Исследование усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером
Схема усилительного каскада, в котором транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а для стабилизации рабочей точки используется отрицательная обратная связь по току, показана на рис. 2.4.1.
Конденсаторы 
и 
являя.ются разделительными: 
препятствует связи по постоянному току источника входного сигнала и усилителя, а 
служит для разделения по постоянному току коллекторной цепи и нагрузки. Емкости 
и 
выбирают такими, что на частоте переменной составляющей их сопротивлением можно было пренебречь. Резистор 
учитывает внутреннее сопротивление источника сигнала. Резисторы 
и 
образуют делитель напряжения, определяющий положение рабочей точки эмиттерного перехода.
Рис. 2.4.1
Резистор в цепи коллектора преобразует изменение тока коллектора
в выходное напряжение. На выходе цепи включен резистор нагрузки 
, с которого снимается усиленный сигнал.
Резистор 
является цепью отрицательной обратной связи. Конденсатор в цепи эмиттера шунтирует резистор 
. Ёмкость этого конденсатора выбирают такой, чтобы на частоте сигнала 
.
За счёт этого увеличивается коэффициент усиления переменной составляющей. Поскольку в схеме действуют источники переменного (источник сигнала на входе) и постоянного напряжения, для расчета используем метод наложения. Проанализируем цепь отдельно для постоянной и переменной составляющих. Напомним, что анализ по постоянной составляющей называют анализом в режиме большого сигнала, а по переменной составляющей – анализом в режиме малого сигнала.
В схеме на рис. 2.4.1 заменим источник переменного сигнала 
коротким замыканием, а конденсаторы – разрывом. Схема замещения для постоянной составляющей показана
на рис. 2.4.2.
Рис. 2.4.2
Заменив транзистор моделью для режима большого сигнала, определим постоянные составляющие тока коллектора 
и напряжения 
, следовательно, и режим работы транзистора.
Расчетная схема для определения токов коллектора и эмиттера показана на рис. 2.4.3. Транзистор заменен моделью для активного режима. Делитель напряжения, образованный резисторами 
, 
, заменен эквивалентной схемой Тевенина. Здесь
, 
.
Рис. 2.4.3
Ток базы
.
Ток коллектора
.
Исключим из схемы источник постоянного напряжения 
, заменив его коротким замыканием. Верхние зажимы резисторов 
и 
окажутся заземленными, поэтому 
и 
, 
и 
соединены параллельно. Емкости конденсаторов выбирают такими, чтобы их сопротивление на частоте переменной составляющей было мало по сравнению с сопротивлениями резисторов. Поэтому зажимы конденсаторов закоротим. Заменив транзистор малосигнальной моделью, получим эквивалентную схему усилителя для режима малого сигнала (рис. 2.4.4). Здесь
.
Резистор в цепи эмиттера зашунтирован малым сопротивлением конденсатора 
, поэтому отрицательная обратная связь по переменной составляющей отсутствует.
Рис. 2.4.4
Входное сопротивление схемы
.
Входное сопротивление схемы с общим эмиттером невелико и не превышает нескольких кОм.
Определим выходное напряжение эквивалентной схемы усилителя. Резисторы 
, 
и rp образуют делитель напряжения, поэтому
.
Выходное напряжение схемы на рис. 2.4.4
. (2.4.1)
Если сопротивление источника сигнала невелико, напряжение 
, и формулу (2.4.1) можно упростить:
.
Коэффициент усиления переменной составляющей напряжения
. (2.4.2)
Знак минус в последнем выражении указывает на то, что входной и выходной сигналы находятся в противофазе.
Определим коэффициент усиления тока схемы с общим эмиттером. При 
выходной ток
.
Коэффициент усиления переменной составляющей тока
.
Это максимальный коэффициент усиления тока, который может быть получен в режиме короткого замыкания выходных зажимов, при 
.
В большинстве случаев 
за счет того, что часть выходного тока замыкается через резистор 
.
Итак, схема с общим эмиттером обеспечивает усиление как по напряжению, так и по току. Она имеет невысокое входное (сотни ом – десятки килоом) и относительно большое выходное сопротивления (единицы – десятки килоом). В многокаскадных усилителях схему с общим эмиттером используют для получения требуемого коэффициента усиления напряжения.
При сборке схемы усилителя можно использовать модели n-p-n транзисторов Q2N3904 или Q2N2222 из библиотеки EVAL.slb. Примеры схем можно найти в файлах W2_4_1, W2_4_2 в папке EMF\Labs.