3.4.5 Усилительный каскад с общим коллектором

Схема каскада приведена на рисунке 3.2.а Полезный сигнал снимается с сопротивления, включенного в цепь эмиттера транзистора. Коллектор VT по переменной составляющей через С_ф соединен с общей шиной усилителя, так как 1/С_ф  0. Назначение остальных элементов такое же, как и в усилителе с общим эмиттером. Отличительная особенность этого каскада в том, что в нем действует 100% ООС по напряжению.

Выходной сигнал в усилителе с ОК совпадает по фазе с входным: увеличение тока базы вызывает увеличение тока эмиттера, а следовательно, и выходного напряжения. В соответствии с рисунком 3.21а выходное напряжение усилителя можно определить из соотношения

U_вых = U_вх + U_{бэ .} (3.83)

а б

в г

а – базовая схема; б – схема на основном транзисторе; в – схема с динамической нагрузкой; г – сравнение величин сопротивлений для постоянного и переменного токов.

Рисунок 3.21 – Усилительный каскад с общим коллектором

Из (3.83) следует, что U_вых меньше U_вх на величину U_бэ. Так как U_бэ составляет доли вольта и много меньше U_вх, то в каскаде с общим эмиттером усиления по напряжению не происходит; коэффициент усиления по напряжению немного меньше единицы. В связи с этим, каскад с ОК называют эмиттерным повторителем – выходное напряжение по фазе совпадает с входным и приблизительно равно по величине.

Приведенное сопротивление нагрузки эмиттерного повторителя определяется выражением

R'_н = R_эR_н/(R_э + R_н) . (3.84)

Коэффициент передачи тока базы (см.2.40) равен:

К_i = I_э/I_б = h₂₁ + 1 . (3.85)

Входное сопротивление равно:

Z_вх = U_вх/I_б = [h₁₁I_б + (h₂₁ + 1)I_бR'_н]/I_б = h₁₁ + (h₂₁ + 1)R'_н . (3.86)

Выходное сопротивление определяется соотношением

Z_вых = (R_г + h₁₁)/(h₂₁ + 1). (3.87)

Из (3.86) и (3.87) следует, что входное сопротивление каскада с ОК достаточно велико, а выходное мало. Эти свойства позволяют использовать каскад с ОК для согласования функциональных узлов электронных схем. Как следует из (3.86), входное сопротивление каскада определяется параметром h₂₁ транзистора. Для увеличения входного сопротивления каскада используют составные транзисторы (рисунок 3.21б). Коэффициент передачи тока базы составного транзистора определяется соотношением

h₂₁ = _экв = ₁₂ . (3.88)

Тогда входное сопротивление каскада будет равно:

Z_вх  _экв R'_н . (3.89)

Как и в каскаде с одним транзистором, так и с составными для увеличения Z_вх целесообразно увеличение R_э, однако это вызывает трудности в обеспечении режима работы транзистора по постоянному току. С ростом R_э на нем возрастает падение напряжения от постоянной составляющей тока эмиттера, что вызывает смещение рабочей точки транзистора. В качестве R_э целесообразно было бы использовать элемент с малым сопротивлением постоянному току и большим сопротивлением переменному. Эту роль выполняет транзистор VT2 в схеме (рисунок 3.21в). Рабочая точка этого транзистора зафиксирована – R₃, VD. Ток базы VT2 остается неизменным. Сопротивление транзистора постоянному току в рабочей точке определяется как R₌ = U_к/I_к и в несколько раз меньше, чем сопротивление переменному току R_~ = U_к/I_к (см. рисунок 3.21г). Схему на транзисторе с VT2 называют динамической нагрузкой.