Электроника?.. Нет ничего проще! - Эймишен Жан-Поль - Страница 27

Л. — Я подозреваю, что эта история придумана тобою для пользы дела… Во всяком случае она показывает, что благодаря «слону-повторителю», ты хорошо понял принцип катодного повторителя.

Н. — Это схема, которую можно сделать только на лампах — транзисторы здесь не годятся, потому что у них нет катода.

Л. — Нет, но у них есть эмиттер, выполняющий роль катода, и довольно часто делают схему с общим коллектором (рис. 49), которую также называют «эмиттерным повторителем». Я нарисовал схему для транзистора р-n-р. Для транзистора n-р-n нужно поменять напряжения на обратные, и мы получим схему, более похожую на ламповую.

Рис. 49. Каскад с нагрузкой в цепи эмиттера (схема с общим коллектором или эмиттерный повторитель) — транзисторный эквивалент ламповой схемы катодного повторителя.

Н. — Значит, по своим параметрам эта схема строго идентична схеме, приведенной на рис. 47?

Л. — Нет, только аналогична. В изображенной на рис. 47 схеме сетку обычно делают отрицательной относительно катода. Следовательно, никакого сеточного тока нет и возможное внутреннее сопротивление источника, дающего входное напряжение U_вх не учитывается.

В транзисторе имеется ток базы; он в β раз меньше тока коллектора (с приемлемой точностью можно сказать, что он также в β раз меньше тока эмиттера, так как последний очень близок к току коллектора). Если изменять ток эмиттера, то будет изменяться и ток базы; изменения последнего, естественно, будут в β раз меньше. Если дающий напряжение U источник имеет внутреннее сопротивление, то получаемый от него ток может вызвать изменение напряжения U. Следовательно, в эмиттерном повторителе выходное сопротивление зависит от выходного сопротивления источника, подающего в схему сигнал.

Можно сказать, что выходное сопротивление изображенной на рис. 49 схемы равно обратной величине крутизны транзистора (крутизна транзистора представляет собой частное от деления усиления по току на его выходное сопротивление при включении по схеме с общим эмиттером), увеличенной на частное от деления его усиления по току β на выходное сопротивление генератора, вырабатывающего напряжение U.

Н. — Вот это да! Как это сложно!

Л. — Совсем нет. И ты в этом сейчас убедишься на конкретном примере с числовыми значениями. Предположим, что внутреннее сопротивление транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, равно 1 ком, а усиление по току β = 60. Следовательно, крутизна этого транзистора равна 60: 1000 или 60 ма/в. Если напряжение U подается от источника с низким выходным сопротивлением, то при изменении тока базы оно не будет изменяться. Выходное сопротивление, как и в ламповой схеме, будет величиной, обратной крутизне, т. е. 16,7 ом (я не учитываю сопротивление резистора R, которое следует рассматривать как включенное параллельно этому сопротивлению 16,7 ом).

Но если выходное сопротивление источника, дающего напряжение U, равно 2 ком, то на каждый израсходованный на эмиттере миллиампер расход на базе составит 1/60 ма, вследствие чего напряжение U снизится на

Это отразится на выходе (усиление по напряжению почти равно единице), и выходное сопротивление увеличится на

Следовательно, выходное сопротивление будет:

16,7 oм + 38 ом ~= 50 ом.

Н. — Значит, в схеме эмиттерного повторителя выходное сопротивление зависит от выходного сопротивления!

Л. — Схема эмиттерного повторителя значительно уменьшает эту зависимость, но не устраняет ее полностью как катодный повторитель.

Н. — Ну вот, видишь, транзисторы значительно уступают лампам.

Л. — Незнайкин!.. Если ты еще раз скажешь такую безобразную нелепость, я выставлю тебя за дверь и не покажу тебе транзисторной схемы «суперэмиттерного повторителя», не имеющего себе равного на лампах.

Н. — Как она устроена?

Л. — Схему я нарисовал тебе на рис. 50, а на рис. 51 схематически изобразил двухкаскадный усилитель, изучение которого поможет тебе понять схему на рис. 50. Ты видишь, что на схеме рис. 51 ток базы транзистора Т₁ (транзистор типа n-р-n) направлен от источника напряжения U; его величина I_б1. Ток коллектора I_к1 транзистора Т₁ идет в обратном направлении (оно показано стрелкой и соответствует условному направлению движения тока); следовательно, его можно взять непосредственно с базы транзистора Т₂ (I_к1 = I_б2) (транзистор типа р-n-р). Ток коллектора I_к2 транзистора Т₂ проходит по резистору R и создает выходное напряжение U_вых.

Рис. 50. Двухкаскадный вариант устройства с малым выходным сопротивлением.

Рис. 51. Двухкаскадный усилитель с большим коэффициентом усиления.

Н. — Должен признаться, что меня соблазняет простота схемы — один резистор на целых два транзистора.

Л. — Изображенная на рис. 51 схема дает очень большое усиление по напряжению. Коэффициент усиления легко подсчитать по формуле

k = S₁β₂R,

где S₁ — крутизна характеристики транзистора T₁, β₂ — усиление по току транзистора Т₂.

Например, при S₁ = 12 ма/в, β₂ = 50 и R = 500 ом коэффициент усиления по напряжению составит 300.

Если мы вычтем из напряжения U все выходное напряжение U_вых, чтобы приложить между эмиттером и базой транзистора T₁ только напряжение U' = U — U_вых, то получим усилитель с коэффициентом отрицательной обратной связи (мы к этому вернемся), равным 300; схема такого усилителя показана на рис. 50.

Входное сопротивление усилителя приближается к мегому (чудовищная величина для классических транзисторных схем), а выходное сопротивление меньше 1,5 ом; коэффициент передачи по напряжению достигает 0,997 (в лучших каскадах, собранных по схеме катодного повторителя, с трудом удается поднять этот показатель до 0,95).

Н. — В самом деле очень соблазнительно, однако эта история для меня не очень ясна. Почему раньше не сделали ее эквивалента в схемах на лампах?