г. Барнаул
  natasha.webuspex.ru
Ваш e-mail: *
Ваше имя: *




________________________


Нам не хватает тебя ________________________

Рейтинг@Mail.ru
 
 

Тяжело в учении - легко в бою!


Транзисторный каскад с общей базой. Включение транзистора с общей базой не очень популярно среди радиолюбителей. Озадачившись этим вопросом, я проштудировала статьи в интернете, почитала учебники и пришла к выводу, что понимание этого предмета отсутствует. Изобилуют поверхностные описания ни о чем. Википедия совсем странную статью разместила. Многие авторы статей, посвященных этой тематике, зачастую переписывают их друг у друга, или чисто формально перепечатывают из книг. Некоторые делают ошибочные выводы и дезориентируют неопытных читателей, полностью отбивая у них охоту использовать эту схему в своих конструкциях. Здесь я хочу развеять некоторые мифы о включении транзистора с общей базой. Собрала воедино то, что удалось прочитать в учебниках, с результатами лабораторных опытов и консультаций отца, занимавшегося некоторое время схемотехникой.

Вывод главный. Не доверяйте полностью информации только из одного источника. Соотносите её с другими материалами. Мной найдены ошибки у некоторых авторов, но мои письма они полностью игнорируют, проявляя при этом весьма неадекватную реакцию.

 

Транзисторный каскад с общей базой

За что мы так не любим транзисторный усилитель с общей базой


Мифом № 1 является то, что довольно сложно организовать цепи питания такого каскада, вплоть до того,
что требуется дополнительный источник питания.

схема с общим эмиттеромМало того, что такое мнение бытует среди радиолюбителей, так оно усиленно поддерживается в технической литературе.

Откройте учебник с описанием работы каскада с ОБ. Первое, что вы увидите, так это горизонтальное расположение транзистора с двумя источниками питания: один в коллекторной цепи, другой в эмиттерной. После прочтения такого материала сразу пропадает какое-либо желание иметь дело с этим каскадом.
схема с общей базой Развеем этот миф. На верхнем рисунке вы видите знакомую вам схему с общим эмиттером. Легким движением мыши поворачиваем его вокруг оси и преобразуем в каскад с общей базой. По постоянному току все цепи остаются прежними. Базу по переменному току заземляем с помощью конденсатора Сф, входной сигнал подаем на эмиттер, выходной остается на прежнем месте. Каскад с общей базой готов, никаких трудностей с питанием не возникло, тем более с двумя источниками.

С включением транзистора мы разобрались, теперь приступим к изучению его работы, где мифов также достаточно.


Как же работает усилитель с общей базой?


Рассмотрим упрощенную схему включения транзистора с общей базой. Направления токов показаны условно, символизируя, что вход -  это эмиттер, выход - коллектор, часть тока ответвляется в базу.

каскад с общей базой

Рис 1. Общая база
Сразу оговорю упрощения и допущения. Обратные токи переходов, ввиду их малости, я не рассматриваю. Для понимания принципа работы и инженерных расчетов это приемлемо. 

Коэффициент передачи тока для каскада с общей базой меньше единицы, т.к. часть эмиттерного тока ответвляется в базу: Iэ - Iб = Iк. Соотношение токов имеет величину Iк = α * Iэ , где α< 1 -коэффициент передачи по току для ОБ.
В современных транзисторах коэффициент α близок к единице (0.98 - 0.99), поэтому в практических расчетах можно считать Iэ = Iк.

Отсутствие усиления по току совершенно не мешает получить от такого каскада усиление по напряжению, причем, немалое.

Существует ещё один миф, что входное сопротивление каскада определяется резистором Rэ (рис.2), который обязательно должен иметь маленький номинал.

Но это не так. Входным током каскада является ток эмиттера транзистора, поэтому входное сопротивление в основном определяется  сопротивлением эмиттерного перехода rэ = 25 /Iэ = 25Ом при токе 1мА (собственное сопротивление базы транзистора rб вносит небольшой вклад).

Ток, протекая от входной цепи к выходной, практически не изменяется, поэтому, на резисторах rэ и Rк, он создает падения напряжения пропорциональные величинам этих сопротивлений. Если Rк = 3кОм, то отношение Ku = Rк /rэ составит более 100 - это и есть коэффициент усиления по напряжению.

Таким образом, недостатками каскада являются низкое входное сопротивление и отсутствие усиления по току, но более высокая граничная частота усиления и большее выходное сопротивление. Также каскад имеет более высокую линейность по сравнению с ОЭ.

Таковы теоретические основы работы схемы с общей базой.

Не верьте утверждениям некоторых писателей, что каскад с общей базой имеет низкое выходное сопротивление в сравнении с другими схемами.

Практические соображения по толкованию работы каскада (усилителя) с общей базой


каскад с общей базой Возьмем схему каскада c ОБ из моей предыдущей статьи
"Преобразование полярности импульса"

Особенность этой схемы в том, что база транзистора непосредственно подключена к общему проводу. С помощью резистора Rэ задаем входной ток от источника сигнала ( Iэ = Uвх/Rэ). Каскад предназначен для преобразования импульсов или постоянного напряжения отрицательной полярности в положительное.

Для работы n-p-n транзистора необходимо, чтобы потенциал базы был положительным по отношению к эмиттеру, поэтому для открытия транзистора надо эмиттер "утянуть" в минус, т.е входное напряжение должно быть отрицательным.

Пора рассеять мрак в этом вопросе

Проанализируем работу каскада на постоянном токе. Эмиттер транзистора с ОБ представляет собой точку с очень низким (динамическим) входным сопротивлением (около 25 Ом при токе 1мА). Поэтому можно принять, что напряжение в ней почти не меняется при изменении входного тока, этакий виртуальный 0.

