Одиночный каскад усиления на биполярном транзисторе с общим коллектором

Схему рис. 10.27а называют каскадом с общим коллектором (ОК), потому что коллекторный вывод транзистора по переменному току является общим электродом для входной и выходной цепей каскада. Схема также называется эмиттерным повторителем, т.к. выходное напряжение, снимаемое с эмиттера транзистора близко по величине входному напряжению (Uвых = Uвх + Uбэ Uвх) и совпадает с ним по фазе.

Расчет каскада по постоянному току проводят аналогично со схемой ОЭ. Резистор Rэ в схеме выполняет ту же функцию, что и резистор Rк в схеме ОЭ – создание изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, по цепи базы. Конденсаторы Ср1 и Ср2 являются разделительными, а резисторы R1 и R2 предназначены для задания рабочей точки, причем для повышения входного сопротивления резистор R2 в схему часто не вводят.

Входное сопротивление каскада ОК определяется параллельно включенными сопротивлениями R1, R2 и сопротивлением входной цепи транзистора rвх:

Rвх = R1 || R2 || rвх

Из эквивалентной схемы замещения рис. 10.27б можно найти:

Uвх = Iб [rб + (1 + B)(rэ + Rэ || Rн)]

а разделив левую и правую часть уравнения на Iб получим:

rвх = rб + (1 + B)(rэ + Rэ || Rн)

Если принять, что rэ и rб значительно меньше других составляющих полученного выражения, то входное сопротивление транзистора, включенного по схеме ОЭ

rвх = (1 + B)(Rэ || Rн),

а входное сопротивление каскада ОК:

Rвх = R1 || R2 || (1 + B)(Rэ || Rн)

При достаточно высокоомном входном делителе и транзисторе с высоким входное сопротивление каскада может достигать десятков-сотен кОм, что является одним из важнейших достоинств каскада ОК.

Коэффициент усиления по току можно определить, используя эквивалентную схему замещения, аналогично каскаду ОК.

Ток нагрузки является частью эмиттерного тока транзистора, поэтому:

откуда:

Выразив аналогично схеме ОЭ ток базы через входной ток каскада получаем:

Разделив левую и правую часть уравнения на Iвх имеем:

т.е. коэффициент усиления каскада ОК зависит от соотношений Rвх и rвх, а также Rэ и Rн. Если предположить, что Rвх rвх, имеем;

Таким образом, каскад ОК обеспечивает усиление по току, причем при Rэ = Rк и одинаковых значениях Rн коэффициенты усиления по току в схемах ОК и ОЭ примерно одинаковы. Коэффициент усиления по напряжению аналогично схеме ОЭ может быть определен как:

После подстановки значения КI:

Для оценки коэффициента усиления каскада ОК по напряжению примем Rвх >> Rг и считаем делитель в цепи базы достаточно высокоомным. Это позволяет принять и получить КU 1. Точный расчет дает КU < 1 и в пределе стремится к единице.

Выходное сопротивление каскада ОК представляет собой сопротивление со стороны эмиттера, которое из эквивалентной схемы замещения определяется как:

Выходное сопротивление каскада ОК мало и составляет 10 - 50 Ом, поэтому каскад ОК целесообразно использовать при необходимости согласования выходной цепи усилителя с низкоомным сопротивлением нагрузки.