Министерство  образования и науки Российской Федерации

 

Новосибирский Государственный Технический                         университет. 

Кафедра общей электроники 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

на  тему эмиттерный повторитель. 
 
 
 
 
 
 
 

Факультет: МТ 

Группа: ТА-702 

Выполнил: Рыбин  Р.В. 

Преподаватель: Стернина С.Л 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск,2009г.

Содержание:

1. Введение.
2. Коэффициент передачи.
3. Входное сопротивление.
4. Выходное сопротивление.
5. Переходные процессы.
6. Блокировка повторителя.
7. Схемы сдвига уровня.
8. Список литературы.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

     Повторителями принято называть усилители с коэффициентом усиления, близким к единице, не меняющие полярность входного сигнала и обладающие повышенным входным и пониженным выходным сопротивлениями (по сравнению с простейшими усилительными каскадами).

Классическая схема эмиттерного повторителя показана на рис. 1.Легко заметить, что эмиттерный повторитель отличается от простейшего усилителя только тем, что выходное напряжение снимается не с коллектора, а с эмиттера и что в цепи коллектора отсутствует резистор R_K.

Рис.1

Коэффициент передачи.

     Из  рис. 1 видно, что если R_r = 0 и U* = const, то входной сигнал полностью передается на выход: Uвых = Uвх и К = 1. С учетом сопротивлений R_г, r_б и r_э получаем соотношение: , где и

Из этого соотношения легко найти величину I_э, а затем выразить U_вых через U_вx. В результате коэффициент передачи повторителя запишется в следующем общем виде:

     При подключении внешнего нагрузочного сопротивления R_н (на рис. 1 показано штриховой линией) коэффициент передачи дополнительно уменьшается, поскольку сопротивление Rэ заменяется на R_э || R_н.

Из уравнения видно, что коэффициент передачи повторителя положительный, т.е. повторитель не меняет полярности сигнала, или, в случае синусоидальных сигналов,  не меняет их фазы (при достаточно низких частотах). Несмотря на единичный коэффициент передачи напряжения, повторитель относится к классу усилителей, поскольку он усиливает ток. Это ясно из того, что между выходным (эмиттерным) и входным (базовым) токами существует хорошо известное соотношение: , где

Входное сопротивление.

     Входное сопротивление повторителя, изображенного на рис. 1, что и для простейшего усилителя. В общем случае . а в частном случае, когда сопротивлениями r_э и r₆ можно пренебречь, . С учетом внешнего нагрузочного сопротивления входное сопротивление уменьшается.

В отличие от усилительного каскада сопротивление  R_э, а вместе с ним и входное сопротивление повторителя, можно увеличивать, практически не изменяя коэффициента передачи. Однако с ростом R_э необходимо увеличивать напряжение питания Е_э с тем, чтобы сохранить желательное значение тока покоя Поэтому такой путь повышения входного сопротивления ограничен. На практике для повышения R_BX используют либо источник тока в эмиттерной цепи, либо составной транзистор.

Рис. 2   Повторители с повышенным входным сопротивлением   а — с нагрузкой в виде источника тока, б — с использованием пары Дарлингтона

На рис. 2, а показана схема повторителя, в которой резистор R_э заменен на источник тока I₀. Если источник тока идеальный (R_l = ∞), то согласно формуле получается R_вх = ∞. На самом же деле входное сопротивление имеет конечное значение, обусловленное сопротивлением коллекторного перехода (на рис. 2, а показано штриховой линией). До сих пор это сопротивление не учитывалось, так как в обычных усилителях его роль не существенна. Однако в данном случае, когда цепь эмиттера «оборвана» для переменных составляющих тока (поскольку ток эмиттера жестко задан), сопротивление r_к является единственным элементом, через который может протекать входной ток. Следовательно, максимальное значение входного сопротивления повторителя (и любого другого усилителя) . При токе I_э = 1 мА значения r_к составляют 2-3 МОм. С уменьшением тока сопротивление r_к возрастает, но предел ставится поверхностными утечками коллекторного перехода.

