Каскад с общим эмиттером
В простейшем каскаде с ОЭ входной сигнал подаётся на базу, а цепь эмиттера подключена к общему проводу. Каскады с ОЭ обеспечивают усиление как по току, так и по напряжению. Ток коллектора очень слабо зависит от напряжения на нём, поэтому транзистор со стороны со стороны коллектора в большинстве случаев можно рассматривать как генератор тока Iк с очень большим выходным сопротивлением.
Крутизна
транзистора S=1/(rэ+Rэ), где rэ=fт/Iэ -
диференциальное сопротивление
эмиттерного перехода - выступает в
качестве последовательного
сопротивления во всех схемах,
увеличивает входное и выходное
сопротивление транзистора.
Коэффициент усиления по напряжению
без учёта сопротивления нагрузки Rн
и сопротивления коллектора rк
Кu= -S Rвх= - Rк/(rэ+Rэ).
Знак "минус" говорит об
инверсии сигнала. Это справедливо
при Rк много меньше Rн и rк. В
противном случае необходимо
учитывать их шунтирующее влияние.
rк=1/h22э - выходное сопротивление
коллектора;
h22э - выходная проводимость.
Соответственно при отсутствии Rэ Кu=
-Rк/rэ.
Как видно из приведённой формулы,
каскаду с ОЭ (без принятия
дополнительных мер) свойственны
большие нелинейные искажения, т.к. в
знаменателе есть нелинейная
величина rэ, имеющая сложную
зависимость от тока коллектора.
Уменьшить нелинейные эффекты можно
по следующим направлениям:
- уменьшение влияния rэ путём
установки последовательно с ним
резистора Rэ (местная ООС по току);
- компенсация влияния rэ путём
установки последовательно с Rк
одного или нескольких диодов
динамическое сопротивление
которых равно: rд=fт/Iк, тогда
Кu=(Rк+nrд)/(rэ+Rэ), где n - количество
диодов;
- выбор
оптимального тока коллектора, при
котором минимальны изменения h21э;
- правильный выбор рабочей точки;
- применение местной ООС по
напряжению, которая одновременно
уменьшает влияние ёмкости Ск, так
как шунтирует её:
- выбор
оптимального сопротивления
источника (например, подбором
сопротивления Rп последовательно
со входом;
- уменьшение влияния rэ путём замены
Rк генератора тока (за счёт
стабилизации тока коллектора);
- уменьшение нелинейных эффектов за
счёт применения динамической
нагрузки;
- взаимокомпенсация нелинейных
эффектов за счёт встречной
динамической нагрузки.
Усилительные свойства
транзисторов сохраняются до
напряжения насыщения, которое
может быть в пределах от 0.2...0.3В до
нескольких вольт в зависимости от
тока коллектора. Например, для
маломощных транзисторов при токах
больше 10...20 мА насыщение может
наступать при Uкэ=(1...2)В.
Напряжение Uбэ зависит от
температуры и изменяется на -2.1 мВ/?С.
Поэтому ток коллектора
увеличивается в 10 раз при
увеличении Т? на 30?С. Такая
нестабильность делает смещение
неработоспособным, т.к. даже
небольшое изменение температуры
выводит транзистор в режим
насыщения или отсечки.
Входное сопротивление каскада:
Rвх=Rп+rб+h21э(rэ+Rэ) и имеет ёмкостный
характер.
При отсутствии Rп и Rэ и если
пренебречь rб, то
Rвх=h21э rэ=h21э25/Iк (мА), Ом
Отсюда видно, что Rвх величина не
постоянная, меняется при изменении
входного сигнала, т.к. меняется Iк.
Диапазон изменениявходного
сигнала при Rэ=0, при котором
сохраняется линейный режим, не
превышает 2-fт=50 мВ.
Коэффициент передачи тока h21э не
постоянен и имеет сложную
зависимость для тока коллектора (для
маломощных транзисторов). В
зависимости от типа транзистора
максимум коэффициента передачи
может наступать при токах
коллектора от 1-2 мА для маломощных
транзисторов, до нескольких ампер -
для мощных. В режиме насыщения
наблюдается резкое падение
коллекторного тока независимо от
тока базы, при этом коллекторный
переход оказывается
прямосмещённым.
При
сопротивлении источника сигнала
Rr>Rвх можно считать, что источник
входного сигнала электрически
замкнут накоротко. При этом входной
ток Iвх=Евх/Rr и практически не
зависит от изменяющегося Rвх, где
Евх ЭДС источника сигнала.
Следовательно усиление будет
происходить с малыми нелинейными
искажениями, поскольку зависимость
выходного тока транзистора от
входного практически линейна, хотя
входное напряжение Uвх=IвхRвх -
нелинейно.
Однако не следует думать, что чем Rr
больше Rвх, тем лучше. Для
транзисторного каскада характерна
вполне определённая оптимальная
величина как внутреннего
сопротивления источника сигнала,
так и тока коллектора.Необходимо
также учитывать, что Rк шунтируется
входным делителем каскада.
Ёмкость
коллекторного перехода Ск является
барьерной ёмкостью и зависит от
напряжения на коллекторе, т.е.носит
динамический характер.
Подобно тому как Сэ уменьшается в (Кu+1)
раз в эмиттерном повторителе
благодаря положительной ОС в
каскаде с ОЭ Ск увеличивается во
столько же раз благодаря
отрицательной ОС, что равносильно
подключению параллельно входу
динамической ёмкости Ск (Кu+1). В
большинстве случаев она оказывает
отрицательное влияние, однако
иногда используют и её. В этом и
заключается так называемый эффект
Миллера.
Частоту среза каскада снижает не
только входная динамическая
ёмкость,но и ёмкость нагрузки, в том
числе и монтажа. Расширить полосу
пропускания можно следующим
образом:
- Уменьшить Rн при одновременном
увеличении Iк, т.к. усиление
прямопропорционально Iк/Св;
- применить транзисторы с малыми
ёмкостями переходов;
- отделить нагрузку эмиттерным
повторителем.
Как отмечалось выше, простейший
каскад не обладает
термостабильностью, поэтому
практически не используется. Вот
один из способов так называемой
коллекторной термостабилизации с
приминением отрицательнной
обратной связи по напряжению:
Если взять исходное напряжение Uк равным 0.5Еп, то Rк=0.5Еп/Iк, сопротивление в цепи базы Rб=0.75Еп/Iб=0.5Еп h21э/Iк.