Двухтактный эмиттерный повторитель

Стандартная схема приведена на рис. 2.7. Усилитель собран на комплементарной паре транзисторов VT1 и VT2.

Нагрузка подключается между двумя эмиттерными сопротивлениями

 

Рис. 2.7. Двухтактный эмиттерный повторитель

 

и корпусом. Входная день содержит базовые сопротивления R_б, которые выполняют роль стабилизаторов тока и вместе с резисторами R₁, R₂ и стабисторами VD1 и VD2 задают необходимое смещение на базе в режиме покоя. Эмиттерные повторители, как правило, работают в режиме класса АВ, реже — в режиме класса В.

Двухтактный эмиттерный повторитель часто используется в многокаскадных схемах на выходе, после операционных усилителей, поэтому важным параметром ЭП служит его входное сопротивление. Оно не должно быть меньше минимального возможного сопротивления нагрузки операционного усилителя. При работе в режимах классов В и АВ транзисторы открываются поочередно. При поступлении положительной полуволны входного сигнала открыт n− р− n транзистор VT1 и закрыт р–n− р транзистор VT2. Ток протекает через входную и выходную цепи транзистора VT1 и по цепи: вход → R₂ → VD2 → R_б2 → -Un в нижней части схемы. Поэтому входное сопротивление каскада есть сопротивление двух параллельных ветвей:

Здесь и — сопротивление диодов — стабисторов переменному току, эти сопротивления малы по сравнению с другими сопротивлениями схемы и в дальнейшем мы не будем их учитывать. Через обозначено сопротивление входной цепи открытого транзистора VT1:

Аналогично вычисляется сопротивление при поступлении отрицательной полуволны входного сигнала. Однако в момент переключения могут оказаться открытыми оба транзистора. Поэтому для расчета минимального входного сопротивления эмиттерно-го повторителя разумно пользоваться эквивалентной схемой, изображенной на рис. 2.8. Поскольку сопротивления в верхней и нижней частях схемы рис. 2.7 одинаковы, при расчетах принято, что и

Сопротивление кцэ и коэффициент h_11э можно определить по статическим характеристикам транзистора. Следует только учесть, что при изменении базового тока величина h_11э тоже меняется. Наименьшее значение этот параметр имеет при максимальном токе базы. Как правило, именно это значение h_11э.min и используют в расчетах для оценки наименьшего входного сопротивления каскада.

Рис. 2.8. Эквивалентная схема для расчета минимального входного сопротивления двухтактного эмиттерного повторителя

 

Общее входное сопротивление усилителя, как следует из схемы рис. 2.8, равно:

(2.30).

Как известно, эмиттерный повторитель не усиливает напряжение:

(2.31)

так как:

(2.32)

. (2.33)

Входной ток I_вх.т много меньше тока нагрузки, а напряжение на стабисторе много меньше выходного напряжения, поэтому последние два члена в (2.32) можно не учитывать. Тогда

. (2.34)

Коэффициент усиления по току:

. (2.35)

ЗАДАЧИ

 

3адача 2.4.1. Двухтактный эмиттерный повторитель собран на комплементарных транзисторах КТ 825, КТ 827. В схеме использованы стабисторы 2С 113 А с параметрами: U_ст = 1, 2 В, минимальный ток стабилизации I_ст.min = 1 мА, максимальный ток стабилизации I_ст.mах = 100 мА. Напряжение питания U_п = 40 В, амплитуда напряжения на нагрузке U_н.т= 25 В, сопротивление нагрузки R_н = 5 Ом, R_б = 4 кОм, сопротивления в эмиттерных цепях транзисторов R_Э = 1 Ом. Статический коэффициент передачи тока транзистора h_21э= 5000. Определить: К_U, R_{1, 2}, минимальное R_вх.эп и токи через стабисторы I_VD1 и I_VD2 при максимальном входном сигнале. Каскад работает в режиме класса АВ, I_бп = 0, 1I_б.т.

 

Решение. 1). Ток в нагрузке

Отсюда , а

2) Коэффициент усиления каскада по напряжению

, а

3). По входной характеристике (рис. П.2) можно оценить U_бэп= 1, 2 В и h_11э при I_б и I_б.т. Получим h_11э = 260 Ом. Тогда сопротивление входной цепи транзистора

4). Чтобы определить значения R₁, R₂, нужно знать падение напряжения на этих сопротивлениях в режиме покоя и ток через делитель I_дп (т. е. через сопротивление R_б) в режиме покоя. Для этого вычислим потенциал базы транзистора VT1 U_бп в режиме покоя:

.

Учитывая, что в режиме класса АВ ток I_эп = 0, 1I_э.т = 500 мА, имеем

а падение напряжения на резисторе R₁

Ток I_дп1 через сопротивление R₁ в режиме покоя равен току через сопротивление R_б минус ток I_бп.

