Каскад с общим эмиттером

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером на основе npn-транзистора (Схема с заземленным эмиттером)

При включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу относительно эмиттера, а выходной сигнал снимается с коллектора относительно эмиттера. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°). Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, потому что усиливается и ток, и напряжение.

Описание[править | править код]

Биполярные транзисторы, в отличии от полевых транзисторов, токовые приборы, они управляются током базы. Напряжение на переходе база-эмиттер при этом остаётся почти постоянным и зависит от материала полупроводника, для германия около 0,2 В, для кремния около 0,7 В, но на сам каскад подаётся управляющее напряжение. Ток базы, коллектора и эмиттера и другие токи и напряжения в каскаде можно вычислить по закону Ома и правилам Кирхгофа для разветвлённой многоконтурной цепи.

Токи в транзисторе связаны нижеследующими соотношениями:

по правилу Кирхгофа для узлов алгебраическая сумма всех трёх токов () равна нулю

где

 — коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером,
 — коэффициент передачи тока эмиттера.
  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]
  • Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб

Достоинства:

  • Большой коэффициент усиления по току
  • Большой коэффициент усиления по напряжению
  • Наибольшее усиление мощности
  • Можно обойтись одним источником питания
  • Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

  • Худшие частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

Простейший усилительный каскад с общим эмиттером[править | править код]

Рис. 1. Простейший каскад с общим эмиттером и его подключение к источнику сигнала и нагрузке

На рис. 1 изображён простейший каскад с общим эмиттером и его подключение к источнику сигнала и нагрузке.

Каскад состоит из

  • биполярного транзистора VT1;
  • резистора RБ, который задаёт точку покоя каскада по постоянному току;
  • резистора RК, который преобразует меняющийся ток коллектора в синхронно изменяющееся напряжение на коллекторе, а также участвует в задании напряжения покоя на коллекторе.

Для удаления постоянной составляющей входного сигнала источник подключается ко входу каскада через разделительную ёмкость CР1. С той же целью выход каскада подключается к нагрузке RН через ёмкость CР2. Поскольку ёмкости вносят во входную и выходную цепи дополнительное реактивное сопротивление, они искажают сигнал, однако выбором достаточно больших величин ёмкости эти искажения сводятся к минимуму. Нагрузка, изображённая в виде сопротивления RН может представлять собой устройства различного назначения — динамик, индикатор, вход другого усилительного каскада и т. д.

Режим работы каскада[править | править код]

В активном режиме транзистор VT1 открыт, напряжение на базе относительно эмиттера UBE меняется слабо и составляет примерно 0,2 В для германиевых и 0,7 В для кремниевых транзисторов. Примерное постоянство напряжения UBE объясняется тем, что зависимость UBE(IB) логарифмическая, и в широком диапазоне изменении тока базы IB напряжение UBE меняется очень мало.

С учётом этого в режиме напряжение на коллекторе при фиксированном RС полностью определяется сопротивлением RB:

где β — коэффициент усиления по току транзистора VT1 в схеме с общим эмиттером.

Таким образом, чтобы в режиме покоя обеспечить на коллекторе напряжение UC, при известном RC необходимо взять сопротивление в цепи базы RB равным

Входное и выходное сопротивления каскада[править | править код]

Входное Rin и выходное Rout сопротивления каскада равны

где rB и rC — сопротивления базы и коллектора транзистора соответственно (справочные величины).

Усиление сигнала[править | править код]

Сигнал источника UG поступает на вход каскада через последовательно соединённые внутреннее сопротивление источника RG и входное сопротивление каскада Rin, создавая входной ток

Учитывая, что по переменному току нагрузкой в цепи коллектора является сопротивление

выходное напряжение каскада можно записать как

а коэффициент усиления по напряжению

Усилительный каскад с общим эмиттером[править | править код]

При положении рабочей точки в середине входных величин на проходной характеристике каскад с ОЭ имеет одно центральное устойчивое состояние, отклонения от центрального состояния и крайние состояния — неустойчивы, каскад при этом является усилителем гармонических сигналов.

Переключательный каскад с общим эмиттером[править | править код]

При смещении рабочей точки в одно из двух крайних состояний на проходной характеристике каскад с ОЭ имеет два устойчивых крайних состояния и неустойчивое центральное состояние, каскад при этом является переключательным, работает в ключевом режиме, как реле (закрыт, открыт) и применяется как инвертор в логических элементах. Как и контактные группы реле, переключательные каскады могут быть нормально закрытыми (разомкнутыми) и нормально открытыми (замкнутыми), это определяется положением рабочей точки на проходной характеристике.

См. также[править | править код]

Ссылки[править | править код]