При конечном сопротивлении источника тока R_l входное сопротивление повторителя будет меньше r_к. Его можно оценить как параллельное соединение величин r_к и (β + 1)R_l

На рис 2,б показан повторитель, выполненный на паре Дарлингтона. Как известно, составному транзистору свойственны весьма большие значения коэффициента усиления: Поэтому согласно формуле в повторителе по схеме Дарлингтона легко получить большое входное сопротивление при сравнительно малом сопротивлении R_э. Например, если = 2 кОм и β = 2000, то расчетное значение R_вх 2=4 МОм. Реальное значение R_вх, как и в предыдущей схеме, ограничено сопротивлением r_к .

Выходное  сопротивление. 

     Выходное сопротивление повторителя можно найти из общего определения. Положим сначала Rн = ∞ (рис. 1), тогда где К — коэффициент усиления. Затем положим Rн = О, т.е. закоротим сопротивление R_э Тогда . Деля напряжение холостого хода на ток короткого замыкания и подставляя значение К. Внешняя составляющая R_э обычно мало существенна. Также мало существенна и составляющая ( 1 - а) r_б по сравнению с r_э. Поэтому в реальных схемах повторителей можно пользоваться упрощенным выражением: _. Как видим, в общем случае выходное сопротивление зависит от сопротивления источника входного сигнала. Однако при достаточно больших значениях (например, при использовании пары Дарлингтона) вторым слагаемым в формуле можно пренебречь. Тогда выходное сопротивление минимально и определяется только сопротивлением эмиттерного перехода:. Легко заметить, что отношение входного и выходного сопротивлений у повторителя несравненно больше, чем у простейшего усилительного каскада, у которого это отношение не превышает величины β + 1. Отношение максимального входного сопротивления к минимальному выходному составляет r_к/r_э (обычно более 50000). Это отношение не зависит от рабочего тока, поскольку и r_к, и r_э обратно пропорциональны току. В связи с большим различием входного и выходного сопротивлений повторитель широко используют в качестве буферного каскада — так называемого трансформатора сопротивлений. Эта функция повторителя проиллюстрирована на рис.3  

Рис 3. Повторитель в качестве буферного каскада

    В частности, используя буферные повторители, можно уменьшить сопротивление R_Г на входе дифференциального усилителя и тем самым повысить его быстродействие. Буферные повторители находят также широкое применение в случае емкостной нагрузки (кабели, длинные провода, развитая сеть металлической разводки в ИС). На достаточно высоких частотах сопротивление такой нагрузки оказывается малым, и ее непосредственное подключение к высокоомному источнику сигнала приводит к снижению коэффициента передачи, как показано выше. Буферный повторитель позволяет улучшить передачу сигнала на высоких частотах и расширить полосу усиливаемых частот.

     ^{Рис. 4. Эквивалентная схема повторителя}

Переходные  процессы.

     Эквивалентная схема для анализа переходных процессов показана на      рис. 4. Формальный анализ этой схемы несложен, но приводит к громоздким и мало наглядным выражениям. Поэтому полезнее рассмотреть особенности переходного процесса и привести приближенные расчетные формулы. Пренебрежем сначала емкостями С_к и С_н и по^{дадим   на   вход   ступенчатый} сигнал U_ВХ. Поскольку в первый момент коллекторный ток не меняется (т.е. генератор тока бездействует), схема превращается в пассивную резисторную цепочку. Отсюда следует, что первое время после подачи сигнала усиление мощности отсутствует. Начальные значения токов и выходного напряжения имеют вид: ; . Соответственно начальный коэффициент передачи . В дальнейшем, под действием скачка I_э(0), ток коллектора начинает возрастать. Приращения тока I_К распределяются между эмиттерной и базовой цепями обратно пропорционально их сопротивлениям.

Если сопротивление источника сигнала достаточно мало (R_T «R_э), то приращения практически полностью идут в базовую цепь. При этом ток эмиттера, а значит, и выходное напряжение почти не меняются и остаются близкими к начальным значениям. Соответственно длительность фронта отсчитанная на уровнях 0,1-0,9 от установившегося значения, оказывается равной нулю, т.е. фронт формируется мгновенно. Что касается коллекторной и базовой цепей, то в них переходные процессы выражены достаточно ярко: ток коллектора возрастает от нуля до установившегося значения , а ток базы падает от начального значения I_э до (1 - а)I_э. Как видим, отношение токов I_Э I_б возрастает, т.е. через некоторое время повторитель начинает усиливать мощность. Поскольку эмиттерный ток остается почти постоянным, коллекторный и базовый токи меняются с постоянной времени _а.