим коллектором, коэффициент усиления по напряжению по-прежнему равен почти 1, хотя напряжение на нагрузке будет на 1,4 вольта меньше входного напряжения (рисунок ниже).

В схеме усилителя с общим коллектором на паре Дарлингтона теряется удвоенное напряжение VБЭ, падение напряжение на PN переходах

Пары Дарлингтона могут быть приобретены как отдельные устройства (два транзистора в одном корпусе) или могут быть собраны из пары отдельных транзисторов. Конечно, если требуется еще большее усиление по току, чем то, что может быть получено на паре, можно собрать и триплет, и квадруплет Дарлингтона.

Подведем итоги:

  • Усилительный каскад с общим коллектором называется так потому, что (игнорируя батарею источника питания) и источник сигнала, и нагрузка делят между собой вывод коллектора как общую точку.
  • Усилитель с общим коллектором также известен как эмиттерный повторитель.
  • Выходное напряжение усилителя с общим коллектором будет синфазно с входным напряжением, что делает каскад с общим коллектором неинвертирующим усилителем.
  • Коэффициент усиления по току у усилителя с общим коллектором равен β плюс 1. Коэффициент усиления по напряжению примерно равен 1 (на самом деле, чуть меньше).
  • Пара Дарлингтона представляет собой пару транзисторов, «переплетающихся» друг с другом так, чтобы эмиттер одного из них был источником тока для базы другого по схеме с общим коллектором. Результатом является общий коэффициент усиления по току равный произведению их собственных коэффициентов усиления по току (β плюс 1).

Оригинал статьи:

Теги

Биполярный транзисторКаскад с общим коллекторомКоэффициент усиления по напряжениюКоэффициент усиления по токуОбучениеПара ДарлингтонаЭлектроникаЭмиттерный повторитель

Сохранить или поделиться

Усилители с общей базой и общим коллектором

Усилитель с общей базой

На рис. 24.1 показан усилитель, где транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ). Необходимое смещение создают два отдельных источника питания. Разделительный конденсатор С1 обеспечивает передачу пере­менного входного сигнала на эмиттер транзистора (входное напряжение прикладывается между эмиттером и базой). Выходной сигнал снимается с нагрузочного резистора R4.

На рис. 24.2 приведена практическая схема усилителя промежуточной частоты с одним источником питания. Нагрузкой усилителя являет­ся резонансный контур С3L1 с трансформаторной связью. С1 – входной разделительный конденсатор, резисторы R1 и R2 образуют цепь смещения по постоянному току, R3 — эмиттерный резистор. Развязывающий конденсатор С2 обеспечивает сохранение на базе транзистора нулевого потенциала по переменному току. В данном случае развязывающий конденсатор присоединен к положительной шине источника питания, а не с шасси. Это допустимо, поскольку по переменному току (то есть для переменного сигнала) потенциал этой шины равен нулю. Потенциалы положительной шины источника питания и шасси отличаются только по постоянному току.

Усилитель с ОБ имеет низкое входное сопротивление (50-100 Ом) и низкий коэффициент усиления по сравнению с усилителем по схеме с ОЭ. Преимущество этого усилителя – хорошие частотные характеристики (широкая полоса пропускания). Поэтому усилители с ОБ используют­ся при очень высоких частотах, например в качестве усилителей РЧ в радиоприемниках и телевизорах, усилителей ПЧ в ЧМ-приемниках и т. д.

Рис. 24.1. Усилитель с ОБ. Источники питания Е1 и Е2 задают режим усилителя по постоянному току.

 

Рис. 24.2. ТипичныйУПЧ по схеме с ОБ. 

Фазовые соотношения

При уменьшении входного сигнала потенциал эмиттера уменьшается от­носительно потенциала базы, ток Ic увеличивается и увеличивает падение напряжения на коллекторном резисторе. В результате уменьшается вы­ходное напряжение. Таким образом, усилитель с ОБ не изменяет фазу входного сигнала при его усилении.

Усилитель с общим коллектором

На рис. 24.3(а) показан усилитель, где транзистор включен по схеме с об­щим коллектором. Здесь С1 и С2 входной и выходной разделительные конденсаторы, резисторы R1 и R2 образуют цепь смещения по постоянно­му току. Коллекторный резистор отсутствует, так как выходной сигнал снимается с эмиттера. На рис. 24.3(б) представлен обычный способ изображения схемы усилителя с ОК. Выходной сигнал действует на эмиттерном резисторе R3, и поэтому данная схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерный повторитель имеет высокий коэффициент усиления по току и меньший единицы коэффициент усиления по напря­жению. Такое значение коэффициента усиления по напряжению связано с действием 100 %-ной отрицательной обратной связи через резистор R3.

Фазовые соотношения

При увеличении входного сигнала потенциал базы увеличивается отно­сительно потенциала эмиттера, т. е. увеличивается напряжение VBE, и соответственно увеличивается падение напряжения на эмиттерном рези­сторе, являющегося выходным напряжением. Таким образом, усилитель с ОК не изменяет фазу входного сигнала при его усилении.

 

Рис. 24.3. Эмиттерный повторитель, или усилитель с ОК, (а)

и стандартное изображение его схемы (б).

Таблица 24.1. Сравнение усилителей с ОЭ, ОБ и ОК

Конфигу­рация

Входное сопротивление

Выходное сопротивление

Инвертиро­вание фазы

Преимущества

ОЭ

1-2 кОм

10-50 кОм

Да

Высокое усиление по току и мощности

ОБ

Очень низкое

Очень высокое

Нет

Хорошие частотные характеристики

ОК

Очень высокое

Очень низкое

Нет

Низкое выходное сопротивление, высокий коэффициент усиления по току

 

Добавить комментарий

11 Усилительный каскад с общим коллектором

3.3 Усилительный каскад с общим коллектором (ОК)

Простейший ЭП представлен на рисунке 3.3.1 –а, и содержит транзистор и резистор, включенный в цепь эмиттера. Входной сигнал подается между базой и «землей». Изменение отпирающего напряжения на базе транзистора относительно эмиттера от нуля до напряжения насыщения базы вызывает изменение сопротивления (идеального) транзистора от бесконечности до нуля, из-за чего выходное напряжение изменяется от нуля до ЕК. Т.е. входной и выходной сигналы совпадают по фазе. Из-за чего усилитель с общим коллектором получил

второе название, более точно описывающее его свойства — эмиттерный повторитель (ЭП) . Аналогом такой схемы является делитель напряжения, рис. 3.3.1-б. Из рис. 3.3.1-а вытекает, что входное напряжение можно представить в виде суммы:

                                                            (3.3.1)

Поскольку U= UВЫХ , из выражения (3.3.1) вытекает, что выходное напряжение всегда меньше входного на величину падения напряжения UБЭ. Заменив U = IЭRЭ выражение (3.3.1) можно переписать

            ,                        (3.3.2)

из чего следует, что усилитель охвачен стопроцентной отрицательной обратной связью по току, которая, как показано в разделе 3.2, повышает температурную стабильность усилителя. Более совершенная схема ЭП содержит один или два базовых резистора для задания положения рабочей точки транзистора и разделительные конденсаторы для гальванической развязки с источником сигнала и нагрузкой. Включение СЭ, аналогично усилителю ОЭ, привело бы к шунтированию выходного сигнала на ВЧ, из-за чего в ЭП такой конденсатор ставить нельзя.

 Для расчета режима каскада ОК (рис. 3.3.2) составляют уравнения Кирхгофа для входной и выходной цепей усилителя:

Рекомендуемые файлы

                                                                  (3.3.3)

                                                                              (3.3.4)

Решая их с учетом (3.2.15), получим

                                  (3.3.5)

                                               (3.3.6)

                                      (3.3.7)

При графическом методе расчета используют статические выходные характеристики транзистора в схеме ОЭ. Поэтому в уравнении (3.3.7) заменяют ток IЭ близким ему значением IК, т. е. IК IЭ.

Формулы (3.3.5), (3.3.6), (3.3.7) применимы для расчета режима усилителей на рис. 3.3.2. При этом в каскаде на рис. 3.3.2-а роль источника ЕБ выполняет источник ЕК (ЕБ = ЕК), а для усилителя на рис. 3.3.2-б

             ,                              (3.3.8)

Для определения основных параметров каскада ОК составляют малосигнальную эквивалентную схему (рис. 3.3.3), считая, что в области средних частот

                                                                        (3.3.9)

1. Входное сопротивление. Входное сопротивление транзистора,определяемое между точками 0-0’, равно

                                            (3.3.10)

где RЭН = RЭRН /(RЭ + RН). Если считать rК→∞, то с учетом (3.2.15)

                                                    (3.3.11)

Входное сопротивление каскада велико и составляет от десятков до сотен кило-Ом. Оно определяется в основном вторым слагаемым выражения (3.3.11) и оценивается приближенной формулой

                                               (3.3.12)

Большое входное сопротивление обусловлено последовательной отрицательной обратной связью по напряжению, создаваемой сопротивлением RЭН. Сопоставляя структуру выражения (3.3.11), полученного при rК→∞, со схемой рис. 3.3.3, можно установить, что второе слагаемое этого выражения эквивалентно сопротивлению эмиттерной цепи транзистора (с учетом действия отрицательной обратной связи). Если учесть влияние сопротивления rК, подключенного параллельно эмиттерной цепи транзистора, то получается

                 (3.3.13)

Из последнего выражения следует, что входное сопротивление транзистора не может быть больше величины rК даже при сколь угодно больших сопротивлениях RЭН.

