2.13. Зсув в підсилювачі із загальним емітером
Існує можливість задати зміщення в підсилювачі із загальним емітером і при необхідності отримання максимально можливого коефіцієнта посилення (або якщо підсилювальний каскад охоплений петлею зворотного зв'язку). Є три варіанти схем зміщення, які можна комбінувати між собою: за допомогою шунтіруемой резистора в емітерний ланцюга, за допомогою узгодженого транзистора і за допомогою зворотного зв'язку по постійному струму.
Шунтіруемой резистор в емітерний ланцюга.
Зсув можна забезпечити за допомогою шунтіруемой резистора в емітерний ланцюга, як показано на рис. 2.37. Для того щоб полегшити завдання створення зсуву, резистор обраний так, що його опір складає якщо резистор занадто малий, то напруга на емітер буде набагато менше, ніж падіння напруги між базою і емітером, а це призведе до температурної нестабільності точки спокою, так як напруга залежить від температури.
Мал. 2.37. Шунтіруемой резистор в емітерний ланцюга можна використовувати для отримання стабільного зміщення в підсилювачі з заземленим емітером.
Шунтувальний емітерний конденсатор слід вибирати так, щоб його імпеданс був невеликим порівняно з (а не с) на найнижчій з цікавлять вас частот. В даному випадку його імпеданс становить 25 Ом на частоті 650 Гц. В діапазоні робочих частот вхідного сигналу для вибору вхідного конденсатора межкаскадной зв'язку істотно, що вхідний опір схеми визначається паралельним з'єднанням опору 10 кОм і вхідного опору транзистора з боку бази, в даному випадку - це опір 25 Ом, помножене на, тобто приблизно 2,5 кОм. Для сигналів постійного струму опір з боку бази значно більше (опір емітерного резистора, помножене на, тобто приблизно 100 кОм), і саме завдяки цьому можна забезпечити стабільне зміщення.
Одна з різновидів розглянутої схеми відрізняється використанням в емітерний ланцюга двох послідовних резисторів, один з яких шунтируется. Наприклад, потрібно спроектувати підсилювач, коефіцієнт підсилення якого дорівнює 50, струм спокою -, а напруга становить; частота сигналу може змінюватися від 20 Гц до. Якщо для вирішення поставленого завдання ви виберете схему із загальним емітером, то отримаєте підсилювач, показаний на рис. 2.38.
Колекторний резистор обраний так, щоб коллекторное напруга спокою становило. Емітерний резистор обраний з урахуванням необхідного значення коефіцієнта посилення і впливу, що становить. Складність полягає в тому, що емітерний напруга, рівне лише 0,175 В, буде піддано істотним змінам. Справа в тому, що падіння напруги на переході база-емітер, що дорівнює «0,6 В, залежить від температури (відносна зміна становить приблизно, тоді як напруга на базі підтримується постійним за допомогою резисторів наприклад, ви можете переконатися, що при збільшенні температури на колекторний струм зростає приблизно на 25%.
Це неприємне явище можна усунути, якщо включити в емітерний ланцюг додатковий зашунтірованний конденсатором резистор, який не впливатиме на коефіцієнт посилення в робочому діапазоні частот (рис. 2.39). Як і в попередній схемі, колекторний резистор обраний тут так, щоб напруга на колекторі дорівнювало 10 В (). Нешунтіруемий резистор в ланцюзі емітера обраний таким чином, щоб з урахуванням власного опору емітера, що становить, коефіцієнт посилення дорівнював 50. Додаткове опір в ланцюзі емітера має бути таким, щоб зміщення було стабільним (хороший результат дає опір, в 10 разів менше колекторного).
Мал. 2.39. Підсилювач із загальним емітером, що володіє стабільним зміщенням, лінійністю і великим коефіцієнтом посилення по напрузі.
Напруга бази вибрано так, щоб струм емітера дорівнював, за умови що опір ланцюга зміщення становить десяту частину від опору по постійному струму з боку бази (в даному випадку близько 100 кОм). Опір шунтуючого конденсатора в ланцюзі емітера має бути невеликим порівняно з опором Ом на найнижчій частоті діапазону. І нарешті, вхідний конденсатор межкаскадной зв'язку повинен мати невеликий імпеданс в порівнянні з вхідним опором підсилювача на частоті вхідного сигналу, яке визначається паралельним з'єднанням опору дільника напруги і опору) Ом (на частотах вхідного сигналу опір 820 Ом шунтований конденсатором і рівноцінно замкнутої накоротко ланцюги).
Мал. 2.40. Інший варіант схеми, показаної на рис. 2.39.
Мал. 2.41. Схема зсуву, в якій компенсується
В іншому варіанті цієї схеми ланцюга сигналу і постійного струму розділені (рис. 2.40). Це поділ дозволяє змінювати коефіцієнт посилення (за рахунок резистора 180 Ом), не змінюючи зміщення.
Використання узгодженого транзистора.
Для отримання напруги бази, що забезпечує потрібний струм колектора, можна використовувати узгоджені транзистори, при цьому буде забезпечена автоматична температурна компенсація (рис. 2.41). У ланцюзі колектора транзистора протікає струм, потенціал колектора близький потенціалу землі (точніше, перевищує потенціал землі приблизно на величину падіння напруги); якщо транзистори представляють собою узгоджену пару (наприклад, два транзистора, виготовлених на одному кристалі кремнію), то зміщення транзистора буде таким, що цей транзистор також буде породжувати струм і напруга на його колекторі дорівнюватиме, при цьому симетричний сигнал на колекторі може мати розмах. Зміна температури не впливає на роботу схеми, так як обидва транзистора знаходяться в однакових температурних умовах. Ось чим хороші «монолітні» здвоєні транзистори.
