5.2. Схема с общим коллектором

Рис. 5.7

Схема включения транзистора с общим коллектором (ОК) изображена на рис. 5.7. Входным электродом является база транзистора, а выходным –эмиттер. Коллектор накоротко соединен с источником питания, _К = Е = соnst. Так как коллекторный вывод не используется для выделения переменного сигнала, то коллектор считают «общим электродом» для входного и выходного сигналов, что и дало название схеме.

Сопротивления R_Б1 и R_Б2 (базовый делитель) используются в схеме с ОК для подачи на базу постоянного напряжения U_вx= = E(R_Б2/(R_Б1 + R_Б2)).

Сопротивление R_Э обеспечивает получение переменного выходного сигнала: оно обычно невелико. Когда известно сопротивление нагрузки (например, это кабель с эквивалентным сопротивлением 50 или 75 Ом), то R_Э выбирают из соотношения R_Э = R_н (условие передачи максимальной мощности в нагрузку). Если нагрузка неизвестна, но не исключено, что R_н может быть малым, выбирают R_Э порядка единиц-десятков ом.

Схема с общим коллектором работает следующим образом. Входной сигнал приложен к базе, причем _Б = U_БЭ + _Э, а выходной сигнал равен _Э = = I_ЭR_Э. Таким образом, U_вx = U_БЭ + U_вых. Увеличение U_вx приводит к тому, что p–n-переход эмиттер – база транзистора становится более открытым, I_Э растет и увеличивается U_выx = I_ЭR_Э. Вместе с тем, рост I_Э вызывает возрастание _Э, транзистор частично закрывается. Изменение потенциалов базы и эмиттера транзистора, таким образом, происходит синхронно, но _Э меняется несколько меньше, чем _Б.

Рассмотрим параметры и характеристики схемы с общим коллектором.

1. Коэффициент передачи по напряжению К_U у схемы с общим коллектором, как это видно из объяснения ее работы, меньше 1. Получим его значение аналитически:

U_вx = U_БЭ + U_выx = U_БЭ + I_ЭR_Э ≈ U_БЭ + I_КR_Э = U_БЭ + S U_БЭ R_Э,

U_выx = I_ЭR_Э ≈ S U_БЭ R_Э.

Тогда K_U = U_выx/U_вx = SR_Э/(1 + SR_Э) < 1.

2. Коэффициент передачи по току

К_I = I_вых/I_вх = I_Э/I_Б >> 1.

3. Коэффициент усиления по мощности К_P определяется значением K_I. Таким образом, поскольку К_P > 1, то схема с OK все-таки является усилителем, хотя главный параметр, интересующий потребителя – К_U никак не располагает к подобной классификации.

4. Сдвиг фаз в схеме  = 0 (так как _Б и _Э меняются синхронно).

5. Входное сопротивление у схемы очень большое. R_вx определяется, как в схеме с ОЭ, параллельным соединением R_Б1, R_Б2 и эквивалентного сопротивления транзистора r_БЭ = I_Б/U_БЭ. В схеме с ОК такой же, как и в схеме с ОЭ, порядок величин I_Б, но к тому же мало меняется U_БЭ (так как при подаче входного переменного сигнала _Б и _Э изменяются синхронно). Обычно R_вx схемы с общим коллектором составляет килоомы-десятки килоом.

6. Выходное сопротивление R_BЫХ = R_Э и составляет десятки ом.

7. Амплитудная характеристика U_выx = F(U_вx) является линейной и имеет угол наклона  < 45° (  45° при K_U = 1). Уровень U_выx = E принципиально недостижим, так как даже при полностью открытом транзисторе на нем остается некоторое падение напряжения U_{КЭ min} и _{Э max} = E – U_{KЭ min} < E.

8. Амплитудно-частотная характеристика K_U = K_U(f) схемы с ОК имеет вид, аналогичный АЧХ схемы с ОЭ. В области средних частот имеется горизонтальный участок с ординатой, меньшей единицы. Спад из-за наличия разделительных емкостей наблюдается при очень малых частотах, так как R_вx имеет большое значение. Спад из-за наличия С_пар наблюдается при относительно больших частотах, так как R_выx – низкоомное. Таким образом, схема с ОК – самая широкополосная из основных трех схем включения транзисторов.

9. Фазочастотная характеристика   (f) отлична от нуля на низких ( > 0) и на высоких частотах ( < 0).