Усилительные каскады на биполярных транзисторах

При использовании транзистора в усилительном режиме на выходе усилителя мощность электрических сигналов значительно пре­вышает мощность входного сигнала за счет передачи в нагрузку энергии источника питания. Существуют три типа усилительных каскадов на транзисторах: с общим эмиттером, с общим коллектором, с общей базой. Наибольшее распространение получили усилительные каскады с общим эмиттером (коллекторной нагрузкой), так как они обеспечивают большое усиление по напряжению, току и мощности (рис.15).

Рис. 15

Выбор биполярного транзистора проводится по ряду требова­ний, предъявляемых к усилителю. К числу этих требований относят­ся: мощность, отдаваемая в нагрузку, коэффициент усиления, час­тота усиливаемых сигналов f. Для нормальной работы усилителя необходим транзистор, для которого выполняются соотношения: f_гр>f, >К, Р

к _max>Р. Выбор питающего напряжения Е_к прово­дится из условия Е_к < U_{кэ max}. Дальнейший расчет сводится к опре­делению параметров элементов R_к, R_б, С_вх, С_вых.

Для выходной (коллекторной) цепи можно записать уравнение по 2-му закону Кирхгофа:

, (2)

откуда выражение описывает ВАХ коллекторного резистораR_к (линию нагрузки). Линяя нагрузки строится по двум точ­кам В и С (рис.14): при

U_кэ = 0 на оси ординат наносится точка В (I_к = Е_к /R_к), при I_к=0 на оси абсцисс наносится точка С (U_кэ = Е_к). Точка пересечения линии нагрузки с коллекторными характеристиками дает графическое решение уравнения (2) и позволяет построить динамическую переходную характеристику I_к = f(I_б). В качест­ве динамической входной характеристики используется одна из ста­тических характеристик I_б = f(U_бэ), так как их семейство практи­чески сливается в одну линию.

Выбор R_к проводится таким образом, чтобы линия нагрузки не выходила за пределы рабочей области транзистора и в то же время обеспечивалась линейность динамической переходной харак­теристики. Так при малых R_к должно выполняться условие , а при больших недопустима малая крутизна переход­ной характеристики.

Резистор R_б, включенный в цепь базы, задает рабочую точку А транзистора. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для входной цепи резистор

R_б позволяет выбрать такое значение , при котором рабочая точка А находится посередине линейного участка переходной характеристики. Рабочей точке соответствуют постоянные токи и напряженияI_б0, U_бэ0, I_к0, U_кэ0 (рис. 14).

Конденсаторы С_вх, С_вых предназначены для разделения переменных усиливаемых сигналов U

_вx, U_вых и постоянных напряжений U_бэ0, U_кэ0. Эти напряжения не должны поступать на источник входного сигнала (e, r_вн) и нагрузку (R_н), чтобы не оказывать влияния на их ра­боту. Выбор емкости С конденсатора проводится таким образом, чтобы для входных сигналов минимальной частоты f_min сопротив­ление конденсатора было равно 0.

При подаче на вход усилительного каскада переменного напря­жения U_вх возникает переменный ток базы i_б, который в соответ­ствии с переходной характеристикой приводит к возникновению пе­ременного тока коллектора

i_к. Ток коллектора создает на резисторе R_к падение напряжения, которое является выходным. Важнейшая характеристика усилительного каскада – коэффициент усиления по напряжению К_U=U_вых/U_вх. Так как предел измерения выходного напряжения порядка единиц вольт, а входное напряжение измеряется в милливольтах (рис. 14), то коэффициент усиления может достигать сотен единиц.

При больших входных напряжениях переменные составляющие токов выходят за предел линейных участков переходной и динамической входной характеристик, в результате чего форма выходного напряжения претерпевает значительные искажения. Эти искажения, обусловленные нелинейностью указанных характеристик, называются нелинейными. Для оценки допустимого диапазона изменения вход­ных напряжений используют амплитудную характеристику, представляющую собой зависимость выходного напряжения от входного (рис. 16). Линейный участок амплитудной характеристики позволяет определять диапазон входных напряжений, при которых отсутствуют нелинейные искажения.