Зворотній зв'язок по постійному струму.
Для стабілізації точки спокою (робочої точки) можна використовувати зворотний зв'язок по постійному струму. Один з методів такої стабілізації показаний на рис. 2.42. Певне поліпшення стабільності можна отримати, якщо напруга зсуву подавати з колектора, а не від джерела. Напруга на базі перевищує потенціал землі на величину падіння напруги на діоді; так як напруга зсуву знімається з дільника, то напруга на колекторі перевищує потенціал землі на величину, рівну падіння напруги на діоді, збільшеному в 11 разів, тобто становить 7 В.
Мал. 2.42. Стабільність зміщення забезпечується за рахунок зворотного зв'язку.
Мал. 2.43. Усунення зворотного зв'язку на частотах сигналу.
Ця схема зменшує схильність до насичення (яка може виникнути, наприклад, якщо коефіцієнт (3 буде незвично великим) за рахунок того, що при зменшенні колекторного напруги зменшується напруга зсуву на базі. Цю схему можна використовувати в тих випадках, коли не потрібна висока стабільність. точка спокою (виходу) схильна до дрейфу приблизно на 1 в за рахунок змін температури навколишнього середовища. Це пов'язано з тим, що напруга між базою і емітером має великий температурний коефіцієнт. Більшої стабільністю володіє схема, в якої петля зворотного зв'язку охоплює кілька каскадів посилення. Приклади ви побачите там, де мова піде про зворотний зв'язок.
Для того, щоб зрозуміти, як працює ця схема, потрібно уважніше розглянути зворотний зв'язок. Наприклад, зворотний зв'язок зменшує вхідний і вихідний імпеданс. Для вхідного сигналу опір зменшено за рахунок посилення по напрузі, яким володіє каскад. В даному випадку резистор еквівалентний резистору з опором 200 Ом, один кінець якого заземлений. У наступному розділі ми розглянемо зворотний зв'язок більш детально, і тоді ви зможете визначити коефіцієнт підсилення по напрузі і вхідний і вихідний імпеданс даної схеми.
Відзначимо, що опір резистора зміщення бази можна збільшити, і тоді збільшиться вхідний імпеданс схеми, але струм бази вже не можна буде вважати дуже незначним. Можна, наприклад, взяти такі резистори: кому й кому. Інша можливість полягає в тому, що в ланцюг зворотного зв'язку можна включити шунтирующий конденсатор, як показано на рис. 2.43. При цьому вдається позбутися від зворотного зв'язку (а отже, і від зниженої вхідної імпедансу) на частотах сигналу.
Деякі зауваження щодо зміщення і посилення.
Перше важливе зауваження стосується каскадів із заземленим емітером: створюється враження, що коефіцієнт посилення по напрузі можна збільшити за рахунок збільшення струму спокою, так як власне опір емітера зменшується при збільшенні струму. Однак, хоча і зменшується при збільшенні колекторного струму, для отримання того ж самого робочого напруги на колекторі доводиться використовувати менший колекторний резистор, і в результаті виграшу немає. Насправді можна показати, що в підсилювачі з заземленим емітером, зміщеним так, що напруга спокою становить, коефіцієнт посилення по напрузі для малого сигналу дорівнює незалежно від величини струму спокою (робочого струму).
Вправа 2.10. Доведіть, що зроблене вище твердження справедливо.
Якщо потрібно збільшити коефіцієнт посилення каскаду по напрузі, то, наприклад, в якості активного навантаження використовувати джерело струму. Так як джерело струму має дуже великий импедансом, то на одному каскаді можна отримати коефіцієнт посилення по напрузі, що дорівнює 1000 і вище. Такий підхід не придатний в схемах зі зміщенням, які ми розглянули вище; каскад повинен бути частиною схеми, охопленої загальної петлею зворотного зв'язку по постійному струму.
Про це поговоримо в наступному розділі. Зовнішня навантаження такого підсилювача обов'язково повинна бути велика, в іншому випадку посилення, отримане за рахунок великого колекторного опору, буде втрачено. В якості такої високоомній навантаження можна використовувати емітерний повторювач, польовий транзистор або операційний підсилювач.
У радіочастотних підсилювачах, призначених для резонансного посилення у вузькій смузі частот, як колекторної навантаження прийнято використовувати паралельний -контур; в цьому випадку можна отримати дуже великий коефіцієнт посилення по напрузі, так як на частоті сигналу - контур володіє великим опором (як джерело струму), а його імпеданс по постійному струму малий. - контур можна перебудовувати і завдяки резонансній характеристиці він пригнічує сигнали, що лежать за межами робочого діапазону. До переваг цієї схеми можна віднести також можливість отримання розмаху вихідного сигналу, рівного, і можливість використання трансформаторної зв'язку.
Вправа 2.11. Розробіть резонансний підсилювальний каскад із загальним емітером для частоти. Використовуйте в схемі шунтуватися емітерний резистор і встановіть струм спокою величиною. Нехай паралельно - контуру підключіть резистор 6,2 кОм, з тим щоб отримати (ширина смуги 10%, див. Розд. 1.22). Для межкаскадной зв'язку використовуйте на вході конденсатор.