Scopul unui circuit amplificator de semnal AC este să stabilizeze tensiunea de intrare de polarizare DC la amplificator și, astfel, doar să amplifice semnalul AC necesar.

Această stabilizare este realizată prin utilizarea unei rezistențe de emitor care asigură cantitatea necesară de polarizare automată necesară pentru un amplificator cu emitor-comun. Pentru a explica acest lucru puțin mai mult, luați în considerare următorul circuit de amplificare de mai jos.

Circuit de amplificare cu emitor-comun

Circuitul de amplificare cu emitor-comun indicat folosește o rețea divizoare de tensiune pentru a polariza baza tranzistorului, iar configurația emitor-comun este un mod foarte popular de proiectare a circuitelor amplificatoare cu tranzistor bipolar. O caracteristică importantă a acestui circuit este că o cantitate apreciabilă de curent circulă în baza tranzistorului.

Tensiunea la joncțiunea celor două rezistoare de polarizare R1 și R2, menține tensiunea de bază a tranzistorului VB la o tensiune constantă și proporțională cu tensiunea de alimentare Vcc. Rețineți că VB este tensiunea măsurată de la bază la masă, care este căderea reală de tensiune pe R2.

Acest circuit de amplificare de tip "clasa A" este întotdeauna proiectat astfel încât curentul de bază (IB) să fie mai mic de 10% din curentul care trece prin rezistorul de polarizare R2. Deci, de exemplu, dacă avem nevoie de un curent de colector static de 1mA, curentul de bază IB va fi de aproximativ o sutime din acesta, sau 10μΑ. De aceea, curentul care trece prin rezistorul R2 al rețelei divizoare de potențial trebuie să fie de cel puțin 10 ori această cantitate sau 100μΑ.

Avantajul utilizării unui divizor de tensiune constă în stabilitatea sa. Deoarece divizorul de tensiune format din R1 și R2 este ușor încărcat, tensiunea de bază VB poate fi ușor calculată utilizând simplu formula de divizare a tensiunii, așa cum este arătat.

Ecuația divizorului de tensiune

Dar, cu acest tip de aranjament de polarizare, rețeaua divizoare de tensiune nu este încărcată de curentul de bază deoarece este prea mic, deci dacă există vreo schimbare în tensiunea de alimentare Vcc, atunci nivelul de tensiune pe bază se va schimba și el printr-o cantitate proporțională. Atunci este necesară o anumită formă de stabilizare a polarizării bazei tranzistoarelor sau a punctului-Q.

Stabilizarea cu rezistență de emitor

Tensiunea de polarizare a amplificatoarelor poate fi stabilizată prin plasarea unui singur rezistor în circuitul de emitor al tranzistorului, așa cum se arată. Aceasta este cunoscută sub numele de rezistență de emitor RE. Adăugarea acestui rezistor de emitor înseamnă că terminalul emitor al tranzistorului nu mai este împământat sau la potențial zero volți, dar stă la un potențial mic deasupra acestuia, dat de Legea lui Ohm: VE = IE x RE, unde: IE este curentul de emitor.

Acum, dacă crește tensiunea de alimentare Vcc, curentul de colector al tranzistorului Ic crește, de asemenea, pentru o rezistență de sarcină dată. Dacă crește curentul de colector, curentul de emitor corespunzător trebuie, de asemenea, să crească, determinând o creștere a căderii de tensiune pe RE, cauzând o creștere a tensiunii de bază deoarece VB = VE + VBE.

Deoarece baza este menținută constantă de către rezistoarele divizorului R1 și R2, tensiunea DC pe bază în raport cu emitorul VBE este redusă, reducând astfel curentul de bază și reținând curentul de colector de la creștere. O acțiune similară apare dacă tensiunea de alimentare și curentul de colector încearcă să scadă.

Cu alte cuvinte, adăugarea acestei rezistențe la emitor ajută la controlul polarizării bazei tranzistorului folosind feedback negativ, ceea ce anulează orice încercare de schimbare a curentului de colector cu o schimbare opusă a tensiunii de polarizare a bazei și astfel circuitul tinde să fie stabilizat la un nivel fixat.

De asemenea, deoarece o parte a alimentării este căzută pe RE, valoarea sa ar trebui să fie cât mai mică posibil, astfel încât să se poată dezvolta cea mai mare tensiune posibilă pe rezistența de sarcină RL și prin urmare pe ieșire. Dar, valoarea sa nu poate fi prea mică sau, din nou, instabilitatea circuitului va suferi.

Atunci, curentul care trece prin rezistorul de emitor se calculează după cum urmează:

Curentul prin rezistorul de emitor

Ca regulă generală, căderea de tensiune pe această rezistență de emitor este în general considerată a fi: VB - VBE, sau o zecime (1/10) din valoarea tensiunii de alimentare Vcc. O cifră comună pentru tensiunea rezistorului de emitor este cuprinsă între 1 și 2 volți, oricare dintre acestea este mai mică. Valoarea rezistenței de emitor RE poate fi de asemenea găsită din amplificare, deoarece acum câștigul de tensiune AC este egal cu: RL/RE.