Рис. 16

При работе усилительного каскада в линейном режиме основные параметры могут быть найдены аналитически из эквивалентной схемы каскада с ОЭ (рис.17).

Рис. 17

Так как R_б>>h₁₁, то входное сопротивление усилительного каскада равно:

.

Выходное сопротивление равно:

.

При Р_н

= ∞ в режиме холостого хода (XX) коэффициент усиления по напряжению К_Uхх= h₂₁R_к/h₁₁.

При работе на нагрузку R_н коэффициент усиления равен:

К_U=R_нК_Uхх /(R_вых+R_н).

Коэффициент усиления по току каскада:

.

Коэффициент усиления по мощности К_Р= К_U K_I.

Существенным недостатком транзисторов является зависимость их параметров от температуры. При повышении температуры увеличивается коллекторный ток за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это приводит к изменению кол­лекторной характеристики транзистора и смещению рабочей точки. В некоторых случаях повышение температуры может вывести рабочую точку за пределы линейного участка переходной характеристики и нормальная работа усилителя нарушается.

Для уменьшения влияния температуры в цепь эмиттера включают резистор R_э, шунтированный конденсатором (рис.18).

Для создания начального напряжения смещения U_бэ0 используют делитель на резисторах R_б1, R_б2. Для напряжения U_бэ0 можно записать выражение:

.

Рис. 18

Повышение температуры приводит к повышению I_э, увеличению R_эI_э. Это вызывает уменьшение

U_бэ0, снижает I_б0, и в соответствии с переходной характеристикой приводит к уменьшению I_к0. Как видим, в данной схеме при изменении температуры ток коллектора автоматически поддерживается постоянным.

Однако введение резистора R_э в схему поменяет работу уси­лительного каскада и при наличии входного напряжения. Переменная составляющая эмиттерного тока I_э создает на резисторе R_э па­дение напряжения, которое уменьшает входное усиливаемое напряжение, непосредственно подводимое к транзистору

U_бэ = U_вх – R_эi_э.

Коэффициент усиления каскада при этом будет уменьшаться. Для ослабления этого явления включают конденсатор С_э. Емкость кон­денсатора выбирают таким образом, чтобы для всех частот усили­ваемого напряжения его сопротивление было много меньше R_э. При этом падение напряжения на участке C_э//R_э от переменной составляющей i_э будет незначительным и усиливаемое напряжение будет практически равно входному напряжению U_бэU_вх.

Широкое применение находят усилительные каскады с общим коллектором (рис.19).

В схеме при отсутствии входного напряжения проходят токи: в цепи базы – I_б0, который задается делителем напряжения R_б1, R_б2; в цепи эмиттера – I_э0, который создает на R_э падение напряжения I_э0R_э. При подаче входного напряжения u_вх напряжение на резисторе R_э равно: .

Переменное напряжение i_эR_э = U_вых подается через конденсатор связи на выход усилителя. Так как U_вхU_вых, то каскад называют эмиттерным повторителем.

; К_U1;

R_вх = h₁₁/(1-K_U) – очень велико и достигает сотен кОм;

R_выхh₁₁/(1+ h₂₁) – очень мало и составляет десятки Ом.

Рис. 19

Эмиттерный повторитель применяется для согласования высокоомного источника усиливаемого напряжения с низкоомным сопротивлением нагрузки.

Усилительный каскад с ОБ находит меньшее применение вследствие малого входного и большого выходного сопротивлений и от­сутствия усиления по току. Он применяется на высоких частотах.

