Расчёт транзисторного усилительного каскада по схеме с
общим эмиттером (ОЭ)
Онлайн калькулятор номиналов элементов различных модификаций схем ОЭ, выполненных на биполярных транзисторах
Вооружившись знаниями, полученными на предыдущей странице, давайте перейдём к конкретным схемам. А начнём мы со схемы наиболее
распространённого усилительного каскада, использующего включение биполярного транзистора
по схеме с общим эмиттером (ОЭ).
Название схемы "с общим эмиттером" означает, что вывод эмиттера является общим для входной и выходной цепи.
При включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу относительно эмиттера,
а выходными величинами являются коллекторный ток и напряжение на коллекторе относительно эмиттера.
При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного, т. е. между выходным и входным напряжением имеется фазовый сдвиг 180°.
Основным плюсом включения транзистора по схеме усилителя с общим эмиттером (ОЭ) является способность получать наибольшее
усиление по мощности, в связи со свойством такого каскада усиливать как ток, так и напряжение.
Начнём с простейшей схемы усилительного каскада с общим эмиттером, представленной на Рис.1. Данный каскад содержит минимальное
количество элементов, однако обладает существенным недостатком в виде весьма малой эффективности термостабилизации.
Собственно говоря, и характеристики у данной схемы очень схожи с теми, что мы рассматривали на предыдущей странице.
Также не забываем (по предыдущей странице), что для всех приведённых далее формул: rэ(Ом) = 25,6 / Iэ (мА) - это активное сопротивление эмиттера.
Рис.1
|
Rвх = [rэ x (1 + β)] ll Rб1 ;
Iб = (Ек - Uбэ)/Rб1 , где
Uбэ = 0,6...0,7В для кремниевого и 0,3...0,4 - для германиевого транзис- тора;
Iк = Iб x β ;
Uк = Eк - Iк x Rк ;
Rвых = Rк ll [rэ + rк / (1 + β)]
;
Ku ≈ Rк / rэ .
|
Более высокую термостабильность имеет каскад с ОЭ, схема которого приведена на Рис.2.
Термостабилизация в этой схеме осуществляется
за счёт отрицательной обратной связи, введённой в каскад посредством включения Rб1 между базой и коллектором транзистора.
По большому счёту наличие ООС существенно влияет практически на все характеристики каскада, причём тем сильнее, чем выше глубина этой ОС.
Глубина же этой ОС напрямую зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала.
Ну а поскольку мы здесь рассматриваем упрощённый и сугубо частный случай, когда Rист << Rвх, а
Rн >> Rвых, то и мудрить особо не будем:
Рис.2
|
Rвх ≈ [rэ x (1 + β)] ll (Rб1 + Rк)
;
Iб = (Uк - Uбэ)/Rб1 ;
Iк = Iб x β ;
Uк = Eк - Iк x Rк ;
Rвых ≈ Rк ll [rэ + rк / (1 + β)]
;
Ku ≈ Rк / rэ .
|
В большинстве случаев наилучшими свойствами среди базовых схем ОЭ обладает эмиттерная схема термостабилизации, приведённая
на Рис.3.
Эффект термостабилизации достигается фиксацией напряжения на базе посредством резистивного делителя (Rб1 и Rб2) и
введением ООС по постоянному току посредством включения резистора Rэ1.
На переменном токе эта ООС нейтрализуется шунтированием резистора Rэ1 конденсатором Сэ.
Рис.3
|
Rвх= [rэ x(1 + β)] ll Rб1 ll Rб2
(по перем. току);
Iб = (Uб - Uбэ)/[(Rэ1 + rэ) x (1 + β)]
, где Uб
фиксируется подбором номиналов резисторов дели- теля Rб1 и Rб2, при этом:
Iделит = (3...10)Iб ;
Iк = Iб x β ;
Uк = Eк - Iк x Rк ;
Rвых = Rк ll [rэ + rк / (1 + β)]
;
Ku ≈ Rк / rэ ;
Rэ1 следует выбрать, чтобы получить -
Uэ = (0,1...0,2)Eк .
|
Если исключить из схемы блокировочный конденсатор Сэ (Рис.4), то помимо увеличения входного сопротивления, появляется дополнительная
возможность регулировки усиления каскада.
Рис.4
|
Для наглядной иллюстрации данного утверждения приведём формулы:
Rвх = [(rэ + Rэ1) x (1 + β)] ll Rб1 ll Rб2
;
Iб = (Uб - Uбэ)/[(Rэ1 + rэ) x (1 + β)]
, где Uб
фиксируется подбором номиналов резисторов де- лителя Rб1 и Rб2, при этом:
Iделит = (3...10)Iб ;
Uк = Eк - Iк x Rк ;
Rвых = Rк ll [rэ + rк / (1 + β)]
;
Ku ≈ Rк / (rэ + Rэ1) .
|
Последним изобразим наиболее универсальный вариант включения биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (Рис.5).
Рис.5
|
Данное схемотехническое построение позволяет производить регулировку усиления каскада в широких пределах, не меняя при этом режим транзистора
по постоянному току.
Rвх = [(rэ + Rэ2) x (1 + β)] ll Rб1 ll Rб2
;
Iб = (Uб - Uбэ)/[(Rэ1 + Rэ2+ rэ)
x (1 + β)] , где Uб фиксируется подбором номиналов резисторов делителя Rб1 и Rб2 ,
Iделит = (3...10)Iб ;
Uк = Eк - Iк x Rк ;
Rвых = Rк ll [rэ + rк / (1 + β)]
;
Ku ≈ Rк / (rэ + Rэ1) .
|
Ну и под занавес, уважаемые дамы и рыцари, приведу калькулятор, который позволит рассчитать резистивные элементы различных
схемотехнических конфигураций транзисторных каскадов с ОЭ.
При расчётах принято допущение, что сопротивление нагрузки Rн >> Rвых каскада, а выходное сопротивление источника сигнала
Rи << Rвх.
Онлайн расчёт каскадов ОЭ на биполярных транзисторах
Коэффициент передачи тока h21э не постоянен и имеет сложную зависимость от частоты и тока коллектора.
В зависимости от типа транзистора максимум коэффициента передачи может наступать при токах коллектора: от 1-2 мА для маломощных
транзисторов, до нескольких сотен миллиампер - для мощных.
Теперь несколько слов о расчёте разделительных ёмкостей Сp1 и Сp2, а также блокирующей емкости Сэ.
В данном случае следует задаться величинами их реактивных сопротивлений Xс = 1/2πƒС (на минимальной рабочей частоте), как минимум, в
10 раз (а лучше в 100) меньшими, чем значения импедансов соответствующих им цепей.
То есть:
XCp1 < (0,01...0,1)Rвх , где значение Rвх - это входное
сопротивление каскада, посчитанное на калькуляторе,
XCp2 < (0,01...0,1)Rвх посл , где значение Rвх посл - это входное
сопротивление последующего каскада,
XCэ < (0,01...0,1)Rэ1 (Рис.3), либо
XCэ < (0,01...0,1)Rэ2 (Рис.5).
Для удобства перенесём и сюда калькулятор расчёта реактивного сопротивления конденсатора:
|
