5.3. Схема с общей базой

Рис. 5.8

Схема включения транзистора с общей базой (ОБ) изображена на рис. 5.8. Входным электродом является эмиттер (входной сигнал U_вx приложен к переходу эмиттер – база, база по переменному сигналу заземлена). Выходным электродом является коллектор; с учетом того что база по переменному сигналу заземлена, можно считать, что U_выx = _к, т. е. U_выx≈ равно переменному напряжению между коллектором и базой. База является, таким образом, «общим электродом» для входного и выходного сигналов, откуда и происходит название схемы. Назначение элементов R_б1, R_б2, С_p1, С_p2 и R_к в схеме с ОБ такое же, как и в схеме с ОЭ. Дополнительным, в сравнении со схемой с ОЭ, элементом является базовая емкость (C_б), которая обеспечивает заземление базы по переменному сигналу.

Схема работает следующим образом. Когда U_вx≈ имеет положительную полярность, _Э возрастает, в результате чего U_бэ = _б – _э снижается и p–n-переход эмиттер – база частично закрывается. Ток I_э уменьшается, в результате уменьшается и ток I_к ≈ I_э, снижается падение напряжения на сопротивлении R_к, а потенциал коллектора _к = Е – I_кR_к возрастет. Так как _к≈ ≈ U_выx≈, то при увеличении мгновенного значения U_вx≈ увеличивается и мгновенное значение U_выx≈. При отрицательной полярности U_вx≈ происходят аналогичные процессы.

Входное сопротивление схемы R_вх = R_э׀׀r_бэ, где r_бэ – эквивалентное сопротивление открытого p–n-перехода эмиттер – база транзистора: оно чрезвычайно мало и обычно не превышает нескольких десятков Ом. Выходное сопротивление R_вых ненагруженной схемы определяется параллельным соединением R_к и эквивалентным сопротивлением r_кэ транзистора, включающим закрытый p–n-перехода коллектор – база, и поэтому велико. Однако если один каскад с общей базой в целях увеличения коэффициента усиления нагрузить на такой же, то выходное сопротивление резко снижается и становится меньшим, чем R_вх. Коэффициент усиления по напряжению

K_U = U_выx≈/U_вx≈ = (I_кR_к)/[I_э(R_э׀׀r_бэ)] ≈ R_к/(R_э׀׀r_бэ) = R_к/R_вх.

При каскадном соединении нескольких схем с ОБ низкоомная нагрузка шунтирует R_к и в формулу для K_U вместо этого сопротивления следует подставить значение выходного сопротивления, которое меньше R_вх: получается, что K_U < 1.

Коэффициент передачи по току К_I = I_вых/I_вх = I_к/I_э ≈ 1. Фазу сигнала схема с общей базой не меняет.

5.4. Сравнение схем включения транзисторов и их применение

Сопоставим параметры трех основных схем включения транзисторов, присваивая им соответствующие индексы:

К_{U ОЭ} > К_{U ОБ} > К_{U ОК}, причем К_{U ОЭ}, К_{U ОБ} > 1; К_{U ОК} < 1;

К_{I ОК} > К_{I ОЭ} > К_{I ОБ}, причем К_{I ОК}, К_{I ОЭ} > 1; К_{I ОБ} < 1;

К_P у всех трех схем больше 1;

Δ_ОЭ = 180°, Δ_ОБ = 0, Δ_ОК = 0;

R_{вx ОК} > R_{вx ОЭ} > R_{вx ОБ}; R_{выx ОБ} > R_{выx ОЭ} > R_{выx ОК};

f_{н. гр ОК} < f_{н. гр ОЭ} < f_{н. гр ОБ}; f_{в. гр ОК} < f_{в. гр ОЭ} < f_{в. гр ОБ};

Δ f_ОК > Δ f_ОЭ > Δ f_ОБ (Δ f = f_{в. гр} – f_{н. гр)}.

Сравнительный анализ параметров приводит к выводу о том, что схема с ОБ во многих отношениях уступает схеме с ОЭ. Этим обусловлен тот факт, что для усиления сигналов обычно применяют транзисторные схемы с общим эмиттером.

Схема с общей базой предпочтительнее лишь в случае, когда надо при небольшом усилении иметь нулевой сдвиг фаз при прохождении сигнала. Это можно обеспечить и при последовательном соединении двух схем с общим эмиттером (Δ = Δ₁ + Δ₂ = 180° + 180° = 360° = 0°), но такое схемотехническое решение неэкономично.

Схема с ОК в силу своей специфики (К_U < 1) используется только как усилитель тока (при этом в эмиттерную цепь включают обмотку трансформатора, катушку электромагнита или другой «токовый» элемент, и схема отличается от изображенной на рис. 4.7). Чаще схему используют в качестве «буферного» каскада, включаемого между усилителем или генератором, с одной стороны, и низкоомной нагрузкой – с другой (например, выходной каскад измерительного прибора). При этом реализуются сразу несколько свойств схемы: сигнал при прохождении через схему с ОК мало меняется по амплитуде (К_U < 1, причем подбором величин S и R_Э удается обеспечить К_U = 0,8...0,9 и выше) и не меняется по фазе (Δ= 0), иначе говоря, выходной сигнал «повторяет» входной; высокоомное R_вx исключает шунтирование предыдущего каскада, а низкоомное R_выx позволяет подключить любую нагрузку. По этому своему основному применению схему с ОК обычно называют эмиттерным повторителем («эмиттерным» – потому что выходной сигнал снимается с эмиттера). Раньше использовался также термин «трансформатор сопротивлений», употребляемый в настоящее время очень редко.