Входное сопротивление каскада, определяемое между точками 1-1′,

                                                                             (3.3.14)

Так как RВХ.Т обычно велико, то сопротивление RБ сильно шунтирует вход каскада и пользоваться упрощенным выражением RВХRВХ.Т не всегда допустимо.

Для увеличения входного сопротивления надо выбирать RБ >> RВХ.Т, что не всегда можно реализовать в практических схемах.

2. Коэффициент усиления ЭДС и напряжения. Из эквивалентной схемы рис. 3.3.3 следует, что

                      

Если считать RБ >> RВХ.Т ,что эквивалентно iБ iВХ и учесть (3.2.15) и (3.3.12), то

                                                                                                                                                            (3.3.15)

Так как β +1=1/(1-α), то

                                                (3.3.16)

                                        (3.3.17)

Из полученных формул видно, что в усилителе ОК нет усиления сигнала по напряжению (Ke<1, Ки<1). Однако при RВХ.Т >> RГ, что равносильно неравенству (1-α)(RГ+rБ) <<rЭ+RЭН, коэффициенты усиления Ке и Кu близки к единице.

3. Коэффициент усиления тока. Из эквивалентной схемы на рис. 3.3.3 можно записать, что iВХRВХ = iбRВХ.Т, а iЭRЭН = — iВЫХRН. Тогда с учетом (3.2.15), (3.314) и

                                                                                (3.3.18)

получим

                               (3.3.19)

Знак «-» в (3.3.19) означает, что реальное направление выходного тока iВЫХ противоположно выбранному положительному направлению (рис. 3.3.3).

Максимальное значение Ki будет при RЭ> RН и RБ> RВХ.Т :

                                  ,                                                  (3.3.20)

что значительно больше единицы.

4. Коэффициент усиления мощности. Так как Ki >> 1,и Ки ≈ 1, то

КP= Ki Ки>1.

5. Выходное сопротивление. При расчете выходного сопротивления исходят из общего определения . Для этого по упрощенному выражению (3.3.17) составляют эквивалентную схему каскада рис. 3.3.4,(СХЕМУ НАРИСОВАТЬ) в которой связь между током iЭ и ЭДС eГ сохраняется такой же, как и в схеме на рис. 3.3.3. В этом можно убедиться, получив Ке непосредственно из схемы рис. 3.3.4.

Из схемы на риc. 3.3.4 находят выходное напряжение холостого хода (RН→∞)

                                                        (3.3.21)

и выходной ток короткого замыкания

                                                                 (3.3.22)

Откуда

              (3.3.23)

Выходное сопротивление каскада состоит из двух параллельно включенных сопротивлений: RЭ и выходного сопротивления транзистора. Тогда ив формулы (3.3.23) следует, что

                                         (3.3.24)

Рекомендация для Вас — 16 Гражданское общество и правовое государство.

Так как обычно RЭ >>RВЫХ.Т, то

                                        (3.3.25)

Таким образом, выходное сопротивление каскада ОК весьма мало и составляет десятки Ом.

Проведенный анализ показывает, что усилительный каскад ОК не усиливает напряжения, но дает усиление тока и мощности. Коэффициент усиления тока в этом каскаде наибольший из всех рассмотренных. Каскад обладает наибольшим входным и очень малым выходным сопротивлением.

Большое входное и малое выходное сопротивление позволяют использовать усилитель ОК в качестве согласующего каскада для передачи сигнала от источника с большим внутренним сопротивлением в низкоомную нагрузку. Обычно ЭП ставят на входе электронного устройства, если известно, что источник сигнала – высокоомный, или на выходе для обеспечения большого тока в нагрузку. В основе компенсационного стабилизатора напряжения также лежит эмиттерный повторитель.

2.07. Усилитель с общим эмиттером

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ



Рассмотрим источник тока, нагрузкой для которого служит резистор (рис. 2.26). Напряжение на коллекторе равно

Uк=Uкк — IкRк.

Рис. 2.26.

Можно через емкость задать сигнал в цепь базы, тогда напряжение на коллекторе будет изменяться. Рассмотрим пример, представленный на рис. 2.27. 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. 2.27. 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,

C ≥ l/2πƒ(R1 || R2). Uк=Uкк — IкRк.

Благодаря напряжению смещения, приложенному к базе, и наличию эмиттерного 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 uб. Напряжение на эмиттере повторяет изменение напряжения на базе uэ — uб и вызывает изменение эмиттерного тока:

iэ = uэ/Rэ = uб/Rэ

и приблизительно такое же изменение коллекторного тока (транзистор имеет большой коэффициент h21э). Итак, первоначальное изменение напряжения на базе вызывает изменение коллекторного напряжения:

uк = — iкRк = — uб(Rк/Rэ)

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

Коэффициент усиления = uвых/uвх = — Rк/Rэ.

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.

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 110кОм, 10кОм и входного сопротивления со стороны базы. Последнее приблизительно равно 100 кОм (сопротивление Rэ, увеличенное в h21э 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.


Модель Эберса-Молла для основных транзисторных схем


12.3 . Усилительный каскад с общим коллектором

(эмиттерный повторитель)

Схема усилительного каскада с ОК приведена на рис.12.3 ,а. Для схем с ОК коллектор через очень малое внутреннее сопротивление источника питания по переменному сигналу (емкость источника питания велика) соединен с землей, при этом вывод коллектора является общим для входной и выходной цепей усилителя. Резистор нагрузки включен в эмиттерную цепь..

При этом из схемы каскада с ОК можно увидеть, что

.

а)

б)

Рис.12.3. Принципиальная и эквивалентная схема усилителя на БТ с ОК

Поскольку для переменного тока сопротивление прямосмещенного перехода очень мало ( единицы Ом), то выходное напряжение приблизительно равно входному. В связи с этим каскад с ОК называют эмиттерным повторителем. Поскольку Rэ не зашунтирован конденсатором (как в схеме с ОЭ), в усилителе с ОБ действует глубокая отрицательная ОС по постоянному току. Температурная стабилизация в каскаде ОК обеспечивается резистором Rэ.

Начальный ток смещения в режиме покоя, т.е. при задают с помощьюR1, R2 и Rэ таким, чтобы рабочая точка в режиме покоя находилась примерно посередине линейного участка входной характеристики. Разделительные конденсаторы ивыполняют те же функции, что и в каскаде с ОЭ.

Расчет каскада по постоянному току проводят по аналогии с каскадом с ОЭ. Исходя из эквивалентной схемы, представленной на рис. 3.10,б. можно отметить следующие характеристики усилителя с ОК

  1. Коэффициент усиления по напряжению каскада с ОК

относительно входного генератора равен

. (12.17)

2) Коэффициент усиления по току равен ,(12.18)

где ;(12.19)

.

Следовательно KI равен

. (12.20)

Анализ выражения показывает, что каскад с ОК имеет коэффициент усиления по току больше, чем каскады с ОЭ и ОБ.

3) Входное сопротивление каскада ОК определяется параллельным соединением резисторов R1, R2 и сопротивлением входной цепи транзистора rвх

. (12.21)

Входное сопротивление цепи транзистора равно

. (12.22)

Очевидно ,что сопротивление входной цепи транзистора rвх и входное сопротивление всего каскада с ОК больше чем в схеме с ОЭ и достигает 200…300 кОм.

Высокое входное сопротивление является одним из главных преимуществ каскада с ОК. Это требуется в случае применения каскада в качестве согласующего устройства при работе от источника входного сигнала с большим внутренним сопротивлением.

4) Выходное сопротивление каскада с ОК представляет собой сопротивление схемы со стороны эмиттера и определяется

. (12.23)

Выходное сопротивление каскада с ОК мало порядка десятков Ом (10…50 Ом) и сильно зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала. Малое выходное сопротивление очень важно при использовании каскада в качестве согласующего устройства для работы на низкоомную нагрузку.

