4.4. Сравнение схем включения транзисторов и их применение

Сопоставим параметры трех основных схем включения транзисторов, присваивая им соответствующие индексы:

К_{U ОЭ} > К_{U ОБ} > К_{U ОК}, причем К_{U ОЭ}, К_{U ОБ} > 1; К_{U ОК} < 1;

К_{I ОК} > К_{I ОЭ} > К_{I ОБ}, причем К_{I ОК}, К_{I ОЭ} > 1; К_{I ОБ} < 1;

К_P у всех трех схем больше 1;

Δ_ОЭ = 180°, Δ_ОБ = 0, Δ_ОК = 0;

R_{вx ОК} > R_{вx ОЭ} > R_{вx ОБ}; R_{выx ОБ} > R_{выx ОЭ} > R_{выx ОК};

f_{н. гр ОК} < f_{н. гр ОЭ} < f_{н. гр ОБ}; f_{в. гр ОК} < f_{в. гр ОЭ} < f_{в. гр ОБ};

Δ f_ОК > Δ f_ОЭ > Δ f_ОБ (Δ f = f_{в. гр} – f_{н. гр)}.

Сравнительный анализ параметров приводит к выводу о том, что схема с ОБ во многих отношениях уступает схеме с ОЭ. Этим обусловлен тот факт, что для усиления сигналов обычно применяют транзисторные схемы с общим эмиттером.

Схема с общей базой предпочтительнее лишь в случае, когда надо при небольшом усилении иметь нулевой сдвиг фаз при прохождении сигнала. Это можно обеспечить и при последовательном соединении двух схем с общим эмиттером (Δ = Δ₁ + Δ₂ = 180° + 180° = 360° = 0°), но такое схемотехническое решение неэкономично.

Схема с ОК в силу своей специфики (К_U < 1) используется только как усилитель тока (при этом в эмиттерную цепь включают обмотку трансформатора, катушку электромагнита или другой «токовый» элемент, и схема отличается от изображенной на рис. 4.7). Чаще схему используют в качестве «буферного» каскада, включаемого между усилителем или генератором, с одной стороны, и низкоомной нагрузкой – с другой (например, выходной каскад измерительного прибора). При этом реализуются сразу несколько свойств схемы: сигнал при прохождении через схему с ОК мало меняется по амплитуде (К_U < 1, причем подбором величин S и R_Э удается обеспечить К_U = 0,8...0,9 и выше) и не меняется по фазе (Δ= 0), иначе говоря, выходной сигнал «повторяет» входной; высокоомное R_вx исключает шунтирование предыдущего каскада, а низкоомное R_выx позволяет подключить любую нагрузку. По этому своему основному применению схему с ОК обычно называют эмиттерным повторителем («эмиттерным» – потому что выходной сигнал снимается с эмиттера). Раньше использовался также термин «трансформатор сопротивлений», употребляемый в настоящее время очень редко.

4.5. Дифференциальный усилитель

Схемы с ОЭ, ОК и ОБ, рассмотренные в 4.1–4.3, являются простейшими транзисторными усилительными каскадами. Наряду с ними в электронике применяют ряд составных транзисторных схем (схему ОЭ–ОБ, схему Дарлингтона и др.) Наибольший интерес представляет схема дифференциального усилителя (ДУ). Эта схема получается объединением двух схем с ОЭ так, что выходной сигнал представляет собой разность потенциалов коллекторов обоих транзисторов (рис. 4.9). Эмиттеры транзисторов соединены с землей либо непосредственно, либо через общее сопротивление.

Рис. 4.9

Если на базы транзисторов подать одинаковые («синфазные») сигналы U_вх1 и U_вx2, то транзисторы будут открыты в одинаковой степени и потенциалы коллекторов будут равны, а выходной сигнал равен нулю. Такой результат получается при любом значении синфазных сигналов. Однако, если между сигналами U_вx1 и U_вx2 есть разница («дифференциальный сигнал»), то транзисторы окажутся в разных условиях и разность потенциалов коллекторов станет отличной от нуля. Математически функцию ДУ можно описать выражением U_{выx ДУ} = К_ДУ(U_вх1 – U_вx2).

Объединение эмиттеров транзисторов усиливает указанный эффект, так как приоткрывание, допустим, левого транзистора вызовет увеличение его эмиттерного тока, который создаст на R_Э падение напряжения, потенциал эмиттера правого транзистора возрастет, и этот транзистор призакроется. Таким образом, если эмиттерного сопротивления нет, то на изменение входного сигнала на базе левого транзистора отреагирует только этот транзистор, при введении R_Э отреагируют оба транзистора ДУ, причем «встречно».