§ 4.7. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ

Усилительные каскады с общим коллектором больше известны как эмиттерные повторители (рис. 4.27,а). По своим основным характеристикам они близки к истоковым повторителям. Анализ их статического режима ничем не отличается от рассмотренного в § 4.3, 4.5.

Эквивалентная схема эмиттерного повторителя для диапазона средних частот приведена на рис. 4.27, б.

Входное сопротивление каскада можно найти из эквивалентной схемы или из выражения входного сопротивления для схемы с ОЭ путем замены в (4.113) сопротивления гэдиф на

(4.157)

Так как обычно , то

(4.158)

В большинстве случаев гкдиф можно не учитывать. Однако его наличие накладывает принципиальное ограничение на значение входного сопротивления. Если увеличивать сопротивление , то даже при входное сопротивление каскада не сможет превысить значения гкдиф -Обычно в практических схемах достигает 200—300 кОм при сопротивлении в режиме холостого хода. Входное сопротивление не остается постоянным, а меняется в зависимости от сопротивления нагрузки.

Значение входного сопротивления ограничено сопротивлением делителя в цепи базы.

Рис. 4.27. Схема эмиттсрного повторителя (а), его эквивалентная схема для области средних часто! (б) и для области высоких частот (в), переходная характеристика эмиттерного повторителя (г)

Для обеспечения хорошей температурной стабилизации желательно, чтобы (см. § 4.3). В то же время для обеспечения высокого входного сопротивления требуется, чтобы делитель не шунтировал входное сопротивление каскада, т. е. . Поэтому иногда приходится либо использовать непосредственную связь с источником сигнала (без делителя), либо искусственно повышать сопротивление цепи смещения за счет введения отрицательной ОС (см. далее).

Входное сопротивление эмиттерного повторителя уменьшается при коротких импульсах и при повышенной частоте сигнала. Это обусловлено инерционностью процессов в базах транзисторов , а также наличием коллекторной и нагрузочной (в общем случае) емкостей.

Выходное сопротивление найдем исходя из следующих соображений. Пусть , а напряжение в точке А (рис. ) равное . Тогда ток в цепи базы . В цепи эмиттера протекает ток .

Таким образом, внутреннее сопротивление источника ЭДС , вызывающего ток , формально определяют из выражения

(4.159)

Теперь, учитывая, что сопротивления незначительно изменяют выходное сопротивление, можно записать окончательное выражение для выходного сопротивления:

(4.160)

В частном случае при достаточно большом значении коэффициента передачи базового тока и низкоомном источнике входного сигнала вторым членом можно пренебречь и . Так, при токе порядка выходное сопротивление порядка 25 Ом .

С увеличением рабочего тока гэдиф уменьшается и соответственно уменьшается выходное сопротивление. Минимальное выходное сопротивление (при

(4.161)

может составлять Ом.

Важно подчеркнуть, что выходное сопротивление существенно зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала, причем можно показать, что при .

Для наиболее часто встречающихся случаев выходное сопротивление равно 100—200 Ом, что намного меньше, чем в схемах с ОЭ и ОБ.

Коэффициент усиления по напряжению найдем, учитывая малое значение сопротивления . Выходное напряжение можно записать в виде

(4.162)

где.

Используя выражение (4.162) и учитывая, что , определим коэффициент передачи по напряжению:

Если учесть, что обычно выполняется неравенство , то (4.163) можно упростить:

Из выражения (4.164) видно, что коэффициент передачи по напряжению меньше единицы и его значение в основном зависит от внутреннего сопротивления источника . Обычно находится в пределах .

Коэффициент усиления по току значительный и в пределе равен . Его легко получить, если учесть, что ,

(4.165)

За счет большого усиления по току происходит усиление мощности.

Эмиттерные повторители могут работать с большими входными сигналами по сравнению с усилительными каскадами других типов. Влияние разделительных конденсаторов на частотную характеристику полностью аналогично влиянию соответствующих конденсаторов в каскаде с ОЭ и рассмотрено в § 4.5. Отметим только, что они полностью определяют вид низкочастотной части амплитудно-частотной характеристики каскада.

Поведение каскада в области малых времен рассмотрим только качественно. При этом будем использовать эквивалентную схему для области малых времен, приведенную на рис. 4.27, в.

Важной особенностью эмиттерного повторителя является то, что его входное сопротивление резко уменьшается при повышенной частоте и передаче коротких импульсов. Это обусловлено инерционностью процессов в базе транзистора, а также наличием коллекторной и нагрузочной емкостей. Из эквивалентной схемы видно, что в первый момент после подачи импульса входное сопротивление равно , т. е. имеет достаточно малое значение. По мере зарядки емкостей и нарастания коэффициента входное сопротивление увеличивается до своего установившегося значения.

Аналогично обстоит дело с коэффициентом усиления по напряжению. Это видно из переходной характеристики эмиттерного повторителя в области малых времен (рис. 4.27, г). Если , то в момент поступления импульса на выходе сразу появился бы сигнал. По мере нарастания функции одна часть тока ответвлялась бы в выходную цепь, увеличивая выходное напряжение вплоть до установившегося значения, а другая — в цепь базы и была бы направлена навстречу исходному току базы. Это уменьшило бы эквивалентный входной ток и, следовательно, увеличило бы усиление тока и так до установившихся значений.

Влияние емкости сказывается в том, что начальный скачок напряжения на выходе отсутствует и увеличивается время нарастания. Емкость нагрузки оказывает приблизительно такое же влияние, что и , и еще больше уменьшает крутизну начального участка фронта.

Для получения аналитического уравнения, характеризующего коэффициенты усиления в области высоких частот, в (4.164) и (4.165) следует подставить уравнение, аппроксимирующее коэффициент , а вместо использовать .

Таким образом, вследствие -ной обратной связи по напряжению, которая имеется в усилительных каскадах с ОК (аналогично рассмотренному в § 4.4), их коэффициент по напряжению стабилен и близок к единице, входное сопротивление высокое, а выходное — низкое.