и

5). Зная r_{вх VT}, R_б и R₁, можно определить минимальное входное сопротивление каскада

6). При положительном входном сигнале открывается транзистор VT1. При этом ток через резистор R_б

_.

Тогда 2-ой закон Кирхгофа для участка цепи от +U_п до входа усилителя:

Откуда

Подставив численные значения, получим

7). При положительном входном сигнале транзистор VT2 закрыт, поэтому 2-ой закон Кирхгофа для участка цепи от входа до -U_п:

,

Ответ: К_U = 0, 83; R₁ = 0, 27 кОм; I_VD1 = 1 мА; I_VD2 = 16, 1 мА.

Задача 2.4.2. В условиях предыдущей задачи определить входное сопротивление каскада при максимальном входном сигнале, коэффициент усиления по току K_I и коэффициент полезного действия усилителя.

Решение.

1). При максимальном входном сигнале открыт транзистор VT1 и закрыт транзистор VT2. Поэтому сопротивление верхней части схемы

2). Сопротивление нижней части схемы

.

3). Отсюда входное сопротивление каскада

4). Коэффициент усиления по току K_I найдем по формуле (2.35):

.

5). Мощность, выделяемая в нагрузке, равна

Мощность, потребляемая от двух источников питания, равна

где θ = ω t, а ω – круговая частота усиливаемого сигнала.

Проинтегрировав синусоидальную функцию, получим:

Из расчета видно, что потери мощности в базовом делителе сравнительно малы. Коэффициент полезного действия каскада равен

Ответ: R_вх.эп = 2 кОм; K_I = 332; η 49%.

Задача 2.4.3. Двухтактный эмиттерный повторитель без стабисторов собран на транзисторах КТ 825 А, КТ 827 А. Известно, что U_п = 28 В, U_н.т = 14 В, R_н = 2 Ом; R_э = 1 Ом; h_21э = 3000. Каскад работает в режиме класса В, U_эп = U_бэ.пор = 1 В. Ток делителя покоя через сопротивление R_б равен 0, 45I_б.т. Определить К_U, R₁, R_б, минимальное входное сопротивление каскада и входное сопротивление каскада при максимальном отрицательном напряжении входного сигнала.

Решение.

1). Коэффициент усиления по напряжению К_U = 2/3 = 0, 67;

2). Ток в нагрузке I_н.т =I_к.т = 7 А, отсюда I_б.т 2, 3 мА

3). Из входной характеристики (рис. П.2) можно оценить минимальное входное сопротивление транзисторов: 1ъцэ = 200 Ом.

4). Ток делителя покоя I_дп = 0, 45I_б.т = 1 мА.

Отсюда с учетом того, что I_бп = 0,

5). Сопротивление входной цепи транзистора

и минимальное входное сопротивление каскада

6). При максимальном отрицательном напряжении входного сигнала транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 открыт. Входное сопротивление каскада R_вх равно сопротивлению параллельно соединенных r_в и r_н:

Таким образом

Ответ: К_U = 0, 67; R₁ = 1 кОм; R_б = 27 кОм; R_{вх.эп.min} = 4 кОм; R_вх = 6, 2кОм.

Задача 2.4.4. Двухтактный эмиттерный повторитель собран на комплементарных транзисторах КТ 825 А, КТ 827 А. Каскад работает в режиме класса АВ, I_бп = 0, 1I­_б.т, U_бэп = 1, 2 В. Стабисторы 2С 113 А имеют напряжение стабилизации 1, 2 В; I_{ст. min} = 1 мА; I_{ст, mах} = 100 мА; U_п = 35 В; U_н.т = 12 В; R_н = 2 Ом; R_э = 1 Ом; R_б = 3 кОм; R₁ = 0. Принять, что h_11э = 120 Ом; h_21э = 2000. Определить К_U, минимальное R_вх.эп и токи, протекающие через стабисторы при максимальном положительном входном сигнале.

Задача 2.4.5. В условиях предыдущей задачи нет стабисторов, а есть сопротивления R₁, R₂. U_п = 32 В; R_б = 30 кОм. Определить R₁, R₂ и минимальное R_вх.эп.

Задача 2.4.6. Двухтактный эмиттерный повторитель собран на комплементарных транзисторах КТ 825 А и КТ 827 А. Стабисторы КС 107 А имеют напряжение стабилизации U_CT = 0, 715 В; минимальный ток стабилизации I_{ст. min} = 1 мА; максимальный I_ст.mах = 100 мА; U_п = 35 В; U_н.т= 12 В; R_н = 2 Ом; R_э = 1 Ом; R_б = 3 кОм; R₁ = 430м; h_11э = 120 Ом; h_21э = 2000; I_бп = 0, 1I_б.т, U_бэп = 1, 2 В. Определить K_U, минимальное R_вх.эп и токи, протекающие через стабисторы при максимальном положительном входном сигнале. Сопротивлением стабисторов можно пренебречь.

