Усилитель напряжения

Схема простейшего усилителя напряжения на биполярном транзисторе показана на рис. 3.8. От эмиттерного повторителя ее отличает то, что в цепь коллектора включен резистор R_к, а также то, что выходное напряжение и выходной ток снимаются теперь с коллектора. Покажем, что рассматриваемая цепь усиливает напряжение, и найдем коэффициент усиления.

Рис. 3.8. Усилитель напряжения.

Как и для эмиттерного повторителя, для цепи рис. 3.8. изменение напряжения источника сигнала равно изменению напряжения резистора в цепи эмиттера:

.

Если ток выхода (ток нагрузки) мал по сравнению с током коллектора, то .

Далее, , , откуда , .

Поэтому

По 2 закону Кирхгофа .

Так как напряжение питания постоянно, то из последнего равенства следует

, откуда коэффициент усиления по напряжению

.

Замечание 3. Предположение о том, что ток нагрузки мал по сравнению с током коллектора, обычно выполняется на практике.

Замечание 4. Коэффициент усиления оказался отрицательным. Это означает, что усилитель инвертирует фазу входного сигнала, то есть, возрастанию входного напряжения соответствует убывание выходного напряжения.

Входное сопротивление усилителя напряжения определяется так же, как и для эмиттерного повторителя:

.

Выходное сопротивление усилителя напряжения равно сопротивлению коллекторного резистора. Чтобы показать это, перейдем от схемы рис. 3.8 к эквивалентной схеме рис. 3.9, в которой транзистор вместе с эмиттерным резистором заменим источником тока. (Как было сказано, биполярный транзистор работает в режиме, близком к идеальному источнику тока. Любой элемент, включенный последовательно с источником тока, можно не принимать во внимание, так как он не влияет на состояние остальной части цепи.)

Эквивалентную схему представим для переменных составляющих напряжений и токов. Источник питания считаем идеальным. В этом случае его внутреннее сопротивление

Рис. 3.9. Экви– валентная схема усилителя напряжения.

равно нулю, и он не создает никакого сопротивления переменному току. Поэтому мы заменим его перемычкой.

Выходное сопротивление, как и для эмиттерного повторителя, рассчитаем по приращениям напряжения и тока нагрузки при условии постоянного тока источника:

Замечание 5. Рассмотренные схемы усилителей обладают отрицательной обратной связью по напряжению. Случайное возрастание тока в цепи коллектор–эмиттер ведет к росту напряжения на эмиттерном резисторе. Это приводит к уменьшению напряжения база–эмиттер и уменьшению тока базы. Вследствие уменьшения тока базы ограничивается рост тока в цепи коллектор–эмиттер.

Усилители напряжения без резистора в цепи эмиттера применяются очень редко, так как изменения температуры и напряжения питания из–за отсутствия обратной связи сильно влияют на состояние цепи.

Замечание 6. Рассмотренные схемы называются схемами с общим эмиттером, потому что эмиттер включен как в цепь источника входного сигнала, так и в цепь нагрузки. Схемы с общим эмиттером применяются чаще всего. Бывают также схемы с общей базой и общим коллектором.