3.1.2 Схемы включения биполярных транзисторов.

Транзистор может быть включён в каскад усиления тремя различными способами: по схеме с общей базой (ОБ), по схеме с общим эмиттером (ОЭ) и по схеме с общим коллектором (ОК). Такая терминология указывает на то, какой из выходов транзистора является общим для входной и выходной цепи.

Схемы включения транзисторов (рисунок 3.3) имеют разные свойства, но принцип усиления электрических колебаний в них один и тот же. У всех трёх схем включения коэффициент усиления по мощности больше единицы.

В схеме с общей базой (рисунок 3.3,а) входной сигнал прикладывается к выводам эмиттера и базы (E1 — источник питания, задающий смещение на переходе база-эмиттер), а источник питания коллектора E2 (E2>>E1) и сопротивление нагрузки R включены между выводами коллектора и базы. Такой усилительный каскад обладает малым входным сопротивлением (порядка единиц Ом) и большим выходным (порядка сотен кОм)

а) б)

в)

Рисунок 3.3 — Схемы включения транзистора: а) с общей базой; б) с общим эмиттером; в) с общим коллектором.

Число, показывающее, во сколько раз переменное напряжение на выходе усилителя превышает напряжение сигнала на входе , называется коэффициентом усиления по напряжению. Для схемы с общей базой входным током является ток эмиттера и, следовательно, коэффициент усиления по напряжению будет равен:

,

где — входное сопротивление усилительного каскада (сопротивление участка эмиттер-база).

Коэффициент усиления по току определяется как отношение приращения выходного тока к входному.

Для схемы с общей базой коэффициент усиления по току будет меньше единицы:

,

где — приращение тока коллектора;

— приращение тока эмиттера.

Коэффициент усиления α обычно лежит в пределах от 0,9 до 0,99.

Коэффициент усиления по мощности для транзистора равен произведению коэффициентов усиления по мощности и по напряжению:

.

Схема с общей базой даёт усиление по напряжению до тысячи и такого же порядка усиление по мощности.

Низкое входное сопротивление каскада с общей базой является его существенным недостатком. В многокаскадных схемах это сопротивление оказывает шунтирующее действие на сопротивление нагрузки предыдущего каскада и снижает его усиление по напряжению и мощности. Поэтому между каскадами, собранными по схеме с общей базой, приходится включать специальные согласующие устройства (например, понижающие трансформаторы), что ограничивает применение данной схемы в усилительных устройствах. Схема с общей базой в основном применяется во входных каскадах радиоприёмных устройств.

В схеме с общим эмиттером (рисунок 3.3,б) входной сигнал также прикладывается к выводам эмиттера и базы, а источник питания коллектора и последовательно соединённое с ним сопротивление нагрузки включены между выводами эмиттера и коллектора. Таким образом, вывод эмиттера является общим электродом для входных и выходных цепей.

Основной особенностью схемы с общим эмиттером является то, что входным током в ней является не ток эмиттера, а малый по величине ток базы . Поэтому входное сопротивление каскада с общим эмиттером значительно выше входного сопротивления схемы с общей базой и составляет сотни Ом. Выходное сопротивление схемы с общим эмиттером также достаточно велико (порядка десятков кОм). Благодаря вышеперечисленным свойствам схема с общим эмиттером получила в транзисторной технике наибольшее распространение.

Важнейшим достоинством схемы с общим эмиттером является большое усиление по току. В этой схеме коэффициент усиления по току равен отношению приращения тока коллектора к приращению тока базы, то есть:

.

Коэффициент усиления по напряжению для схемы с общим эмиттером имеет примерно такую же величину, как и для схемы с общей базой.

Коэффициент усиления по мощности для схемы с общим эмиттером значительно выше, чем для схемы с общей базой и может достигать нескольких тысяч.

В схеме с общим коллектором (рисунок 3.3,в) входным током, как и в схеме с общим эмиттером, является ток базы, а выходным током, протекающим по сопротивлению нагрузки, является ток эмиттера. Поэтому коэффициент усиления по току для этой схемы можно найти по формуле:

.

Входное сопротивление схемы с общим коллектором очень велико (порядка десятков и сотен кОм), а выходное сопротивление наоборот мало и составляет лишь десятки или сотни Ом. Коэффициент усиления по напряжению в схеме с общей коллектором меньше единицы (0,9-0,95). Поэтому эта схема получила также название эмиттерный повторитель. Схема с общим коллектором в основном применяется для согласования сопротивлений между отдельными каскадами усилителя или между выходом усилителя и низкоомной нагрузкой.