В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входной и выходной цепи, различают схемы включения с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.

    В схеме включения с общей базой (рис. 30) источник сигнала подключен через разделительный конденсатор С_р к эмиттеру транзистора и общему проводу, соединенному с базой. Эмиттерный переход открыт током, текущим от источника G1 через резистор R_э . Коллекторный ток практически равен эмиттерному. Эти токи устанавливаются подбором резистора R_э , но их можно и рассчитать, вычтя из напряжения источника примерно 0,6 В (напряжение база-эмиттер открытого кремниевого n-p-n транзистора) и поделив получившееся напряжение на R_э .

 

    Коллекторная цепь транзистора питается от батареи GB1 через резистор нагрузки R_н . Его сопротивление выбирают таким, чтобы на нем "падало" около половины напряжения коллекторного питания - тогда на выходе можно получить наибольшую амплитуду усиленного сигнала.

    Приведем простой числовой пример расчета режима этого каскада усиления на кремниевом маломощном транзисторе (например, серии КТ315), предположив, что напряжение источника G1 равно 1,5 В, а GB1 - 9 В. Зададимся током транзистора 0,5 мА. Тогда сопротивление эмиттерного резистора составит R_э=(1,5-0,6)xВ/0,5 мА=1,8кОм, а сопротивление нагрузки R_н=4,5В/0,5мА=9кОм.

    Данный каскад не усиливает ток сигнала, поскольку коллекторный ток составляет около 0,99 эмиттерного. Но усиление по напряжению может быть значительным (порядка 100), поскольку в коллекторную цепь включено большее сопротивление. Таким же будет и усиление по мощности. Однако входное сопротивление каскада очень низкое и состаляет всего десятки-сотни Ом - ведь вход усилителя нагружен на открытый эмиттерный переход, потребляющий значительный ток не только от источника питания G1, но и от источника сигнала.

    По этой причине данную схему включения не применяют в усилителях низкой, например звуковой, частоты. Другой недостаток - необходимость двух источников питания. Однако у нее есть и достоинства - отличная температурная стабильность, полное использование частотных свойств транзистора. Тот же широко распространенный и дешевый транзистор серии КТ315, использованный в этой схеме включения, может усиливать сигналы частотой до 250 МГц (граничная частота транзистора). На высоких частотах в качестве нагрузки включают уже не резистор, а колебательный контур. Низкое же входное сопротивление хорошо согласуется со стандартными волновыми сопротивлениями коаксиальных кабелей 50 или 75 Ом.

    Схема включения с общим эмиттером (рис.31) наиболее распространена и дает наибольшее усиление. Здесь источник сигнала включен между базой и эмиттером транзистора через разделительный конденсатор С_р , а для того, чтобы вывести транзистор на рабочий режим, в базу поступает ток смещения от источника G1 через резистор R_б . Ток смещения равен напряжению источника, уменьшенному на 0,6 В и поделенному на сопротивление резистора R б . Коллекторный ток (он в h_21Э раз больше тока базы) поступает от батареи GB1 и проходит через резистор нагрузки R_н , на котором и выделяется усиленный сигнал. Сопротивление нагрузки выбирают так, чтобы напряжение на коллекторе составило примерно половину напряжения батареи.

    Входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером примерно в h_21Э , т.е. в 30...200 раз больше, чем в предыдущей схеме, и составляет для маломощных транзисторов несколько килоом. Такой каскад будет усиливать как ток, так и напряжение. Если, например, сопротивление нагрузки равно входному сопротивлению транзистора, то оба коэффициента усиления, как по току, так и по напряжению, на низких частотах составят значение, практически равное h_21Э . На высоких частотах модуль (абсолютная величина) коэффициента передачи тока уменьшается до величины, примерно равной отношению граничной частоты транзистора к частоте усиливаемого сигнала. Так, например, транзистор КТ315А с граничной частотой 250 МГц будет иметь на частоте сигнала 100 МГц модуль коэффициента передачи тока всего 2,5.

    На практике нет нужды использовать отдельный источник смещения G1 - нижний по схеме вывод резистора R_б можно подключить к плюсовому выводу батареи GB1 - так делают в некоторых простейших конструкциях усилителей, предлагаемых начинающим радиолюбителям. Мы же собирать усилители по такой схеме не советуем, поскольку стабильность, в том числе и температурная, окажется низкой. Дело в том, что коэффициент передачи тока сильно зависит от режима транзистора и температуры. Если, например, h_21Э возрастет, то при том же токе базы (а он задан резистором R_б ) возрастет и коллекторный ток, что приведет к снижению коллекторного напряжения и искажениям сигнала - ограничению нижних полуволн. Таким образом, нужна температурная стабилизация тока коллектора.

