Каскад сообщим коллектором, повторитель напряжения

МИНИСТЕРСТВО ОБРНАУКИ РОССИЙ

Государственное образовательное учреждение

высшего  профессионального образования

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Сети связи и телекоммуникационные системы»

Контрольная работа реферативного типа

на тему:

Каскад сообщим коллектором, повторитель напряжения.

Выполнил:

студент гр. 4-29-1 ЗУ                                                                                    Порохов П.С.

Проверил:                                                                                                                 Кайсин А.Е.

Ижевск,  2011

Каскады с общим коллектором (ОК) обычно применяются для согласования высокоомного источника сигнала и низкоомной нагрузки. Схема усилительного каскада с общим коллектором приведена на рис. 1. В этом каскаде выходное напряжение снимается с резистора R3, включенного в цепь эмиттера.

Рис. 1. Схема усилительного каскада с общим коллектором

По переменной составляющей тока и напряжения коллектор соединен с общей точкой усилителя. Входное напряжение подается между базой и коллектором. Резисторы R1 и R2 задают напряжение покоя базы, которое определяет положение точки покоя на линии нагрузки. Конденсатор С1 разделяет каскад и источник сигнала по постоянному току. Конденсатор С2 разделяет каскад и нагрузку по постоянному току.

Каскад усиливает ток, а напряжение не усиливает. Коэффициент усиления тока:

.

Коэффициент усиления напряжения каскада:

или упрощенно              .

Из-за того, что выходное напряжение практически равно входному напряжению, каскад с общим коллектором часто называют эмиттерным повторителем.

Каскад имеет большое входное RВХ и малое выходное RВЫХ сопротивления из-за 100% последовательной по входу и параллельной по выходу отрицательной обратной связи. При большом сопротивлении базового делителя имеем

,

. 

ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Усилитель электрических колебаний, охваченный т. н. 100%-ной отрицательной обратной связью, в котором выходное напряжение полностью подаётся на вход в противофазе со входным напряжением. Такая схема имеет коэффициент передачи по напряжению меньше единицы, однако обладает усилением по току и мощности. С увеличением коэффициента усиления К 0 прибора, на котором собран повторитель напряжения, коэффициента <передачи повторителя напряжения. К приближается к единице по закону К= К0/( К0+ 1). Глубокая обратная связь обеспечивает высокое входное и низкое выходное сопротивление и широкую полосу пропускания повторителя напряжения, а также снижает искажения сигнала, обусловленные нелинейностью усилительного прибора (т. н. нелинейные искажения). Обычно повторитель напряжения строится на одиночных биполярных и полевых транзисторах или на операционных усилителях

В последнем случае (рис., а) выход соединяется с инвертирующим входом, а входной сигнал подаётся на не инвертирующий вход (следящий усилитель). В повторителях напряжения выполненных на одиночных транзисторах, <выходное напряжение снимается с сопротивления R, включённого в цепь эмиттера биполярного или в цепь истока полевого транзистора. Соответствующие схемы называются эмиттерным и истоковым повторителями (рис.б,в). Напряжения база - эмиттер и затвор - исток, управляющие выходным током транзистора, равны разности входного и выходного напряжений. Эмиттерный повторитель обладает более низким выходным сопротивлением, чем истоковый, <и его коэф. подачи ближе к единице, однако входное сопротивление истокового повторителя значительно выше.

Повторитель напряжения используются для развязки и согласования отдельных узлов электронных устройств, в качестве входных каскадов радиоаппаратуры.

Эмиттерный повторитель.

Эмиттерный повторитель имеет наибольшее входное сопротивление и наименьшее выходное и используется для усиления сигнала по току, коэффициент усиления по напряжению близок к единице. Однако это справедливо при достаточно низком сопротивлении источника сигнала и на низкой частоте. При бесконечно большом сопротивлении источника сигнала перестаёт действовать 100% последовательная ООС по напряжению и выходное сопротивление стремиться к Rвых каскада с общим эмиттером, резко возрастает коэффициент гармоник, который минимален при Rr=0.

Rвх=Rб+(1+h21э)Rн
Rвых=Rэ+(Rr+Rб)/(1+h21э)
где Rб - сопротивление базы (1...20 Ом и более);
h21э - коэффициент передачи тока;
Rэ=Fт/Iк(ма);
Fт=25мВ - температурный потенциал;
Rr - выходное сопротивление источника сигнала.

Входное сопротивление резко уменьшается в случае коротких импульсов и на высоких частотах. На высоких частотах входная ёмкость повторителя зависит, главным образом, от Сн и грубо может быть оценена как Сн/h21э. Выходное сопротивление повторителя на высоких частотах может иметь индуктивный характер, поэтому при определении Сн эмиттерный повторители могут давать колебательные переходные процессы и даже переходить в режим автогенерации. Однако наиболее опасным следствием ёмкостной нагрузки является склонность однотактных повторителей к нелинейным искажениям сигнала высокой частоты. Наиболее понятнообъяснение этого явления на примере передачи фронта и спада импульсного сигнала:

При передаче фронта к току транзистора помимо тока Iэ=Uвых/Rэ добавляется ток заряда Сн. При прохождении спада сигнала ток перезаряда не может превысить ток, протекаюший через Rэ, а не через транзистор. Если Uвх будет снижаться быстрее перезаряда Сн, то напряжение на базе окажется ниже, чем на эмиттере, и транзистор закроется. Максимальная частота, передаваемая повторителем без искажений Fmax=Iэ/2nUmCn , где Um - амплитуда сигнала. Как видно из формулы, расширить полосу пропускания эмиттерного повторителя можно увеличением тока эмиттера. Характерные искажения сигнала высокой частоты в эмиттерном повторителе носят пилообразный характер:

Составной транзистор со следящей связью в цепи базы.

Из-за огромного входного сопротивления повторителей на составных транзисторах особенно остро встаёт о цепи смещения базы. Делать сопротивления порядка нескольких мегаом нельзя из-за температурной нестабильности и невозможности обеспечения необходимого тока базы. Поэтому во входном каскаде, как правило, используют полевой транзистор или следящую связь в цепи базы:

Для того что бы искусственно увеличить сопротивление Rк и исключить (нейтрализовать) влияние ёмкости Ск , т.е. исключить её перезаряд, необходимо что бы напряжение Uкб1 было постоянно, т.е. нужно изменять потенциал Uк1 пропорционально потенциалу Uб1, ток через Rк и Ск станет равным нулю, а это равноценно увеличению их комплексного сопротивления. Для реализации этой идеи в коллектор (сток) первого транзистора полностью подаётся переменная составляющая выходного напряжения с помощью конденсатора достаточно большой ёмкости:

или с помощью стабилитрона,схемы сдвига уровня:

или с помощью истокового повторителя:

Аналогичная идея реализована в широкополосном повторителе: