Ще раз про підсилювач із загальним емітером
Вище ми визначили посилення за напругою для підсилювача із загальним емітером за умови, що опір емітерного резистора дорівнює нулю, але результат отримали неправильний. Справа в тому, що транзистор має власний емітерний опір, що дорівнює 25/Iк(мА) (виражено в омах), яке слід додавати до опору включеного в емітерний ланцюг резистора. Цей опір значно у тих випадках, коли до ланцюга емітера включений невеликий резистор (або коли його немає взагалі). Наприклад, для підсилювача, який ми розглянули вище, коефіцієнт посилення напруги дорівнює -10 кОм/rе, або -400, за умови, що опір емітерного резистора дорівнює нулю. Ми припускали раніше, що вхідний імпеданс h21еRе дорівнює нулю при Rе = 0; насправді він приблизно дорівнює h21еre і в даному випадку становить близько 2,5 кОм (струм спокою дорівнює 1 мА).
Ми вже згадували підсилювач із «заземленим емітером» та схеми «із загальним емітером». Ці схеми не слід плутати. Підсилювач із «заземленим емітером» - це підсилювач із загальним емітером, в якому Rе = 0. У підсилювальному каскаді із загальним емітером може бути присутнім емітерний резистор; Особливість цієї схеми полягає в тому, що ланцюг емітера є загальним для входу та виходу схеми.
Недоліки однокаскадного підсилювача із заземленим емітером. Додаткове посилення, обумовлене відсутністю розістора в емітерному ланцюгу Rе = 0, ми отримуємо за рахунок погіршення деяких параметрів підсилювача. Як не популярний підсилювач із заземленим емітером у підручниках, на практиці його слід використовувати тільки в схемах, охоплених загальною петлею негативного зворотного зв'язку. Щоб зрозуміти, з чим це пов'язано, розглянемо рис. 2.35.
Мал. 2.35.Підсилювач із загальним емітером без негативного зворотного зв'язку в ланцюзі емітера.
1. Нелінійність. Коефіцієнт посилення визначається виразом k = -gmRк = -Rк/rе = -RкIк(мА)/25, тобто для струму спокою 1 мА він дорівнює -400. Але річ у тому, що струм 1К змінюється за зміни вхідного сигналу. У прикладі коефіцієнт посилення може змінюватися від -800(Uвых = 0, Iк = 2 мА) до нуля (Uвых = Uкк, Iк = 0). Якщо на вході діє трикутний сигнал, сигнал на виході буде таким, як показано на рис. 2.36. Підсилювач вносить великі спотворення, тобто має погану лінійність. Підсилювач із заземленим емітером без зворотного зв'язку можна використовувати лише для невеликих діапазонів зміни сигналу поблизу точки спокою. Що ж до підсилювача із загальним емітером, то його посилення майже не залежить від колекторного струму, за умови що Rе »rе; він забезпечує посилення без спотворень у великому діапазоні зміни сигналу.
Мал. 2.36. Нелінійний вихідний сигнал, що знімається з підсилювача із заземленим емітером.
2. Вхідний опір. Вхідний опір приблизно дорівнює Zвх = h21ээ = (25h21э/Iк(мА)) Ом. Тут ми знову стикаємося з тим, що струм Iк змінюється за зміни вихідного сигналу, отже змінюється і вхідний опір. Якщо джерело, що живить базу, має невеликий вихідний опір, то ви отримаєте нелінійний змінний дільник напруги, утворений джерелом сигналу і вхідним опором підсилювача. Що стосується підсилювача із загальним емітером, то він має постійний і високий вхідний опір.
3. Зміщення. У підсилювачі із заземленим емітером змішання виконати важко. Виникає спокуса просто подати напругу (з дільника), яка забезпечить потрібний струм спокою відповідно до рівнянняЕберса-Молла. Однак так зробити не можна, тому що напруга Uбе залежить від температури (при фіксованому значенні Iк) і змінюється на 2,1 мВ/°С (фактично напруга зменшується при підвищенні температури Т через те, що змінюється струм Iнас; в результаті виявляється, що напруга Uбе приблизно пропорційно 1/Т. де Т - абсолютна температура). Це веде до того, що колекторний струм (при фіксованому значенні Uбе) збільшуватиметься у 10 разів при підвищенні температури на 30°С. Така нестабільність робить зміщення непрацездатним, тому що навіть невеликі коливання температури призводитимуть до підсилювача в режим насичення. Наприклад, якщо напруга змішування зробити рівним половині напруги живлення колектора, підсилювач із заземленим емітером буде переходити в режим насичення при підвищенні температури на 8°С.
Вправа 2.9.Переконайтеся, що при підвищенні температури навколишнього середовища на 8°С підсилювач із заземленим емітером і поданим на базу напругою змішування переходить у режим насичення. У вихідному стані транзистор зміщений так, що Uк = 0,51Uкк.
Про те, як вирішується задача усунення, ви дізнаєтеся з наступних розділів. Що стосується підсилювача із загальним емітером, то тут стабільне зміщення створюється за допомогою напруги, прикладеної до бази; Більшість цієї напруги посідає резистор у ланцюзі емітера, цим забезпечується постійний струм спокою.
Емітерний резистор як елемент зворотного зв'язку. Якщо до власного опору емітера додати опір зовнішнього емітерного резистора, то багато параметрів підсилювача із загальним емітером покращаться, правда за рахунок зниження коефіцієнта посилення. Аналогічне явище розглядається у наступних двох розділах, присвячених використаннюнегативного зворотного зв'язку, що дозволяє покращити характеристики підсилювача за рахунок часткової передачі вихідного сигналу на вхід. Це не простий збіг, річ у тому, що в підсилювачі із загальним емітером використовується одна з форм негативного зворотного зв'язку. Уявімо, що транзистор - це елемент з передавальною крутістю, в якому колекторний струм (а отже, і вихідна напруга) залежить від напруги, що діє між базою та емітером; на вхід підсилювача подається напруга, що діє між базою та землею. Вхідна напруга є напругою між емітером і базою мінус напруга (IеRе). Отже, у схемі із загальним емітером діє негативний зворотний зв'язок, і завдяки цьому покращуються характеристики підсилювача (висока лінійність і стабільність, великий вхідний імпеданс; вихідний імпеданс можна зменшити, якщо ввести зворотний зв'язок безпосередньо з колектора). Це лише перше знайомство із зворотним зв'язком, але й воно дозволяє оцінити значення матеріалу, викладеного в гол. 4 – 5.