Схемы включения транзисторов и их коэффициенты усиления по переменному току

При анализе усилительных свойств транзисторов схемы включения их для усиления переменных сигналов можно рассматривать без источников питания, так как по сравнению с другими сопротивлениями схемы сопротивления источников питания оказываются весьма незначительными.

Рассмотрим три возможных схемы включения транзисторов (рис. 8.1, 8.2 и 8.3).

Схема с общей базой «ОБ» (рис. 8.1, а) названа так потому, что базовый электрод транзистора VT является общим для входной и выходной цепей транзистора. В схеме с общей базой входной ток равен току эмиттера /э, который обычно на один-два порядка больше тока базы /& поэтому входное сопротивление транзистора мало. Усиление по току отсутствует, так как 1к<1э-

С учётом соотношений (6.1) определим коэффициенты усиления по переменному току для всех трёх схем включения транзисторов.

Коэффициент усиления по току:

Усиления по току не происходит, так как K_t < 1.

Коэффициент усиления по напряжению :

Определим R_ex:

Rh ~10 000 Ом, т. е. R/i «Rje-

Усиление по напряжению происходит, так как К_и >1.

Коэффициент усиления по мощности:

Усиление по мощности происходит, так как Кр >1.

Схема с общей базой применяется в некоторых усилителях с трансформаторной связью между каскадами. Недостатком схемы является трудность согласования большого выходного сопротивления предыдущего каскада с малым входным сопротивлением последующего каскада.

Схема с общим эмиттером «ОЭ» (рис. 8.1, б) является наиболее распространенной схемой включения транзистора. Во входной цепи проходит сравнительно маленький ток базы is, поэтому входное сопротивление транзисторов VT в схеме ОЭ достаточно велико. Выходное сопротивление меньше, чем в схеме с общей базой, что позволяет осуществить согласование между каскадами усилителя без применения согласующих трансформаторов. Недостатком схемы является повышенный уровень нелинейных искажений.

Рис. 8.1 Схемы включения транзисторов:

а — с общей базой; б — с общим эмиттером; в — с общим коллектором; (R_H — сопротивление нагрузки, Robсопротивление между эмиттером и базой).

Коэффициент усиления по току:

Ток в схеме с общим эмиттером усиливается, так как К>1. Коэффициент усиления по напряжению:

Определим R_ex:

так как = R_3S. h

Подставив R_ex из (8.3) в уравнение (8.2) получим:

так как Rh «Rse, то напряжение в схеме с общим эмиттером усиливается, К_и >1.

Коэффициент усиления по мощности:

Мощность также усиливается, так как Кр>1.

Схема с «ОЭ» широко применяется в усилительных каскадах, так как усиливаются ток, напряжение и мощность.

Схема с общим эмиттером «ОЭ», называемая также «усилителем напряжения» или «инвертором», изображена на рис. 8.2.

В данной схеме эмиттер соединён с землёй, поэтому изменение напряжения на базе от 0 до 0,4 В (что то же самое, что и изменение 1/бэ) приведёт к изменению выходного напряжения на коллекторе транзистора Uk от +U до -0 В.

Усилителем напряжения эту схему называют потому, что коэффициент усиления входного сигнала К_и «1. Типовое значение К_и составляет 30 + 120.

Если на вход инвертора подать электрический сигнал в виде прямоугольного импульса, то на выходе получим также прямоугольный импульс, но «перевёрнутый» на 180°.

Схема с общим коллекторам «ОК» (рис. 8.1, в) отличается малым выходным сопротивлением, так как в выходной цепи течет ток эмиттера г’э. Входное сопротивление большое, так как входным является ток базы. Схема с общим коллектором, называемая «эмиттерным повторителем», применяется в качестве согласующего элемента между нагрузкой с малым сопротивлением и выходом предыдущего каскада, обладающим большим выходным сопротивлением. Усиления по напряжению транзистор в схеме с общим коллектором не даёт.

Коэффициент усиления по току:

Усиление тока происходит, так как Kj>l.

Коэффициент усиления по напряжению:

Определим R_ex из второго закона Кирхгофа для замкнутой цепи (рис. 8.1, в):

Рис. 8.2. Схема с общим эмиттером.

Рис. 8.3. Схема с общим коллектором.

откуда:

так как Rje^<< Rh, то.

Подставив R_ex из (8.5) в уравнение (8.4), получим:

Напряжение в схеме с «ОК» не усиливается, так как К_и=1. Схема работает как согласующий усилитель.

Коэффициент усиления по мощности:

Мощность схемы усиливается, так как Кр>1.

Схема с общим коллектором используются как согласующие усилители с большим входным сопротивлением.

Схема с общим коллектором, называемая также «эмиттерным повторителем» или «усилителем мощности», изображена на рис. 8.3.

В данной схеме для того, чтобы транзистор был «открыт», напряжение, на базе Ue должно быть на 0,4 В больше напряжения на эмиттере l/э. Из этого следует, что если Ue будет равно 0, то напряжение на эмиттере Оэ также будет равно 0. Если на базу подать напряжение + Ue (Ue > 0,4 В), то напряжение на эмиттере будет равно (/э = Ue — Ues, где Ues изменяется в диапазоне от 0 до 0,4 В. Таким образом, напряжение на эмиттере С/э «повторяет» с точностью до Ue3 напряжение на базе Ue.

Коэффициент усиления эмиттерного повторителя К_и<1. Типовое значение К_и составляет 0,8−0,95. Усилителем мощности данную схему называют потому, что мощность выходного сигнала Р_вЬ1Х, получаемого на нагрузке Ян, может быть значительно больше мощности входного сигнала Р_вх.

так как 1э"1б. то Р_вьис" Р_вх-

Если на вход повторителя подать электрический сигнал в виде прямоугольного импульса, то на выходе получим так же прямоугольный импульс, по форме повторяющий входной сигнал.

В табл. 8.1 приведены соотношения для коэффициентов усиления трёх схем включения транзисторов.