Wzmacniacz OE. Jeśli dla składowych zmiennych zastosowane kondensatory potraktować jako zwarcie to jeden z zacisków wyjściowych generatora jest podłączony przez „zwarty” kondensator C_S1 do bazy tranzystora a drugi do masy. Przez „zwarty” C_E emiter jest także podłączony do masy, więc generator dla składowych zmiennych jest podłączony między emiter a bazę tranzystora. Od strony wyjścia obciążenie jest podłączone przez „zwarte” pojemności pomiędzy kolektor a emiter. Jest to układ wzmacniacza ze sprzężeniem pojemnościowym. Właściwości: odwraca fazę napięcia wyjściowego w stosunku do wejściowego o 180⁰ wzmocnienie napięciowe i prądowe większe od jedności (kilkadziesiąt i więcej) średnia rezystancja wejściowa (kilka kiloomów) rezystancja wyjściowa (trochę większa od wejściowej)

Wzmacniacz OB. Właściwości: nie odwraca fazy, wzmocnienie napięciowe duże ( tak jak w OE) wzmocnienie prądowe nieco mniejsze od jedności, rezystancja wejściowa mniejsza niż w OE (kilkadziesiąt omów i mniej) rezystancja wyjściowa większa niż w OE.

Wzmacniacz OC. Właściwości: wtórnik emiterowy, nie odwraca fazy, pozostałe parametry odwrotnie jak w OB.

Przepływ składowych zmiennych sygnału wejściowego wyjściowego. Prąd z generatora zanim wpłynie do tranzystora rozpływa się przez rezystory bazy a prąd wyjściowy tranzystora rozpływa się pomiędzy rezystor kolektora i obciążenia. Ten rozpływ prądu kolektora powoduje, że prosta obciążenia tranzystora dla składowej zmiennej (prosta B) różni się od wyznaczonej wcześniej prostej obciążenia dla składowej stałej (prosta A). Nachylenie prostej dla składowej stałej (prostej statycznie) jest odwrotnie proporcjonalne do sumy rezystancji R_C i R_E. Nachylenie prostej obciążenia dla składowej zmiennej (prostej dynamicznej) jest odwrotnie proporcjonalne do wartości równoległego połączenia rezystancji R_C i R₀.

Parametry robocze.

Rezystancja bazy - R_B=R₁||R₂

Uogólniona rezystancja obciążenia R_L=R_C||R_O.

Parametry robocze wzmacniacza zależą od parametrów macierzowych tranzystora. Dzięki temu można lepiej określić te parametry. Przykładowe parametry macierzowe h₁₁[kΩ]=4,5 h₁₂[V/V]=2*10-4 h₂₁[A/A]=330 h₂₂[μS]=30

Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza zależy od wartości wszystkich parametrów macierzowych tranzystora i uogólnionej rezystancji obciążenia. Potwierdza to tezę że dobór punktu pracy tranzystora ma istotny wpływ na parametry robocze wzmacniacza. Dla współczesnych tranzystorów można przyjąć założenie, że współczynnik wewnętrznego (pasożytniczego) sprzężenia zwrotnego tranzystora h₁₂=0 wtedy: G_u0=-h₂₁/(h₁₁(h₂₂+G_L)) W praktycznych układach często jest spełniony warunek że uogólniona rezystancja obciążenia jest duzo mniejsza od rezystancji wyjściowej tranzystora (h₂₂<<G_L) G_u0=-(h₂₁R_L)/h₁₁

Wzmocnienie napięciowe skuteczne: G_us0=r_weG_u0/(R_G+r_we) Wzmocnienia skuteczne zależą od relacji między rezystancją wejściową a uogólnioną rezystancją generatora. Dla bardzo dużych rezystancji wejściowych zanika różnica między wzmocnieniem napięciowym a napięciowym skutecznym.

