Анализ каскада с общим эмиттером

 

На эквивалентной схеме каскада с общим эмиттером (ОЭ) в области средних частот (рис. 4.1) большими буквами обозначены внешние элементы схемы, а маленькими — элементы эквивалентной схемы транзистора. Здесь обозначено: R _г — внутреннее сопротивление источника сигнала;
R 1 // R 2 — сопротивление параллельно включенных резисторов R 1 и R 2, образующих делитель напряжения на входе; R _к — сопротивление коллекторной цепи; R _н — сопротивление нагрузки, обычно равное входному сопротивлению следующего каскада; r _б — объемное сопротивление базы транзистора; r _э — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода; r _к — дифференциальное сопротивление коллекторного перехода; h _21э — дифференциальный коэффициент передачи по току транзистора; h _21э I _б — источник тока, управляемый током.

 

 

а)

 

 

б)

	Рис. 4.1 — Каскад с общим эмиттером (а) и его эквивалентная схема в области средних частот (б)

 

Из анализа эквивалентной схемы можно найти, что входное сопротивление каскада определяется выражением

 

R _вх = R ₁ // R ₂ // h _11э.

 

Откуда при R ₁ // R ₂ >> h _11э получаем

 

R _вх = r _б + (1 + h _21э) r _э.

Выходное сопротивление каскада определяется со стороны выходных зажимов при отключенной нагрузке. Из эквивалентной схемы видно, что

 

R _вых» R _к.

 

Сквозной коэффициент усиления при r _к ® ¥

 

.

 

При R _г ® 0 получаем

 

,

 

где R _нS = R _к // R _н

Сквозной коэффициент усиления по току

 

.

 

Коэффициент усиления по току пропорционален h _21э транзистора и зависит от значений сопротивлений R _к и R _н.

При выполнении условий R _г ® ¥ и R _н = 0 коэффициент усиления по току достигает максимального значения .

Анализ каскада в области нижних частот показывает, что влияние конденсаторов С 1, С 2 и С _э на АЧХ заключается в уменьшении коэффициента усиления на низких частотах (рис. 4.2).

 

 

При увеличении емкости конденсаторов полоса пропускания усилителя расширяется в сторону нижних частот. В пределе, если емкости С 1, С 2 и С _э увеличиваются вплоть до бесконечности, то АЧХ не имеет завала на нижних частотах (нижняя граничная частота полосы пропускания стремится к нулю).

Переходная характеристика в области больших времен имеет вид спадающей экспоненты (рис. 4.2,б).

Анализ каскада с общим эмиттером в области верхних частот показывает, что коэффициент усиления на высоких частотах уменьшается, а переходная характеристика в области малых времен имеет вид нарастающей экспоненты (рис. 4.3).

 

 

Для увеличения верхней граничной частоты полосы пропускания f _в и уменьшения времени установления t_уст необходимо в усилительном каскаде уменьшать паразитные емкости схемы и использовать более высокочастотные транзисторы с граничной частотой f_{h 21} » f _в.

 

 

Каскад с общим коллектором

 

В каскаде с общим коллектором (эмиттерном повторителе) (рис. 4.4) резисторы R 1 и R 2 выполняют функции делителя напряжения в цепи базы и служат для выбора точки покоя каскада. Конденсаторы C 1 и C 2 — разделительные конденсаторы на входе и выходе каскада. Емкость этих конденсаторов выбирают таким образом, чтобы их сопротивлением в рабочей полосе частот можно было пренебречь. Резистор R _э является нагрузкой транзистора по постоянной составляющей. Вместе с резистором R _н он является нагрузкой по переменной составляющей.

Каскад имеет следующие параметры: коэффициент усиления близок к единице (практически лежит в пределах 0,95…0,99), коэффициент усиления по току обычно составляет десятки и при R _н ® 0 достигает максимальной величины равной

 

.

 

Выходное сопротивление каскада обычно составляет десятки — сотни ом. Входное сопротивление эмиттерного повторителя наибольшее из всех схем включения транзистора и может достигать сотен килоом.

 

	Рис. 4.4 — Каскад с общим коллектором

 

 

При достаточно большом сопротивлении делителя напряжения R 1, R 2 входное сопротивление каскада (R _вх) может быть найдено по формуле

 

R _вх = h _21э R _нS,

 

где R _нS = R _э // R _н — сопротивление нагрузки по переменной составляющей.

 

 

Каскад с общей базой

 

Схема каскада с общей базой показана на рис. 4.5. Назначение элементов R 1, R 2, R _к, C 1, C 2 — такое же, как и в каскаде с общим эмиттером. Резистор R _э обеспечивает путь для протекания постоянной составляющей тока эмиттера, а конденсатор С _б является блокировочным.

Каскад имеет малое входное сопротивление, которое обычно находится в пределах 20…50 Ом. Выходное сопротивление каскада практически равно сопротивлению R _к. Коэффициент усиления по току каскада с общей базой меньше единицы и обычно составляет 0,9…0,95. Коэффициент усиления по напряжению зависит от величины сопротивления нагрузки и при большом сопротивлении нагрузки (порядка единиц — десятков килоом и более) может достигать значительной величины.

 

	Рис. 4.5 — Каскад с общей базой

 

 

Как показывает анализ, если нагрузкой каскада с общей базой является другой такой же каскад с общей базой, то не получается ни усиления по току, ни усиления по напряжению и такое соединение не имеет смысла.

На практике каскад с общей базой находит применение в широкополосных усилителях, в которых его нагрузкой является каскад с общим коллектором или общим эмиттером.