В связи с этим, предлагаю рассматривать каскад с ОБ как преобразователь ток-напряжение. Преобразование входного сигнала в выходной происходит как бы в два этапа:
- Сначала генерируем входной ток в эмиттер Iвх = (Uвх- 0.6) /Rэ,
- Затем в коллекторной нагрузке получаем падение напряжения, обусловленное этим током Uвых = Iвх * Rк (мы приняли, что Iвх = Iвых).

Не забываем, что при протекании входного тока напряжение на эмиттере будет равно прямому падению напряжения на переходе - 0.6 В.

В исходном состоянии транзистор закрыт, напряжение на коллекторе равно Uпит. При подаче на вход отрицательного напряжения транзистор начинает открываться, через него протекает ток, который создает падение напряжения на коллекторном резисторе. Потенциал коллектора понижается и в пределе станет
равным 0. Максимальный ток транзистора при Uк = 0 составляет: Iмакс = Uпит /Rк.

Сделаем конкретный пример расчета для постоянного тока: Rэ = 1кОм (Rэ >> rэ), Rк = 10кОм, Uвх = 1В .
Входной ток равен Iвх = Iэ = (Uвх-0.6) /Rэ = 1-0.6/1 = 0.4мА. Т.к. ток коллектора равен току эмиттера, то изменение напряжения на коллекторном резисторе составит: Uк = Rк * Iк = Rк * Iэ = 10*0.4 = 4В.
Коэффициент усиления по постоянному напряжению получился равен 4.

В данном случае входным сопротивлением каскада является Rэ = 1кОм. Уменьшая это сопротивление, мы увеличим входной ток, который вызовет увеличение выходного тока и выходного напряжения на нагрузке.
Этот пример демонстрирует принцип расчета и понимания работы каскада с ОБ, который оказался не так страшен, как нам его малюют.

Усилитель с общей базой для переменного сигнала

Рис 2. Каскад с общей базой
Теперь нам легче понять работу усилителя на переменном сигнале. Для усиления переменного напряжения необходимо вывести транзистор на линейный участок рабочей характеристики. На рисунке 2 показаны цепи смещения транзистора, с помощью которых задается режим по постоянному току. Расчет их ничем не отличается от расчетов стандартного усилителя с ОЭ.

Ток покоя Iо через транзистор устанавливается в пределах нескольких миллиампер. Переменный сигнал подается в эмиттер через конденсатор. У коллекторного тока транзистора появляется переменная составляющая, т.е. ток в некоторых пределах изменяется относительно тока покоя согласно изменениям входного напряжения.

Проведем небольшие эксперименты с усилителем. Рассмотрим коэффициент передачи каскада от точки 1 до выхода с коллектора. В качестве источника сигнала возьмем генератор сигналов звуковой частоты ГНЧ с низким выходным сопротивлением, менее 100 Ом. Выходное напряжение установим 1В.
В качестве Rг поставим внешний резистор 1 кОм. В нагрузке резистор Rк = 10кОм. Для источника сигнала входным сопротивлением каскада является сумма Rг и rэ, т.к. они включены последовательно.

Входной ток от источника сигнала равен Iвх = Iэ = Uг /(Rг + rэ) = . Uг /Rг, т.к.  rэ - мало.
Выходное напряжение при этом составит: Uвых = Rк * Iк = Rк * α*Iэ = Rк * α* Uг /Rг.
Принимая α = 1, получим Uвых = Uг * Rк /Rг.
Коэффициент усиления равен Ku = Uвых /Uг = Rк /Rг = 10, тогда Uвых = 10 В.

Заглянем поглубже и выясним роль входного сопротивления транзистора rэ, ибо нам все уши прожужжали о низком входном сопротивлении каскада с ОБ. Посмотрим осциллографом, что происходит в точке 2. Мы обнаружим, что там присутствует весьма маленький синусоидальный сигнал, в нашем случае
25 мВ. Величина напряжения сигнала обусловлена делителем напряжения, образованным Rг и rэ:
1В * 25/1000 = 25мВ.

Каким образом сигнал на выходе достигает величины в несколько вольт? Это происходит по той причине, что каскад имеет внушительный "собственный"  коэффициент усиления  по напряжению (от точки 2 до коллектора), определяемый отношением нагрузочного сопротивления и входного сопротивления транзистора:
Ku = Rк /rэ = 10000/25 = 400, тогда Uвых = Ku * Uвх = 25 * 400 = 10000 мВ или 10 В.
Мы получили тот же результат, что и выше. Делаем вывод:

Результаты исследования усилителя с ОБ совпадают с результатами для каскада с ОЭ. Коэффициент усиления по переменному напряжению определяется отношением коллекторного и эмиттерного (в данном случае Rг) резисторов и не зависит от внутренних параметров транзистора при Rг > rэ.
См. коэффициент усиления транзистора.

Первая редакция, могут быть исправления.

Следствиями вытекающими из рассмотренного материала будут дифференциальный каскад, каскодная схема включения, ВЧ передатчики и приемники, стабилизатор напряжения. Самое неожиданное, что к теории работы транзистора с общей базой можно подойти из рассмотрения простейшего источника тока на одном транзисторе.

Продолжение напишу как - нибудь...


Изучила каскад с общей базой и его коэффициент усиления  Наталья Суворова

Каскодная схема включение транзисторов Новая!
Транзисторный каскад, максимальный коэффициент усиления
Перекачиваем отрицательный сигнал в положительный. Каскад с общей базой
Отрицательный в положительный. Полевой транзистор с n - каналом
Ответы на вопросы по транзистору. И двое сошлись не страх, а на совесть...


Коэффициент усиления транзистора с общей базой. Каскад общая база. Входное сопротивление. Усилитель ОБ.