1.10Схема с общей базой

Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе п-р-n-типа во включении с общей базой (ОБ) показана на рис. 1.16 (для транзистора р-п-р-типа все останется прежним, только полярность источника питания, а соответственно, и направления токов изменятся на противоположные). Полная эквивалентная схема для переменных составляющих токов и напряжений в рабочем диапазоне частот для данного каскада имеет вид, представленный на рис. 1.17.

Входное сопротивление эквивалентной схемы на рис. 1.17 определяется параллельным включением резистора в цепи эмиттера и входного сопротивления транзистора :

, где

(1 ОБ)

Уравнение Кирхгофа для переменного сигнала в точке Э (эмиттер транзистора VТ1) имеет вид:

Отсюда получаем:

(2 ОБ)

Сравнивая полученное выражение с формулой (1 ОЭ), отражающей входное сопротивление транзистора при включении с ОЭ, можно видеть, что во включении с ОБ этот же транзистор (при сохранении неизменными значений всех прочих элементов схемы) иногда имеет более чем на порядок меньшее входное сопротивление.

Рис. 1.16 Эквивалентная схема каскада с ОБ

С1, С2 – 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);

СЗ – блокировочный конденсатор (исключает действие цепи делителя на резисторах R1,R2 в рабочей полосе частот усилителя);

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

Может показаться, что низкое входное сопротивление предопределяет малую эффективность усилительного каскада с ОБ. Однако это верно лишь отчасти. Действительно, на низких частотах, когда важнейшим параметром усилителя является его КПД, малое входное сопротивление может создать некоторые проблемы, но в высокочастотных каскадах, где большее значение имеет не КПД, а коэффициент передачи мощности (определяется качеством согласования выходного и входного импедансов сопрягаемых каскадов), входное сопротивление усилительного каскада с ОБ обычно оказывается именно в тех пределах (20... 100 Ом), которые и необходимы для оптимального режима работы.

Кроме того, отметим, что высокий входной ток усилительного каскада с ОБ обусловливает еще одно несколько нестандартное применение данного вида включения транзистора. Речь идет об использовании каскадов с ОБ в качестве динамической нагрузки различных схем. Подключая такую нагрузку, иногда можно значительно улучшить параметры усилителей, построенных по схеме с ОЭ или с ОК.

Выходное сопротивление эквивалентной схемы на рис. 1.17 определяется при отключенной нагрузке по переменному току и в режиме холостого хода на входе, т.е. при :

(3 ОБ)

В ернемся теперь к формуле (2 ОЭ), выражающей выходное сопротивление усилительного каскада с ОЭ. Учитывая, что значение дифференциального сопротивления коллекторной области транзистора в схеме с ОБ значительно выше этого же значения в схеме с ОЭ , а величина сопротивления обычно близка к выходному сопротивлению усилительного каскада, построенного по схеме с ОЭ, выходное сопротивление каскада с ОБ оказывается в 1,5. ..2 раза выше аналогичного показателя каскада с ОЭ. Это означает, что в низкочастотных усилителях при использовании схемы с ОБ, мы сталкиваемся с проблемой некоторого падения КПД, а при построении высокочастотных усилителей по схеме с ОБ на их выходе неизбежно должны включаться цепи согласования, обеспечивающие оптимальную передачу полезной мощности сигнала в последующий каскад, имеющий низкое входное сопротивление.

Рис. 1.17 Эквивалентная схема каскада с ОБ

Коэффициент усиления по току находится как отношение токов выходной и входной цепей Таким образом, сначала необходимо найти общие выражения для этих токов. Подобно схеме с ОЭ, входной ток в схеме с ОБ также содержит две составляющие

— ток в резисторе определяющий часть мощности входного сигнала, рассеиваемой этим резистором;

— ток эмиттера, определяющий часть мощности входного сигнала, затрачиваемой на управление выходным током.

,

где — коэффициент передачи тока входной цепи.

Выходная цепь оценивается аналогично:

,

где – коэффициент передачи тока выходной цепи.

И далее, коэффициент усиления по току для каскада с ОБ выражается следующим образом:

(4 ОБ)

Учитывая, что дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера  всегда меньше единицы, приходим к выводу, что общий коэффициент усиления по току в схеме с ОБ в любом случае также оказывается меньше единицы. Данное свойство практически исключает возможность построения многокаскадных усилителей только лишь на базе схемы с ОБ (кроме случаев применения трансформаторов в межкаскадных связях). Т.е., когда мы используем усилитель с ОБ, то всегда должны следить за тем, чтобы сигнальный ток не падал ниже допустимых пределов. Это, как правило, обеспечивается включением каскада с ОЭ или с ОК последовательно (перед или после) с усилителем с ОБ.

Коэффициент усиления по напряжению ( ) равен отношению выходного напряжения (напряжения на нагрузке) к входному напряжению (напряжению источника сигнала).

, где .

(5 ОБ)

Из формулы (5 ОБ) следует несколько очевидных заключений.

Во-первых, общий коэффициент усиления по напряжению двух соединенных последовательно однотипных усилительных каскадов с ОБ (когда нагрузкой первого каскада является входное сопротивление второго каскада) оказывается меньше единицы . А если вспомнить, что в схемах с ОБ не происходит и усиления по току, то становится очевидным, что рассматриваемая цепь фактически не является усилителем и ее реализация бессмысленна без введения дополнительных согласующих элементов (например, трансформаторов) между каскадами.

Во-вторых, для получения в каскаде с ОБ значительного усиления по напряжению (и, соответственно, по мощности) необходимо, чтобы он работал на достаточно высокое сопротивление нагрузки. И чем выше будет это сопротивление, тем большее усиление можно получить. На практике в качестве такой высокоомной нагрузки часто используют эмиттерный повторитель (разновидность каскада с ОК). Следует, однако, помнить, что повышение коэффициента усиления неизбежно приводит к падению устойчивости усилительного звена, которая в случае схемы с ОБ и так достаточно мала. Поэтому всегда приходится следить за соблю­дением разумного равновесия между двумя этими факторами, компенсируя по мере надобности тот из них, который проявляется чересчур сильно. Например, чрезмерное усиление можно подавить путем введения цепей отрицательной обратной связи, а низкоомную нагрузку подключить через согласующую цепь.

Коэффициент усиления по мощности находится путем перемножения соотношений (4 ОБ) и (5 ОБ):

(6 ОБ)