2.2. Расчет основных параметров каскада с общим коллектором

В качестве примера рассмотрим расчет основных параметров каскада с общим коллектором (эмиттерного повторителя) в области средних частот. Полагаем, что расчет каскада по постоянному току уже проведен, параметры транзистора, рабочей точки и номиналы всех резисторов известны (рис. 2.9). Т.к. задача поставлена только для рабочего диапазона частот каскада, все элементы, не учитываемые на средних частотах (например, разделительные емкости), на схеме не приводятся.

Рис. 2.9. Схема каскада с общим коллектором

Параметры транзистора (для схемы включения с общим эмиттером): h₁₁=1 кОм, h₂₁=120, h₂₂=10^-5См. Параметром h₁₂ пренебрегаем. Составляем эквивалентную электрическую схему каскада (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Эквивалентная схема каскада с общим коллектором

Т.к. имеются параметры для схемы с общим эмиттером, используем не универсальную эквивалентную схему, а схему транзистора с общим коллектором (табл. 2.1). Для диапазона средних частот в эквивалентной схеме отсутствует сопротивление 1/h₂₂, поскольку оно велико (~ 100 кОм) и включено параллельно резисторам Rэ и Rн.

Основные параметры каскада вычислим по формулам табл. 2.3. Нагрузкой транзистора являются параллельно включенные резисторы Rэ и Rн:

R_НЭКВ = (R_Н*R_Э)/(R_Н+R_Э) = 1000*1000/2000 = 500 Ом

В отличие от каскада с общим эмиттером, входное сопротивление эмиттерного повторителя во многом определяется сопротивлением нагрузки каскада. Это связано с тем, что через нагрузку протекает ток эмиттера, значительно больший (в h₂₁+1 раза), нежели ток базы транзистора:

Rвх.тр = h₁₁ + (h₂₁+1)*R_НЭКВ =1+121*0,5 = 61,5 кОм

Входное сопротивление каскада будет меньше, т.к. входное сопротивление самого транзистора шунтируется параллельно включенными сопротивлениями R₁ и R₂, образующие делитель с сопротивлением R_D^

R_D = R₁*R₂/(R₁+R₂) = 10*5,1/15,1 = 3,38 кОм

Rвх = R_D* Rвх.тр /(R_D+ Rвх.тр) = 3,38*61,5/(3,38+61,5) ≈ 3,38 кОм

Эквивалентное сопротивление генератора равно параллельному сопротивлению резисторов Rг и R_D:

Rг.экв = Rг*R_D/(Rг+R_D) = 1000*3380/4380 = 772 Ом

Выходное сопротивление транзистора равно (табл.2.3):

Rвых.тр = (h₁₁ + Rг.экв)/h₂₁ = (1000+772)/120 = 14,8 Ом

Выходное сопротивление всего каскада равно параллельному соединению резистора Rэ и выходного сопротивления транзистора Rвых.тр.

С учетом того, что Rэ более, чем на порядок превосходит Rвых.тр, в данном случае его можно просто не учитывать:

Rвых ≈ 15 Ом

Коэффициенты усиления каскада по напряжению и току (также по табл. 2.3):

K_U = h₂₁* Rнэкв/(h₁₁ + h₂₁*Rнэкв) = 120 * 500/(1000+120*500) = 0,98

K_I = (1+h₂₁)/(1 + h₂₂ * Rнэкв) = 121/(1+10^-5*500) = 120,4 ≈ 120

Учитывая ток, протекающий только по сопротивлению нагрузки Rн, т.е. полезную мощность, отдаваемую в нагрузку, получим коэффициент усиления по току:

K_IН = K_I * Rэ/(Rэ + Rн) = 120*1/2 = 60

Результаты расчета иллюстрируют основные отличия каскада с общим коллектором:

- высокое входное сопротивление (в нашем случае оно снижается сопротивлением делителя, но все равно серьезно больше, чем у каскада с общим эмиттером);

- очень низкое выходное сопротивление;

- хорошее усиление по току;

- отсутствие усиления по напряжению.