В целом усилитель с ОК характеризуется: высоким входным сопротивлением (порядка сотен килоом), зависящим от сопротивления нагрузки; низким выходным сопротивлением (порядка единиц Ом), зависящим от внутреннего сопротивления источника сигнала; высоким коэффициентом усиления по току; коэффициентом усиления по напряжению, меньшим единицы; совпадением по фазе входного и выходного напряжений.

Усилитель с общим коллектором

Наша следующая конфигурация транзистора для изучения немного проще для расчетов усиления. Вызывается конфигурация с общим коллектором, его принципиальная схема приведена на рисунке ниже .




Усилитель с общим коллектором имеет коллектор , общий для ввода и вывода.

Это называется конфигурацией с общим коллектором , так как (без учета батареи питания) , как источник сигнала и распределение нагрузки на коллектор свинца в качестве общей точки соединения , как на рисунке ниже .



Общий коллектор: Входной сигнал подается на базу и коллектор. Выход из цепи эмиттер-коллектор.

Должно быть очевидно, что сопротивление нагрузки в цепи усилителя с общим коллектором принимает как базовый и коллекторный токи, размещаемых последовательно с эмиттером. Так как эмиттер свинца транзистора является обработка самой актуальной (сумма токов базы и коллектора, так как базовый и коллекторный токи всегда сетки вместе, чтобы сформировать ток эмиттера) один, было бы разумно предположить, что этот усилитель будет иметь очень большой коэффициент усиления по току. Это предположение действительно верно: текущий коэффициент усиления для усилителя с общим коллектором является довольно большим, больше, чем любой другой конфигурации транзистора усилителя. Тем не менее, это не обязательно то, что отличает ее от других конструкций усилителя.

Давайте сразу перейдем к анализу SPICE этого схемы усилителя, и вы сможете сразу увидеть, что уникальность этого усилителя. Схема на рисунке ниже . Список соединений на рисунке ниже .




Усилитель с общим коллектором для SPICE.

 усилитель с общим коллектором 
 Vin 1 0 
 q1 2 1 3 mod1   
 v1 2 0 DC 15    
 Rload 3 0 5k    
 .MODEL mod1 NPN 
 .dc Vin 0 5 0,2 
 .plot DC v (3,0) 
 .конец    

Общий коллектор: выход равен входной менее 0,7 В. BE падение.

В отличие от усилителя с общим эмиттером из предыдущего раздела, общий коллектор генерирует выходное напряжение в прямом , а не обратно пропорционально возрастающей входного напряжения. Смотрите рисунок выше . По мере увеличения входного напряжения, так что делает выходное напряжение. Кроме того, внимательное изучение показывает , что выходное напряжение почти идентичен входному напряжению, отстающих от примерно 0,7 вольт.

Это уникальное качество усилителя с общим коллектором: выходное напряжение, которое почти равно входному напряжению. Рассмотренные с точки зрения изменения выходного напряжения на заданную величину изменения входного напряжения, этот усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению почти точно единицы (1), или 0 дБ. Это справедливо для транзисторов любого значения р, а для нагрузочных сопротивлений любого значения сопротивления.

Несложно понять, почему выходное напряжение усилителя с общим коллектором всегда почти равно входному напряжению. Ссылаясь на диод транзистора источника тока модели на рисунке ниже , мы видим , что базовый ток должен пройти через база-эмиттер PN — перехода, которое эквивалентно нормальному ректификационной диода. Если это соединение поступательно-смещена (транзистор проводит ток в обоих его активных или насыщенных режимах), он будет иметь падение напряжения около 0,7 вольт, предполагая, что строительство кремния. Это падение 0,7 вольт в значительной степени независимо от фактической величины тока базы; Таким образом, мы можем рассматривать его как константу:




Излучатель последователь: эмиттер следует базового напряжения (менее 0,7 В. на падение.)

С учетом полярности напряжения через база-эмиттер PN — перехода и резистор нагрузки, мы видим , что они должны сложить равным входному напряжению, в соответствии с законом Кирхгофа напряжения. Другими словами, напряжение нагрузки всегда будет составлять около 0,7 вольт меньше, чем входное напряжение для всех условий, когда транзистор проводит. Отсечка происходит при входном напряжении ниже 0,7 вольт, а также насыщение при входном напряжении свыше батареи (питания) напряжения плюс 0,7 вольт.

Из — за этого поведения, схема усилителя с общим коллектором также известен как напряжение повторителя или усилителя эмиттерных повторителей, так как напряжение эмиттер нагрузки следуют вход так близко.

Применение схемы с общим коллектором для усиления сигналов переменного тока требует тот же вход «возвращающий», используемый в схеме с общим эмиттером: напряжение постоянного тока, должен быть добавлен к входному сигналу переменного тока, чтобы сохранить транзистор в активном режиме в течение всего цикла , Когда это будет сделано, то результат будет неинвертирующий усилитель на рисунке ниже .

 усилитель с общим коллектором
 Vin 1 4 sin (0 1.5 2000 0 0)
 Vbias 4 0 DC 2,3
 q1 2 1 3 mod1
 v1 2 0 DC 15
 Rload 3 0 5k
 .MODEL mod1 NPN
 .tran .02m .78m
 .plot Tran v (1,0) v (3,0)
 .конец

Общий коллектор (эмиттерный повторитель) усилитель.

Результаты моделирования SPICE на рисунке ниже , показывают , что выход за входом. Выход такой же, амплитуда от пика до пика в качестве входных данных. Хотя уровень DC смещается вниз на один V BE диод падение.




Общий коллектор (эмиттерный повторитель): Выход V3 следующим входу V1 меньше 0,7 В. BE падение.

Вот еще один вид на схеме (рис ниже ) с осциллографов , подключенных к нескольким точкам , представляющим интерес.




Общий коэффициент усиления по напряжению коллектор неинвертирующий 1.

Так как эта конфигурация усилителя не обеспечивает никакого усиления напряжения (на самом деле, на практике это на самом деле имеет коэффициент усиления по напряжению чуть меньше 1), ее единственным фактором усиления является текущим. Конфигурация усилитель с общим эмиттером рассмотрены в предыдущем разделе было коэффициент усиления по току, равный р-транзистора, в том, что входной ток прошел через базу и выходного тока (нагрузки) прошел через коллектор, а β по определению является соотношение между коллекторного и базового токов. В конфигурации с общим коллектором, однако, нагрузка расположена последовательно с эмиттером, а следовательно, его ток равен току эмиттера. С эмиттера с током коллекторного и базового тока, нагрузка в этом типе усилителя имеет весь ток коллектора проходит через него , плюс входной ток базы. Это дает коэффициент усиления по току р плюс 1:

Еще раз, PnP транзисторы являются столь же действительны для использования в конфигурации с общим коллектором как Транзисторы. Расчеты коэффициента усиления все равно, как и неинвертирующий усиливаемого сигнала. Единственное отличие состоит в полярности напряжения и тока направлениях , показанных на рисунке ниже .




ПНП версия усилителя с общим коллектором.

Популярное применение усилителя с общим коллектором для регулируемых источников питания постоянного тока, где нерегулируемый (варьирования) источник напряжения постоянного тока обрезается на заданном уровне с регулируемым электропитанием (постоянный) напряжения на нагрузке. Конечно, стабилитроны уже предоставляют эту функцию регулирования напряжения , показанной на рисунке ниже .




Стабилитрон Регулятор напряжения диода.

Тем не менее, при использовании в этом прямым способом, величина тока, который может подаваться в нагрузку, как правило, весьма ограничены. По существу, эта схема регулирует напряжение на нагрузке, сохраняя ток через последовательный резистор на достаточно высоком уровне, чтобы отбросить все избыточное напряжение источника питания через нее, стабилитрон рисунок более или менее тока по мере необходимости, чтобы сохранить напряжение на себя устойчивым , Для сильноточных нагрузок, простой регулятор напряжения стабилитрон будет иметь шунта тяжелый ток через диод, чтобы быть эффективными при регулировании напряжения нагрузки в случае больших изменений сопротивления нагрузки или источника напряжения.

Один популярный способ увеличить значение тока, способность цепи регулятора, как это использовать с общим коллектором транзистора для усиления тока на нагрузку, так что схема Стабилитрон только должен обрабатывать количество тока, необходимого для приведения в базу транзистора. (Рисунок ниже )




Общее применение коллектора: регулятор напряжения.

Там действительно только один нюанс такого подхода: напряжение нагрузки будет составлять приблизительно 0,7 вольт меньше, чем напряжение диода Зенера, из-за 0,7 вольт капли база-эмиттер транзистора. Так как эта разница 0,7 вольт достаточно постоянным в широком диапазоне токов нагрузки, стабилитрон с 0,7 вольт более высокий рейтинг может быть выбран для применения.

