Zapojenie so spoločným emitorom

Za predpokladu, že sú už nastavené správne jednosmerné pracovné podmienky treba určiť aký veľký bude výstupný signál (premenlivé napätie - s  harmonickým alebo impulzným priebehom, väčšinou s veľmi malou amplitúdou). Zosilňovač na obrázku tvorí obvod, v ktorom je tranzistor v zapojení so spoločným emitorom. (Z hľadiska vstupného a výstupného signálu je emitor spoločnou elektródou.)

 
 

Vhodná kapacita väzobného kondenzátora na vstupe

Na oddelenie zdroja signálu od jednosmerného napätia na deliči R1 a R2 (ktorý vytvára potrebné predpätie pre bázu) slúži väzobný kondenzátor C1. Úlohou väzobného kondenzátora C1 je  jednosmerne odizolovať bázu tranzistora od generátora signálu a zároveň by mal mať takú kapacitu, aby jeho impedancia XC=1/wC1 bola prakticky skratom pre striedavý signál.   Reálne prenosové vlastnosti článku CR sú však také, že táto požiadavka je splnená len pre signál s vysokými frekvenciami. Pre nízke frekvencie možno určiť  dolnú hraničnú frekvenciu z podmienky  RwC1=1 (pri tejto frekvencii je pokles o 3dB), kde R=Rin  je vstupný odpor obvodu.

 
 

Vhodná kapacita väzobného kondenzátora na výstupe

Podobnú úlohu ako na vstupe C1 má kondenzátor C2 na výstupe  Úlohou väzobného kondenzátora C2 je  jednosmerne odizolovať kolektor tranzistora od záťaže RL  a zároveň by mal mať kondenzátor C2  takú kapacitu, aby jeho impedancia XC=1/wC2 bola prakticky skratom pre striedavý signál.

 
 
 

Zvodový kondenzátor v emitore

Rezistor RE je potrebný na nastavenie jednosmerného predpätia, jeho odpor pre striedavý signál však redukuje zosilnenie. Riešením je zabezpečiť pomocou kondenzátora CE zvod pre striedavý signál.

 
 
 

Napäťový zosilňovač

Na obrázku je celkové zapojenie tranzistora so spoločným emitorom (emitor je uzemnený pre striedavý signál cez kondenzátor CE).  Na vstupe je pripojený (cez kondenzátor C1) generátor napäťového signálu DUS (s vnútorným odporom RS). K výstupu  je (cez kondenzátor C2) je pripojený záťažovací odpor RL.

 
 
 

Náhradný obvod z hľadiska jednosmerného napájania

Pre nastavenie jednosmerných pracovných podmienok možno zjednodušiť obvod tak, že nahradíme kondenzátory rozpojením obvodu.

 
 
 

Náhradný  obvod z hľadiska jednosmerného signálu

Postup: Pri zadaných Ucc, R1, R2, RC, RE a bF možno jednoducho určiť bázový prúd IB pomocou vytvorenia Theveninovho náhradného obvodu s napätím naprázdno UT a náhradným vnútorným odporom RT. Po určení kolektorového prúdu IC=bFIB  možno ďalej stanoviť napätie na kolektore UC=Ucc-ICRC  a napätie na emitore  UE=(IB+IC)RC~ICRC, poprípade napätie na báze UB=UBE+UE .

 
 
 

Náhradný obvod z hľadiska striedavého signálu

Pri tvorbe náhradného obvodu z hľadiska striedavého signálu treba:  nahradiť skratom všetky zdroje jednosmerného napätia a tiež  nahradiť skratom kondenzátory.

 
 

Pracovný bod na vstupnej charakteristike

Podmienkou správnej funkcie tranzistora je nastavení vodivej polarizácie prechodu B-E . Za predpokladu vhodnej voľby kondenzátora CE je pre striedavý signál emitor na potenciáli zeme a odpory R1, R2 pre nastavenie správneho predpätia sú zapojené paralelne k vstupu tranzistora.

 
 
 

Náhradný obvod pre vstup

Na základe vytvoreného náhradného obvodu je vstupný odpor (impedancia) zapojenia Rin=R1||R2||rp (rp=hie)).

 
 
 

Náhradný obvod pre výstup

Na základe analógie s Nortonovým náhradným obvodom je výstupný odpor Rout=RC.

 
 
 

Napäťový zisk

Na základe náhradného obvodu, v ktorom je nastavený jednosmerný kolektorový prúd IC  [mA]  (strmosť gm=IC/25, rp=bF/gm=25/IB, 1/gm=re=hie,  rp=hie), možno určiť napäťový zisk Au=Rout/re. Pre prípad uvedený na obrázku je výstupný odpor Rout=RC  Pretože je pripojený v emitore kondenzátor CE je vstupný odpor Rin=(R1||R2)||rp a podmienka pre voľbu kapacity väzobného kondenzátora C1  pre pokles o 3dB pri dolnej hraničnej frekvencii 1=RinwC1.

 

Vplyv emitorového kondenzátora na napäťový zisk

V prípade, že emitorový kondenzátor CE nie je pripojený je napäťový zisk redukovaný na  Au=Rout/(re+RE). Pre porovnanie v prípade  s uzemneným emitorom je napäťový zisk Au=Rout/re).

 

Postup pri návrhu zosilňovača

Úlohou je navrhnúť zosilňovač podľa zapojenia na obrázku s požadovaným napäťovým ziskom Au, vstupným odporom Rin  pre zadanú dolnú hraničnú frekvenciu (3dB pokles).

Vstupný odpor

Prvým krokom je na základe pracovného bodu Q (IC a bF) určiť strmosť gm=IC/25 a rp=bF/gm=25bF/IC  pre požadovaný vstupný odpor Rin=(R1||R2)||rp.

Návrh Ucc a RC

Na kolektore si zvolíme napätie z podmienky (pre symetrický rozkmit bipolárneho signálu) UC=Ucc/2. Pretože sa neuvažuje s ďalšou záťažou RL bude Rout=RC. Na základe predpísaného napäťového zisku  Au=RC/re  a podmienky UC=Ucc/2 možno určiť napájacie napätie Ucc=Au/20 . Kolektorový odpor RC možno určiť z podmienky  (Ucc-UC)=ICRC. Odpor RE nastavuje vhodné napätie na emitore UE~ICRE.

Nastavenie jednosmerného napájania na vstupe

Určenie odporov napájacieho deliča R1 - R2 možno zjednodušiť pomocou vytvorenia náhradného Theveninovho obvodu s vnútorným odporom RT=R1R2/(R1+R2) a napätím naprázdno UT=UccR2/(R1+R2). Podmienka pre nastavenie stabilného pracovného bodu Q, ktorý by bol nezávislý od bF   vyžaduje voľbu RT<<RinT=rp+bFRE.

Delič R1 - R2

Nakoniec na základe požadovaného UT=IBRT+UBE+UE=UccR2/(R1+R2) sa určia odpory R1 a R2.

Návrh kondenzátorov CE, C1, C2

Pre návrh väzobných kondenzátorov C1 a C2 použijeme splniť podmienku pre dolnú hraničnú frekvenciu wCR=1 v hornopriepustného filtra CR (kde R=Rin  je vstupný odpor zosilňovacieho stupňa). Pri návrhu kapacity CE požadujeme  aby reaktancia XC=1/wCE bola dostatočne malá. (10 krát menšia ako RE)