3.5. Усилительный каскад с общей базой.

Принципиальная схема каскада ОБ и его эквивалентная схема для области средних частот приведены на рис. 3.15 а и б соответственно.

Статический режим работы каскада задается источником смещения Е_см и резистором R_г, в которое также входит и внутренне сопротивление источника сигнала е_г.

Рис. 3.15

Входное сопротивление каскада. Из схемы рис. 3.15 б следует:

r_вх=U_вх/i_вх=U_эб/i_э; (3.33)

(3.34)

Тогда входное сопротивление

(3.35)

При R_к=0, r_вхr_э+r_б(1-a), так как r_к>>r_б.

При R_к>>r_к, rвх=r_э+r_б.

Практически R_к=1...5 кОм, поэтому , так какa=1. Следовательно, входное сопротивление каскада ОБ чрезвычайно мало и не превышает несколько десятков Ом, оно примерно в 1+b раз ниже входного сопротивления каскада ОЭ.

Выходное сопротивление, определенное из эквивалентной схемы рис. 3.15.б по методике для схемы каскада ОЭ:

, (3.36)

где .

Из этого выражения видно, что выходное сопротивление каскада ОБ растет с ростом R_г, стремясь к r_к. Для реальных значений R_г r_выхr_к, т.е. довольно велико.

Коэффициент усиления напряжения для средних частот усиливаемого сигнала определяется выражением

, (3.37)

так как r_к>>R_к.

Для области высоких частот

, (3.38)

где — граничная частота усиления транзистора в схеме ОБ;— постоянная времени коллекторной цепи.

Коэффициент усиления тока

. (3.39)

Таким образом, схема усилительного каскада ОБ, имея коэффициент усиления по току меньше единицы, позволяет получить значительное усиление по напряжению, а значит, и по мощности. По сравнению с другими, эта схема имеет наименьшее входное и наибольшее выходное сопротивления.

Так как емкость коллекторного перехода С_к меньше С^*_к в 1+b раз и меньшетоже в 1+b раз, то частотные свойства каскада ОБ лучше, чем каскада ОЭ тоже приблизительно в 1+b раз. В каскаде ОБ отсутствует сдвиг фазы напряжения.

3.6. Усилительный каскад с общим коллектором

Рис. 3.16

Принципиальная схема каскад ОК приведена на рис. 3.16 а, на рис. 3.16 б представлены диаграммы напряжений на входе и выходе схемы.

Коллектор транзистора в схеме рис. 3.16 а по переменной составляющей сигнала через источник питания соединен с общей шиной. Поэтому данная схема является схемой с общим коллектором.

Выходное напряжение, снимаемое с эмиттерного сопротивления R_э, совпадает по фазе со входным и отличается от него на небольшую величиную, равную напряжению на переходе база-эмиттер U_бэ открытого транзистора:

.

Следовательно, потенциал эмиттера “привязан” к потенциалу базы и повторяет его изменения. По этой причине каскад ОК получил название — эмиттерный повторитель.

Управляющим напряжением транзистора является напряжение U_бэ.

U_бэ=U_вх-U_вых. (3.40)

Поскольку , то данную схему можно рассматривать как имеющую 100%-ную последовательную отрицательную обратную связь по напряжению.

Рис. 3.17

Входное напряжение каскада может быть найдено из эквивалентной схемы рис. 3.17

; (3.41)

. (3.42)

Входное сопротивление

. (3.43)

Рис. 3.18

Входное сопротивление зависит от R_э (рис. 3.18).

Если R_э=0

. (3.44)

При R_э>>r^*_к

. (3.45)

В диапазоне практических значений 100<R_э<10 кОм входное сопротивление

. (3.46)

Так как обычно R_э>>r_э, то входное сопротивление эмиттерного повторителя в нормальном рабочем режиме много больше, чем в схемах ОБ и ОЭ, но оно рпактически ограничено величиной r_к.

Выходное сопротивление определяется по той же метолике, что и для схемы ОЭ, т.е., для определения r_вых на выход схемы рис. 3.17 подаем напряжение U₂. а источник е_г закорачиваем, тогда

. (3.47)

Ток, потребляемый от источника U₂, состоит из трех составляющих:

(3.48)

Тогда выходное сопротивление

. (3.49)

Рис. 3.19

Зависимость r_вых(R_г) представлена на рис. 3.19.

При R_г=0

(3.50)

Для R_г>>r^*_к

(3.51)

Выходное сопротивление каскада ОК в нормальном режиме много меньше выходного сопротивления каскадов ОБ иОЭ, а его изменение много больше, чем в схемах ОЭ и ОБ. Для реальных значений R_г=1...10 кОм с учетом R_э выходное сопротивление каскада

. (3.53)

Коэффициент усиления напряжения

. (3.54)

Из эквивалентной схемы каскада (рис. 3.17) найдем

. (3.55)

Входное напряжение .

Тогда (3.56)

Максимальная величина коэффициента передачи напряжения будет при выполнении условия R_э>>r^*_к>>r_э:

(3.57)

В нормальном рабочем режиме обычно выполняется условие r^*_к>>R_э>>r_э, тогда

(3.58)

Коэффициенты усиления ЭДС — К_E, тока — K_I, мощности — К_р определяются выражениями:

; (3.59)

. (3.60)

При максимальной величине K_i, которая получается при условии r^*_к>>R_э>>r_э, . Тогда

или. (3.61)

Итак, отличительными свойствами эмиттерного повторителя являются сравнительно большое входное сопротивление и малое — выходное, высокий коэффициент усиления тока и близкий к единице коэффициент передачи напряжения.

Эммитерные повторители нашли применение во входных и выходных каскадах. Их также часто используют при необходимости согласования между собой двух каскадов, например, ОБ и ОЭ и нагрузки. Следует заметить, что сопротивление внещней нагрузки оказывается включенным параллельно R_э, т.е.

(3.62)

Эммитерный повторитель на составном транзисторе

Коэффициент усиления составного транзистора СТ, выполненного из двух Т₁ и Т₂:

, (3.63)

поскольку всегда b>>1.

Рис. 3.20

Значение b_c может составлять несколько тысяч.

Тогда параметры повторителя на составном транзисторе могут ьыть определены по формулам (3.47)-(3.61) заменой b на b_c.Например, без учета делителя R₁—R₂ входное сопротивление схемы рис. 3.20

. (3.64)

Рис. 3.21

В связи с ограмным сопротивлением таких повторителей особенно остро встает вопрос о цепи смещения базы: делать сопротивления делителя R₁—R₂ (рис. 3.20) порядка десятков Мом нельзя не только из-за температурной нестабильности, но главным образом из-за невозможности обеспечить нужный ток базы. В случае усилителей переменного тока наилучшим выходом из положения является использование отрицательной обратной связи в цепи базы (рис. 3.21). Сопротивление R₃ выбирается сравнительно низкоомным (сотни килоом), способным обеспечить необходимый ток базы, а по отношению к переменным составляющим величина Rэ повышается в 1/(1-K_U) раз за счет обратной связи с выхода повторителя. Оно может достигать десятков Мом и не будет шунтировать вход повторителя. Делитель R₁—R₂ в такой схеме может иметь любые разумные сопротивления.