Иногда высокий коэффициент усиления по току одного транзистора, конфигурация с общим коллектором недостаточно для конкретного применения. Если дело обстоит именно так, несколько транзисторов может быть поставлена вместе в популярной конфигурации , известной как пара Дарлингтона, просто расширение концепции с общим коллектором , показанной на рисунке ниже .




Дарлингтона пара NPN.

Дарлингтона пар по существу поместите один транзистор в качестве нагрузки с общим коллектором для другого транзистора, таким образом, умножив свои индивидуальные текущие выгоды. Базовый ток через левый верхний транзистор усиливается через эмиттера, который транзистора, который непосредственно связан с основанием правого нижнего транзистора, в котором ток снова усиливается. Общий коэффициент усиления по току выглядит следующим образом:

Коэффициент усиления по напряжению до сих пор почти равен 1 , если весь узел соединен с нагрузкой в общим коллектором моды, хотя напряжение нагрузки будет полный 1,4 вольт меньше , чем входное напряжение , показанного на рисунке ниже .




На основе усилителя с общим коллектором Дарлингтон пара теряет два V ВЕ диодных капель.

Дарлингтона пар могут быть приобретены в виде дискретных единиц (два транзистора в одном пакете), или может быть построена из пары отдельных транзисторов. Конечно, если еще больше усиление тока желателен, чем то, что может быть получена с помощью пары Дарлингтона триплет или квадруплетную сборки, могут быть построены.

  • ОБЗОР:
  • С общим коллектором транзистора усилители представляют собой так называемые , поскольку входные и выходные напряжения точки разделяют коллектор свинца транзистора общего друг с другом, не считая каких — либо источников питания.
  • Усилитель с общим коллектором также известен как эмиттерный повторитель.
  • Выходное напряжение на усилителе с общим коллектором будет находиться в фазе с входным напряжением, делая общим коллектором усилителя схемы неинвертирующий.
  • В настоящее время коэффициент усиления усилителя с общим коллектором равен р плюс 1. коэффициент усиления по напряжению приблизительно равна 1 (на практике, только немного меньше).
  • Пара Дарлингтона представляет собой пару транзисторов «совмещена» друг на друга так , что эмиттер один питает ток к базе другого в форме с общим коллектором. Результатом является общий коэффициент усиления тока равен произведению (умножение) их отдельных текущих доходов общим коллектором (р плюс 1).

Усилитель с общим коллектором (эмиттерный повторитель) .

 

В качестве согласующего усилителя часто используется эмиттерный повторитель – каскад, в котором транзистор включен по схеме с общим коллектором рис. 6.6. В этой схеме нет коллекторного резистора, но для создания выходного напряжения включен резистор RЭ в цепь эмиттера.

 

 

Рис. 6.6. Схема усилителя с общим коллектором

 

Особенностью схемы является способ формирования рабочей точки покоя транзистора. Постоянные ток и напряжение между базой и эмиттером транзистора формируются источником EК и резисторами Б , R’БRЭ:

UБЭ0= EК RБ/( R’’Б +RБ)- RЭ IЭ0.

 

Здесь учтено, что постоянный ток базы транзистора сравнительно небольшой.

Управляющее переменное напряжение uБЭ(t)создается двумя источниками

— источником, подключенным на вход усилителя, — uВХ,

резистором RЭ ,-переменной составляющей тока эмиттера iЭ:

uБЭ(t)= uВХ(t) — RЭ iЭ (t).

Выходное напряжение равно:

uВыХ(t) = RЭ iЭ (t).

 

Таким образом в схеме сформирована отрицательная обратная связь, которая позволяет получить эффект температурной стабилизации тока, широкий диапазон амплитудной характеристики, коэффициент усиления по напряжению около 1 и другие положительные свойства.

 

Схема замещения усилителя в линейном режиме, который можно получить, если амплитуда входного напряжения не превышает половины напряжения источника EК, приведена на рис.6.7.

 

 

Рис. 6.7. Схема замещения усилителя с общим коллектором в линейном режиме

 

 

Здесь RБ,ЭК -эквивалентное сопротивление по переменному току

.

 

Из схемы замещения можно получить выражения для основных параметров эмиттерного повторителя.

 


Узнать еще:

Входное и выходное сопротивление усилителя с общим коллектором — Доказательство — Освоение дизайна электроники

В этой статье я покажу метод определения входного и выходного сопротивления усилителя с общим коллектором. Усилитель с общим коллектором — это хорошо известная схема (см. Рисунок 1). Он в основном используется в качестве буфера из-за высокого входного сопротивления, небольшого выходного сопротивления и единичного усиления. Уравнения, выведенные в этой статье, являются символическими, как и вывод любой другой формулы на этом веб-сайте.Тем не менее, даже если значения сопротивлений не являются числовыми, уравнения достаточно интуитивно понятны, чтобы показать свойство усилителя с высоким входным и низким выходным сопротивлением.

Рисунок 1

Выходное сопротивление общего коллектора

Выходное сопротивление этого усилителя — это сопротивление, которое видит следующий каскад, если смотреть на эмиттерный резистор R E , как показано на рисунке 1.

В предыдущей статье «Вывести передаточную функцию усилителя с общим коллектором с помощью теоремы Тевенина» я использовал теорему Тевенина, чтобы шаг за шагом продемонстрировать, как получить передаточную функцию слабого сигнала этого усилителя.В той же статье я показал, что усилитель с общим коллектором эквивалентен источнику Thevenin, который питает R E (см. Рисунок 2).

Рисунок 2

Этот источник имеет напряжение холостого хода

и сопротивление

Расчет выходного сопротивления общего коллектора сводится к расчету выходного сопротивления этой цепи, поскольку две цепи эквивалентны.

На рисунке 2 v oc является независимым источником.Если мы закоротим этот источник, выходное сопротивление цепи, как видно из R E , составит R E параллельно с r th . Следовательно, r out можно записать как в следующем уравнении.

Судя по обычным номиналам резисторов источника R , r и R E , отношение (источник R + r ) / R E мало по сравнению с β + 1. Это показывает, что влияние R E мало при вычислении выходного сопротивления общего коллектора или, самое большее, оно уменьшает r th , что как раз то, что нам нужно для выхода схемы.Если пренебречь (R источник + r ) / R E , r out станет

, которое является уравнением, показанным в большинстве статей или учебников. Выходное сопротивление зависит в основном от сопротивления источника R , источника , входного сопротивления транзистора r , и оно невелико, поскольку эти два значения резистора делятся на большое число β + 1.

Входное сопротивление общего коллектора

Входное сопротивление обычно рассчитывается с помощью тестового источника, подключенного ко входу усилителя.Его значение может быть легко получено, если мы знаем тестовый источник и ток, который он подает в тестируемую цепь. Для этой задачи давайте заменим транзистор его малосигнальным эквивалентом, показанным на рисунке 3.

Рисунок 3

Согласно закону Ома, вход r вычисляется путем деления напряжения тестового источника на его ток. .

Осматривая схему на рисунке 3, мы видим, что i test = i b .

Также мы замечаем, что R E получает два тока, i test и β i test . Таким образом, из v test , R source , r , R E loop, v test можно записать в виде следующего уравнения:

Таким образом, входное сопротивление слабого сигнала усилителя с общим коллектором равно

.

Это уравнение показывает, что усилитель с общим коллектором имеет большое входное сопротивление из-за произведения (β + 1) R E .Во многих текстах источник R + r не учитывается, потому что он намного меньше, чем (β + 1) R E . Насколько маленький? Источник с R может иметь сопротивление около 10 кОм, а r — около 1 кОм. Если R E составляет 1 кОм, а β + 1 равно 200 Ом, можно легко вычислить, что источник R + r можно не учитывать в уравнении входного r .

Усилитель с общим коллектором, обладающий малым выходным сопротивлением и большим входным сопротивлением, в основном используется в качестве буфера.Как и в предыдущей статье, он имеет единичное усиление, что делает его идеальной схемой для изоляции различных каскадов при разработке электронных схем.

Конфигурация общего коллектора

Общий Конфигурация коллектора

В этой конфигурации клемма базы транзистора служит входом, клемма эмиттера является выходом, а клемма коллектора является общей для входа и выхода.Следовательно, она называется общей конфигурацией сборщика. Вход применяется между базой и коллектором, а выход — между эмиттером и коллектором.

В конфигурации с общим коллектором клемма коллектора заземлена, поэтому конфигурация с общим коллектором также известна как конфигурация с заземленным коллектором.

Иногда конфигурацию с общим коллектором также называют эмиттерным повторителем, повторителем напряжения, усилителем с общим коллектором, усилителем CC или конфигурацией CC.Эта конфигурация в основном используется в качестве буфера напряжения.

Входное напряжение питания между базой и коллектором обозначается VBC, а выходное напряжение между эмиттером и коллектором обозначается VEC.

В этой конфигурации входной ток или базовый ток обозначен IB, а выходной ток или ток эмиттера обозначен IE. Усилитель с общим коллектором имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление.Он имеет низкий коэффициент усиления по напряжению и высокий коэффициент усиления по току.

Коэффициент усиления по мощности усилителя с общим коллектором средний. Чтобы полностью описать поведение транзистора с конфигурацией CC, нам нужны два набора характеристик — входные характеристики и выходные характеристики.

Входные характеристики

Входные характеристики описывают взаимосвязь между входным током или базовым током (IB) и входным напряжением или напряжением база-коллектор (VBC).

Сначала нарисуйте вертикальную и горизонтальную линии. Вертикальная линия представляет ось Y, а горизонтальная линия представляет ось x

.

Входной ток или базовый ток (IB) снимается по оси y (вертикальная линия), а входное напряжение или напряжение база-коллектор (VBC) снимается по оси x (горизонтальная линия).

Кому определить входные характеристики, выходное напряжение VEC поддерживается постоянным на уровне 3 В, а входное напряжение VBC составляет увеличился от нуля вольт до различных уровней напряжения.Для каждого уровень входного напряжения VBC , соответствующий входной ток IB равен принято к сведению. Затем строится кривая между входным током IB и входное напряжение VBC при постоянное выходное напряжение VEC (3В).

Затем выходное напряжение VEC увеличивается с 3 В до другого уровня напряжения, например, 5 В, а затем остается постоянным на уровне 5 В.При увеличении выходного напряжения VEC входное напряжение VBC поддерживается постоянным на уровне нуля вольт.

После того как мы сохранили выходное напряжение VEC постоянная при 5 В, входное напряжение VBC равно увеличился от нуля вольт до различных уровней напряжения. Для каждого уровень входного напряжения VBC , соответствующий входной ток IB равен принято к сведению.Затем строится кривая между входным током IB и входное напряжение VBC при постоянное выходное напряжение VEC (5В).

Этот процесс повторяется для более высоких фиксированных значений выходного напряжения (VEC).

Выходные характеристики

Выходные характеристики описывают взаимосвязь между выходным током или током эмиттера (IE) и выходным напряжением или напряжением эмиттер-коллектор (VEC).

Сначала нарисуйте вертикальную и горизонтальную линии. Вертикальная линия представляет ось y, а горизонтальная линия представляет ось x.

Выходной ток или ток эмиттера (IE) снимается по оси y (вертикальная линия), а выходное напряжение или напряжение эмиттер-коллектор (VEC) снимается по оси x (горизонтальная линия).

Для определения выходных характеристик входной ток IB поддерживается постоянным на уровне нуля микроампер, а выходное напряжение VEC увеличивается от нуля вольт до различных уровней напряжения. Для каждого уровня выходного напряжения VEC отмечается соответствующий выходной ток IE. Затем строится кривая между выходным током IE и выходным напряжением VEC при постоянном входном токе IB (0 мкА).

Затем входной ток ( IB ) увеличивается с 0 мкА до 20 мкА и затем остается постоянным на уровне 20 мкА.При увеличении входного тока (IB) выходное напряжение (VEC) поддерживается постоянным на уровне 0 вольт.

После того, как мы поддерживаем постоянный входной ток (IB) на уровне 20 мкА, выходное напряжение (VEC) увеличивается с нуля до различных уровней напряжения. Для каждого уровня выходного напряжения (VEC) записывается соответствующий выходной ток (IE). Затем строится кривая между выходным током IE и выходным напряжением VEC при постоянном входном токе IB (20 мкА). Эта область известна как активная область транзистора.

Этот процесс повторяется для более высоких фиксированных значений входного тока IB (например, 40 мкА, 60 мкА, 80 мкА и т. Д.).

В конфигурации с обычным коллектором, если входной ток или базовый ток равны нулю, то выходной ток или ток эмиттера также равны нулю. В результате через транзистор не протекает ток.Таким образом, транзистор окажется в области отсечки. Если базовый ток немного увеличивается, то увеличивается и выходной ток или ток эмиттера. Так транзистор попадает в активную область. Если ток базы сильно увеличивается, то ток, протекающий через транзистор, также сильно увеличивается. В результате транзистор попадает в область насыщения.

Параметры транзистора

динамический входное сопротивление (r i )

Динамическое входное сопротивление определяется как отношение изменения входного напряжения или базового напряжения (VBC) к соответствующему изменению входного или базового тока (IB) при постоянном выходном напряжении или эмиттерном напряжении (VEC).

Входное сопротивление усилителя с общим коллектором высокое.

динамический выходное сопротивление (r o )

Динамическое выходное сопротивление определяется как отношение изменения выходного напряжения или напряжения эмиттера (VEC) к соответствующему изменению выходного тока или тока эмиттера (IE) при постоянном входном токе или базовом токе (IB).Выходное сопротивление усилителя с общим коллектором низкое.

Коэффициент усиления тока (γ)

Коэффициент усиления тока определяется как отношение изменения выходного тока или тока эмиттера IE к изменению входного тока или базового тока IB. Это выражается γ.

Усилитель с общим коллектором имеет высокое усиление по току.

BJT Common Collector Amplifier — курс аналоговой электроники

Усилитель с общим коллектором является одним из трех основных одноступенчатых усилителей на биполярных транзисторах (BJT). конфигурации.Он также известен как эмиттерный повторитель и используется в качестве буфера напряжения.

В этой схеме вывод базы транзистора служит входом, эмиттер — выходом, а коллектор. является общим для обоих и подключен к источнику питания.

R2 3.9K1K

R4 1К100

Вибрация 1В0.1В ​​

    Примечания:
  • Измерьте результаты моделирования и сравните их с теоретическими, используя приведенные ниже формулы. Вы можете получить значения формы сигнала, щелкнув по графику.Предположим следующее для вашего расчеты
  • Мы используем модель транзистора 2N3904. Если вы правильно построите эту схему в лаборатории, используя 2N3904, вы должны увидеть аналогичные результаты.
  • Используйте «Переключить график», чтобы увидеть комбинированные или сложенные графики. Сложенные графики отображают максимальные формы сигналов, тогда как комбинированные формы сигналов показывают их относительные значения.

Анализ постоянного тока

Сначала мы перерисовываем схему, используя модель BJT DC.Конденсаторы считаются разомкнутой цепью постоянного тока и поэтому исключаются.

I B можно игнорировать, если \ begin {уравнение} 10R_2 B можно рассчитать, используя KVL как простую схему делителя напряжения. \ begin {уравнение} V_B = {R_2 \ over {R_1 + R_2}} V_S \ end {уравнение}

Использование KVL (закон напряжения Кирхгофа) \ begin {уравнение} V_B = I_ER_4 + V_ {BE} \ end {уравнение}

Чтобы получить максимальный размах выходного сигнала, вы должны выбрать такие номиналы резистора, чтобы VE составляло половину напряжения питания.

\ begin {уравнение} V_ {E} = {V_S \ более 2} \ end {уравнение}

Анализ переменного тока

Далее мы перерисовываем схему, используя малый сигнал BJT. модель. Конденсаторы считаются закороченными в сети переменного тока, а источники постоянного тока подключены к GND (земле). Рассчитать re

\ begin {уравнение} r_e = {v_T \ over I_E} \ end {уравнение}

Поскольку входное напряжение v i находится между r e и R 4 , и, используя правило делителя напряжения, выходное напряжение

\ begin {уравнение} v_e = {R_4 \ over {r_e + R_4}} v_i \ end {уравнение}

Если re намного меньше R4, то коэффициент усиления по напряжению уменьшается до единицы. \ begin {уравнение} {v_e \ over v_i} = 1 \ end {уравнение}

Поскольку доходы от рекламы падают, несмотря на рост числа посетителей, нам нужна ваша помощь в поддержании и улучшении этого сайта, что требует времени, денег и тяжелого труда.Благодаря щедрости наших посетителей, которые давали раньше, вы можете пользоваться этим сайтом бесплатно.

Если вы воспользовались этим сайтом и можете, пожалуйста, отдать 10 долларов через Paypal . Это позволит нам продолжаем в будущее. Это займет всего минуту. Спасибо!

Я хочу дать!

Усилитель с общим коллектором

— инженерные знания

Здравствуйте, друзья, надеюсь, у вас все отлично. В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим конфигурацию усилителя с общим коллектором и ее приложения.Это еще одна категория конфигурации усилителя BJT, в которой входное напряжение подается на базу, а выходное — на эмиттер транзистора. В то время как коллектор общий между выводами базы и эмиттера.

Такой тип устройства известен как общий коллектор, потому что коллектор связан с землей. В сегодняшнем посте мы подробно рассмотрим его схему и некоторые другие параметры. Итак, давайте начнем с усилителя с общим коллектором .

