1.7Схема с общим эмиттером

На рис. 1.10 приведена типичная схема усилительного каскада на биполярном транзисторе п-р-п-типа, включенном с ОЭ. Проведем детальный анализ данной схемы для переменной составляющей входного сигнала.

C1,C2 — разделительные конденсаторы (являются элементами межкаскадных связей, предотвращают проникновение постоянной составляющей сигнала с выхода одного каскада усиления на вход другого, могут использоваться для коррекции частотных характеристик);

C3 — блокировочный конденсатор (уменьшает сопротивление переменному току в цепи эмиттера, блокирует действие ООС по току нагрузки в рабочем диапазоне частот усилителя, может использоваться для частотной коррекции);

С4 — фильтрующий конденсатор (предотвращает проникновение переменной составляющей сигнала в цепи питания).

Представляют интерес следующие характеристики каскада:

• входное сопротивление,

• выходное сопротивление,

• коэффициент усиления по току, ;

• коэффициент усиления по напряжению, ;

• коэффициент усиления по мощности, .

Рис. 1.10 Схема усилительного каскада с ОЭ

Здесь и далее, везде, предполагается, что верхняя рабочая частота примененного транзистора много выше максимально возможной частоты входного сигнала, а эквивалентные сопротивления фильтрующего, разделительных и, если он есть, блокировочного конденсаторов ничтожно малы в рабочей полосе частот и они воспринимаются короткозамкнутыми для переменного тока.

Рис. 1.11 Эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ (рис. 1.10) для переменных составляющих токов и напряжений

Направления переменных токов и напряжений (имеется ввиду фаза переменного тока), принимаемые при построении эквивалентной схемы (Рис. 1.11) за положительные, в принципе, могут выбираться произвольно. Но все выбираемые направления взаимосвязаны друг с другом и, задавая положительное направление какого-либо одного параметра, другие следует устанавливать в соответствии с фазой. Начинать удобнее всего с задания положительных направлений для переменных токов всех электродов транзистора. Их лучше всего принять совпадающими с направлениями постоянных токов на этих электродах. Положительное направление тока генератора , учитывающего усилительные свойства транзистора, должно совпадать с выбранным направлением тока коллектора.

Видно, что направление входного напряжения U_{Б ~} противоположно направлению напряжения на нагрузке U_{Н ~}. Это означает, что усилитель с ОЭ инвертирует проходящий через него переменный сигнал (т.е. изменяет его фазу на 180°).

Сопротивление отражает общее сопротивление входных цепей каскада переменному току и в нашем случае равно: .

Входное сопротивление эквивалентной схемы на рис. 1.11 определяется параллельным включением цепи смещения базы и входным сопротивлением транзистора:

В предположении отсутствия блокировочного конденсатора для переменного напряжения в точках схемы Б—Корпус можно записать:

(1 ОЭ)

Формула (1 ОЭ) может быть использована для определения сопротивления базы, если доступно моделирование, т. е. известны , , , а определяется по формуле (8):

Таким образом, входное сопротивление транзисторного усилительного каскада по схеме с ОЭ определяется цепью делителя и , коэффициентом передачи тока базы и сопротивлением ООС по переменному току в цепи эмиттера Если подключить конденсатор , то общий импеданс цепочки автосмещения определится по формуле:

где

а в формуле для вычисления этот импеданс займет место величины .

Как правило, емкость конденсатора выбирается так, чтобы шунтировать резистор в области усиливаемых частот. В этом случае резистором можно вовсе пренебречь и не учитывать в формуле (1 ОЭ).

Выходное сопротивление ( ) эквивалентной схемы на рис. 1.11 определяется при отключенной нагрузке по переменному току и нулевом входном сигнале, т.е. (следовательно, ). Для усилительного каскада с ОЭ, как правило, выполняется поэтому можно считать или в общем случае

(2 ОЭ)

Коэффициент усиления по току . Входной ток усилительного каскада содержит две составляющие:

— ток делителя, определяющий часть мощности входного сигнала, рассеиваемой в цепи делителя;

— ток базы, определяющий часть мощности входного сигнала, затрачиваемой на управление коллекторным током.

И далее получаем:

где — коэффициент передачи тока входной цепи.

Ток в нагрузке зависит от токораспределения в выходной цепи:

С учетом записывается:

где — коэффициент передачи тока выходной цепи.

Коэффициент усиления по току эквивалентной схемы на рис. 5 определяется соотношением:

(3 ОЭ)

Коэффициент усиления по напряжению ( ). Переменное напряжение на выходе каскада (на нагрузке) (Рис. 12) определяется соотношением:

,

где .

С другой стороны, для переменного напряжения на входе усилительного каскада можно записать:

Коэффициент усиления по напряжению схемы определяется как отношение выходного напряжения к входному:

Получаем:

(4 ОЭ)

Применяем формулу (1 ОЭ):

(5 ОЭ)

Коэффициент усиления по мощности ( ). Перемножение соотношений, полученных ранее для коэффициентов усиления по току и по напряжению , дает формулу для коэффициента усиления по мощности :

(6 ОЭ)