Схема с общим эмиттером

Наиболее часто транзисторы включают по схеме с общим эмиттером, когда общим зажимом (по переменному току) для входного и выходного напряжения является эмиттер. На рис. 6а приведена простейшая схема усилителя с ОЭ, а на рис. 6б – выходные характеристики транзистора с ОЭ.

Ток коллектора равен i_к = i_э – i_б .

Ток коллектора зависит от тока базы, являющегося управляющим, следующим образом i_к = b i_б , где b = (30...100) – коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером, он связан с a так:

и наоборот .

Таким образом, меняя ток i_б, можно менять ток i_к, вызывая на R_к большее или меньшее падение напряжения. Это приводит к тому, что делитель, составленный из R_к и транзистора станет управляемым. Выходное напряжение, снимаемое с него, через разделительный конденсатор поступает на нагрузку.

Для дальнейшего уточнения процесса усиления введем понятие "нагрузочной линии" транзистора и "рабочей точки" на ней.

Выразим величину напряжения на коллекторе в зависимости от тока i_к (зависящего, в свою очередь, от тока i_б):

U_к = f(i_к) = U_n – i_к R_к . (2)

При заданных U_n и R_к это уравнение прямой линии (рис. 7) в системе координат (U_к, i_к), проходящей через точку (U_n , 0) под углом j = arctq (–1/R_к) к оси U_к .

Значит при изменении тока i_к , состояние транзистора как двухполюсника будет описываться точкой, лежащей на прямой.

Действительно, U_n = + R_к . Это вытекает из равенства суммы отрезков О + U_n = ОU_n .

Отрезок |О | = , a отрезок |U_к U_n| = | / tg j | = = i_к R_к .

Если же наложить нагрузочную линию (рис. 7) на выходные характеристики транзистора (рис. 6б), то получаем множество рабочих точек (рис. 8), в зависимости от тока покоя базы.

Точка А называется "рабочей точкой" усилительного каскада, он задается конструктором выбором i_б = i_бо , т.е. током покоя базы (током базы при отсутствии входного сигнала). Ток покоя базы задается цепочкой смещения (R_э – С_э) в случае рис. 1, или R_б – в случае рис. 6а. Существуют и другие способы задания рабочей точки каскада.

Как же правильно выбирать рабочую точку? Существует много критериев правильности её выбора. Рассмотрим самый простой – линейность коэффициента усиления.

Нетрудно увидеть, что при изменении выходного сигнала ток базы меняется синхронно с входным сигналом (см. входную характеристику на рис. 9).

Это приводит к тому, что увеличивается (точка А') или уменьшается (точка А'') ток базы, который вызывает изменение коллекторного тока i_к. Изменения последнего вызывают изменения падения напряжения на коллекторе (от U_к' до U_к'').

Зависимость i_к = f (i_б) непрерывная, а не дискретная, как это показано на рис. 6б и рис. 8 (приведено конечное множество выходных характеристик для конкретных значений, фактически же их бесконечное множество, как и различных значений тока базы).

Точку А выбирают так, что различным приращениям (в плюс и минус тока базы соответствовали бы одинаковые по модулю приращения коллекторного тока. Они, в конечном итоге, обеспечат одинаковые приращения напряжения на R_к (и на выходе каскада, что одно и то же).

Этим самым будет обеспечен заданный коэффициент нелинейности усиления.

Практически выбор рабочей точки А происходит варьированием наклона нагрузочной линии (путем изменения R_к), а также величины напряжения питания U_п (рис. 10).

В числе других факторов, влияющих на выбор рабочей точки, - ограничение на допустимую мощность рассеивания на транзисторе, т.е. на произведение U_к i_к в любой момент времени.

Обратим внимание на то, что выходное напряжение находится в противофазе с входным: когда входное напряжение максимально, выходное – минимально и наоборот.