5.1.3. Схема підсилювача зі спільною базою (рис. 66)

Рис. 66. Схема підсилювача зі спільною базою

Стосовно схеми зі спільною базою теж можна використати вирази з таблиці 5.1, зробивши заміни: I₁ = I_e, U₁=U_e, U₂ = U_к, R_н = R_к. Числові значення статичних h-параметрів повинні відповідати схемі зі спільною базою. Якщо такі невідомі, а є h-параметри для схеми зі спільним емітером, то можна скористатись наступними співвідношеннями:

Найбільш уживаний параметр – коефіцієнт передачі за струмом – для схем ввімкнення транзистора зі спільним емітером і спільною базою позначається в літературі іноді як  та  відповідно:  = h_21e,  = h_21б.

Аналіз показує, що для схеми зі спільною базою K_I  1, K_U  10 100, R_вх – низьке (десятки-сотні Ом для малопотужних транзисторів), R_вих – високе (десятки-сотні кілоомів), фаза вихідного сигналу збігається з фазою вхідного сигналу.

Для порівняння зведемо основні показники підсилювального каскаду з різними схемами ввімкнення транзистора в таблицю 5.2.

Таблиця 5.2

Схеми ввімкнення транзистора	KU	KI	KP	Rвх	Rвих	Фаза вихідного сигналу по відношенню до вхідного
Спільний емітер	10100	10100	102104	середній	високий	змінюється на 180
Спільний колектор	1	10100	10-100	високий	низький	не змінюється
Спільна база	10-100	1	10-100	низький	високий	не змінюється

5.2. Амплітудно-частотна характеристика резистивного підсилювача перемінного струму

Лінійність реальної амплітудно-частотної характеристики аперіодичного підсилювача перемінної напруги порушується на нижніх та верхніх частотах робочого діапазону. Кількісну оцінку впливу параметрів елементів схеми підсилювача на величину частотних спотворень в області нижніх і верхніх частот розглянемо на прикладі схеми на рис.67.

Перш ніж приступити до проведення кількісної оцінки впливу елементів схеми на частотні спотворення, модифікуємо наведену вище еквівалентну схему транзисторного каскаду, в тому числі врахуємо елементи міжкаскадних зв’язків, що відображені на принциповій схемі.

Еквівалентна схема біполярного транзистора подана схемою на рис. 68.

Рис. 67. Схема для кількісної оцінки впливу параметрів елементів схеми підсилювача на величину частотних спотворень в області нижніх і верхніх частот

Рис. 68. Еквівалентна схема біполярного транзистора

Для більшості сучасних транзисторів h₁₂ << h₂₁, тому в даній схемі можна знехтувати залежним джерелом напруги h₁₂U₂. Отже, ліва відносно лінії 1-2 частина схеми може бути зображена у вигляді, наведеному на рис.69. В даній еквівалентній схемі колекторне навантаження транзистора замінено відповідною величиною провідності Y_н.

У розглянутій схемі під R_к розуміють резистор R₃ (рис.67). Для подальшого аналізу схеми доцільно замінити залежне джерело струму еквівалентним джерелом напруги. Величина електрорушійної сили еквівалентного джерела рівна:

де

Отже,

Рис. 69. Модифікована еквівалентна схема

біполярного транзистора

З урахуванням здійснених вище перетворень еквівалентна схема біполярного транзистора набуде вигляду на рис. 70.

Рис. 70. Кінцевий вигляд еквівалентної схеми

біполярного транзистора

У виразі для еквівалентної напруги Е₁₂ здійснимо заміну вхідного струму І₁ величиною

Отже,

Скориставшись схемою вхідної частини другого підсилювального каскаду реалізованого на транзисторі VТ₂, отримаємо еквівалентну схему підсилювача з розділювальними конденсаторами у вигляді схеми (рис. 71).

У даній схемі під R мають на увазі результуючий опір паралельно з’єднаних резисторів R₄, R₅, R_вх, а С₀ – вхідна ємність наступного підсилювального каскаду. В основному C₀ визначається вхідною ємністю самого транзистора VТ₂.