Rezistența de emitor. Exemplul nr. 1

Un amplificator cu emitor-comun are următoarele caracteristici: β = 100, Vcc = 30 V și RL = 1kΩ. Dacă circuitul amplificatorului folosește o rezistență de emitor pentru a-și îmbunătăți stabilitatea, calculați rezistența acestuia.

Curentul static al amplificatorului ICQ este dat de:

Căderea de tensiune pe rezistența de emitor este în general între 1 și 2 volți, deci să presupunem o cădere de tensiune VE de 1,5 volți.

Atunci, valoarea rezistenței de emitor necesară pentru circuitul amplificatorului este dată ca: 100 Ω, iar circuitul cu emitor-comun final este dat de:

Amplificator final cu emitor-comun

Câștigul etajului de amplificare poate fi găsit și dacă este necesar și este dat de:

Condensator by-pass de emitor

În circuitul serie de feedback de mai sus, rezistorul de emitor RE realizează două funcții: feedback-ul negativ DC pentru polarizare stabilă și reacția negativă AC pentru transconductanța semnalului și specificația câștigului de tensiune. Dar, deoarece rezistența de emitor este un rezistor de feedback, va reduce, de asemenea, câștigul amplificatoarelor datorită fluctuațiilor în curentul de emitor IE din pricina semnalului de intrare AC.

Valoarea acestui condensator de bypass CE este în general aleasă pentru a furniza o reactanță capacitivă la cel mult o zecime (1/10) din valoarea rezistorului de emitor RE la punctul de frecvență cut-off cel mai scăzut. Atunci, presupunând că cea mai mică frecvență de semnal care trebuie amplificată este de 100 Hz, valoarea condensatorului de bypass CE se calculează după cum urmează:

Condensator de decuplare (bypass) pe emitor

Deci, pentru amplificatorul nostru simplu cu emitor-comun, de mai sus, valoarea condensatorului de bypass conectat în paralel cu rezistența de emitor este: 160 μF.

Amplificator cu emitor divizat

În timp ce adăugarea condensatorului de bypass CE ajută la controlul câștigului amplificatorului prin contracararea efectelor incertitudinii lui beta (β), unul dintre principalele sale dezavantaje este acela că, la frecvențe înalte, reactanța condensatoarelor devine atât de mică încât scurtcircuitează efectiv rezistența de emitor RE pe măsură ce crește frecvența.

Rezultatul este că, la frecvențe înalte, reactanța condensatorului permite un control foarte redus al reacției AC, deoarece RE este scurtcircuitat, ceea ce înseamnă că amplificarea tensiunii AC a tranzistorului crește considerabil, conducând amplificatorul la saturație.

O modalitate ușoară de a controla câștigul amplificatorului pe întreaga gamă de frecvențe de operare este de a împărți rezistența emitorului în două părți, după cum se arată.

Avantajul este că putem controla câștigul AC al amplificatorului pe întreaga gamă de frecvențe de intrare. La DC, valoarea totală a rezistenței de emitor este egală cu RE1 + RE2, în timp ce la frecvențe AC mai înalte, rezistența de emitor este doar: RE1, la fel ca în circuitul inițial de mai sus.

Deci, ce valoare are rezistorul RE2. Ei bine, aceasta va depinde de câștigul de tensiune DC necesară la punctul de cut-off a frecvenței mai mici. Am spus mai devreme că câștigul circuitului de mai sus a fost egal cu: RL/RE care pentru circuitul nostru cu emitor-comun de mai sus a fost calculat la 10 (1kΩ / 100Ω). Dar, acum, la DC câștigul va fi egal cu: RL /(RE1 + RE2).

Prin urmare, dacă vom alege un câștig DC de 1 (unu) valoarea rezistorului de emitor RE2 este dată de:

Rezistor de emitor separat RE2

Atunci, pentru un câștig DC de 1 (unu), RE1 = 100Ω și RE2 = 900Ω. Rețineți că câștigul AC va fi același, de 10.

Deci, un amplificator cu emitor divizat are valori ale câștigului de tensiune și impedanței de intrare undeva între cele ale unui amplificator cu emitor complet ocolit și un amplificator cu emitor neocolit, în funcție de frecvența de funcționare.

Rezumat Rezistență de emitor

Parametrul de amplificare al curentului β al unui tranzistor poate varia considerabil de la un dispozitiv la altul de același tip și număr de component datorită toleranțelor de fabricație și datorită variațiilor în tensiunea de alimentare și temperatura de funcționare.

Atunci, pentru un circuit amplificator clasă-A cu emitor-comun, este necesar să se utilizeze un circuit de polarizare care va stabiliza punctul de operare-Q, făcând curentul DC de colector IC independent de beta. Influența lui β asupra valorii curentului de emitor poate fi redusă prin adăugarea unei rezistențe de emitor RE în terminalul emitorului pentru a asigura stabilizarea.

Căderea de tensiune pe acest rezistor de emitor este de obicei dată între 1 și 2 volți. Rezistorul de emitor poate fi complet ocolit de un condensator de bypass adecvat CE, conectat în paralel cu rezistorul de emitor pentru a obține un câștig AC mai mare sau parțial ocolit, folosind o rețea divizoare de tensiune split-emitter care reduce câștigul DC și distorsiunea. Valoarea acestui condensator este determinată de valoarea reactanței capacitive (XC) la cea mai mică frecvență a semnalului.