Включение транзистора по схеме с общей базой

Схема включения транзистора с общей базой (ОБ) изображена на рис. 2.3. Входным электродом является эмиттер (входной сигнал U_ВХ приложен к переходу эмиттер-база, база по переменному сигналу заземлена). Выходным электродом является коллектор с учетом того, что база по переменному сигналу, заземлена (φ_б≈=0) можно считать, что U_ВЫХ≈=φ_К≈=φ_К≈-φ_б≈ т.е. U_ВЫХ≈ равно переменному напряжению между коллектором и базой. База является, таким образом, "общим электродом" для входного и выходного сигналов, откуда и происходит название схемы.

Назначение элементов R_б1, R_б2, C_P1, C_P2 и R_К в схеме с ОБ такое же, как и в схеме с ОЭ. Дополнительными, в сравнении со схемой с ОЭ, элементами являются С_б и R_Э (ср. рис. 2.3и 2.1). Базовая емкость С_б обеспечивает заземление базы по переменному сигналу. Непосредственное соединение базы с землей возможно только при наличии двух разнополярных источников питания. В самом деле, если φ_б=0 не только по переменному сигналу, а и по постоянному смещению, то для того, чтобы р-n-переход эмиттер-база был открыт (φ_б>φ_Э), на эмиттер надо подавать постоянное отрицательное напряжение (на коллектор подается положительное напряжение). Чтобы избежать двухполярного питания, на базу подают положительное смещение U₌≡ER_б1/(R_б1+R_б2) с помощью базового делителя, т.е.

φ_б=φ_б=+φ_б≈=φ_б==U₌

Сопротивление R_Э служит для того, чтобы на эмиттер можно было подавать переменный входной сигнал.

Схема работает следующим образом. Когда Uвх_≈ имеет положительную полярность, φ_Э возрастает, в результате чего U_бЭ=φ_б-φ_Э=φ_б=-φ_Э снижается и р-n-переход эмиттер-база частично закрывается. Ток I_Э уменьшается, в результате уменьшается и ток I_К≈I_Э, снижается падение напряжения на сопротивлении R_К, а потенциал φ_К=E-I_КR_К возрастает. Так как φ_К≈=Uвых_≈, то мы имеем: при увеличении мгновенного значения Uвх_≈ увеличивается и мгновенное значение Uвых_≈. В моменты, когда Uвх_≈ имеет отрицательную полярность, происходят аналогичные процессы.

Таким образом, видно, что схема с общей базой не меняет фазу сигнала (Δφ=0)

0говорим, какими параметрами и характеристиками обладает схема с общей базой.

1. Коэффициент передачи (усиления) по напряжению К_U равен отношению переменных, составляющих входного и выходного сигналов, т. е.

К_U=[Uвых_≈]/[Uвх_≈]=(I_КR_К)/(I_ЭR_Э)≡R_К/R_Э

откуда следует, что для обеспечения усиления необходимо выбирать значения сопротивлений R_К и R_Э так, чтобы R_К>R_Э

2. Коэффициент передачи по току К_i, равен отношению

К_i=I_ВЫХ/I_ВХ=I_К/I_Э≤1

3. Коэффициент усиления по мощности Кр относительно невелик, так как схема с ОБ не усиливает по току.

4.Сдвиг фаз Δφ=0.

5.Входное сопротивление Rвх≡R_Э. При этом возникает следующая дилемма: с одной стороны, исходя из требования R_К>R_Э, эмиттерное сопротивление следует выбирать малым; с другой стороны, каскад с низкоомным Rвх будет шунтировать выход предыдущей схемы поэтому R_Э надо выбирать побольше. Реально значение R_Э составляет десятки ом, и схема с ОБ имеет малое входное сопротивление.

6.Выходное сопротивление ненагруженной схемы Rвых определяется параллельным соединением R_К и r_КЭ+R_Э и составляет обычно сотни омединицы килоом.

7. Амплитудная характеристика Uвых=F(Uвх) имеет линейный участок, ограниченный сверху значением Uвых≡E, и в целом аналогична, амплитудной характеристике схемы с общим эмиттером. Но реально К_U в схеме с ОБ ниже, чем К_U в схеме с ОЭ, поэтому предельная амплитуда, входного сигнала, который можно усилить без нелинейных искажений, у схемы с ОБ больше, чем у схемы с ОЭ.

8. Амплитудно-частотная характеристика К_U=К_U(f) у схемы с ОБ аналогична АЧХ схемы с ОЭ, но в области средних частот идет ниже последней (так как К_UOб<К_UOЭ). На низких частотах разделительные емкости сильнее, чем в схеме с ОЭ, сказываются на работе схемы с ОБ, так как у схемы с ОБ малое Rвх, и эквивалентное сопротивление Ср становится малым в сравнении с Rвх при больших частотах, нежели в схеме с ОЭ. На высоких частотах спад АЧХ схемы с ОБ происходит также немного раньше, чем у схемы с ОЭ, так как Rвых_Об немного больше, чем у Rвых_ОЭ (в силу R_К││(r_КЭ+R_Э)>R_К││r_КЭ).

