4. Каскады на биполярных транзисторах

Транзистор является элементом с тремя выводами, соответственно различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК), показанные на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Три схемы включения биполярного транзистора

4.1. Каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель)

Рис. 2.11. Каскад с общим коллектором

Каскад с общим коллектором представлен на рис. 2.11. Сигнал подается на базу транзистора и снимается с эмиттера. Напряжение на эмиттере равно напряжению на базе, смещенному на почти постоянную величину падения напряжения на диоде перехода база-эмиттер. Таким образом, переменный сигнал передается с входа на выход, не усиливаясь по напряжению. Более того, внутреннее сопротивление эмиттера r_э, которое появляется в модели Эберса-Молла, образует делитель с R_э; т. о. коэффициент усиления эмит­тер­ного повторителя:

Рис. 2.12. Смещение базы в каскаде с общим коллектором

.

Основное достоинство этой схемы заключается в том, что ее входное сопротивление значительно больше, чем выходное. Таким образом, хотя здесь и нет усиления по напряжению, но присутствует усиление по току и, следовательно, по мощности. Если пренебречь сопротивлением нагрузки, входное сопротивление этой схемы равно R_вх = ( + 1)·R_э. Если к входу подключен источник сигнала с внутренним сопротивлением r, то выходное сопротивление эмиттерного повторителя равно R_вых = (r / ( + 1))||R_э. Большое входное сопротивление так же позволяет подключать к входу схемы источник сигнала с большим внутренним сопротивлением.

Для схемы на рис. 2.11 входное напряжение должно составлять как минимум 0,6 В, иначе транзистор будет заперт и выходное напряжение будет равно потенциалу земли.

Для обеспечения работы эмиттерного повторителя от источника переменного сигнала с малой амплитудой применяют цепь смещения входного напряжения (рис. 2.12). Резисторы R₁ и R₂ выбирают таким образом, чтобы (R₁ || R₂) <<  ·R_э, или что тоже самое, чтобы ток через делитель превышал ток базы во много раз. Кроме того, эти резисторы задают напряжение эмиттера в отсутствие сигнала на входе (формируют рабочую точку). Для получения симметричного сигнала без срезов обычно выбирают это напряжение равным половине напряжения питания. Входной конденсатор должен минимально ослаблять усиливаемый сигнал.

4.2. Каскад с общим эмиттером

Рис. 2.13. Каскад с общим эмиттером

Каскад с общим эмиттером изображен на рис. 2.13. Со стороны входа он практически не отличается от эмиттерного повторителя без нагрузки – обратно-смещенный диод база-коллектор при расчете сопротивлений представляет собой разрыв цепи. Таким образом, входное сопротивление этой схемы равно R_вх=(R₁||R₂)||(( + 1) · R_э). Выходное же сопротивление схемы равно R_вых=R_к.

Основным достоинством этой схемы является коэффициент усиления переменного сигнала:

. (2.1)

Рис. 2.14. Шунтирование эмиттерного резистора

Этот коэффициент может быть много больше единицы, однако существует и границы его роста. Действительно, при увеличении R_к и уменьшении R_э ухудшаются входное и выходное сопротивления. Кроме того, при уменьшении R_э начинает сказываться нелинейное внутреннее сопротивление эмиттера, которое должно быть прибавлено к R_э в формуле (2.1). Этот недостаток можно преодолеть, если применить шунтируемый резистор в эмиттерной цепи (рис. 2.14).

В каскаде с общим эмиттером присутствует эффект Миллера, при котором емкость перехода база-коллектор эффективно увеличивается в  раз, что ограничивает рабочую частоту.