Транзистор в схеме с общим коллектором ок не увеличивает амплитуду входного сигнала почему

Транзисторы являются основными элементами в усилителях сигнала и позволяют увеличивать амплитуду входного сигнала. Однако, в схеме с общим коллектором, также известной как схема эмиттерного повторителя, транзистор выполняет несколько другую функцию. Вместо усиления сигнала, транзистор в этой схеме служит для согласования импедансов между источником сигнала и нагрузкой.

Сопротивление между базой и эмиттером в схеме с общим коллектором является почти нулевым, что позволяет току проходить через транзистор с минимальными потерями. Это обеспечивает низкий выходной импеданс и высокую стабильность коэффициента усиления тока, но не увеличивает амплитуду входного сигнала.

Таким образом, схема с общим коллектором является прекрасным выбором, когда требуется низкий выходной импеданс и коммутационные возможности. Однако, если целью является увеличение амплитуды сигнала, приходится обратиться к другим типам схем транзисторов, таким как схемы с общим эмиттером или с общей базой.

Влияние транзистора на амплитуду входного сигнала

В схеме с общим коллектором транзистора, также известной как схема «эмиттерный повторитель», амплитуда входного сигнала не увеличивается. Это связано с особенностями работы данной схемы.

В схеме с общим коллектором транзистора выходной сигнал берется с эмиттера, что позволяет обеспечить большой коэффициент усиления по току. Однако амплитуда выходного сигнала по напряжению будет меньше амплитуды входного сигнала.

Процесс усиления входного сигнала в данной схеме происходит следующим образом: входной сигнал поступает на базу транзистора и вызывает изменение тока, протекающего через эмиттер. Проходя через коллектор, этот ток создает изменение напряжения на соответствующей нагрузке.

Однако, напряжение между базой и эмиттером в данной схеме остается неизменным, так как коллектор является общим для входного и выходного сигнала. Это означает, что амплитуда входного сигнала неутончается, а только усиливается по току.

Таким образом, в схеме с общим коллектором транзистора амплитуда входного сигнала остается неизменной, а усиление происходит только в силу увеличения тока. Эта особенность делает данную схему полезной при работе с низкими напряжениями, когда маленькая амплитуда сигнала не является проблемой, но требуется большая мощность усиления по току.

Схема с общим коллектором

В схеме с общим коллектором (ОК) нагрузка Rn включена не в цепь коллектора, а в цепь эмиттера. Входным в этой схеме является напряжение между базой и корпусом, а выходным — между эмиттером и корпусом (рис. 1.13).

Схема включения транзистора с общим коллектором

Схемы включения ТРАНЗИСТОРА. Общий эмиттер, общий коллектор, общая база.

Рис. 1.13. Схема включения транзистора с общим коллектором

В отличие от схем с ОБ и ОЭ, в которых потенциал эмиттера был привязан к корпусу, в схеме с ОК потенциал эмиттера привязан к напряжению на нагрузке. Чтобы транзистор мог работать в активном режиме, необходимо, чтобы входное напряжение в этой схеме было выше напряжения на нагрузке на величину напряжения на Ub3:

В связи с этим значения входных напряжений в схеме с ОК оказываются в сотни раз больше, чем в схемах с ОБ и ОЭ.

Другой особенностью схемы с ОК является отсутствие усиления по напряжению. Как видно из схемы, вых отличается от f/BX на падение напряжения ?/бэ, которое при открытом транзисторе составляет доли вольт. Если входное напряжение увеличится на небольшую величину Д[/вх, то в первый момент произойдет увеличение управляющего напряжения ?/БЭ, что приведет к увеличению тока, текущего через транзистор. Но с ростом тока увеличится и напряжение на нагрузке, а это приведет к уменьшению управляющего напряжения UB3 = UBX — UBblx. Изменение входного напряжения ДUBX будет скомпенсировано аналогичным изменением выходного напряжения. Получается, что выходное напряжение будет в точности отслеживать все изменения входного. Поэтому схема с ОК получила название «эмиттерный повторитель». Коэффициент усиления по напряжению схемы с OK ~ 1.

Оценим усилительные свойства схемы. Входным током по-прежнему является ток базы /Б. Поэтому коэффициент усиления по току с учетом того, что Р = Д/к / Д/Б, равен

т.е. примерно такой же, как и в схеме с ОЭ.

Оценим величину входного сопротивления схемы с ОК. Входное напряжение для схемы складывается из небольшого падения напряжения на база—эмиттерном переходе и падения напряжения на нагрузке, а входным током является ток базы. Поэтому

Поскольку напряжение на UB3 значительно меньше напряжения на нагрузке, им можно пренебречь. Тогда, учитывая взаимосвязь между током эмиттера и током базы /э = (3/Б, величина входного сопротивления запишется как

Таким образом, входное сопротивление схемы с ОК многократно превосходит входное сопротивление схем с ОЭ и ОБ и составляет десятки килоом.

