Эмиттерный повторитель

Схема простого эмиттерного повторителя (ЭП) показана на рис.3.1, а. Название объясняется тем, что выходное напряжение практически совпадает с входным по величине и отсутствует фазовый сдвиг (инверсия фазы). Эквивалентная схема для области средних частот представлена на рис.3.1., б. Считаем, что нагрузка чисто активная. Резистор выполняет роль нагрузки на постоянном токе. Базовый ток задается делителем на резисторах и . Иногда резистор в схему не ставят вообще с целью повышения входного сопротивления. Поскольку резистор в цепи коллектора отсутствует, напряжение источника питания делится между транзистором и , резистор может быть выбран достаточно большим. Следовательно может быть получена высокая температурная стабильность каскада (S = 4...5). Расчет каскада на постоянном токе аналогичен расчету схемы с общим эмиттером. Базовый делитель задается из условия: . По этой причине он отсутствует в эквивалентной схеме. Направление токов соответствует транзистору n-p-n. Определим основные усилительные параметры.

к резистору и цепи . По первому резистору течет ток , по второму . Тогда . Так как , то

. (3.1)

Для оптимального режима работы транзистора (не микрорежим) и

,

или приближенно:

.

Максимум будет при условии холостого хода на выходе и , то есть . Таким образом, входное сопротивление повторителя не может быть больше дифференциального сопротивления коллекторного перехода транзистора в схеме с общей базой. При работе в микрорежиме пренебрегать дифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода нельзя. Для малых значений , когда , . В самом общем случае .

Коэффициент передачи по напряжению равен . Из эквивалентной схемы . Найдем ток базы. На переменном токе по эквивалентной схеме сопротивление генератора включено последовательно с входным сопротивлением каскада. По Кирхгофу , откуда . Подставим ток базы в , разделим на и получим коэффициент передачи:

. (3.2)

В обычных условиях (не микрорежим) и

.

Из выражений следует, что зависит от и суммарной нагрузки , а по величине он меньше единицы. Максимум получается в режиме холостого хода на выходе ( ) и при идеальном генераторе :

.

Получили, что коэффициент передачи каскада равен коэффициенту передачи транзистора по напряжению.

В другом частном случае, когда получим (без расшифровки входного) сопротивления:

.

Коэффициент передачи по токуравен . Так как мы рассматриваем передачу тока, то воспользуемся эквивалентной схемой рис.3.2., где для простоты пренебрегли сопротивлением эмиттерного перехода. Обозначим . Тогда , ,

. Подставим в последнее , расшифруем и найдем ток нагрузки

.

Так как выходной ток это ток эмиттера, а , то

.

Воспользуемся выражением тока базы, полученным ранее . Подставим его в ток нагрузки и, поделив на ток генератора, получим:

. (3.3)

Если , то коэффициент передачи .

Максимум будет, если генератор тока идеальный и в режиме короткого замыкания на выходе ( ): .

Таким образом, эмиттерный повторитель может использоваться как усилитель тока или как усилитель мощности.

Выходное сопротивление найдем в несколько этапов. Сначала найдем сопротивление в точке (рис.3.3.). На переменном токе генератор э.д.с подключен к каскаду через разделительный конденсатор, а выходное сопротивление определяется в режиме холостого хода на входе. Для запуска схемы приложим к участку вспомогательное напряжение . При этом потечет ток

: , , .

Выходное сопротивление в точке Э будет равно:

.

Получим . Подставим .

.

Так как , то

.

Поскольку , то окончательно имеем

.

Выходное сопротивление зависит от сопротивления источника сигнала и растет с увеличением .

Минимальное сопротивление получается при :

.

Выходное сопротивление повторителя обычно лежит в пределах от долей и единиц до одной – двух сотен Ом.

Динамический диапазон входных сигналов у эмиттерного повторителя самый большой из всех усилительных каскадов. Объясняется это тем, что потенциал эмиттера из-за того, что значительно превышает сопротивление участка база-эмиттер, практически повторяет потенциал базы, то есть входной сигнал. Принято считать, что верхний предел равен условно В. Нижний предел определяется условием . Сопротивление эмиттерного перехода и нагрузочные резисторы образуют резистивный делитель напряжения, коэффициент передачи которого при невыполнении условия становится существенно меньше единицы.

Частотные и временные свойства повторителя в области больших времен и низших частот не отличаются от других усилительных каскадов Можно воспользоваться формулами схемы с общим эмиттером, подставив в них значения входного и выходного сопротивлений эмиттерного повторителя.

В области высших частот и малых времен повторитель существенно отличается от схемы с общим эмиттером. Основной параметр повторителя – входное сопротивление зависит от частоты. Комплексный входной импеданс записывается так [1]:

, где ,

, , , , .

Эмиттерные повторители могут применяться как согласующие каскады (малое выходное и большое входное сопротивления) или как усилители мощности.