Динамический режим работы каскада с общим эмиттером

Характеристики каскада с общим эмиттером при усилении переменного синусоидального сигнала рассмотрим на примере схемы рис.1.21. Разделительные конденсаторы С_р1 и С_р2 установлены, чтобы исключить влияние нагрузки и источника сигнала на режим работы каскада по постоянному току, причем величина емкостей такова, что в диапазоне средних частот Х_Ср1 = Х_Ср2 = Х_Сэ 0. При анализе схемы принимаем, что внутреннее сопротивление источника питания равно нулю. Тогда каскад с общим эмиттером (ОЭ) рис.1.21 при усилении переменного сигнала можно представить в виде эквивалентной схемы замещения рис. 1.22.

Рисунок 1.21 - Каскад с общим эмиттером

Сопротивления R₁ и R₂ по переменному току включены параллельно между базой и эмиттером (R₁ || R₂), т.к. резистор R₁ соединяется с выводом эмиттера через источник питания, а R_К и R_Н включены параллельно между коллектором и эмиттером транзистора. В схеме рис. 1.22 резисторы r_б, r_Э и r_К(Э) представляют собой дифференциальные сопротивления базы, эмиттерного и коллекторного переходов соответственно, I_б – эквивалентный источник тока, а CК(Э) - емкость коллекторного перехода.

Рисунок 1.22 - Эквивалентная схема замещения каскада с общим эмиттером

Входное сопротивление каскада ОЭ определяется параллельно включенными делителем в цепи базы и входным сопротивлением транзистора:

R_ВХ = R₁ || R₂ || r_вх

Если не учитывать шунтирующего действия коллекторной цепи (т.к.r_к >> r_э), то для входной цепи можно записать:

U_бэ = I_б r_б + I_э r_э

С учетом того, что Iэ = ( + 1)I_б:

U_бэ = I_б [ r_б + ( + 1) r_э ]

а разделив левую и правую часть уравнения на I_б получим входное сопротивление транзистора:

С учетом реальных справочных значений r_б, r_э и , а также принимая во внимание, что в реальных схемах обычно выбирают R₁ || R₂ >/= (2 - 5) r_вх, значение входного сопротивления каскада ОЭ не превышает 1 - 3 кОм. Коэффициент усиления каскада по току определяется как:

Из эквивалентной схемы замещения:

I_б r_вх = I_вх R_вх

откуда:

Ток нагрузки может быть найден путем анализа выходной цепи эквивалентной схемы рис. 1.22. Так как сопротивление rЭ весьма мало по сравнению с сопротивлениями элементов выходной цепи, можно записать:

I_Н R_Н = I_б (r_к(э) || R_К || R_Н)

и

Подставляя в выражение для коэффициента усиления по току значения входного тока и тока нагрузки, с учетом того, что r_К(Э) >> R_К || R_Н, находим:

Таким образом, коэффициент усиления по току каскада с общим эмиттером пропорционален коэффициенту транзистора, зависит от шунтирующего действия входного делителя и величины сопротивлений R_К, R_Н. Для ориентировочной оценки К_I можно принять R_ВХ r_ВХ, тогда коэффициент усиления по току:

т.е. он довольно велик и стремится в пределе к коэффициенту усиления транзистора при RК || RН.

Коэффициент усиления по напряжению схемы ОЭ:

Подставив в полученное выражение значение коэффициента усиления по току, получим:

Коэффициент усиления каскада по напряжению тем больше, чем выше коэффициент транзистора и сопротивление выходной цепи по сравнению с сопротивлением входной цепи. В частности, коэффициент усиления по напряжению возрастает с уменьшением внутреннего сопротивления источника сигнала.

Выходное сопротивление каскада относительно выходных зажимов определяется как:

R_ВЫХ = R_К || r_К(Э)

Поскольку r_К(Э) >> R_К, выходное сопротивление каскада ОЭ определяется только величиной R_К.

Следует отметить также, что усилительный каскад ОЭ осуществляет поворот по фазе выходного напряжения относительно входного на 180⁰.