Благодаря отмеченным свойствам, эмиттерный повторитель используют в качестве выходного каскада устройств для усиления сигнала по мощности, когда усиление его по напряжению уже достигнуто предыдущими каскадами. Схема с ОК обеспечивает усиление по мощности

т.е. в десятки раз.

Рассчитать параметры схемы эмиттериого повторителя и выбрать транзистор для сопротивления нагрузки Rn =100 Ом при напряжении питания +ЕК = 15 В. Диапазон частот сигнала — 5 кГц.

Решение. Для обеспечения максимального диапазона изменения выходного напряжения необходимо в статическом режиме обеспечить напряжение на эмиттере U3 = 0,5?к. При 11э = 7,5 В через Ru будет течь ток /н = иэ / Rn = 7,5 / 100 = 75 мА. Статический ток эмиттера транзистора, таким образом, равен 75 мА = 0,075 А. Ток коллектора будет меньше эмиттерного тока на величину тока базы, поэтому для расчета его можно принять равным 75 мА. При этом транзистор должен рассеивать мощность Р = (Ек — U3) /„ = 7,5 • 0,075 = 0,56 Вт.

Для работы в таком режиме можно использовать транзисторы средней мощности, например германиевые транзисторы ГТ402-ГТ405, предназначенные для работы в качестве выходных каскадов усилителей низкой частоты, максимальная рассеиваемая мощность которых без теплоотвода составляет 0,6 Вт, а с теплоотводом — до 4 Вт.

Схемы включения на практике

Отвлечёмся немного от характеристик схем включения транзистора, и обсудим важный момент. Часто новички, глядя на схему, не могут определить тип включения транзистора. Понятно, транзистор обвешан другими деталями — резисторами, конденсаторами. Какой вывод у него общий — сразу и не скажешь. Кажется, что общего вообще нету!

Здесь важно понимать такую вещь: пути постоянного и переменного тока в одной и той же схеме могут быть совершенно различны. Вполне может быть, скажем, что по постоянному току транзистор включён как ОЭ, а по переменному — как ОБ. Нужно уметь видеть две отдельных схемы в одной: «постоянную» и «переменную».

Возьмём типичный каскад по схеме ОЭ. Элементы нам знакомы: делитель задающий смещение на базу, коллекторная нагрузка, резистор температурной стабилизации. Всё это позволяет задать рабочую точку транзистора.

Схема транзисторного каскада с общим эмиттером

Схема транзисторного каскада с общим эмиттером

А теперь сделаем вот что: входной сигнал подадим не на базу, а на эмиттер. Разумеется, через разделительный конденсатор. А саму базу, опять же, через конденсатор, заземлим по переменной составляющей:

Схема с общей базой

Транзистор с общей базой по переменному току

Вуаля! Мы получили включение по схеме с общей базой, по переменному сигналу. При этом, добавляя конденсаторы, мы не внесли практически никаких изменений в режим по постоянному току: сопротивление конденсатора постоянной составляющей очень велико.

Ну и рисовать схему можно по-разному. Вот, например, та же самая схема, скомпонованная по-другому:

Схема с общей базой в другой компоновке

Та же схема с общей базой в другой компоновке

Нужно уметь абстрагироваться от конкретного начертания схемы и подмечать особенности протекания постоянных и переменных токов. Ну и как Вы уже поняли, в схеме с ОБ могут использоваться те же приёмы, что и в схеме с ОЭ. Например, резистор стабилизации Rэ. Также может быть применена коллекторная стабилизация (подробнее см. статью про усилительный каскад).

Ещё один совет: ищите ту ногу транзистора, потенциал на которой постоянный. Она не обязательно должна быть заземлена (непосредственно, или через конденсатор) — но, вероятно, соединена с источником питания таким образом, что напряжение на ней постоянно, и не зависит от входного сигнала или нагрузки.

Примеры схем

Давайте посмотрим ещё несколько примеров, чтобы потренироваться.

Стабилизатор напряжения на транзисторе

Типичный стабилизатор напряжения для трансформаторного блока питания. Транзистор включён по схеме с общим коллектором.

Схема антенного усилителя

Схема антенного усилителя. Первый каскад собран по схеме с ОЭ, два следующих — ОК

Усилитель низкой частоты

Один из простейших усилителей низкой частоты. Первый транзистор включен как ОЭ и усиливает мощность. Дальше идёт двухтактный каскад, оба транзистора в котором включены с общим коллектором — что позволяет без трансформатора согласовать выход с низкоомным громкоговорителем.

Усилитель высокой частоты

Усилитель высокой частоты. Первый транзистор с общим эмиттером, второй — с общей базой.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий