Усилительный каскад по схеме с общей базой

Усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общей базой, может использовать один или два источника питания. Рассмотрим каскад с ОБ, использующий одним источником питания, принципиальная схема которого приведена на рис. 10.26,а. В этом каскаде для создания оптимального тока базы в режиме покоя I_бо, обеспечивающего работу усилительного каскада на линейном участке входной характеристики, служат резисторы R₁ и R₂. Конденсатор C_б имеет в полосе пропускания усилителя сопротивление много меньше R₂, и падение напряжения на нем от переменной составляющей тока мало, поэтому можно считать, что по переменной составляющей тока база соединена с общей точкой усилительного каскада. Входное напряжение подается между эмиттером и базой через разделительный конденсатор . Выходное напряжение снимается между коллектором и базой через разделительный конденсатор . Резистор R_э служит для прохождения постоянной составляющей тока эмиттера, и для того, чтобы R_э не шунтировало входное сопротивление каскада, оно на два–три порядка выше входного сопротивления каскада.

При подаче на вход рассматриваемого каскада положительной полуволны входного сигнала ток эмиттера и ток коллектора будут уменьшаться. Это приводит к уменьшению падения напряжения на R_к и увеличению напряжения U_кб, что приводит к формированию положительной полуволны выходного напряжения U_вых. Полярности входного и выходного напряжений совпадают, схема не инвертирует входной сигнал.

Анализ работы усилительного каскада с общей базой по входным и выходным характеристикам проводится аналогично анализу работы каскада с ОЭ. Выходные характеристики транзистора в схеме с ОБ более линейны, чем в схеме с ОЭ, поэтому нелинейные искажения в каскаде с ОБ меньше, чем в каскаде с ОЭ.

Расчет параметров усилительного каскада с ОБ по переменному сигналу в области средних частот проводится по эквивалентной схеме, представленной на рис. 10.26,б. На эквивалентной схеме не показаны разделительные конденсаторы , и конденсатор С_б, с помощью которого заземляется база транзистора по переменному току, так как их номиналы выбраны такими, что емкостные сопротивления даже в области низких частот невелики, и при анализе их можно не учитывать.

Входное сопротивление каскада определяется как параллельное соединение R_э и входного сопротивления транзистора

. (10.51)

Согласно выражению (10.51) входное сопротивление каскада определяется преимущественно сопротивлением эмиттерной области транзистора r_э и составляет десятки Ом (10…50 Ом). Малая величина входного сопротивления каскада является существенным недостатком. Каскад с ОБ создает большую нагрузку для источника входного сигнала.

Выходное сопротивление каскада с ОБ определяется как и у каскада с ОЭ сопротивлением резистора R_к. При небольшом его значении ...

(10.52)

и составляет единицы–десятки килоом. Если R_к соизмеримо с r_к, то .

Коэффициент усиления по току рассчитывается аналогично, как в каскаде с ОЭ. По переменной составляющей, ток коллектора связан с током эмиттера следующей зависимость . Входной сигнал поступает в цепь эмиттера транзистора, поэтому усиление по току меньше единицы и определяется выражением

. (10.53)

Это является другим существенным недостатком каскада с ОБ.

Коэффициент усиления по напряжению определяется с помощью эквивалентной схемы каскада по переменному сигналу как отношение амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного сигнала и имеет вид

. (10.54)

Коэффициент усиления по напряжению каскада с ОБ существенно зависит от сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника сигнала. При и достаточно большом R_н коэффициент усиления по напряжению каскада ОБ приближается к величине K_U каскада ОЭ. Если же использовать последовательное соединение нескольких каскадов с ОБ, то нагрузкой предыдущего каскада является очень малое входное сопротивление последующего каскада, в связи с этим получить большой коэффициент по напряжению не удается.

Коэффициент частотных искажений для области НЧ в каскаде ОБ определяется влиянием разделительных конденсаторов , и рассчитывается по тем же формулам, что и для схемы с ОЭ. Общий коэффициент равен [дБ]. Наибольшие частотные искажения вносятся входной цепью ибо , где R_вых – выходное сопротивление предыдущего каскада.

Коэффициент частотных искажений в области ВЧ определяется как и в схеме ОЭ, и он значительно меньше, чем в каскаде с ОЭ. Каскад с ОБ характеризуется: малым входным сопротивлением (десятки Ом); относительно высоким выходным сопротивлением (единицы–десятки кОм); коэффициентом усиления по току, меньшим единицы; коэффициентом усиления по напряжению, зависящим от сопротивления нагрузки; малыми нелинейными искажениями.