Реферат

Реферат Эмиттерный повторитель

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 21.4.2025


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 RK.



Рис.1


Коэффициент передачи.


Из рис. 1 видно, что если Rr = 0 и U* = const, то входной сигнал полностью передается на выход: U
вых
= Uвх и К = 1. С учетом сопротивлений Rг, rб
и rэ получаем соотношение:  , где  и

Из этого соотношения легко найти величину Iэ, а затем вы­разить Uвых
через U
в
x
.
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 Rэ || Rн.

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 rэ и r6 можно пре­небречь,  . С учетом внешнего нагрузочного сопротивления входное со­противление уменьшается.

В отличие от усилительного каскада сопротивление Rэ, а вместе с ним и входное сопротивление повторителя, можно уве­личивать, практически не изменяя коэффициента передачи. Однако с ростом Rэ необходимо увеличивать на­пряжение питания Еэ с тем, чтобы сохранить желательное зна­чение тока покоя Поэтому такой путь повыше­ния входного сопротивления ограничен. На практике для по­вышения RBX 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 Rэ заменен на источник тока I0. Если источник тока идеаль­ный (Rl
= ), то согласно формуле получается Rвх
= . 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 rк является единственным элемен­том, через который может протекать входной ток. Следователь­но, максимальное значение входного сопротивления повтори­теля любого другого усилителя)  . При токе Iэ = 1 мА значения rк составляют 2-3 МОм. С умень­шением тока сопротивление rк возрастает, но предел ставится поверхностными утечками коллекторного перехода.

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

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 Rэ. Например, если = 2 кОм и β = 2000, то расчетное значение Rвх 2=4 МОм. Реальное значение Rвх, как и в предыдущей схеме, ограничено сопротивлением rк .

Выходное сопротивление.
Выходное сопротивление повтори­теля можно найти из общего определения. Положим сначала R
н =
(рис. 1), тогда  где К коэффициент усиления. Затем положим R
н
= О, т.е. закоротим сопротивление Rэ 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) rб по сравнению с rэ
.
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 rк
/
r
э
(обычно более 50000). Это отношение не зависит от рабочего тока, поскольку и rк, и rэ 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 Ск и Сн и подадим   на   вход   ступенчатый сигнал UВХ. Поскольку в пер­вый момент коллекторный токне 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 Iэ(0), ток коллектора начинает возрастать. Приращения тока IК
распределяются между эмиттерной и базовой цепями обратно пропорционально их сопротивлениям.

Если сопротивление источника сигнала достаточно мало (RT «Rэ), 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 Iэ до (1 - а)Iэ. Как видим, отношение токов IЭ Iб 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.

Если условие Rr «  не выполняется, то переходный про­цесс претерпевает некоторые изменения. А именно, начальные скачки эмиттерного тока и выходного напряжения уменьшаются, а последующие приращения коллекторного тока ответвляются не только в цепь базы, но в значительной мере и в цепь эмиттера. Соответ­ственно ток Iэ и напряжение  заметно возрастают во время переходного процесса. В этом случае, длительность фронта t
ф2
имеет конечное значение.



Рис. 5. Переходный процесс в повторителе при большом нагрузочной емкости

Блокировка повторителя.

Специфический переходный про­цесс имеет место в повторителе при достаточно большой нагру­зочной емкости Си (рис. 4). В первый момент после поступ­ления ступенчатого входного сигнала напряжение на емко­сти Си не меняется, а значит, не меняется и потенциал эмиттера. Поэтому, если сиг­нал Uвх имеет отрицательную полярность и превышает вели­чину U
*
(рис. 5), то напря­жение на эмиттерном перехо­де становится обратным и транзистор запирается.

После этого емкость Си раз­ряжается через сопротивление Rэ  с большой постоянной вре­мени СиRЭ. Транзистор снова открывается только тогда, когда напряжение база-эмиттер достигает значения U
*
(момент t
1
на рис. 9.19). Описанное явление (т.е. временное запирание тран­зистора при больших отрицательных сигналах) получило на­звание блокировки повторителя.

Как известно, для запирания кремниевых транзисторов об­ратное смещение на эмиттерном переходе не обязательно: до­статочно, чтобы прямое смещение было на 0,1-0,2 В меньше величины U
*.
Поэтому явление блокировки может иметь место даже при малых отрицательных сигналах 0,2-0,3 В.

Следует подчеркнуть, что блокировка повторителя подразумевает ступенчатый характер сигналов. В противном случае емкость СН успевает «отследить» входной от­рицательный сигнал и блокировка не имеет места. Критерием блокировки может служить неравенство: , где  -  время нарастания среза входного импульса.

Схемы сдвига уровня.


В многокаскадных усилителях на базу каждого следующего каскада поступает не только полез­ный сигнал, но и постоянная составляющая напряжения с кол­лектора предыдущего каскада. Таким образом, постоянная со­ставляющая «накапливается», возрастает от каскада к каска­ду, что вызывает определенные затруднения при разработке последних — выходных каскадов. Поэтому часто возникает за­дача устранить постоянную составляющую на входе очередного каскада, но по возможности без изменений передать перемен­ную составляющую — сигнал. Именно такую задачу и решают так называемые схемы сдвига уровня. Простейшей схемой сдвига уровня является эмиттерный по­вторитель. Действительно, у него уровень выходного (эмиттер­ного) потенциала ниже уровня базового потенциала на величи­ну U*, а сигнал передается с коэффициентом К1.

Простейшей схемой сдвига уровня является эмиттерный по­вторитель. Действительно, у него уровень выходного (эмиттер­ного) потенциала ниже уровня базового потенциала на величи­ну U*, а сигнал передается с коэффициентом К1.



Эмиттерный повторитель лежит в основе других, более сложных схем сдвига уровня. Например, если нужно понизить уровень входного сигнала на величину 2U
*,
то можно либо ис­пользовать повторитель по схеме Дарлингтона, либо включить в эмиттерную цепь про­стейшего повторителя прямосмещенный диод (см. ниже).

вых

Рис. 6. Схема сдвига уровня

Иногда требуется сместить уро­вень на величину, не кратную U
*,
например, на 2,5 В. Тогда использу­ется универсальная схема сдвига уровня, показанная на рис. 6. В общем случае в такой схеме может быть не один, а n
последовательно включенных диодов. Соотношение между входными и выходными уровнями имеет вид:  Коэффициент передачи переменной составляющей в схеме на рис. 6 зависит в первую очередь от внутреннего сопротив­ления источника тока. Если , то К =
1 независимо от структуры эмиттерной и базовой цепей.
Список литературы:
1.      Основы микроэлектроники - И.П.Cтепаненко, 2-е изд.

2.      Полупроводниковая схемотехника У.Титце, К.Шенк

3.      Искусство схемотехники П.Хоровиц, У.Хилл


1. Статья на тему Архимандрит Макарий Глухарев Жизненный путь и переводческая деятельность
2. Реферат на тему Perception Essay Research Paper All perception of
3. Реферат Понятие и виды следственных действий
4. Доклад Планирование деятельности ателье Метелица по пошиву меховых изделий
5. Реферат на тему Monetary Policy Essay Research Paper I IntroductionIn
6. Статья на тему Пургасова Русь
7. Реферат Ценообразование в мировой торговле 4
8. Реферат Свободное государство Конго
9. Реферат Гражданское право 19
10. Реферат Межпредметные связи в процессе обучения