Электроника

В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев Электроника. М: Высшая школа, 1991 г. — 622 с. В книге рассмотрены принципы работы и основы теории электронных приборов и схем, приведены основные сведения о принципе работы и свойствах типовых элементов электронных и оптоэлектронных устройств, усилительных каскадов, многокаскадных интегральных усилителей, аналоговых преобразователей электрических сигналов, электронных ключей, цифровых схем и автогенераторов. Второе издание (1-е-1982) дополнено новым материалом — пассивными компонентами электронных цепей, компонентами устройств для отображения информации, аналоговыми преобразователями электрических сигналов, перемножителями напряжений и детекторами электрических сигналов. К книге добавлены главы из первого издания, усеченные во 2-м. Для студентов вузов, обучающихся по направлениям «Биомедицинская техника», «Приборостроение», «Электроника и микроэлектроника». Будет полезен студентам других направлений электротехнического профиля: «Электротехника, электромеханика и электротехнологии», «Электроэнергетика» и др. Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ § 1.1. РЕЗИСТОРЫ Основные параметры резисторов § 1.2. КОНДЕНСАТОРЫ Основные параметры постоянных конденсаторов 1.3. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ Основные параметры катушки индуктивности (ГОСТ 20718—75) § 1. 4. ТРАНСФОРМАТОРЫ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Основные параметры трансформаторов питания ГЛАВА 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ § 2.1. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Основные положения теории электропроводности. Примесная электропроводность. § 2.2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Концентрация носителей зарядов. Уравнения непрерывности. § 2.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДЫ Контакт металл — полупроводник. Контакт двух полупроводников p- и n-типов. Свойства несимметричного p-n-перехода. p-n-переход смещен в прямом направлении Переход, смещенный в обратном направлении. Переходы p-i, n-i-, p+-p-, n+-n-типов. 2.4. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛЬНЫХ p-n-ПЕРЕХОДОВ Пробой p-n-перехода. § 2.5. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ § 2.6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Выпрямительные диоды. Основные параметры выпрямительных диодов и их значения у маломощных диодов Импульсные диоды. Полупроводниковые стабилитроны. Варикапы. Диоды других типов. § 2.7. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Математическая модель транзистора. Три схемы включения транзистора. Инерционные свойства транзистора. Шумы транзистора. Н-параметры транзисторов. § 2.8. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ИНЖЕКЦИОННЫМ ПИТАНИЕМ § 2.9. ТИРИСТОРЫ Симметричные тиристоры. Основные параметры тиристоров и их ориентировочные значения § 2.10. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Основные параметры полевых транзисторов и их ориентировочные значения § 2.11. ОСОБЕННОСТИ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ В МИКРОМИНИАТЮРНОМ ИСПОЛНЕНИИ Пассивные компоненты ИС. Конденсаторы. Индуктивности. Транзисторы ИС. Изоляция компонентов в монолитных интегральных узлах. ГЛАВА 3. КОМПОНЕНТЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПОНЕНТАХ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ § 3.2. УПРАВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА Основные параметры и характеристики светодиодов § 3. 3. ФОТОПРИЕМНИКИ Основные характеристики и параметры фоторезистора Фотодиоды. Основные характеристики и параметры фотодиода Фототранзисторы. Основные характеристики и параметры фототранзистора Фототиристоры. Многоэлементные фотоприемники. Фотоприемники с внешним фотоэффектом. § 3.4. СВЕТОВОДЫ И ПРОСТЕЙШИЕ ОПТРОНЫ § 3 5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПОНЕНТАХ УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.6. ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.7. ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ Основные параметры газонаполненных матричных панелей неременного тока § 3.8. ВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.9. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ГЛАВА 4. УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ИХ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРАХ И ХАРАКТЕРИСТИКАХ § 4.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСИЛИТЕЛЯМ § 4. 3. СТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ § 4.4. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Каскад с общим стоком. § 4.5. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ Входное сопротивление. § 4.6. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ § 4.7. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ Сложные эмиттерные повторители. § 4.8. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ § 4.9. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ С ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ И С КАСКОДНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕМ ТРАНЗИСТОРОВ § 4.10. УПРАВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА И УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ИХ ОСНОВЕ 4.11. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ 4.12. МОЩНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ Каскад с ОБ трансформаторным входом и трансформаторным выходом. Двухтактные выходные каскады. § 4.13. БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ МОЩНЫЕ ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ ГЛАВА 5. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ § 5.1. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ Параметры RC-цепи связи. § 5. 2. УСИЛИТЕЛИ В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ 5.3. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ § 5.4. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ § 5.5. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ § 5.6. ОСОБЕННОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ И СВОЙСТВА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ, ОХВАЧЕННЫХ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ § 5.7. УСТОЙЧИВОСТЬ УСИЛИТЕЛЕЙ И КОРРЕКЦИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЛАВА 6. АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 6.1. МАСШТАБНЫЕ УСИЛИТЕЛИ 6.2. ЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 6.3. ИНТЕГРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА Интеграторы на основе операционных усилителей. § 6.4. ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА Активные дифференцирующие устройства. § 6.5. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ § 6.6. МАГНИТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 6.7. НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 6.8. ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВА, ВЫПОЛНЯЮЩИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ § 6.9. ДЕТЕКТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ГЛАВА 7. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ § 7. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССАХ И УСТРОЙСТВАХ § 7.2. ДИОДНЫЕ КЛЮЧИ § 7.3. КЛЮЧИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ § 7.4. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КЛЮЧЕВЫХ ЦЕПЯХ С БИПОЛЯРНЫМИ ТРАНЗИСТОРАМИ 7.5. КЛЮЧИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ § 7.6. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КЛЮЧАХ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ ГЛАВА 8. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ТРИГГЕРЫ, АВТОГЕНЕРАТОРЫ § 8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ § 8.2. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ 8.3. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА МОП-ТРАНЗИСТОРАХ § 8.4. ТРИГГЕРЫ § 8.5. НЕСИММЕТРИЧНЫЕ ТРИГГЕРЫ § 8.6. ГЕНЕРАТОРЫ КОЛЕБАНИЙ Генераторы напряжения прямоугольной формы. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Генераторы напряжения треугольной формы. Генераторы синусоидальных колебаний. Генераторы LC-типа. Генераторы с кварцевыми резонаторами и электромеханическими резонансными системами. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Приложение Схемы включения операционных усилителей ЛИТЕРАТУРА

