Каскад с общим эмиттером

На рис.35, а приведена простейшая схема каскада ОЭ. Входной сигнал поступает от источника синусоидального напряжения е_г. Конденсатор С1 не пропускает постоянный ток от источника Е_к в цепь источника сигнала е_г и предотвращает шунтирование входной цепи транзистора источником сигнала. С другой стороны, этот конденсатор не пропускает постоянную составляющую тока источника сигнала на вход транзистора. Нагрузка R_н присоединяется к коллектору транзистора через конденсатор С2 и к общей шине. Конденсатор С2 не пропускает в цепь нагрузки постоянную составляющую тока коллектора. Сопротивления R1, R2 используются как делитель напряжения и предназначены для выбора рабочей точки на входной характеристике транзистора. Сопротивление R_э служит для ограничения нестабильности режима покоя, стабилизирующее действие которого осуществляется за счет отрицательной обратной связи по постоянному току. При отсутствии сигнала на входе каскада в цепи коллектора протекает постоянный ток I_к, значение которого зависит от напряжения источника питания Е_к сопротивления резистора R_к и постоянного тока в цепи базы I_б. Баланс напряжения для этого режима:

U_кэ+I_кR_к+I_эR_э=U_кэ+I_к(R_к + R_э)=Е_к .

Данное уравнение представляет собой уравнение прямой линии проходящей через точки с координатами U_кэ=Е_кI_к=0 и U_кэ =0, I_к= . Эта линия называется линией нагрузки по постоянному току. Построив в одной и той же системе координат выходные характеристики транзистора I_к =f(U_кэ) и линию нагрузки по постоянному току, как показано на рис.35. По координатам точки пересечения выходной характеристики, соответствующей току базы I_б и линии нагрузки, находим ток коллектора I_к и напряжение коллектор - эмиттер U_кэ.

При увеличении тока коллектора повышается напряжение на R_э и потенциал эмиттера относительно общей точки (потенциал базы задается делителем напряжения R1, R2). Это приводит к снижению напряжения U_бэ и уменьшению тока базы I_б, а следовательно, к уменьшению тока коллектора I_к. Ток коллектора I_к и напряжение U_кэ приближаются к первоначальным значениям. Для того чтобы исключить обратную связь по переменному току, резистор R_э шунтируется конденсатором С3. Емкость конденсатора должна быть достаточна большой, чтобы можно пренебречь падением напряжения от переменной составляющей тока.

При выборе резистора R_э принимается во внимание, что увеличение его сопротивления увеличивает стабильность схемы, однако сопротивление R_э нельзя чрезмерно увеличивать, так как при этом требуется повышение напряжения источника питания.

Ток коллектора и ток базы транзистора связаны соотношением I_б=I_кп/β. При включении на входе каскада источника синусоидального напряжения е_г между базой и эмиттером транзистора появляется синусоидальное напряжение U_вх, которое накладывается на постоянное напряжение U_б. Под влиянием напряжения U_вх в цепи базы появляется переменная составляющая тока I_б, которую можно найти по входной характеристике транзистора рис.35. Переменная составляющая тока в цепи базы I_б вызывает появление переменной составляющей тока в цепи коллектора I_к=βI_б.

Баланс напряжения в цепи источника Е_к при наличии переменного напряжения на входе усилителя и при отсутствии нагрузки:

I_кпR_к + I_к~R_к+U_кп+U_вых. =Е_к,

где U_вых. – переменная составляющая напряжения на транзисторе.

Из рис.35 видно, что при повышении потенциала базы (напряжения на входе U_вх.) увеличивается переменная составляющая тока базы I_б. В свою очередь, увеличение тока I_б приводит к увеличению тока I_к. Напряжение на выходе каскада ОЭ находится в противофазе с напряжением на его входе U_вых.= - I_кR_к .

При наличии на выходе каскада нагрузки U_вых.= -I_кR_{к н} переменная составляющая тока коллектора I_к распределяется между резистором U_вых.= -I_кR_к и U_вых.= -I_кR_{к н} , которые для переменного тока включены параллельно (внутреннее сопротивление источника напряжения Е_к считаем равным нулю).

Связь между переменным напряжением U_вых на транзисторе и током I_к можно найти графически, используя линию нагрузки по переменному току. При R_н =∞ линия нагрузки по переменному току совпадает с линией нагрузки по постоянному току. Мгновенные значения тока коллектора I_к и напряжения U_кэ на транзисторе находится по точкам пересечения линии нагрузки по переменному току с выходными характеристиками транзистора