Усилитель с общим коллектором
  • Вы можете видеть, что входное напряжение связано с базой через конденсатор, а коллектор заземлен.
  • Выходной сигнал не инвертируется, чем входной, но имеет ту же величину, что и входной.

Коэффициент усиления напряжения усилителя с общим коллектором
  • Как мы знаем, во всех усилителях коэффициент усиления по напряжению Av = Vout / Vin.
  • Емкостное реактивное сопротивление будет игнорироваться в частотном режиме.
  • На рисунке ниже показана модель переменного тока.

Vout = IeRe

Vin = Ie (r’e + Re)

  • Итак, уравнение усиления напряжения будет.

Av = IeRe / Ie (r’e + Re)

  • Выражение для усиления базового эмиттера будет как.

Av = Re / (r’e + Re)

  • В этом уравнении Re параллельно RE и RL. Если нагрузка не подключена, то Re = RE.
  • Вы можете заметить, что усиление всегда меньше единицы.
  • Если Re >> r’e, тогда штраф будет.

Av = 1

  • Поскольку выходное напряжение подается на эмиттер, его фаза аналогична базовому напряжению, так как не происходит инверсии от входа к выходу.
  • Поскольку на выходе нет инверсии, так как коэффициент усиления по напряжению почти равен единице, выходное напряжение совпадает с входным как по фазе, так и по величине.
Входное сопротивление усилителя с общим коллектором
  • Входное сопротивление для этой цепи общего коллектора большое.
  • Из-за большого входного сопротивления его можно использовать в качестве буфера для уменьшения эффекта нагрузки. Когда схема работает под нагрузкой с меньшим сопротивлением.
  • Расчет входного сопротивления, наблюдаемого от базы усилителя с общим коллектором, аналогичен вычислению усилителя с общим эмиттером, который мы обсуждали в предыдущем посте.
  • В общем коллекторе, хотя эмиттер никогда не обходится, поскольку берется Re, который является RE параллельно с сопротивлением RL.

Rin (база) = Vin / Iin = Vb / Ib

= Ie (r’e + Re) / Ib

Поскольку Ie = Ic = βacIb

Rin (основание) = βacIb (r’e + Re) / Ib

  • Итак, после упрощения.

Rin (основание) = βac (r’e + Re)

  • Если Re >> r’e, то входное сопротивление в базе после упрощения.

Rin (основание) = βacRe

  • Сопротивление смещения, показанное на первом рисунке, является параллельным с Rin (базой), наблюдаемым со входа, как входное сопротивление общего эмиттера для общего коллектора.

Рин (общий) = R1ІІR2ІІRin (базовый)

Выходное сопротивление
  • Если нагрузка не подключена, выходное сопротивление будет указано как.

Маршрут = (Rs / βac) ІІRE

  • В этом уравнении Rs — входное сопротивление источника
Коэффициент усиления по току
  • Ток для общего коллектора задается как.

Ai = Ie / Iin

  • В этом Iin равно Vin / Rin (tot).

Коэффициент усиления

  • Коэффициент усиления мощности является произведением усиления по току и усилению по напряжению.
  • Для мощности с общим эмиттером коэффициент усиления равен единице, поскольку коэффициент усиления по напряжению и току почти равны друг другу.
  • При Av = 1 коэффициент усиления по мощности равен
  • .

Ap = Ai

итак, друзья, это подробный пост про обычный коллекторный усилитель, если у вас есть пост, спрашивайте в комментариях. Спасибо за прочтение. Хорошего дня.

Автор: Генри
http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях.Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Сообщение навигации

Конструкция усилителя с общим коллектором: AskElectronics

Hi Reddit

Я учусь на третьем курсе электротехники в Стелленбошском университете. В настоящее время у меня перерыв, и я решил потратить свое недавно обретенное свободное время, пытаясь спроектировать и построить усилитель звука.Основная идея, над которой я сейчас работаю, — это каскад усиления напряжения, состоящий из каскада с общим эмиттером, зажатого между двумя каскадами с общим коллектором. Изучив свои заметки по электронике за последние два года, я заметил несколько областей в дизайне, в которых я не уверен, и после поиска в Интернете я не смог найти прямые навесы на все свои вопросы. Вот где вы, ребята, входите …

Первоначально я собирался спросить об этом более конкретно, но, увидев, насколько сложно найти информацию в одном месте, я решил скорее объяснить, как я буду подходить к разработке . COMMON COLLECTOR усилитель, а затем спросить обо всем, в чем я не уверен.Поскольку вы, ребята, ответите на мои вопросы, я обновлю пост, так что, надеюсь, он послужит хорошим кратким справочником в будущем для других студентов / любителей. Это, вероятно, будет очень длинный пост, поэтому, если у вас нет настроения читать KLTP (пожалуйста, покиньте помещение, потому что GTFO нужно сохранить для троллей: D)

DESIGN


Вот схема Я занимаюсь проектированием (транзистор NPN, емкостные вход и выход со смещением делителя напряжения) http: // hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electronic/npncc.html#c2

Случай, который я разрабатываю, — это когда нам дается только входное сопротивление следующей ступени (смоделированное как нагрузочный резистор, то есть в переменном токе, параллельно эмиттерному резистору) и напряжения питания. Я рассматриваю этот случай, потому что это информация, которую вы можете получить, если знаете только о нагрузке, которую вы ведете (например, динамик), сколько ватт вы хотите его использовать, и о любых этапах, которые в настоящее время находятся между конечной нагрузкой и той. вы в настоящее время проектируете.

Поскольку это усилитель с общим коллектором, мы принимаем выход на эмиттер. Минимальное напряжение эмиттера — это отрицательное напряжение на шине, когда транзистор отключен (отсутствие тока эмиттера означает отсутствие падения напряжения на резисторе эмиттера). Максимальное напряжение эмиттера — это напряжение положительной шины с напряжением Vce (sat) (из таблицы данных транзистора), вычитаемым при насыщении транзистора. Для MAXIMUM SYMMETRICAL SWING мы хотим, чтобы напряжение покоя эмиттера Veq находилось между минимальным и максимальным значениями.

Когда у нас есть Veq , мы можем спроектировать эмиттерный резистор Re для желаемого тока эмиттера Ieq (напряжение более Re — это отрицательное напряжение шины, вычтенное из Veq ). Из Ieq мы можем получить Icq и Ibq с помощью значения beta в этом конкретном Icq (из таблицы данных транзистора). Мы можем аппроксимировать напряжение Vbe как постоянное «падение диода» Vbe (on) (из таблицы данных транзистора) и оттуда определить значение для напряжения базы Vbq как Veq + Vbe (on) .

Затем мы проектируем R1 и R2 в качестве делителя напряжения, чтобы получить Vbq . Чтобы предотвратить изменение базового тока Ib на точку смещения, мы разработали ток через R1 и R2 , чтобы он был значительно больше, чем Ibq (в моем дизайне я выбираю его в 10 раз больше). R2 сконструирован так, что ток через него в 10 раз больше, чем Ibq (напряжение на R2 — это отрицательное напряжение шины, вычитаемое из Vbq ).Затем R1 спроектирован так, что ток через него примерно в 11 раз больше Ibq (напряжение на R1 равно Vbq , вычтенное из напряжения положительной шины).

ВОПРОСЫ


Это процедура, которой я следую при разработке усилителя с общим коллектором. Как я уже сказал, я не на 100% уверен, что мой метод или предположения — лучший способ сделать это, поэтому не стесняйтесь давать лучшие предложения в комментариях. Ниже приводится список вопросов, которые я хотел бы задать вам, ребята, awnser.Я буду обновлять этот пост, когда мы найдем тенты. : D

  1. Учитывая сопротивление нагрузки, как определить требуемый Ieq ? Пиковый ток, который будет потребляться нагрузкой, конечно, можно определить по размаху напряжения и импедансу нагрузки, и довольно очевидно, что вам нужно сделать Ieq больше, чем то, что потребовалось бы нагрузке при пике, но как вы точно определить, как достаточно много?

  2. Входное сопротивление общего коллектора составляет (примерно) ( beta × ( Re || RL )) || ( R1 || R2 ).Поскольку одна из характеристик, которые нам нужны от общего коллектора, — это большой входной импеданс, это вызовет проблему, если вы попытаетесь сделать R1 и R2 слишком маленькими (чтобы сделать их токи >> Ibq ), чтобы предотвратить колебания смещения. слишком много с вариациями в Ib . Могут ли большие значения для R1 и R2 (и, следовательно, меньшие токи в них) предотвратить значительное изменение смещения с Ib ?