Усилитель

BJT — Схема, типы и детали [Примечания GATE]

Test Series

By Mohit Unyal|Обновлено: 30 сентября 2022 г. . Транзисторы с биполярным переходом (BJT) могут работать в основном в трех областях. Это области насыщения, активности и отсечки. Чтобы BJT работал как усилитель, он должен работать в активной или линейной областях. Исходя из требований, мы будем использовать соответствующие усилители BJT.

BJT — базовый транзистор среди всех транзисторов. Следовательно, легко понять работу усилителей JFET и усилителей MOSFET после изучения и понимания работы усилителей BJT. В этой статье мы обсудим усилитель BJT, а также его типы и работу соответственно.

Загрузить полные примечания к формуле аналоговой схемы в формате PDF

Содержание

• 1. Что такое усилитель BJT?
• 2. Типы усилителей BJT
• 3. Усилитель с общей базой
• 4. Усилитель с общим эмиттером
• 5. Усилитель с общим коллектором
• 6. Сравнение типов усилителей BJT

Прочитать статью полностью

Что такое усилитель BJT?

Электронная схема, выполняющая усиление, называется усилителем. Транзистор является основным компонентом в усилителях. Биполярный переходной транзистор (BJT) является основным транзистором среди всех транзисторов. Итак, если мы используем BJT в схемах усилителя, они известны как усилители BJT.

Схема усилителя BJT

На следующем рисунке показана принципиальная схема типичного усилителя BJT.

Как следует из названия, усилители усиливают уровень входного сигнала и производят выходной сигнал. Итак, мы можем классифицировать усилители на три типа в зависимости от количества, усиливаемого на выходе. Это усилители напряжения, усилители тока и усилители мощности.

Типы усилителей BJT

Мы можем классифицировать усилители BJT различными способами на основе различных параметров. Одним из таких параметров является конфигурация BJT. Поскольку у нас есть три конфигурации усилителей BJT, мы получим три типа усилителей BJT. Теперь давайте обсудим следующие три типа усилителей один за другим.

• Усилитель с общей базой (CB)
• Усилитель с общим эмиттером (CE)
• Усилитель с общим коллектором (CC)

Усилитель с общей базой

Как следует из названия, база является общей как для входа, так и для выхода в общей базе (СВ) конфигурация. Здесь мы будем рассматривать клеммы эмиттера и коллектора биполярного транзистора как входные и выходные клеммы. Принципиальная схема усилителя BJT, настроенного на общую базу (CB), показана ниже.

