2.4.1 Spoj zajedničkog emitera

Slika 2.4-1 prikazuje stupanj pojačala s bipolarnim tranzistorom kod kojeg je emiterska grana zajednička i za ulazni i za izlazni dio strujnog kruga. Zato se tako izvedeni stupanj pojačala naziva pojačalom u spoju zajedničkog emitera. Vrijednosti otpora R₁, R₂, R_C i R_E su određene položajem radne točke, odnosno zahtjevom uspostavljanja pravilnog prednapona tranzistora za rad u aktivnom području tranzistora. Naponski izvor, modeliran Thevenin-ovim naponskim izvorom u_g i otporom R_g opskrbljuje stezaljku baze tranzistora izmjeničnim naponom. Izmjenični napon predstavlja napon koji je potrebno pojačati. Pojačani izmjenični napon na izlazu u_T se pojavljuje na otporu trošila R_T. Ako postoji kaskada osnovnih pojačala, otpor R_T može predstavljati ulazni otpor sljedećeg stupnja. U protivnom predstavlja otpor sklopa koji prihvaća izlazni signal. Iznosi kapaciteta C_B, C_C i C_E su odabrani tako da je na najnižim radnim frekvencijama pojačala reaktancija (kapacitivni otpor) zanemariv. Iznos kapaciteta C_E se odabire razmjerno velikim tako da reaktancija 1/w C_E bude mala u odnosu na otpor R_E gledan u paraleli s impedancijom emitera kod najniže radne frekvencije w . Slično se vrijednosti kapaciteta kondenzatora C_C i C_B odabiru malima u odnosu na otpore u njihovim dijelovima strujnog kruga. Reaktancije kondenzatora C_C i C_B se izmjeničnom signalu pokazuju kao kratki spojevi, dok pak blokiranjem istosmjernih napona i struja odspajaju pojedine dijelove osnovnog pojačala ili stupnjeve kaskade. Kondenzator C_E uglavnom služi za povećanje pojačanja. Naziva se prespojni kondenzator budući izmjeničnu struju odvodi od otpornika R_E, te se na otporniku R_E ne pojavljuje značajniji pad napona, koji bi pak smanjio pojačanje pojačala.

Slika 2.4-1 Tranzistorsko pojačalo s bipolarnim tranzistorom: (a) spoj zajedničkog emitera i (b) nadomjesni krug u režimu malih signala

Nadomjesni sklop pojačala sa slike 2.4-1(a) za rad u režimu malih signala prikazuje slika 2.4-1(b). Otpornikom R_B nadomješten je paralelni spoj otpornika R₁ i R₂ koji se dobije kratkim spajanjem istosmjernog naponskog izvora u izmjeničnom režimu rada. Otpornik R_ul predstavlja otpor između stezaljke baze i uzemljenja gledano u bazu tranzistora. Otpornik R_ul predstavlja ukupni otpor koji vidi naponski izvor.

Iz navedenoga slijedi

                                                                                                       (2.4-4)

Naponsko pojačanje A_u1 i strujno pojačanje A_i su određeni izrazima

Pojačalom u spoju zajedničkog emitera postiže se visoko pojačanje napona i struje. U obadva slučaja pojačanje je negativnog predznaka, što znači pomak faznog kuta izlaznog signala za p radijana u odnosu na fazu ulaznog signala. Ulazni otpor je prilično mali i kreće se u rasponu od nekoliko stotina do najviše nekoliko tisuća ohma.

Ulazni otpor pojačala u spoju zajedničkog emitera je moguće povećati smanjenjem naponskog i strujnog pojačanja, odnosno ostavljanjem nepremoštenog dijela otpora u emiterskoj grani R_E1, kao što je prikazano na slici 2.4-3(a). Nadosmjesni krug pojačala u režimu malih signala za taj slučaj prikazuje slika 2.4-3(b).

                                                                             (2.4-9)

pri čemu je

                                                                                                (2.4-10)

Budući je iz izraza (1.4-11)

izraz (2.4-7) znači povećanje ulaznog otpora za iznos R_E1(1 + b ) u odnosu na iznos otpora rp kada se otpor u grani emitera potpuno premosti. Drugim riječima, iznos ulaznog otpora je veći za faktor 1 + [R_E1(1 + b )/ rp ] = R_ul / rp u odnosu na iznos ulaznog otpora kada je cijeli otpor u emiterskoj grani premošten. Usporedbom izraza (2.4-8) i (2.4-5) vidljivo je smanjenje naponskog pojačanja za recipročnu vrijednost navedenog faktora. Usporedbom pak izraza (2.4-9) i (2.4-6) slijedi da je i strujno pojačanje smanjeno za isti faktor. Rezultat bi bio ispravan osim što je R_ul različito u obadva slučaja. Pažljivija analiza otkriva da je uz nepremošteni R_E1 iznos strujnog pojačanja A_i umanjen za faktor 1 + [R_E1(1 + b )/(rp + R_B)] u odnosu na iznos strujnog pojačanja A_i s premoštenim otporom u emiterskoj grani R_E1. Vrijednost otpora R_B je određena izrazom (2.4-2).

Slika2.4-3 Tranzistorsko pojačalo s bipolarnim tranzistorom: (a) spoj zajedničkog emitera s nepremoštenim otpornikom R_E1 u grani emitera i (b) nadomjesni krug u režimu malih signala

Premda nepremošteni otpor u emiterskoj grani tranzistora u spoju zajedničkog emitera smanjuje naponsko i strujno pojačanje, što predstavlja određeni nedostatak toga spoja, nepremošteni otpornik unosi i određene prednosti. Jednu od njih predstavlja proširenje frekvencijskog pojasa. Drugu prednost predstavlja mogućnost prihvaćanja signala veće vrijednosti na ulazu pojačala budući se veliki dio ulaznog napona u₁ pojavljuje na otporniku R_E1, a ne na spoju baza-emiter tranzistora. U stvari se napon baza emiter umanjuje za isti iznos kao i naponsko pojačanje.

povratak