Jeśli będzie spełniony warunek h₂₂<<G_L to wzmocnienie prądowe wzmacniacza (parametr roboczy) jest liczbowo równe wartości parametru macierzowego tranzystora G_i0≈h₂₁ gdyż przy dużej rezystancji wyjściowej tranzystora i malej rezystancji obciążenia tranzystor pracuje w stanie bliskim zwarcia na wyjściu a parametr h₂₁ jest parametrem zwarciowym. Inna definicja wzmocnienia prądowego uwzględniająca dzielnik prądu na wyjściu: G_i0=I_c/I_b≈h₂₁R_c/(R_c+R_O)

Wzmocnienie prądowe skuteczne: G_is0=R_GG_i0/(R_G+r_we) Wzmocnienia skuteczne zależą od relacji między rezystancją wejściową a uogólnioną rezystancją generatora. Dla znikomo małych zanika różnica między wzmocnieniem prądowym a prądowym skutecznym.

Rezystancja wejściowa wzmacniacza - r_we

Wynika stąd przeźroczystość wzmacniacza (parametr wejściowy zależy od rezystancji obciążenia) i jest on tym słabsza im słabsze jest pasożytnicze sprzężenie zwrotne w tranzystorze. Uogólniona rezystancja wejściowa wzmacniacza R_we=r_we||R_B

Rezystancja wyjściowa - r_wy aby ja obliczyć należy w układzie wyłączyć źródło sterujące a do wyjścia podłączyć źródło napięciowe o wydajności równej napięciu wyjściowemu wzmacniacza kiedy źródło sterujące było włączone. Uogólniona rezystancja wyjściowa R_wy=r_wy||R_C

Ograniczenia częstotliwościowe Zakres dolnych częstotliwości wzmacniacza RC analizujemy na podstawie układu OE. Ograniczania w zakresie dolnych częstotliwości wynikają z zastosowania kondensatorów sprzęgających C_S1 i C_S2 oraz kondensatora emiterowego C_E, których reaktancja rośnie w miarę zmniejszania częstotliwości sygnału sterującego z generatora.

W obwodzie wejściowym wzmacniacza występuje filtr górnoprzepustowy RC. W miarę zmniejszania się częstotliwości sygnału z generatora o stałej wydajności na kondensatorze C_S1 odkłada się coraz większe napięcie kosztem sygnału wejściowego U_we i maleje wzmocnienie napięciowe skuteczne wzmacniacza. Dla tego filtru dla dolnych częstotliwości otrzymujemy dzielnik napięcia o transmitancji G_K:

R_SZ1=R_g+R_we dla zakresu średnich częstotliwości pomijamy wpływ pojemności i otrzymujemy G_u0=R_we/R_sz1

Wprowadzając pojęcie wzmocnienia w zakresie dolnych częstotliwości unormowanego do wzmocnienia w zakresie średnich częstotliwości otrzymujemy.

Unormowane wzmocnienie obwodu wejściowego przyjmuje więc postać jak dla typowego filtru górnoprzepustowego.

Dla częstotliwości granicznej dolnej określonej na poziomie 3dB występuje przesuniecie fazy o 45⁰. Unormowane wzmocnienie obwodu wejściowego można zapisać jako:

q_dCs1-współczynnikspadku wzmocnienia w zakresie dolnych częstotliwości

Obliczamy częstotliwość, dla której wystąpi spadek wzmocnienia w zakresie dolnych częstotliwości.

Ze wzrostem pojemności sprzęgającej maleje częstotliwość graniczna dolna tak samo jak dla rezystancji wejściowej i generatora.

Obwód wyjściowy działa tak samo na częstotliwość graniczna dolną jak obwód wejściowy.