В этом усилителе BJT форма сигнала переменного напряжения, подаваемого на клемму эмиттера, будет усиливаться и воспроизводиться на клемме коллектора. Эта схема не имеет фазового сдвига между входными и выходными сигналами. Ниже приведены характеристики усилителя CB.

• Низкое входное сопротивление
• Высокое выходное сопротивление
• Высокое усиление по напряжению
• Коэффициент усиления по току приблизительно равен единице

Усилитель с общим эмиттером

Как следует из названия, эмиттер является общим как для входа, так и для выхода в конфигурации с общим эмиттером (CE). Здесь мы будем рассматривать клеммы Base и Collector BJT как входные и выходные клеммы. Принципиальная схема усилителя BJT, настроенного на общий эмиттер (CE), показана ниже.

В этом усилителе BJT сигнал напряжения переменного тока, подаваемый на клемму базы, будет усиливаться и воспроизводиться на клемме коллектора. Но разница в фазе между входным и выходным сигналом составляет 1800. Характеристики усилителя CE приведены ниже.

• Среднее входное сопротивление
• Среднее выходное сопротивление
• Среднее усиление по напряжению.
• Средний коэффициент усиления по току.

Усилитель общего коллектора

Как следует из названия, коллектор является общим для ввода и вывода в конфигурации общего коллектора. Здесь мы будем рассматривать клеммы базы и эмиттера BJT как входные и выходные клеммы. Принципиальная схема усилителя BJT, сконфигурированного с общим коллектором (CC), показана ниже.

Конфигурация усилителя BJT с наименьшим выходным сопротивлением является конфигурацией с общим коллектором. В этом усилителе BJT форма волны переменного напряжения, которая прикладывается к базовой клемме, будет создаваться на клемме эмиттера с единичным коэффициентом усиления по напряжению. Эта схема не имеет фазового сдвига между входными и выходными сигналами. Характеристики усилителя CC указаны ниже.

• Высокое входное сопротивление
• Низкое выходное сопротивление
• Коэффициент усиления по напряжению приблизительно равен единице.
• Высокий коэффициент усиления по току.

Сравнение между типами усилителей BJT

Здесь мы представили сравнение между различными типами усилителей BJT на основе импеданса ввода-вывода и различных коэффициентов усиления в схеме на рисунке ниже:

Часто задаваемые вопросы по BJT Усилитель

• Что такое усилитель BJT?

  У нас есть три типа усилителей BJT на основе транзисторной конфигурации. Это усилители CB, CE и CC. Мы будем использовать усилители CB в качестве усилителей напряжения и токовых буферов. В качестве усилителей мощности будем использовать усилители CE. Мы будем использовать усилители CC в качестве усилителей тока и буферов напряжения.

• Какие типы усилителей существуют в зависимости от частотной характеристики?

  Исходя из требований, мы сделаем усиление в некотором диапазоне частот. Соответственно, мы можем классифицировать усилители по этим типам. Это усилители с прямой связью (DC), усилители звуковой частоты (AF), усилители радиочастоты (RF), усилители сверхвысокой частоты (UHF) и усилители микроволновой частоты.

• Для чего нужно смещение транзистора?

  Используя транзистор, мы усилим сигнал переменного тока на низком уровне напряжения. Для этого мы должны управлять BJT в линейной или активной области. Чтобы перевести транзистор в эту область, мы должны правильно сместить транзистор соответствующим постоянным напряжением.

• Что такое эмиттерный повторитель в усилителе BJT?

  В усилителе BJT, сконфигурированном с общим коллектором (CC), выходное напряжение на клемме эмиттера такое же, как и напряжение на клемме базы BJT. Следовательно, он называется эмиттерным повторителем. Коэффициент усиления по напряжению этой схемы равен единице.

• Какой текущий буфер в усилителе BJT?

