4.2. Схема с общим эмиттером

Имеются три основные схемы включения транзистора в усилительные цепи. В зависимости от того, присоединен ли эмиттер, коллектор или база к общей точке, различают соответственно схемы с общим эмиттером, коллектором или базой. Рассмотрим эти разновидности схем, так как они образуют основу устройств на транзисторах. Для наглядности рассмотрения будем исходить из n-р-n-транзисторов и используем р-n-р- транзисторы только там, где это необходимо. Во всех схемах можно заменить n-р-n-транзисторы на р-n-р-транзисторы, поменяв одновременно полярность питающих напряжений (и электролитических конденсаторов). Параметром, который можно положить в основу рассмотрения, является напряжение база-эмиттер в рабочей точке U_BEA составляющее для кремниевых транзисторов ~0,6 В, а для германиевых -примерно 0,2 В. Кроме того, необходимо учесть, что обратный ток германиевых транзисторов намного больше, чем у кремниевых.

4.2.1. Принцип работы

Для анализа схемы с общим эмиттером (рис. 4.9) приложим такое входное напряжение U_e  0,6 В, чтобы мог протекать коллекторный ток порядка миллиампер. Если входное напряжение повысить на небольшую величину  U_e, то коллекторный ток увеличится (рис. 4.5 и 4.6). Поскольку выходные характеристики проходят почти горизонтально, можно сделать допущение о том, что ток I_C зависит только от U_BE, но не зависит от U_CE. Тогда увеличение I_C составит

Так как коллекторный ток источника напряжения протекает через сопротивление R_C, то падение напряжения на R_C тоже повышается и выходное напряжение U_a возрастает на величину

Таким образом, схема обеспечивает коэффициент усиления по напряжению

Для анализа схемы установим взаимосвязь между входными и выходными величинами транзистора:

I_B = I_B (U_BE, U_CE) I_C = I_C (U_BE, U_CE)

Рис 4.9 Полная схема

Рис 4.10 Упрошенное изображение

Полные дифференциалы равны

Полученные частные производные упоминались в предыдущих разделах. Учитывая введенные выше обозначения и пренебрегая обратной передачей (S_r = I_B /U_CE 0), получим основные уравнения

Эту систему уравнении можно записать в матричной форме.

Согласно теории четырехполюсников, приведенная выше матрица коэффициентов называется Y-матрицей. Наряду с ней используется также Н-матрица

Между элементами этих матриц существуют следующие взаимосвязи:

В дальнейшем будут использованы только основные уравнения (4.6) и (4.7) Для точного расчета коэффициента усиления по напряжению воспользуемся выражением (4.7) и перепишем соотношения, вытекающие из рис. 4 10, для случая I_a = 0:

Разрешив это уравнение относительно dU_a, определим коэффициент усиления по напряжению

Для граничного случая, когда R_C << r_CE, находим А = - SR_C, что совпадает с (4.5). С учетом формулы (4.2) получаем

Таким образом, коэффициент усиления по напряжению пропорционален падению напряжения на коллекторном сопротивлении R_C.

Рассмотрим другой граничный случай: R_C >> r_CE. Это неравенство трудновьшолнимо при использовании омического коллекторного сопротивления, так как падение напряжения на R_C, согласно формуле (4.3), должно быть велико по сравнению с U_Y  100 В. Указанный выше случай можно реализовать, применив источник стабильного тока в качестве коллекторного сопротивления. Как будет показано в разд. 4 5, это достигается при высоком дифференциальном сопротивлении и малом абсолютном падении напряжения. Из формулы (4.8) при R_C >> r_CE находим коэффициент максимального усиления

Этот коэффициент не зависит от коллекторного тока, потому что величина S прямо пропорциональна, а r_CE обратно пропорциональна I_C. С учетом формул (4.2) и (4.3) окончательно получаем

Типовые значения коэффициента усиления  для n-р-n- транзисторов находятся в пределах 30007500, а для р-n-р-тран-зисторов они составляют 1500 5500.