Рис. 71. Еквівалентна схема підсилювача

з розділювальними конденсаторами

В області нижній частот величина реактивного опору конденсатора С₀ порівняно з опором резистора R настільки велика, що нею можна знехтувати. Отже, для області нижніх частот еквівалентна схема спроститься рис.72.

Рис. 72. Еквівалентна схема підсилювача з розділювальним конденсатором в області нижніх частот

Величина напруги, що буде діяти безпосередньо на вході другого підсилювального каскаду, рівна спаду напруги на резисторі R. Для знаходження цієї величини ми повинні знайти струм, який протікає в цьому колі, і помножити на опір резистора R:

Підставимо відповідні значення R_е і Е_е:

Перемножимо вирази у знаменнику :

Поділимо чисельник і знаменник на h₂₂R_кR:

Вважатимемо, що величина коефіцієнта підсилення першого підсилювального каскаду визначається лише опором колекторного резистора, тобто тим самим ми припускаємо, що R_к << R. Дану нерівність можна зобразити так:

Нерівність не зміниться, якщо ліву і праву частини поділимо на h₂₂ і отримаємо:

Виконання даної нерівності дає нам право доповнити комплексний доданок малою величиною 1/h₂₂R:

У знаменнику винесемо за дужки вираз:

Тоді величина спаду напруги на резисторі R дорівнюватиме:

Модуль коефіцієнта передачі за напругою першого підсилювального каскаду на вхід наступного

В області середніх частот виконується нерівність:



У зв’язку з цим модуль коефіцієнта передачі в області середніх частот:

Величина коефіцієнта частотних спотворень в області нижніх частот дорівнює:

Підставивши відповідні значення коефіцієнта передачі, отримаємо:

З даного виразу випливає, що зменшити величину коефіцієнта частотних спотворень каскаду на біполярному транзисторі в області нижніх частот можна, збільшивши добуток RС_Р. Цей самий висновок справедливий і для підсилювачів на польових транзисторах, однак в останньому випадку величина R складає одиниці мегаомів, а для випадку підсилювача на біполярних транзисторах величина R становить одиниці, у кращому випадку, десятки кілоомів. Тому при заданій величині коефіцієнта частотних спотворень для підсилювачів на біполярних транзисторах величина С_р повинна бути в сотні, тисячі разів більшою, ніж у випадку підсилювачів на польових транзисторах.

Для випадку підсилювачів звукового діапазону

В області верхніх частот реактивний опір розділювального конденсатора C_р порівняно великої ємності можна не враховувати, оскільки він нехтовно малий, а ємнісним опором міжелектродних ємностей транзистора C₀ нехтувати не можна, бо він стає співмірним з R. Отже, еквівалентна схема матиме вигляд

Рис. 73. Еквівалентна схема підсилювача з розділювальним конденсатором в області верхніх частот

Величина напруги на виході першого каскаду дорівнюватиме спаду напруги на паралельно ввімкнених R та С₀, отже:

Підставимо відповідні значення Е_е та R_е:

Перемножимо вирази у дужках між собою:

Чисельник і знаменник поділимо на величину h₂₂R_кR:

Модуль коефіцієнта передачі підсилювального каскаду в області верхніх частот

Для області середніх частот величина

С₀ << h₂₂ 

У зв’язку з цим модуль коефіцієнта передачі в області середніх частот:

Величину коефіцієнта частотних спотворень в області верхніх частот визначимо так:

Тоді, поділивши підкореневий вираз чисельника на знаменник, отримаємо:

де – сума провідностей, які з’єднані з С₀.

Якщо справедливе співвідношення

,

то М_в = 1.

Отже, спотворення АЧХ підсилювача перемінного струму в області нижніх частот зумовлене впливом С_р, а в області верхніх частот – впливом С₀ (рис. 74).

Рис. 74. Спотворення АЧХ підсилювача, зумовлене впливом С_р та С₀