28 Усилительный каскад на биполярном транзисторе (схема с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией рабочей точки): выбор режим работы транзистора, статический и динамический режим работы.

Каскад с общим эмиттером

Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером на основе npn-транзистора (Схема с заземленным эмиттером) При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°. Усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.

Биполярные транзисторы управляются током. В схеме с ОЭ — током базы. Напряжение на переходе база-эмиттер при этом остаётся почти постоянным и зависит от материала полупроводника, для германия около 0,2 В, для кремния около 0,7 В, но на сам каскад подаётся управляющее напряжение. Ток базы, коллектора и эмиттера и другие токи и напряжения в каскаде можно вычислить по закону Ома и правилам Кирхгофа для разветвлённой многоконтурной цепи.

Токи в транзисторе связаны нижеследующими соотношениями:

по правилу Кирхгофа для узлов алгебраическая сумма всех трёх токов ( ) равна нулю

, , , где — коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером, — коэффициент передачи тока эмиттера.

Усилительный каскад с общим эмиттером

При положении рабочей точки в середине входных величин на проходной характеристике каскад с ОЭ имеет одно центральное устойчивое состояние, отклонения от центрального состояния и крайние состояния — неустойчивы, каскад при этом является усилителем гармонических сигналов.

Переключательный каскад с общим эмиттером

При смещении рабочей точки в одно из двух крайних состояний на проходной характеристике каскад с ОЭ имеет два устойчивых крайних состояния и неустойчивое центральное состояние, каскад при этом является переключательным, работает в ключевом режиме, как реле (закрыт, открыт) и применяется как инвертор в логических элементах. Как и контактные группы реле, переключательные каскады могут быть нормально закрытыми (разомкнутыми) и нормально открытыми (замкнутыми), это определяется положением рабочей точки на проходной характеристике.

Эмиттерная стабилизация

Используется ООС по току на резисторе Rэ, которая позволяет устранить все три причины нестабильности коллекторного тока.

Хcэ<<Rэкв

Обычно Rэкв очень мало, а Сэ велика

UрСэ>Uэ - чтобы не было пробоя.

В этой схеме стабильность Uбэ обеспечивается за счет стабильности Uб и Uэ.

Iд>>Iб

При увеличении температуры увеличивается ток коллектора, а следовательно и ток эмиттера, что приводит к уменьшению смещения Uбэ, благодаря чему ток коллектора уменьшается. Т.к. ток коллектора уменьшается, то ток эмиттера тоже уменьшается, что приводит к увеличению смещения.

Количественная нестабильность такой схемы оценивается отношением:

Нестабильность каскада тем меньше, чем больше сопротивление эмиттера и больше Rд.

С точки зрения допустимого шунтирования входного сопротивле-ния и экономичности Sнк=2..8 - нестабильность коллекторного тока.

Пример: Sнк=5, Rэ=1кОм ,Rд=1кОм*4=4кОм ,Uэ=(0.2..0.3)Ек URк=(0.4..0.2)Ек ,Uкэ=(0.4..0.5)Ек Uбэ=(0.4..0.7)В ,Uб=Uбэ+Uэ

Расчетные формулы для определения резисторов:

Недостатком эмиттерной стабилизации является значительные расходы транзисторов.