8 Усилительные каскады по схемам с общей базой и общим коллектором

8.1 Каскад с общей базой

С использованием эмиттерной цепи стабилизации рабочей точки построим транзисторный усилительный каскад по схеме с общей базой (рис. 8.1). Входной сигнал подается через разделительный конденсатор С1 в цепь эмиттера транзистора. База по переменной составляющей заземлена с помощью блокировочного конденсатора С_Б. Выходной сигнал снимается с коллектора. Положительное приращение входного напряжения вызывает уменьшение тока эмиттера транзистора и уменьшение падения напряжения на коллекторном сопротивлении, то есть рост напряжения на выходе. Следовательно, каскад с ОБ не инвертирует фазу сигнала при усилении.

Выбор рабочей точки и расчет резисторов можно выполнить по методике, изложенной для схемы рис. 6.1.

Приближенная эквивалентная схема для анализа каскада в области средних частот приведена на рис. 8.2 (закорачиваем все конденсаторы и источник питания Е, так как их сопротивление в рабочем диапазоне частот близко к нулю). Для физической эквивалентной схемы предполагается, что . Это допустимо при условии:

Входное сопротивление транзистора определяется соотношением

.

Входное сопротивление каскадаОно значительно меньше (десятки ом), чем в схеме с ОЭ.

Каскад не усиливает сигнал по току

Коэффициент усиления по напряжению Он такого же порядка как в схеме с ОЭ (десятки ÷ сотни).

Выходное сопротивление каскада , т.к. выходное сопротивление транзистора по схеме с ОБ равно.

Эквивалентная постоянная времени каскада в области верхних частот может быть определена по выражению Она значительно меньше, чем в схеме с ОЭ. Поэтому каскад с ОБ относится к широкополосным усилительным каскадам.

8.2 Каскад с общим коллектором

На рис. 8.3 приведен вариант построения усилителя по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель). При работе в режиме малого сигнала можно выбрать в точке покоя I_Э = I₀ = =(0,5¸1) мА, U_КЭ = U₀ = E/2, ток делителя I_д = 10I_Б = и рассчитать сопротивления резисторов по формулам:

В данном каскаде сопротивления выходной цепи по постоянному и переменному току определяются соотношениями:

Коллектор транзистора по переменному току заземлен (внутреннее сопротивление источника питания Е близко к нулю). Входной сигнал через разделительный конденсатор С1 подается в цепь базы транзистора VT1, а выходной – снимается с эмиттера. В каскаде действует стопроцентная последовательная ООС по напряжению, в результате которой к участку база-эмиттер транзистора прикладывается разность входного и выходного напряжений.

Эквивалентная схема каскада для средних частот приведена на рис. 8.4. Транзистор заменен приближенной Т-образной схемой замещения. Введено обозначение

Входное сопротивление со стороны базы VT1

Входное сопротивление каскада Оно обычно значительно больше (в десятки ÷ сотни раз), чем в схеме с ОЭ.

Коэффициент усиления по напряжению

Выходное напряжение практически повторяет входное и по величине (K = 0,8 ¸0,95) и по фазе, вследствие чего каскад с ОК называют эмиттерным повторителем.

Каскад обеспечивает значительное усиление по току

Выходное сопротивление каскада мало (десятки ом):

Эквивалентная постоянная времени каскада в области верхних частот

, где .

Обычно .

Каскад с ОК не дает усиления по напряжению, усиливает сигнал по току, отличается большим входным и малым выходным сопротивлением. За счет глубокой ООС по сравнению с каскадом по схеме с ОЭ имеет более широкую полосу пропускания. Чаще всего применяется как согласующий каскад при работе с высокоомным источником сигнала или с низкоомной нагрузкой.

Для повышения входного сопротивления в схеме эмиттерного повторителя, приведенной на рис. 8.5, транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме Дарлингтона, а также используется положительная обратная связь с помощью конденсатора C3.

Коэффициент усиления по току эквивалентного составного транзистора (составленного из транзисторов VT1 и VT2) равен произведению коэффициентов усиления тока базы каждым транзистором

h_21Э » h_21Э(1) h_21Э(2).

Емкость конденсатора выбирается достаточно большой, так что в рабочем диапазоне частот потенциал точки 3 равен потенциалу точки 2, который повторяет потенциал точки 1 (схема является повторителем напряжения). Таким образом, ток i, ответвляющийся в резистор R_б, незначителен:

где ,

Например, при К=0,9 вход будет шунтироваться сопротивлением не R_б, а 10R_б. В 10 раз уменьшится и шунтирующее влияние сопротивления коллекторного перехода транзистора VT1, включенного параллельно R_б.

Входное сопротивление каскада определяется выражением

где

и может достигать единиц мегаом.