    В простейшем случае стабилизация режима транзистора достигается подключением резистора смещения R_б между базой и коллектором, как показано на рис. 32. Поскольку коллекторное напряжение должно равняться половине напряжения питания, то таким же будет и падение напряжения на нагрузке R_н , вызванное током коллектора. Ток базы в h_21Э раз меньше, следовательно, сопротивление резистора R_б должно быть во столько же раз больше сопротивления нагрузки.

    Расчет этого усилительного каскада крайне прост: I_к=U_пит/2R_н ; R_б=h_21ЭxR_н . Стабилизация режима происходит следующим образом. Предположим, что коллекторный ток по каким-то причинам возрос. В этом случае увеличится и падение напряжения на резисторе R_н, а коллекторное напряжение уменьшится. Соответственно, меньшим станет и ток базы, то же произойдет и с коллекторным током. Дестабилизирующее влияние будет частично скомпенсировано.

    У схемы включения, показанной на рис. 32, очевидное достоинство - простота. Но есть и недостаток - через резистор R_б возникает отрицательная обратная связь (ООС), несколько снижающая входное сопротивление, а также усиление каскада. Однако ООС играет при этом и положительную роль, стабилизируя режим и уменьшая искажения усиливаемого сигнала.

    Третья схема включения - с общим коллектором (рис. 33). В ней батарея питания и резистор нагрузки как бы поменялись местами, и выходной сигнал снимается не с коллектора, а с эмиттера транзистора. Расчет режима каскада по постоянному току остается прежним (как для рис. 32), и его стабилизация осуществляется точно так же. Однако для переменного тока усиливаемого сигнала произошли существенные изменения: теперь между базой и эмиттером транзистора действует не только входное напряжение источника сигнала, но и выходное напряжение, выделяющееся на сопротивлении нагрузки! Иногда говорят, что в этой схеме достигается 100% ООС по напряжению. Разберем работу каскада подробнее.

    Напряжение сигнала между базой и эмиттером U_бэ=U_вх-U_вых , но в то же время очевидно, что U_бэ=U_вых/К, где К - коэффициент усиления каскада с ОЭ (C100). Приравнивая два выражения, получаем U_вых=КU_вх/(К+1), т.е. выходное напряжение составляет около 0,99 входного. Практически оно его повторяет, поэтому и транзисторный каскад, включенный по схеме с общим коллектором, называют эмиттерным повторителем. Он имеет и другие интересные свойства. Выходное сопротивление эмиттерного повторителя мало, поскольку выходное напряжение повторяет входное и на нем мало сказываются изменения нагрузки. По этой причине эмиттерные повторители очень часто используют в качестве оконечных усилителей, работающих на самые разные нагрузки: громкоговорители, телефоны, длинные линии и т.д.

    В то же время входное сопротивление эмиттерного повторителя велико - оно примерно в h_21Э раз больше сопротивления нагрузки. Действительно, посмотрев еще раз на рис. 33, можно убедиться, что входной ток, потребляемый от источника сигнала, - это ток базы, который в h_21Э раз меньше эмиттерного тока, текущего в нагрузку. А входное и выходное напряжения сигнала примерно равны. Используя закон Ома, получаем R_вх=h_21ЭxR_н . Отсюда следует другое применение эмиттерного повторителя - его устанавливают на входе усилительных устройств при работе от высокоомного источника сигнала.

    Итак, эмиттерный повторитель является усилителем тока: его коэффициент передачи напряжения близок к единице, а коэффициент передачи тока близок к h_21Э . Желание увеличить последний привело к появлению схем составных транзисторов, наиболее известной из которых является схема Дарлингтона (рис. 34,а). В ней эмиттерный ток первого транзистора служит базовым током второго, в результате общий коэффициент передачи тока равен произведению h_21Э обоих транзисторов. Он может достигать нескольких тысяч. Составной транзистор включают точно так же, как и обычный, - его эмиттер, база и коллектор обозначены буквами на рисунке.

    Недостаток схемы Дарлингтона в том, что пороговое напряжение открывания составляет уже не 0,6 В, как у обычного кремниевого транзистора, а вдвое больше - 1,2 В. Этот недостаток устранен в схеме составного транзистора, показанной на рис. 34,б. В ней используются транзисторы разной структуры, а для управления током второго транзистора (р-n-р) служит коллекторный ток первого. В остальном свойства этого транзистора такие же, как и у предыдущего.

В. Поляков

http://www.chipinfo.ru/literature/radio/199912/p43_44.html