Obwód emiterowy dla zakresu średnich częstotliwości kondensator emiterowy skutecznie blokuje rezystancje emiterową (zwarcie R_E) więc napięcie U_be sterujące tranzystorem jest równe napięciu wejściowemu U_we. W miarę zmniejszania częstotliwości sygnału z generatora rośnie reaktancja kondensatora emiterowego przez to coraz mniej skutecznie blokuje rezystancję emiterową (rośnie napięcie U_e i maleje U_be) zmniejszając wzmocnienie skuteczne. Dla częstotliwości bliskich zeru rezystor emiterowy nie jest blokowany i napięcie U_be jest ustalone ale nie zerowe. Ze wzrostem C_E charakterystyka będzie się przesuwać w lewo, jeśli będzie duży R_E to wzmocnienie dla częstotliwości bliskich zeru będzie bardzo małe i odwrotnie. Dzięki drugiemu prawu Millera przenosimy Re i CE do obwodu wejściowego i otrzymujemy zależności.

Wartość C_Em jest dużo mniejsza od C_E aby uzyskać częstotliwość graniczną dolna przybliżoną jak dla kondensatorów sprzęgających a to oznacza że C_E musi być dużo większe od C_S. Częstotliwość graniczna dolna uzyskuje się uwzględniając wszystkie obwody: wejściowy emiterowy i wyjściowy (f_d=√f_d1²+f_d2²=…)

I Twierdzenie Millera

Zgodnie z tym twierdzeniem układ o znanym wzmocnieniu napięciowym w którym wyjście z wejściem jest połączone (sprzężone) przez impedancję Z jest tożsamy z układem w którym wyeliminowano tę impedancję z gałęzi sprzężenia (wzdłużnej) a w zamian do obwodu wejściowego i wyjściowego (gałęzi poprzecznych) podłączono równolegle impedancję o wartościach zmodyfikowanych o wartość wzmocnieni napięciowego.

II Twierdzenie Millera

Zgodnie z tym twierdzeniem układ o znanym wzmocnieniu prądowym, który jest podłączony do potencjału odniesienia przez impedancję Z, jest tożsamy z układem w którym wyeliminowano impedancję z gałęzi poprzecznej, ale włączono po jednej impedancji do gałęzi wzdłużnych o wartościach zmodyfikowanych o wartość wzmocnienia prądowego.

Zakres górnych częstotliwości zależy głownie od pojemności wewnętrznych tranzystora. Opis schematu: r_bb' rezystancja rozproszona bazy (różna dla rożnych tranzystorów) nie większa niż kilkadziesiąt omów r_b'e rezystancja baza-emiter r_b'e=h₂₁r_eb' gdzie r_eb'=26/I_C[Ω] Ce pojemność złącza baza-emiter jako dyfuzja (zależna od prądu kolektora) Ce=1/2πf_rr_cb' Cc pojemność złącza baza emiter jako złączowa (uzależniona od napięcia na złączu (pikofarady)) r_ce rezystancja uzależniona od prądu kolektora (kilkadziesiąt kiloomów) r_b'c rezystancja uzależniona od prądu kolektora (megaomy)

Aby wyznaczyć częstotliwości graniczne górne należy użyć pierwszego twierdzenia Millera i na podstawie przekształconego układu przeanalizować wpływ elementów na częstotliwość graniczna górną. R_r1 rezystancja równoległa obwodu wejściowego R_r1=(R_G+r_bb')||r_b'e C_we pojemnośc obwodu wejściowego C_we=C_c+C_M R_r2 rezystancja równoległa obwodu wyjściowego R_r2=r_ce||R_L C_wy pojemność obwodu wyjściowego C_wy=C_c . W obwodzie wejściowym i wyjściowym występują filtry dolnoprzepustowe których częstotliwość graniczna górna jest uzależniona od pojemności wewnętrznej tranzystora. Wprowadzamy unormowaną transmitancję.

Pojemność obwodu wejściowego jest większa od pojemności obwodu wyjściowego więc częstotliwość graniczna górna obwodu więc jest mniejsza od obwodu wyj. Więc o częstotliwości granicznej górnej decyduje częstotliwość graniczna górna obwodu wejściowego.

---