Характеристик транзистора: а – выходных; б – входной

Поскольку в режиме усиления входного сигнала токи в напряжения транзистора состоят из суммы постоянных и переменных составляющих, то линия нагрузки по переменному току тоже пройдет через точку покоя П. И поскольку R_кн < R_к, то линия будет находиться под углом g_н = arcctgR_кн, большим, чем угол g. Для ее построения на оси абсцисс отмечают точку 3, где формально напряжение равно сумме U_кн + I_кпR_кн, и через нее и точку Ппроводят прямую (штриховая линия 3–4 на рисунке 3, а).

С целью упрощения расчетов принцип действия каскада ОЭ рассмотрим при отключенной нагрузке R_н (режим холостого хода по переменному току). При подаче на вход каскада переменного напряжения u_вх переменный ток базы i _б будет изменяться в соответствии с входной характеристикой (рисунок 3, б). Одновременно с этим и по такому же закону станет менять свои значения переменный ток коллектора. Так, например, при увеличении амплитуды входного напряжения возрастет ток базы i _б. Поскольку ток коллектора i _к = h₂₁ i _б (h₂₁составляет 50...75), то он тоже возрастет. В результате увеличивается падение переменного напряжения на резисторе R_к(ведь U_R_к = i _кR_к), а переменное напряжение на коллекторе u_кэ = u_вых = Е_к – i _кR_к уменьшается. При уменьшении же входного напряжения картина меняется на обратную. Из проведенного анализа следует, что каскад ОЭ наряду с усилением мощности изменяет фазу входного сигнала на 180° (рисунок 3).

Точно таким же образом работает схема и при подключении нагрузки R_н, однако переменный коллекторный ток при этом распределяется между резисторами R_к и R_н, что естественно снижает усиление.

При использовании каскада ОЭ для усиления мощности необходимо учитывать параметры предельно допустимых режимов работы транзистора. Таких параметров три и они строятся на выходных характеристиках (рисунок 3, а). Кривая допустимой мощности рассеяния строится по формуле Р_кдоп = U_кэI_ки представляет собой гиперболу, а линии допустимых коллекторного тока I_кдоп и напряжения коллектор-эмиттер (U_кдоп — прямые, параллельные осям координат.

Рисунок 4 – Эквивалентная схема каскада ОЭ

В целях исключения искажений формы выходного сигнала необходимо обеспечить такой режим работы транзистора, чтобы рабочая точка, перемещаясь по линии нагрузки, не выходила за пределы напряжения насыщения (∆U_нас =0,3...0,7 В).

Основные показатели усилительного каскада ОЭ обычно рассчитывают с помощью h-naраметров транзистора, используя эквивалентную схему каскада ОЭ (рисунок 4), основой которой является схема замещения транзистора (обведена штриховой линией). В упрощенной схеме замещения транзистор формально представляется активным линейным четырехполюсником, на входе которого действуют напряжение U_вх и ток I_вх, а на выходе – напряжение U_вых и ток I_н.

Указанные величины представлены действующими значениями, связанными с известными амплитудными формулами: ,

В схеме резистор h₁₁ отражает входное сопротивление, эквивалентный генератор тока h₁₁I_б – усилительные свойства, а сопротивление 1/ h₂₂ – величину, обратную выходной проводимости транзистора. Отметим, что в эквивалентной схеме не показаны конденсаторы и источник питания, так как их сопротивления по переменному току близки к нулю. Поэтому резисторы R_ки R_н включены непосредственно между эмиттером и коллектором. Сопротивление R_б = R₁ R₂ показывает наличие базового делителя, резисторы R₁, R₂которого по переменному току соединены параллельно. Формулы для расчета сопротивлений R₁и R₂ нетрудно получить из схемы рисунка 4.