Задача 2.4.7. В схеме двухтактного эмиттерного повторителя на комплементарных транзисторах КТ 860, КТ 861 использованы стабисторы 2С107 А, имеющие напряжение стабилизации U_ст = 0, 7 В; минимальный ток стабилизации I_{ст, min} = 1 мА, максимальный I_ст.mах = 100 мА; U_п = 30 В; U_н.т = 12 В; R_н = 20 Ом; R_э = 2 Ом; R_б = 2, 7 кОм; R₁ = 0, h_21э = 130. Каскад работает в режиме класса АВ, поэтому принять, что I_бп = 0, 1I_б.т- Определить K_U, минимальное R_вх.эп и величину входного сопротивления при максимальном отрицательном напряжении входного сигнала. Характеристики транзистора КТ 860 приведены на рис. П.1.

 

3адача 2.4.8. В схеме двухтактного эмиттерного повторителя на комплементарных транзисторах КТ 860, КТ 861 нет стабисторов. U_п = 15 В; U_н.т = 8 В; R_н = 10 Ом; R_э = 1 Ом, h_21э = 125. Каскад работает в режиме класса АВ, поэтому I_бп = 0, 1I_б.т, U_бэп = 0, 72 В. Определить сопротивления R_б и R₁, обеспечивающие ток делителя покоя (т. е. ток через сопротивление R_б) I_дп = 3I_бп. Характеристики транзистора КТ 860 приведены на рис. П.1.

 

ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМГЛАВЫ 2

 

2.1.2. I_бп = 2, 2 мА, U_6эп = 0, 73 В, I_кп = 370 мА, U_кэп = 2, 25 В, h_11э =

= 22 Ом. 2.1.3. I_бп = 6 мА, U_бэп = 0, 93 В, I_кп = 0, 7 A, U_кэп = 8, 8 В, h_11э = 17 Ом. 2.1.4. I_бп = 6, 2 мА, U_бэп = 0, 95 В; I_кп = 840 мА, U_кэп = 7 В, h_11э = 17 Ом. 2.1.5. I_бп = 75 мкА, U_бэп = 0, 73 В, I_кп = 4, 1 мА, U_кэп = 10 В, h_11э = 710 Ом.

2.2.6. R_к = 5, 25 Ом, К_I = 16, 7. 2.2.7. Rк = 7 Ом, К_U = 25, Р_вх = 14 • 10^-6 Вт, Р_н = 8, 75 мВт. Если отпаять Сэ, то K_U = 3, Р_вх = 1, 68 • 10^-6 Вт, Р_н = 126 • 10^-6 Вт. 2.2.8. Р_н = 600 Ом, K₁ = 2, 18. 2.2.9. К_U = 67, Р_вх = 27, 4 • 10^-6 Вт, Р_н = 3, 33 мВт. Если отпаять С_э, то K_U = 6, 07, Р_вх = 7, 0 • 10^-6 Вт, Р_н = 27, 5 • 10^-6 Вт. 2.2.10. К_U = 288, K_U = 29, 5, Кр = 8496, R_н следует уменьшить, но не более, чем до 2, 66 кОм. 2.2.11. К_U = 200, K_I = 8, 18, K_P = 1636. Если отпаять Сэ, то /IV = 32, 8, = 4, 24, КР = 139. 2.2.12. Рк = 3700 Ом, C_э = 100 Ом, К_I = 8 2.2.13. R_к = 18 Ом, Rэ = 2 Ом, K_I = 26, 5. 2.2.14. R_б2 = 86 Ом, R_н = 1, 7 Ом, Р_н = 1, 7 Вт, η = 1, 4%. 2.2.15. R_н = 28 Ом, К_U = 20, Р_н = 4, 5 мВт. 2.2.16. R_н = 370 Ом, U_вх.т = 31, 5 мВ. 2.2.17. K_U 70, η = 1%. 2.2.18. К_U = 200, η = 3, 3%. 2.2.19. Rк = 5, 2 Ом, К_U = 24, 3, U_вх.т = 16, 0 мВ.

2.3.2. R_э = 47 Ом, R_н = 760 Ом, U_вх.т = 0, 03 В, К_U = 120, К_I = 6; Р_н = 9, 5 мВт, η = 9%. 2.3.3. R_б2 = 49 Ом, R_н = 45 Ом, Р_н = 0, 51 Вт, η = 10, 6%.

2.4.4. К_U = 0, 67, R_вх.эп = 1 кОм, I_VD1 = 2 мА, I_VD2 = 17, 2 мА. 2.4.5. R₁ = R₂ = 2, 6 кОм, R_вх.эп = 3, 8 кОм. 2.4.6. К_U = 0, 67, R_вх.эп = 1 кОм, I_VD1 =2, 1 мА, I_VD2 = 17, 1 мА. 2.4.7. K_U = 0, 91, R_{вх.эп.min} = 0, 7 кОм, R_вх.отр = 0, 92 кОм. 2.4.8. R₁ = 780 Ом, R_б = 7, 1 кОм.

 

Глава 3

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: