5. Сравнение схем усилителей по параметрам

В схемах усилителя может быть использовано включение транзистора как по схеме с общим эмиттером (ОЭ), так и по схеме с общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК). Перечисленные схемы изображены на рисунках 11, 12 и 13 соответственно.

Сравним эти схемы по основным параметрам усилителей: коэффициенту усиления по току К_I, напряжению К_U, мощности К_P , входному и выходному сопротивлениям, (последнее важно при построении многокаскадных схем при их согласовании).

В схеме усилителя с ОБ (рисунок 12) постоянное напряжение смещения на базу подается делителем на сопротивлениях R1 и R2, а конденсатор С_Б заземляет базу по переменному току. Сопротивление R_Э создает путь постоянному току в цепи эмиттера.

Рисунок 12 Схема усилителя с ОБ.

В схеме усилителя с ОК (рисунок 13) конденсатор С_К заземляет коллектор по переменному току. Сопротивление R_H является общим для входной и выходной цепей, поэтому в схеме создается отрицательная обратная связь по напряжению.

Рисунок 13 Схема усилителя с ОК

Схема с ОБ.

Коэффициент усиления по току К_I = I_ВЫХ /I _ВХ

К_I = I _К / I _Э = α <1

α – коэффициент передачи тока эмиттера.

Коэффициент усиления по напряжению К_U == U_ВЫХ /U _ВХ

К_U = I_K R _Н /I _Э r_ВХ = α ( R _Н / r_ВХ ) ≈ R _Н / r_ВХ >> 1,

где r_ВХ - сопротивление перехода эмиттер-база транзистора переменному току и составляет 10…100 Ом.

Сопротивление резистора в коллекторной цепи R _Н имеет порядок десятков кОм, поэтому К_U в схеме составляет 10…100.

Коэффициент усиления по мощности К_Р = К_U К_I

К_Р ≈ К_U

Входное сопротивление R_ВХ= U _ВХ / I _ВХ

R_ВХ = U _ЭБ / I _Э = I _Э r_ВХ / I _Э = r_ВХ. r_ВХ ≈ 20….50 Ом

Выходное сопротивление R_ВЫХ = U_ВЫХ / I_ВЫХ

R_ВЫХ = I _К R _Н / I _К ≈ R _Н - десятки кОм.

Фаза выходного сигнала в схеме с ОБ совпадает с фазой входного, так как при увеличении положительного напряжения на эмиттере, ток эмиттера уменьшается, а, следовательно, уменьшается ток коллектора и увеличивается напряжение на коллекторе.

Схема с ОЭ.

Коэффициент усиления по току К_I = I_ВЫХ /I _ВХ

К_I =I _К / I _Б = α /(1- α) = β>> 1; β= 10…1000.

β – коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ.

Входное сопротивление R_ВХ= U _ВХ / I _ВХ

R_ВХ = U _{Б Э}/ I _Б = I _Э r_ВХ / I _Э(1- α) =(1+ β) r_ВХ , сотни Ом;

Коэффициент усиления по напряжению К_U == U_ВЫХ /U _ВХ

U _ВХ = R_ВХ I _Б

К_U =I_K R_Н /I_Б (1+ β) r_ВХ = β R _Н /(1+ β) r_ВХ ≈ R _Н / r_ВХ >> 1,

имеет примерно такое же значение, как в схеме с ОБ.

Коэффициент усиления по мощности К_Р = К_U К_I

К_Р ≈ К_U К_{I ,} может составлять 10³ …10⁴

Выходное сопротивление R_ВЫХ = U_ВЫХ / I_ВЫХ

R_ВЫХ ≈ R _Н , сотни Ом.

Выходной сигнал в схеме с ОЭ находится в противофазе со входным сигналом (см. рисунок 8).

Схема с ОК.

Коэффициент усиления по току К_I = I_ВЫХ /I _ВХ

К_I =I _Э / I _Б = 1 /(1- α) = (1+ β) =γ >> 1, γ- коэффициент передачи тока базы в схеме с ОК, несколько больший, чем в схеме с ОЭ.

Коэффициент усиления по напряжению К_U == U_ВЫХ /U _ВХ

К_U = (U_ВХ - U _{Б Э}) /U _ВХ =1 - U _{Б Э}/U _ВХ <1

Коэффициент усиления по мощности К_Р = К_U К_I

К_Р ≈ К_I

Входное сопротивление R_ВХ= U _ВХ / I _ВХ

R_ВХ = U _ВХ/ I _Б = (U _{Б Э} + I_Э R_Н ) / I _Б = U _{Б Э} / I _Б + I_Э R_Н / I _Б =

= R_{ВХ ОЭ} + I_Э R_Н / I _Э(1- α) = R_{ВХ ОЭ} + R _Н (1+ β) - сотни кОм.

Выходное сопротивление R_ВЫХ = U_ВЫХ / I_ВЫХ

R_ВЫХ = U_ВЫХ /I _Э =(U_ВХ - U _{Б Э})/ I_Б (1+ β) = R_{ВХ ОК} /(1+ β) - R_{ВХ ОЭ}/(1+ β) , т.е единицы Ом.

Так как схема не дает усиления по напряжению, а фаза сигнала на сопротивлении нагрузки, включенном в цепь эмиттера, совпадает с фазой входного сигнала, эту схему называют эмиттерным повторителем (ЭП).

Итак, из сравнения параметров можно сделать следующие выводы:

-самый малый коэффициент усиления по току - в схеме с ОБ, самый большой - в схеме с ОК; схема с ОЭ дает усиление по току больше, чем схема с ОБ, но меньше, чем схема с ОК;

-схема с ОБ дает самое большое усиление по напряжению, схема с ОК не усиливает входной сигнал, в схеме с ОЭ усиление по напряжению несколько меньше, чем в схеме с ОБ;

-самое большое усиление по мощности обеспечивает схема с ОЭ;

-схема с ОБ имеет очень малое входное сопротивление, что затрудняет ее использование в многокаскадных схемах;

-схема с ОК имеет самое большое входное сопротивление и самое малое выходное, поэтому эту схему используют как трансформатор сопротивлений для согласования в многокаскадных усилителях и при работе на низкоомную нагрузку;

-схема с ОЭ имеет малую разницу между входным и выходным сопротивлением, что облегчает согласование усилительных каскадов между собой.