9. Фазочастотная характеристика Δφ=Δφ(f) отлична о нуля на низких частотах (Δφ>0) и на высоких частотах (Δφ<0).

Амплитудная, амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики схемы с общей базой приведены на рис. 2.2 (кривые 2).

Включение транзистора по схеме с общим коллектором. Схема включения транзистора с общим коллектором (ОК) изображена на рис 2.4. Входным электродом является база транзистора, а выходным – эмиттер.

Коллектор накоротко соединен с источником питания φ_К=E=const. Так как коллекторный вывод не используется для выделения переменного сигнала, то коллектор считают "общим электродом" для входного и выходного сигналов, откуда и происходит название схемы.

Сопротивления R_б1 и R_б2 (базовый делитель) используются в схеме с ОК, как ив схемах с ОЭ и ОБ, для подачи на базу постоянного напряжения U₌≡E(R_б1/(R_б1+R_б2)). Сопротивление R_Э обеспечивает получение переменного выходного сигнала: оно обычно невелико. Когда известно сопротивление нагрузки (например, это кабель с эквивалентным сопротивлением 50 или 75 Ом), то Rэ выбирают из соотношения Rэ=Rн (условие передачи максимальной мощности в нагрузку). Если нагрузка неизвестна, но не исключено, что Rн может быть малым, выбирают Rэ порядка единиц-десятков ом.

Схема с общим коллектором работает следующим образом. Входной сигнал приложен к базе, причем φ_б=U_бЭ+φ_Э, а выходной сигнал равен φ_Э=IэRэ. Таким образом, Uвх=U_бЭ+Uвых.

Увеличение Uвх приводит к тому, что р-n-переход эмиттер-база транзистора становится более открытым, Iэ растет и происходит увеличение Uвых=IэRэ. Весте с тем, рост Iэ вызывает возрастание φ_Э, транзистор частично закрывается. Изменение потенциалов базы и эмиттера транзистора, таким образом, происходит синхронно, но φ_Э меняется несколько меньше, чем φ_б.

Рассмотрим параметры и характеристики схемы с общим коллектором.

1. Коэффициент передачи по напряжению Кu у схемы с общим коллектором, как это видно из объяснения её работы, меньше 1. Получим его значение аналитически:

Uвх=U_бЭ+Uвых=U_бЭ+IэRэ≡ U_бЭ+IкRэ= U_бЭ+SU_бЭRэ,

Uвых=IэRэ≡SU_бЭRэ

Тогда

Кu=Uвых/Uвх=SRэ/(1+SRэ)<1

2.Коэффициент передачи по току

К_i=Iвых/Iвх=Iэ/I_б>>1

3. Коэффициент усиления по мощности Кр определяется величиной К_i. Таким образом, поскольку Кр>1, то схема с ОК всё-таки является усилителем, хотя главный параметр, интересующий потребителя, - Кu никак не располагает к подобной классификации.

4. Сдвиг фаз в схеме - Δφ=0 (φ_б и φ_Э меняются синхронно).

5. Входное сопротивление у схемы - очень большое. Rвх определяется, как в схеме с ОЭ, параллельным соединением R_б1, R_б2 и эквивалентного сопротивления транзистора r_бЭ=I_б/U_бЭ. В схеме с ОК такой же, как и в схеме с ОЭ, порядок величин I_б, но к тому же мало меняется U_бЭ (так как при подаче входного переменного сигнала φ_б и φ_Э изменяются синхронно). Обычно Rвх схемы с общим коллектором составляет, килоомы-десятки килоом.

6. Выходное сопротивление Rвых≡Rэ и составляет единицы-десятки ом.

7. Амплитудная характеристика Uвых=F(Uвх) является линейной и имеет угол наклона α<45⁰ (α<45⁰ при Кu=1). Уровень Uвых=E принципиально недостижим, так как даже при полностью открытом транзисторе на нем остается некоторое падение напряжения ΔUкэmin и φ_Эmax=E-Uкэmin<E.

8.Амплитудно-частотная характеристика Кu=Кu(f). АЧХ схемы с ОК имеет вид, аналогичный АЧХ схем с ОЭ и с ОБ. В области средних частот имеется горизонтальный участок с ординатой, меньшей единицы. Спад из-за наличия разделительных емкостей наблюдается при очень малых частотах, так как Rвх имеет большое значение. Спад из-за наличия Спар наблюдается при относительно больших частотах, так как Rвых - иизкоомное. Таким образом, схема о ОК – самая широкополосная из основных трех схем включения транзисторов.

9. Фазочастотная характеристика Δφ=Δφ(f) отлична от нуля на низких частотах (Δφ>0) и на высоких частотах (Δφ<0).

Амплитудная, амплитудно-частотная и Фазочастотная характеристики схемы с общим коллектором приведены на рис. 2:2 (кривые 3).