§ 4.6. Каскад с общим коллектором (повторитель напряжения)

Принципиальная схема каскада с общим коллектором (эмиттерного повторителя) и соответствующая ей эквивалентная схема в области средних частот полосы пропускания для переменного сигнала показаны на рис. 4.16, а, б.

Преобразовав на эквивалентной схеме комбинацию сопротивлений в одно сопротивление , получим эквивалентную схему, изображенную на рис. 4.17.

Используя схему рис. 4.17, найдем входное сопротивление каскада ОК:

Так как ,

Формула (4.56) совпадает с формулой (4.4), если заменить на . Так как , то входное сопротивление каскада ОК значительно больше входного сопротивления каскада ОЭ.

При выполнении обычных соотношений формула (4.56) упрощается,

Входное сопротивление каскада ОК может быть ограничено сопротивлением резистора в базовой цепи R, с учетом которого

Если к выходным зажимам каскада подключить переменное напряжение, замкнув источник входного сигнала и разомкнув нагрузку, то выходное сопротивление каскада ОК будет определяться при параллельным включением сопротивления резистора и эквивалентного, соответствующего входному сопротивлению схемы каскада ОБ, т. е.

Рис. 4.16.

Рис. 4.17.

При достаточно больших значениях коэффициента , когда , формулу (4.59) можно упростить, т. е. . Поскольку , окончательно получим

Если при определении учесть сопротивления , то формула (4.59) будет иметь вид

Откуда следует, что выходное сопротивление каскада ОК возрастает с увеличением внутреннего сопротивления генератора входного сигнала.

Напряжение на переходе эмиттер — база транзистора является алгебраической суммой входного и выходного напряжений, действующих во входной цепи усилителя в противофазе, т. е. .

Таким образом, в схеме каскада ОК имеется -ная отрицательная обратная связь по напряжению, в значительной степени определяющая свойства каскада.

Поскольку напряжение определяется входной характеристикой транзистора и сравнительно мало изменяется во всем диапазоне изменения входного напряжения, приращение выходного напряжения практически равно приращению входного, т. е. сигнал на выходе повторяет форму сигнала на входе схемы.

Коэффициент усиления по напряжению

где — определяется из формулы (4.56).

С учетом сопротивлений и R будем иметь

Коэффициент усиления по току

Таким образом, каскад ОК по своим усилительным свойствам уступает каскаду ОЭ из-за отрицательной обратной связи. Однако, обладая высоким входным и низким выходным сопротивлениями, каскад ОК широко используется в предварительных усилителях для повышения коэффициента усиления по напряжению каскада ОЭ, работающего от генератора входного сигнала с большим внутренним сопротивлением , на низкоомную нагрузку Включенный на входе каскада с общим эмиттером повторитель напряжения (каскад ОК) преобразует большое сопротивление в малое , поэтому

При включении повторителя на выходе каскада ОЭ низкоомная Кагрузка преобразуется в высокоомную, равную входному сопротивлению повторителя . При этом

Благодаря отрицательной обратной связи каскад ОК обладает также меньшими нелинейными искажениями и большей стабильностью характеристик, чем каскад ОЭ.

Повысить входное сопротивление и коэффициент усиления по току эмиттерного повторителя можно также используя составной транзистор, представляющий собой схемную комбинацию из двух отдельных транзисторов и , в которой эмиттерный ток одного транзистора является базовым током другого, а коллекторный ток — суммой коллекторных токов отдельных транзисторов (рис. 4.18, а).

Рис. 4.18.

Коэффициент усиления по току составного транзистора

Учитывая, что

будем иметь

т. е. коэффициент усиления по току составного транзистора равен произведению коэффициентов усиления по току отдельных транзисторов.

Включив в схему повторителя (рис. 4.16, а) вместо транзистора VT составной транзистор, состоящий из транзисторов , получим при

Аналогичные результаты можно получить, используя в схеме составного транзистора транзисторы разного типа электропроводности: и (рис. ).

Расчет эмиттерного повторителя по постоянному току производится так как и в Схеме ОЭ, но с учетом отсутствия резистора , а его стабильность определяется из формулы (4.18).

Следует заметить, что резистор R или делитель в схеме эмиттерного повторителя на составном транзисторе не позволяют реализовать большое входное сопротивление [см. формулы (4.58) и (4.64)]. Действительно, для того чтобы резистор R не оказывал заметного влияния на входное сопротивление , необходимо принять , что невозможно, так как при этом практически крайне сложно получить необходимый ток базы.

Поэтому эмиттерный повторитель на составном транзисторе удобно использовать при непосредственной связи с источниками входного сигнала, имеющими постоянную составляющую напряжения, которая может обеспечить заданный режим эмиттерного повторителя. В остальных случаях для исключения влияния базового резистора или делителя на входное сопротивление повторителя применяют так называемую следящую обратную связь (рис. 4.19).

Рис. 4.19.

В схеме рис. 4.19 резистор обеспечивает заданный режим по постоянному току и не превышает сотен килоом. Однако благодаря действию следящей обратной связи с выхода в точку схемы сопротивление резистора переменному току возрастает в раз, так как

где — приращение входного сигнала, вызывающее при действии следящей обратной связи приращение тока через резистор

Подставляя (4.66) в (4.65), получим

Из выражения (4.67) следует, что сопротивление . достигает Десятков мегаом и таким образом практически не влияет на входное сопротивление эмиттерного повторителя.