  В усилителе BJT, настроенном на общую базу (CB), ток через вывод коллектора такой же, как и ток, протекающий через вывод эмиттера BJT. Итак, коэффициент усиления по току усилителя CB равен единице. Следовательно, он называется текущим буфером. 100039

  Следите за обновлениями

  Наши приложения

  • BYJU’S Exam Prep: приложение для подготовки к экзамену

  GradeStack Learning Pvt. Ltd.Windsor IT Park, Башня — A, 2-й этаж,

  Сектор 125, Нойда,

  Уттар-Прадеш 201303

  [email protected]

  Усилитель с общим эмиттером BJT | mbedded.ninja

  Содержание

  Обзор

  Усилитель с общим эмиттером BJT — это универсальный усилитель на основе биполярных транзисторов, который обычно используется для усиления напряжения. Он предлагает большой коэффициент усиления по напряжению и хороший коэффициент усиления по току . Входной импеданс средний, но, к сожалению, он имеет высокий выходной импеданс Ом. Выход инвертируется по отношению к входу. Обычно за ним следует буферная схема, такая как усилитель с общим коллектором, для уменьшения выходного импеданса. Усилитель с общим эмиттером находит применение в аудио- и радиочастотных приложениях.

  Аналог MOSFET для усилителя с общим эмиттером BJT — усилитель с общим истоком .

  Properties:

  Voltage Gain	High
  Current Gain	Medium
  Power Gain	Medium
  Input Impedance	Medium
  Output Impedance	Высокий
  Фазовый сдвиг	180°

  Строчные буквы, используемые ниже, обозначают изменения количества, например, \(V_C\) — это напряжение на коллекторе, а \(v_c\) — изменение напряжения на коллекторе, \(\Delta V_C\) .

  Как работает усилитель с общим эмиттером

  Схема усилителя с общим эмиттером со смещением по постоянному току и связью по переменному току.

  • \(R1\) и \(R2\) используются для обеспечения точки смещения постоянного тока для базы транзистора, используя стандартный метод делителя резистора (точнее, вы также должны принять во внимание Учтите, что транзистор потребляет некоторый ток с выхода резисторного делителя, но обычно вы можете игнорировать это).
  • \(C1\) используется для соединения входного сигнала по переменному току с точкой смещения по постоянному току – это значение выбрано таким образом, чтобы оно отображалось как сокращение для представляющих интерес частот сигнала переменного тока, но блокировало постоянный ток.
  • \(R_E\) добавляет вырождение эмиттера ¹ и делает усиление усилителя более стабильным при изменении \(\beta\) . \(C_E\) — это конденсатор шунтирования эмиттера , который используется для шунтирования \(R_E\) , так что сигнал переменного тока по существу видит, что эмиттер подключен непосредственно к земле.
  • \(R_C\) — коллекторный резистор, который помогает установить коэффициент усиления усилителя по напряжению. Иногда его называют нагрузочным резистором ² , однако это может сбивать с толку, поскольку обычно «нагрузка» размещается после выходного конденсатора связи по переменному току.
  • \(R_L\) — сопротивление нагрузки. Вы можете видеть это и \(C_{OUT}\) , опущенные на некоторых схемах усилителя с общим эмиттером.
  • \(C_{OUT}\) — конденсатор связи по переменному току на выходе, который блокирует постоянную составляющую, аналогично \(C_{IN}\) .

  Коэффициент усиления усилителя с общим эмиттером

  Схема, показывающая, как находится уравнение усиления для усилителя с общим эмиттером.

  Коэффициент усиления по напряжению усилителя с общим эмиттером (по определению):

  \begin{align} A_V = \frac{v_{out}}{v_{in}} \\ \end{align}

  Помните, что \(v_{in}\) и \(v_{out}\) написаны строчными буквами и представляют изменения в сигнале (т. е. дельты, и игнорируют их уровни постоянного тока). Теперь, предположим, \(i_c \приблизительно i_e\) , изменение напряжения на выходе:

  \begin{align} v_{out} = — i_e R_C \\ \end{align}

  А изменение напряжения на входе:

  \begin{align} v_{in} = i_e (r_e + R_E) \\ \end{align}

  Обратите внимание, что здесь мы должны принять во внимание внутреннее сопротивление эмиттера \(r_e\) , так как конденсатор обхода эмиттера удалит член \(R_E\) ниже, оставив только \(r_e\) .

  Подстановка этих уравнений для \(v_{in}\) и \(v_{out}\) в уравнение усиления дает:

  \begin{align} A_V &= \frac{- i_e R_C}{i_e (r_e + R_E)} \nonumber \\ &= -\frac{R_C}{r_e + R_E} \\ \end{align}

  Помните, что значение для \(r_e\) зависит от тока эмиттера в точке смещения постоянного тока:

  \begin{align} r_e &= \frac{25mV}{I_E} \\ \end{align}

  Таким образом, для наших частот сигнала, на которых \(C_E\) конденсатор закорачивает внешний резистор \(R_E\) , сопротивление эмиттера составляет всего \(r_e\) и коэффициент усиления становится:

  \begin{align} A_V &= -\frac{R_C}{r_e} \nonumber \\ &= -\frac{I_E R_C}{25мВ} \\ \end{align}

  Коэффициент усиления по напряжению усилителя с общим эмиттером не зависит от коэффициента усиления по току \(\beta\) BJT . Это хорошая новость, так как это свойство не может жестко контролироваться во время производства и обычно различается между «идентичными» транзисторами на несколько процентов.0245 \(100%\) или больше!

  Как спроектировать усилитель с общим эмиттером? Давайте сделаем рабочий пример, чтобы пройти этапы проектирования.

  Предположения

  • \(V_{CC}\) is \(12V\)
  • В нашем усилителе мы будем использовать почтенный NPN-транзистор BC548BTA от onsemi.
  • Пытаемся получить как можно больше выгоды (благородный квест).

  Ступени

  1. Выберите ток коллектора: Выберите подходящий постоянный ток коллектора для вашего усилителя. Разумным выбором будет \(I_C = 10 мА\) (макс. \(I_C\) для BC547B — \(100 мА\) ).

  2. Определите эмиттерный резистор \(R_E\) : Как правило, 10% от \(V_{CC}\) обычно падает на \(R_E\) ^{3 4} :

     \ начало {выравнивание} V_{R_E} &= 0. 1V_{CC} \номер \\ &= 0,1*12 В \номер \\ &= 1,2 В \номер \\ \end{выравнивание}

     И затем:

     \begin{align} R_E &= \frac{V_{R_E}}{I_{R_E}} \nonumber \\ &= \frac{1.2V}{10mA} \nonumber \\ &= 120\Омега\номер\\ \end{align}

     
     

  3. Найдите коллекторный резистор \(R_C\) : Мы пропускаем \(1.2V\) через эмиттерный резистор. Это оставляет \(10,8 В\) , которые нужно сбрасывать на резистор коллектора и биполярный транзистор. При напряжении насыщения 200 мВ это дает BJT \(10,6 В\) качелей. Для максимального симметричного выхода мы хотим отбросить половину этого \(10,6 В\) на коллекторный резистор:

     \begin{align} R_C &= \frac{V_{R_C}}{I_{R_C}} \nonumber \\ &= \frac{0.5*10.6V}{10mA} \nonnumber \\ &= 530\Омега\номер\\ \end{align}

     
     

  4. Найдите базовый ток: Рассчитайте \(I_B\) , используя приблизительное усиление:

     \begin{align} I_B &= \frac{I_C}{\beta} \nonumber \\ &= \frac{10mA}{200} \nonnumber \\ &= 50 мкА \номер \\ \end{выравнивание}

     
     

  5. Определить базовое напряжение \(V_B\) : \(V_B\) это просто напряжение эмиттера плюс диод \(V_BE\) drop:

     9000} V_B &= V_E + V_{BE} \номер \\ &= 1,2 В + 0,7 В \номер \\ &= 1,9 В \номер \\ \end{align}
     
     

  6. Вычислить значения резисторного делителя : Выберите \(R1\) и \(R2\) , чтобы установить выход резисторного делителя в соответствии с этим базовым напряжением. Мы также хотим убедиться, что ток, протекающий через резистор, в 10 раз превышает ток, который будет всасываться из него в базу транзистора, таким образом, мы можем игнорировать нагрузку биполярного транзистора при расчете значений резистора.

