Сравнение усилительных свойств транзистора в различных схемах включения

Для сравнения усилительных свойств воспользуемся физическими эквивалент­ными схемами, пренебрегая емкостями и полагая, что во всех схемах обеспечива­ется одинаковый режимработы по постоянному току.

Схема с общим эмиттером

Принципиальная схема усилительного каскада с ОЭ представлена на рис. 4.25, а физическая эквивалентная схема транзистора — на рис. 4.29, б. Будем считать, что в цепи коллектора включен нагрузочный резистор R_к, а в цепи эмиттера — резистор R_э, повышающий стабильность работы каскада. Пренебрегаем сопро­тивлением r^•_к. Тогда эквивалентная схема примет вид, показанный на рис. 4.31. Из схемы следует, что коэффициент усиления тока , а выходное на­пряжение .

Напряжение на входе схемы по закону Кирхгофа равно

Учтем, что тогда

(4.92)

Следовательно, коэффициент усиления напряжения равен

. (4.93)

Если R_э = 0, то с учетом соотношения (4,84) получаем

(4.94)

Знак «минус» указывает на то, что выходное напряжение противофазно с входным.

При . с учетом того, что , коэффициент усиле­ния напряжения становится равным

(4.95)

Если R_э >> r_э то

(4.96)

Входное сопротивление равно

(4.97)

При R_э = 0 входное сопротивление равно h_11э; при R_э >> r_э .

(4.98)

Выходное сопротивление равно

. (4.99)

Схема с общей базой

Принципиальная схема с ОБ представлена на рис. 4.32, а. Режим работы по посто­янному току обеспечивается в ней резисторами R_к и R_б. Конденсатор С_б необхо­дим для соединения базы по переменному току с общей шиной.

Источник сигнала должен обеспечивать прохождение постоянного тока эмиттера. Заменяя транзистор его эквивалентной схемой, получаем эквивалентную схему усилителя (рис. 4.32, б). В этой схеме коэффициент усиления тока , а напряжение на выходе

Напряжение на входе схемы равно

Учтем, что тогда

(4.100)

Следовательно, коэффициент усиления напряжения равен

(4.101)

Поворота фазы усиливаемого напряжения в этом случае не происходит.

Если , то . Сравнивая полученный результат с (4.95), приходим к выводу, что схема с ОБ дает такое же усиление напряжения, как и схема с ОЭ, но без поворота фазы.

Входное сопротивление равно

(4.102)

В схеме с ОЭ ; в схеме с ОБ h_11б ≈ r_э. Следовательно,

. (4.103)

Таким образом, в схеме с ОБ h_11б примерно в h_21э раз меньше, чем в схеме с ОЭ. Выходное сопротивление схемы с ОБ такое же, как и схемы с ОЭ.

Схема с общим коллектором

Принципиальная схема усилителя с ОК представлена на рис. 4.33, а. В этой схе­ме режим работы по постоянному току обеспечивается резисторами R₆ и R_э. Для определения положения исходной рабочей точки (ИРТ) надо, как показано на рис. 4.33, в, построить вольт-амперную характеристику резистора R_э: i_э = u/R_э, и семейство характеристик .

Положение ИРТ находят по пересечению вольт-амперной характеристики резис­тора с одной из характеристик транзистора, соответствующей постоянному току базы I_б0. В этом случае напряжение источника питания E_и.п распределится между транзистором (U_кэ0) и резистором (U_э0). При подаче на базу переменного напря­жения изменяется ток базы, и рабочая точка перемещается вдоль нагрузочной линии, соответственно изменяются напряжение и ток эмиттера.

Воспользовавшись эквивалентной схемой транзистора (рис. 4.29, б), получаем эквивалентную схему усилителя (рис. 4.33, б), в которой

,

С учетом того, что I_э = (h_2э + 1)I_б, коэффициент усиления напряжения равен

(4.104)

Пренебрегая r'₆, получаем

(4.105)

Таким образом, схема с ОК не дает усиления напряжения и не поворачивает фазу, поэтому ее называют эмиттерным повторителем.

Коэффициент усиления тока в этой схеме равен

(4.106)

То есть схема с ОК, не давая усиления напряжения, дает усиление тока, а следова­тельно, мощности сигнала, поданного на ее вход.

Входная цепь схемы с ОК такая же, как и схемы с ОЭ, поэтому входное сопротив­ление определяется соотношением (4.98).

При расчете выходного сопротивления учтем, что выходной ток I_э создается как генератором h_21э*I_б, так и источником сигнала U_г, обладающим внутренним сопро­тивлением R_г

Из эквивалентной схемы следует:

(4.107)

Обозначим:

(4.108)

Тогда

.

Отсюда получим

(4.109)

Следовательно,

(4.110)

Выходной ток короткого замыкания находят при R_э = 0:

(4.111)

Следовательно,

(4.112)

Если R_э >> R', то

(4.113)

Пренебрегая r_э и r’_б и учитывая, что , получаем

(4.114)

Таким образом, схема с ОК, имея высокое входное сопротивление, обладает очень низким выходным сопротивлением.

Сопоставляя полученные результаты, можно сделать выводы:

□ Схема с ОЭ обеспечивает большое усиление тока и напряжения и поворачи­вает фазу усиливаемого напряжения на 180°.

□ Схема с ОБ усиливает напряжение, но не усиливает ток, при этом фаза выход­ного напряжения не меняется.

□ Схема с ОК усиливает ток, но не усиливает напряжение.