Свойства каскадов на биполярных транзисторах

Каскад с общим эмиттером


α = Ic/Ie - коэффициент передачи тока эммитера
β = α / (1 - α) - коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ


Входное Rin и выходное Rout сопротивления каскада:

Входное и выходное сопротивления каскада с общим эммитером

где rB и rC — сопротивления базы и коллектора транзистора соответственно (справочные величины),
RB и RC - сопротивления в цепи базы коллектора схемы соответственно.

Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β
Коэффициент усиления по напряжению:

Коэффициент усиления по напряжению каскада с общим эммитером

Здесь RG - сопротивление источника сигнала, Rin - входное сопротивление каскада, R'н - нагрузка в цепи коллектора, образованная параллельным соединением каскада и нагрузки:

Нагрузка в цепи коллектора каскада с общим эммитером


Достоинства и недостатки:
+ Большой коэффициент усиления по току (β >> 1)
+ Большой коэффициент усиления по напряжению.
+ Наибольшее усиление мощности.
+ Можно обойтись одним источником питания.
+ Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.
- Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.

Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель)

Наиболее удобен для согласования высокоомных источников сигнала с низкоомной нагрузкой.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб
Не инвертирует входной сигнал.

Достоинства и недостатки:
+ Большое входное сопротивление.
+ Малое выходное сопротивление.
+ Хорошее усиление по току (β >> 1)
- Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схема с общей базой

Не инвертирует фазу сигнала.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uэб/Iэ
Входное дифференциальное сопротивление для схемы с общей базой существенно зависит от тока эмиттера и относительно мало. Для маломощных транзисторов при малых токах базы не превышает сотни—единицы кОм, для мощных — единицы—десятки Ом, так как входная цепь каскада при этом представляет собой открытый эмиттерный p-n переход транзистора.
Выходное дифференциальное сопротивление коллектора существенно выше чем у каскада с общим эмиттером, так как изменения напряжения на коллекторе при при фиксированном напряжении на эмиттере относительно базы мало изменяют ток коллектора. Фактически, полное выходное дифференциальное сопротивление каскада представляет собой в эквивалентной схеме параллельное соединение коллекторного резистора и дифференциального выходного коллекторного сопротивления транзистора. Так как дифференциальное выходное коллекторное сопротивления транзистора обычно многократно больше сопротивления коллекторного резистора, то обычно оказывается, что выходное дифференциальное сопротивление каскада практически равно сопротивлению коллекторного резистора.

Достоинства и недостатки:
+ Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением.
+ Большой коэффициент усиления по напряжению.
+ Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
+ Высокое допустимое коллекторное напряжение.
- Малое усиление по току, всегда немного менее 1 (α < 1)
- Малое входное сопротивление