     \begin{выравнивание} I_{R2} &= 10 \cdot I_B \номер \\ &= 10 \cdot 50uA \номер \\ &= 500 мкА \номер \\ \end{align}

     Теперь мы можем легко вычислить значение \(R2\) :

     \begin{align} R2 &= \frac{V_{R2}}{I_{R2}} \nonumber \\ &= \frac{1.9V}{500uA} \nonnumber \\ &= 3.8k\Омега\номер\\ \end{align}

     И \(R1\) :

     \begin{align} R1 &= \frac{V_{R1}}{I_{R1}} \nonumber \\ &= \frac{12V — 1,9В {500 мкА} \номер \\ &= 20.2k\Омега\номер\\ \end{align}

  7. Расчет входного конденсатора связи по переменному току: Практическое правило состоит в том, чтобы убедиться, что импеданс конденсатора в 10 раз меньше импеданса резисторного делителя по переменному току на самой низкой интересующей частоте ⁵ . Самая низкая интересующая нас частота — \(20Hz\) .

     \начать{выравнивание} R_{in} &= R1 || R2 \номер\\ &= \frac{R1 \cdot R2}{R1 + R2} \nonumber \\ &= \frac{20.2k\Omega \cdot 3.8k\Omega}{20.2k\Omega + 3.8k\Omega} \nonumber \\ &= 3.20k\Омега\номер\\ \end{выравнивание}

     \begin{выравнивание} Z_{C_{in}} &= \frac{R_{in}}{10} \nonnumber \\ &= \frac{3.20k\Omega}{10} \nonnumber \\ &= 320\Омега\номер\\ \end{выравнивание}

     \begin{выравнивание} C_{in} &= \frac{1}{2\pi f Z_{C_{in}}} \nonumber \\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 20Hz \cdot 320\Omega} \nonumber \\ &= 25 мкФ \номер\\ \end{align}

  8. Расчет конденсатора обхода эмиттера: То же эмпирическое правило применимо к \(C_E\) , за исключением того, что на этот раз его импеданс должен быть в 10 раз меньше, чем \(R_E\) :

     \begin{align} Z_{C_E} &= \frac{R_E}{10} \nonumber \\ &= \frac{120\Omega}{10} \nonnumber \\ &= 12\Омега\номер\\ \end{выравнивание}

     \begin{выравнивание} C_E &= \frac{1}{2\pi f Z_{C_E}} \nonumber \\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 20Hz \cdot 12\Omega} \nonumber \\ &= 663 мкФ \\ \end{align}

  9. Рассчитать усиление :

     \begin{align} A_V &= -\frac{I_E R_C}{25mV} \nonumber \\ &= -\frac{10mA * 530\Omega}{25mV} \nonnumber \\ &=-212\\ \end{выравнивание}

     Или в дБ:

     \begin{align} A_{V(db)} &= 20\log(A)\nonumber\\ &= 20\лог(212)\номер\\ &= 46,5 дБ \\ \end{align}

  10. Готово!

  Готовая схема вместе с источниками напряжения, готовыми к моделированию, показана ниже. {\circ}\) для большей части полосы пропускания нашего сигнала.

  Смоделированная частотная характеристика нашего усилителя с общим эмиттером.

  Усиление схемы значительно упадет, если сопротивление нагрузки будет уменьшено из-за среднего значения выходного импеданса (в идеале это должно быть \(0\Omega\) ). При проектировании усилителя с общим эмиттером убедитесь, что вы не нагружаете его слишком сильно. Вы можете уменьшить выходное сопротивление усилителя с общим эмиттером, увеличив ток покоя коллектора \(I_C\) .

  Ссылки

  ---

  1. Analog Devices (2020, 23 марта). Упражнение: Усилитель с общим эмиттером . Получено 20 августа 2022 г. с https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/electronics-lab-5. ↩︎

  2. Боб Харпер (2018, декабрь). Транзисторный усилитель с общим эмиттером . Дийоде. Получено 21 августа 2022 г. с сайта https://diyodemag.