2.1. Усилитель на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общей базой

Для усилителей на биполярных транзисторах входной переход транзистора всегда включают в прямом направлении, а выходной — в обратном. На рис.2.1 приведена схема усилителя на биполярном транзисторе, включенном с общей базой (ОБ). Источник переменного тока в данном случае должен обеспечивать низкое сопротивление постоянному току .

Рис. 2.1. Схема усилителя по схеме с общей базой

Резистор является нагрузкой транзистора по постоянному току и определяет его усилительные свойства. Если , то эффект усиления напряжения не происходит, так как . С увеличением растет коэффициент усиления схемы по напряжению, однако существует ограничение на сверху.

Для данной схемы ориентировочные значения коэффициентов усиления можно определить следующим образом:

,

Где и — сопротивления переходов коллектор-база и эмиттер-база.

Поскольку для схемы ОБ , , а (т.к. входной переход транзистора включен в проводящем направлении), то получим, что модуль коэффициента усиление по напряжению .

Модуль коэффициента усиления по току меньше 1 (ОБ):

.

Следовательно, схема с ОБ усиливает напряжение, мощность, но не усиливает ток.

Расчет схемы по постоянному току.

Режим работы схемы по постоянному току определяется элементами: , , , и характеристиками транзистора VT. Запишем уравнения Кирхгофа для выходной цепи:

Уравнение (2.1) представляет собой уравнение прямой, которую называют нагрузочной прямой, а уравнение (2.2) представляет семейство выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общей базой.

Для построения нагрузочной линии (2.1) рекомендуют использовать 2 режима:

- режим холостого хода: тогда из (2.1) получим , точка 1 (см. рис.2.2)

- режим короткого замыкания: , следовательно, точка 2 (см. рис.2.2).

Через полученные две точки проведем нагрузочную прямую, и выберем на ней точку покоя, например точку О (рис.2.2). Для возможности более полного использования характеристик транзистора точку «О» располагают в центральной области выходных характеристик. Эта точка характеризуется двумя координатами в зависимости от выбранного .

Рис. 2.2. Выходные характеристики транзистора с ОБ

Для обеспечения работы усилителя в точке покоя «О» нужно обеспечить входной ток . Аналогично выходной цепи опишем входную цепь системой уравнений:

Уравнение (2.3) является нагрузочной прямой по входу, а уравнение (2.4) – входными характеристиками транзистора. Для построения нагрузочной линии используем режимы холостого хода и короткого замыкания (рис.2.3):

- режим ХХ: ;

- режим КЗ: .

Положение рабочей точки на нагрузочной прямой можно определить по току и по напряжению . Координаты рабочей точки определяют напряжение между базой и эмиттером по постоянному току (рис.2.3).

Рис.2.3. Входные характеристики транзистора с ОБ

Расчет усилителя по переменному току.

Принципиальная схема усилителя напряжения изображена на рис.2.4.

Разделительные конденсаторы и нужны для того, чтобы:

- источник входного сигнала и нагрузка не изменяли режим работы транзистора по постоянному току;

- не пропускать в нагрузку постоянную составляющую.

При расчете схемы по переменному току составляется электрическая модель усилителя, включающая линейную электрическую модель транзистора с учетом того, что для переменных составляющих источники питания ( ) обладают низким внутренним сопротивлением, и, следовательно, можно считать, что точки «+» и «-« источников однопотенциальны.

Рис.2.4. Принципиальная схема усилителя с ОБ

Построим осциллограммы, иллюстрирующие работу усилителя. Пусть входное воздействие представлено источником синусоидального тока:

.

Осциллограммы, иллюстрирующие работу усилителя, будут иметь вид, представленный на рис.2.5. На рисунке показаны характерные точки для , при значениях аргумента входного тока , а также для произвольного значения аргумента входного воздействия .

Для колебаний входного тока, значение которого относительно координаты точки покоя «О» изменяется не больше, чем на 25-30% можно считать. Что усилитель работает в линейной области характеристик, что обеспечивает синусоидальные значения входного тока ( ) и напряжения ( ) при синусоидальном входном воздействии. Входное напряжение по фазе совпадает с током . Из рис.2.5 следует, что фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями равен нулю ( ), а фазовый сдвиг между токами и равен 1800 ( ). Это объясняется тем, что и отрицательны и реально расположены в третьем квадранте.

Рис. 2.5. Осциллограммы усилителя на транзисторе с ОБ