Коллектор транзистора в схеме усилительного каскада ОК по переменному току заземлен (т.е. соединен с корпусом) через источник питания UИП (рис.1). при этом входное напряжение подключено между базой и коллектором, а выходное – снимается непосредственно с эмиттера транзистора. Особенностью каскада является наличие 100 % отрицательной обратной связи, в результате действия которой коэффициент усиления по напряжению Ku чуть меньше 1, так как U вых= U вх- U бэ. Действительно,
. (1)
Как правило Uбэ <<Uвх, соответственно Ku стремится к 1 и Uвых ≈ Uвх. Выходное сопротивление в каскаде ОК совпадает с входным по фазе. При поступлении положительного приращения входного напряжения ток базы увеличивается, вызывая возрастание токов коллектора и эмиттера. Это приводит к увеличению падения переменного напряжения на сопротивлении R эн, с которого снимается выходное напряжение. Выходной сигнал повторяет входной и по амплитуде, и по фазе, поэтому усилительный каскад ОК называют эмиттерным повторителем.
Рис.1. Усилительный каскад с ОК.
Режим работы усилительного каскада ОК по постоянному току определяется резистором RБ1, RБ2, Rэ. Делитель напряжения RБ1, RБ2 и разделительные конденсаторы Ср1, Ср2 выполняют те же функции, что и в каскаде ОЭ.
Коэффициент усиления по току эмиттерного повторителя почти такой же, как и у каскада ОЭ:
К1=Iн /Iвх ≈ Iэ /Iб ≈(Ik+Iб)/I≈ h21+1. (3)
Входное сопротивление транзистора в схеме с ОК
. (4)
Получается, что входное сопротивление в h21 раз (десятки - сотни) превышает выходное сопротивление. Базовый делитель должен быть достаточно высокоомным, так как он включен параллельно транзистору. В итоге входное сопротивление каскада будет определяться как
|
|
(5)
Выходное сопротивление:
Rвых= U вых / I н ≈ U вх / I э = h 11 / (h 21+1)≈ h 11 / h 21. (6)
Соответственно, выходное сопротивление каскада с ОК в h21 раз (десятки - сотни) меньше выходного сопротивления транзистора.
Достаточно высокое входное (до 500 кОм и выше) и сравнительно малое выходное (десятки Ом) сопротивления позволяют использовать эмиттерный повторитель в качестве усилителя мощности для согласования высокоомного (маломощного) генератора с низкоомной нагрузкой.
Усилительный каскад с ОИ ( Каскад с ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем используется очень редко).
В качестве активного элемента используется полевой транзистор с управляющим p–n переходом или МДП-транзистор со встроенным каналом. Основными элементами усилительного каскада являются: источник питания Uип, транзистор и резистор Rс. Полярность напряжения источника питания Uип определяется типом канала транзистора (для канала n-типа Uип положительно; для канала p-типа Uип отрицательно).
Резистор Rз (рис. 10.28,а) осуществляет гальваническую связь затвора с общей шиной, т.е. обеспечивает в режиме покоя равенство потенциалов затвора и общей шины усилительного каскада. Поэтому потенциал затвора ниже потенциала истока на величину падения напряжения на резисторе Rи от протекания постоянной составляющей тока Iио. В связи с этим напряжение Uзио является отрицательным. Источник входного сигнала Ег через разделительный конденсатор Cр1 подключается ко входу усилительного каскада, а нагрузка через разделительный конденсатор Ср2 подключается к стоку транзистора.
|
|
в) схема с общим стоком
Цепочка Rи Си называется звеном автоматического смещения и обеспечивает стабильное отрицательное напряжение Uзио для режима покоя. Кроме того, конденсатор Си устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, и его сопротивление на самой низкой частоте усиливаемого напряжения должно быть во много раз меньше сопротивления резистора Rи. Ёмкость конденсатора Си рассчитывается по формуле
, где fнч – самая низкая частота усиливаемого сигнала.
Требуемую величину Rи для заданного тока покоя Icо определяют с помощью сток-затворной вольт-амперной характеристики транзистора. Рабочая точка в режиме покоя обычно выбирается на середине линейного участка сток-затворной характеристики, что обеспечивает минимальные нелинейные искажения. Выбрав положение рабочей точки, находят сопротивление резистора Rи=Uзи0/ Ico
С помощью Rи осуществляется стабилизация режима покоя. Например, при изменении температуры уменьшился ток Iсо, это приводит к уменьшению падения напряжения на Rи и уменьшению модуля отрицательного напряжения на затворе, а это приводит к возрастанию Iсо.
Каскад с общим стоком на полевом транзисторе используется в схеме повторителя, имеет повышенное входное и пониженное выходное сопротивление. Для истокового повторителя целесообразно использовать транзисторы с повышенными значениями крутизны. С приближением KU к единице уменьшается влияние емкости затвор-исток на входную емкость каскада.
Выходное сопротивление 
. Коэффициент усиления 