  3. Где-то в Интернете я прочитал, что вы можете сконфигурировать усилитель с общим коллектором как усилитель мощности (коэффициент усиления по току) или как буфер (более высокий входной импеданс, более низкий выходной импеданс) на основе отношения Re к соотношению сопротивление нагрузки.Я полагаю, что вопрос здесь тесно (если не полностью) связан с вопросом 1, но есть ли какой-либо конкретный способ выбора значения Re с учетом импеданса нагрузки для конкретного желаемого поведения конфигурации общего коллектора?

  4. Максимальное значение Ib равно удвоенному значению Ibq для симметричных колебаний?

AWNSERS


  • Вопрос 2: Мое решение (прокомментируйте, пожалуйста, если у вас есть альтернативная идея, или если я просто ошибаюсь!) Было бы использовать конфигурацию транзистора Дарлингтона (или Шиклая) для повышения beta до такой степени, что даже в 10 раз больше Ibq остается достаточно малым, чтобы R1 и R2 можно было сделать достаточно большими, чтобы не оказывать серьезного отрицательного воздействия на входной импеданс.


Если есть что-то неясное или непонятное в моих формулировках или форматировании, пожалуйста, дайте знать! : D Спасибо за уделенное время! Если у вас есть какие-либо другие хорошие ответы на часто задаваемые вопросы, дайте мне знать!

РЕДАКТИРОВАТЬ: Спасибо triffid_hunter за исправление формулы входного импеданса и напоминание мне о паре Шиклай как, возможно, лучшей альтернативе конфигурации пары Дарлингтона.

Усилитель с общим коллектором — Лаборатория электронных устройств и схем

Цель:

Для изучения усилителя с общим коллектором и определения его пропускной способности.

Компоненты:

Оборудование:

Имя Диапазон Кол-во
Хлебная доска 1
Двойной блок питания 0-30 В 1
CRO (0-20) МГц 1
Функциональный генератор (0-1) МГц 1
Соединительные провода

Теория:

В усилителе с общим коллектором, когда сопротивление коллектора равно нулю, коллектор находится на заземлении переменного тока, что является причиной, по которой схема также называется усилителем с заземленным коллектором, или эта конфигурация имеет коэффициент усиления по напряжению, близкий к единице, и, следовательно, изменение базовое напряжение проявляется как одинаковое изменение нагрузки на эмиттере, поэтому этой схеме дано название эмиттерный повторитель.Другими словами, эмиттер следует за входным сигналом.

Эта схема выполняет функцию преобразования импеданса в широком диапазоне частот с коэффициентом усиления по напряжению, близким к единице. В дополнение к этому эмиттерный повторитель увеличивает выходной уровень сигнала. Поскольку выходное напряжение на нагрузке эмиттера никогда не может превышать входное напряжение на базу, так как переход эмиттер-база станет обратно смещенным. Состояние общего коллектора имеет низкое выходное сопротивление, схема подходит для использования в качестве буферного или изолирующего усилителя или для подключения к нагрузке с большими потребляемыми токами.

Характеристики усилителя CC:

  1. Более высокое усиление по току.
  2. Коэффициент усиления по напряжению приблизительно равен единице.
  3. Отсутствует фазовый сдвиг тока или напряжения.
  4. Большое входное сопротивление.
  5. Малое выходное сопротивление.

Схема:

Процедура:

  1. Подключите цепь, как показано на принципиальной схеме.
  2. Установите напряжение источника В с = 50 мВ (скажем) на частоте 1 кГц с помощью функционального генератора.
  3. Поддерживая постоянное входное напряжение, регулярно изменяйте частоту от 50 Гц до 1 МГц и записывайте соответствующее выходное напряжение.
  4. Постройте график: коэффициент усиления (дБ) относительно частоты на листе полулогарифмического графика.
  5. Рассчитайте пропускную способность по графику.

Ожидаемая форма сигнала:

В обычном приложении диапазон средних частот определяется как те частоты, на которых характеристика упала до 3 дБ ниже максимального усиления (| A | max).Они показаны как f L и f H и называются, поскольку частоты 3 дБ — это просто нижняя и верхняя частоты среза соответственно. Разница между более высокой и низкой частотой среза называется шириной полосы ( f H f L ).

Смотровые столы:

В с = 50 мВ

Частота Vo (вольт) Усиление = Vo / Vs Усиление (дБ) = 20 log (Vo / Vs)

Результат:

Изучен усилитель с общим коллектором

и рассчитана его полоса пропускания.


Viva Вопросы:

1. Почему усилитель CC известен как эмиттерный повторитель?

Ответ: Транзисторный усилитель с общим коллекторным переходом обычно называют эмиттерным повторителем. Коэффициент усиления по напряжению эмиттерного повторителя немного меньше единицы, поскольку напряжение эмиттера ограничено падением на диоде примерно на 0,6 В ниже базы. Его функция заключается не в усилении напряжения, а в согласовании усиления по току или мощности и импеданса.

2. Назовите применение усилителя CC?

Ответ: Низкое выходное сопротивление позволяет источнику с большим выходным сопротивлением управлять малым сопротивлением нагрузки; он функционирует как буфер напряжения. Эта конфигурация обычно используется в выходных каскадах усилителей класса B и класса AB и согласования импеданса

.

3. В чем разница между усилителем CE, CB и CC ?

Ответ:

  1. В конфигурации CC мы используем, чтобы получить низкий выходной импеданс, тогда как, как в ce, мы используем, чтобы получить высокое выходное сопротивление.
  2. В усилителе CC мы используем, чтобы коэффициент усиления по напряжению был равен единице, тогда как в усилителе CE мы используем коэффициент усиления по высокому напряжению.
  3. В усилителе CC имеется большое усиление по мощности, которое используется для согласования импеданса, тогда как, как и в усилителе CE, из-за высокого коэффициента усиления по напряжению согласование импеданса менее невозможно.

4. Назовите характеристики усилителя CC?

Ответ: На низких частотах и ​​с использованием упрощенной модели гибридного Пи можно получить следующие характеристики слабого сигнала.(Параметр и параллельные линии обозначают компоненты, включенные параллельно.)

5. Что такое продукт gain BW?

Ответ: Произведение коэффициента усиления и ширины полосы (обозначенное как GBWP, GBW, GBP или GB) для усилителя является произведением ширины полосы усилителя и коэффициента усиления, при котором измеряется полоса пропускания.

Для таких устройств, как операционные усилители, которые спроектированы так, чтобы иметь простой однополюсный частотный отклик, произведение коэффициента усиления на ширину полосы почти не зависит от коэффициента усиления, при котором оно измеряется; в таких устройствах произведение коэффициент усиления на полосу пропускания также будет равно полосе пропускания усилителя

по единичному усилению.

Схема усилителя с общим коллектором и примечания по моделированию Multisim

Предисловие

В предыдущей статье рассказывалось о конструкции схемы усилителя с общим эмиттером, в этой статье — о схеме усилителя с общим коллектором.
Схема транзисторного усилителя и примечания по моделированию Multisim

Основной принцип схемы усилителя с общим коллектором

На рисунке ниже показана схема усилителя с общим коллектором.

Выходной сигнал схемы усилителя с общим коллектором снимается с эмиттера, и сопротивление нагрузки коллектора отсутствует. р c R_c Rc (Поскольку выходной сигнал снимается с эмиттера, если сопротивление нагрузки коллектора оставить, то р c R_c Rc Будет падение давления, вызывающее потери).

Статический анализ

На рисунке ниже показан путь постоянного тока

Статический базовый ток:
я B Q знак равно V C C — U B E Q р б + ( 1 + β ) р е I_ {BQ} = \ frac {V_ {CC} -U_ {BEQ}} {R_b + (1+ \ beta) R_e} IBQ = Rb + (1 + β) Re VCC −UBEQ
Статический ток коллектора:
я C Q ≈ β я B Q ≈ я E Q I_ {CQ} \ приблизительно {{\ beta} I_ {BQ}} {\ приблизительно} I_ {EQ} ICQ ≈βIBQ ≈IEQ
Напряжение между коллектором и эмиттером:
U C E Q знак равно V C C — я E Q р е U_ {CEQ} = V_ {CC} -I_ {EQ} {R_e} UCEQ = VCC −IEQ Re

Динамический анализ

Эквивалентная схема небольшого изменения выглядит следующим образом:

где р s ′ знак равно р s / / р б R ^ \ prime_s = R_s // R_b Rs ′ = Rs // Rb , р е ′ знак равно р е / / р L R ^ \ prime_e = R_e // R_L Re ′ = Re // RL
Коэффициент усиления тока: А ˙ я знак равно я ˙ о я ˙ я знак равно — я ˙ е я ˙ б знак равно — ( 1 + β ) \ dot {A} _i = \ frac {\ dot {I} _o} {\ dot {I} _i} = \ frac {- \ dot {I} _e} {\ dot {I} _b} = — (1+ \бета) A˙i = I˙i I˙o = I˙b −I˙e = — (1 + β)
Входное напряжение: U ˙ я знак равно я ˙ е р е ′ знак равно ( 1 + β ) я ˙ б р е ′ \ dot {U} _i = \ dot {I} _eR ^ {\ prime} _e = (1+ \ beta) \ dot {I} _bR ^ {\ prime} _e U˙i = I˙e Re ′ = (1 + β) I˙b Re ′
Выходное напряжение: U ˙ о знак равно я ˙ б р б е + я ˙ е р е ′ знак равно я ˙ б р б е + ( 1 + β ) я ˙ б р е ′ \ dot {U} _o = \ dot {I} _br_ {be} + \ dot {I} _eR ^ {\ prime} _e = \ dot {I} _br_ {be} + (1+ \ beta) \ dot {I } _bR ^ {\ prime} _e U˙o = I˙b rbe + I˙e Re ′ = I˙b rbe + (1 + β) I˙b Re ′
Увеличение напряжения: А ˙ ты знак равно U ˙ о U ˙ я знак равно — ( 1 + β ) р е ′ р б е + ( 1 + β ) р е ′ \ dot {A} _u = \ frac {\ dot {U} _o} {\ dot {U} _i} = — \ frac {(1+ \ beta) R ^ {\ prime} _e} {r_ {be} + (1+ \ beta) R ^ {\ prime} _e} A˙u = U˙i U˙o = −rbe + (1 + β) Re ′ (1 + β) Re ′
Видно, что схема усилителя с общим коллектором имеет эффект усиления тока, но его коэффициент усиления по напряжению всегда меньше 1 и близок к 1, а выходное напряжение находится в фазе с входным напряжением, поэтому его также называют Эмиттерный повторитель
Входное сопротивление: р я знак равно ( р б е + ( 1 + β ) р е ′ ) / / р б R_i = (r_ {be} + (1+ \ beta) R ^ \ prime_e) // R_b Ri = (rbe + (1 + β) Re ′) // Rb
Выходное сопротивление: р о знак равно р б е + р s ′ 1 + β / / р е R_o = \ frac {r_ {be} + R ^ \ prime_s} {1+ \ beta} // R_e Ro = 1 + βrbe + Rs ′ // Re
Видно, что входное сопротивление эмиттерного повторителя очень высокое, а выходное сопротивление очень низкое.

Схема

Основная принципиальная схема выглядит следующим образом:

Пример: Расчет максимального выходного напряжения 2 V п — п 2V_ {p-p} 2Vp − p, максимальный выходной ток составляет ± 2 м А \ pm2mA ± 2 мА ( 1 k Ω 1к \ Омега 1kΩLoad) эмиттерный повторитель $.

1. Определите напряжение питания постоянного тока

В основном учитывайте напряжение насыщения между коллектором и эмиттером. U C E U_ {CE} UCE И максимальный выходной ток схемы. Здесь выберите напряжение питания 12 В.

2. Выбрать транзистор

Считайте максимальный рейтинг ( я E I_ {E} IE , U C B О U_ {CBO} UCBO , U C E О U_ {CEO} UCEO , U E B О U_ {EBO} УЭБО). Вот общий малосигнальный транзистор 2N5551

3. Определите текущую рабочую точку эмиттера

Максимальный выходной ток цепи составляет ± 2 м А \ pm2mA ± 2мА, бери здесь я E знак равно 8 м А I_E = 8 мА IE = 8 мА。

4. Подтвердить р е R_e Re

Для расчета и получения наилучшей статической рабочей точки соответственно возьмите U B знак равно V C C 2 знак равно 6 V U_ {B} = \ frac {V_ {CC}} {2} = 6 В UB = 2VCC = 6V, и поэтому U E знак равно U B — U B E знак равно 5.3 V U_E = U_ {B} -U_ {BE} = 5,3 В UE = UB −UBE = 5,3 В, и поэтому р E знак равно U E я E знак равно 5,3 V 8 м А знак равно 662,5 Ω R_E = \ frac {U_E} {I_E} = \ frac {5,3 В} {8 мА} = 662,5 \ Omega RE = IE UE = 8 мА 5,3 В = 662,5 Ом Возьмите номинальное сопротивление р E знак равно 620 Ω R_E = 620 \ Омега RE = 620 Ом。

5. Устройство цепи смещения базы

Из блога, написанного в предыдущей статье, β \бета β Около 133, поэтому я B I_B ИБ Возьми 60uA, поэтому р 2 знак равно U B я 1 знак равно 6 V 0,54 м А знак равно 11.1 k Ω R_2 = \ frac {U_B} {I_1} = \ frac {6V} {0.54 мА} = 11,1 кОм \ Омега R2 = I1 UB = 0,54 мА 6 В = 11,1 кОм р 1 знак равно V C C — U B я 1 знак равно 6 V 0,6 м А знак равно 10 k Ω R_1 = \ frac {V_ {CC} -U_B} {I_1} = \ frac {6V} {0,6mA} = 10k \ Omega R1 = I1 VCC −UB = 0,6 мА 6 В = 10 кОм
Для удобства оба принимают номинальное сопротивление 10 k Ω 10к \ Омега 10 кОм

6. Определите емкость связи

Принцип такой же, как у схемы усилителя с общим эмиттером. Взять здесь C 1 знак равно 50 ты F C_1 = 50 мкФ C1 = 50 мкФ, по C 1 C_1 C1 Частота среза сформированного фильтра высоких частот ж c 1 знак равно 1 2 π р C знак равно 1 2 π × 50 ты F × 5 k Ω ≈ 0.64 ЧАС z f_ {c_1} = \ frac {1} {2 {\ pi} RC} = \ frac {1} {2 {\ pi} \ times50uF \ times5k \ Omega} \ приблизительно 0,64 Гц fc1 = 2πRC1 = 2π × 50 мкФ × 5 кОм1 ≈0,64 Гц C 2 C_2 C2 Частота среза сформированного фильтра верхних частот связана с сопротивлением нагрузки. Взять здесь C 2 знак равно 50 ты F C_2 = 50 мкФ C2 = 50 мкФ, при подключении к 1 k Ω к \ Омега кОм Под нагрузкой, C 2 C_2 C2 Частота среза фильтра высоких частот, образованная сопротивлением нагрузки, равна ж c 2 знак равно 1 2 π р C знак равно 1 2 π × 50 ты F × 5 k Ω ≈ 3,18 ЧАС z f_ {c_2} = \ frac {1} {2 {\ pi} RC} = \ frac {1} {2 {\ pi} \ times50uF \ times5k \ Omega} \ Approx3.18 Гц fc2 = 2πRC1 = 2π × 50 мкФ × 5 кОм1 ≈3,18 Гц

7. Проверка моделирования Multisim

Установите параметры для моделирования, как показано ниже.

Видно, что увеличение напряжения близко к 1, а нагрузка 1 k Ω 1к \ Омега 1 кОм, выходной переменный ток составляет 1,975 мА, формы входного и выходного напряжения следующие

8. Входное и выходное сопротивление

Как показано ниже

Добавьте последовательное сопротивление источника сигнала р s R_s Rs, Измените значение сопротивления, введите U я знак равно U s / 2 U_i = U_s / 2 Ui = Us / 2, наблюдайте за изменением формы сигнала осциллографа, как показано на рисунке выше, когда р s знак равно 5 k Ω R_s = 5к \ Омега Rs = 5 кОм Когда он только что соблюдается, входной импеданс равен 5 k Ω 5к \ Омега 5 кОм, цепь смещения р 1 R_1 R1 с р 2 R_2 R2 Параллельное значение.
, а выходное сопротивление очень низкое

9. Выходная нагрузка увеличивается

Когда сопротивление нагрузки слишком мало, нижняя часть выходного сигнала будет обрезана. На следующем рисунке показана нагрузка. 680 Ω 680 \ Omega 680 Ом График формы сигнала выходного напряжения во время

Необходимо знать диаграмму формы сигнала — 2,65 V -2,65 В −2,65 В Следующая осциллограмма усечена. На рисунке ниже показан потенциал излучателя в это время

Причина в том, что в канале связи, р е R_e Re Параллельно с нагрузкой максимальное падение напряжения на обоих концах составляет — я E ( р е / / р L ) знак равно — 8.6 м А × 310 Ω знак равно — 2,666 V -I_E (R_e // R_L) = — 8,6 мА \ times310 \ Омега = -2,666 В −IE (Re // RL) = — 8,6 мА × 310 Ом = −2,666 В, поэтому он не будет выводить — 2,65 V -2,65 В −2,65 В Следующая осциллограмма.

Я напишу здесь первым, и буду улучшать и улучшать, когда у меня будет время

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *