Проведите вывод основных соотношений для определения основных параметров резистивных УНЧ на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером.

Простейший усилительный каскад по схеме с общим эмиттером приведен на рис. 21.2, а. В качестве усилительного элемента в схеме используется биполярный транзистор n – p – n типа. Источник питания Е_к связан с коллектором транзистора через сопротивление нагрузки R_к. Входной сигнал подается на базу транзистора. Его параметры определяют напряжение U_бэ и ток i_б. Выходной сигнал снимается с участка коллектор – эмиттер транзистора и определяется напряжением U_кэ. Для анализа принципа работы каскада построим его передаточную характеристику (рис. 21.2, б).

С увеличением входного сигнала (U_бэ) растет ток базы I_б, а значит, и ток коллектора, причем,

.

Ток коллектора создает падение напряжения на резисторе :

,

а также на дифференциальном сопротивлении участка коллектор-эмиттер транзистора - , причем, всегда

.

Рост тока коллектора означает уменьшение R_кэ, а значит, и U_кэ. При этом на постоянном сопротивлении резистора падение напряжения увеличивается. Так как дифференциальное сопротивление R_кэ вычислять сложно, падение напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора находят как разность

.

Итак, с увеличением тока коллектора I_к увеличивается падение напряжения на резисторе R_к и уменьшается напряжение U_кэ, т.е. выходное напряжение каскада (рис. 21.2, б).

Когда ток коллектора достигает насыщения (т.е. максимального значения), напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора достигает наименьшего значения. Это значение называют напряжением насыщения - U_кэн, причем,

.

Как правило, напряжение U_кэн пренебрежимо мало в сравнении с Е_к, поэтому иногда им пренебрегают, полагая . Дальнейшее увеличение

U_бэ не может вызвать изменений тока транзистора I_к и напряжения U_кэ.

Анализ передаточной характеристики позволяет выделить три характерных участка (они обозначены римскими цифрами). На участке I через транзистор протекает только неуправляемый обратный ток коллекторного перехода. Сопротивление . Практически все напряжение источника Е_к падает на сопротивление R_кэ, т.е. .

На участке II напряжение на коллекторе транзистора можно изменять в пределах , а ток – в пределах . Эти изменения являются результатом регулировки параметров U_бэ, и I_б маломощного источника сигнала. Например, , а . Отношение обозначают К_U и называют коэффициентом усиления по напряжению. В нашем примере К_U =50. Кроме того, увеличение напряжения U_бэ приводит к пропорциональному уменьшению напряжения U_кэ, т.е. знаки приращений входного и выходного сигналов противоположны. Такие усилители называют инвертирующими.

На участке III . Транзистор теряет свойства усилительного элемента.

Передаточная характеристика позволяет рассмотреть различные режимы работы усилительного каскада (классы усиления). При работе в классе «В» напряжение (см. график пунктирной линией на рис. 21.2, б). На выход передается сигнал только одной полярности. При подаче на вход двухполярного сигнала часть информации будет потеряна.

При работе в классе «А» напряжение (см. график сплошной линией на рис. 21.2, б). Здесь U_см – напряжение смещения, постоянная величина, не зависящая от U_вх. Когда U_вх = 0, U_бэ = U_см. Такой режим называют режимом покоя, а токи I_б, I_к и напряжения U_бэ и U_кэ называют токами и напряжениями покоя и обозначают I_бп; I_кп; U_бэп; U_кэп. Напряжение смещения U_см выбирают так, чтобы рабочая точка транзистора Т находилась в середине линейного участка II. В этом случае любое приращение входного напряжения вызовет пропорциональное инверсное приращение выходного напряжения , где К_U – коэффициент усиления каскада по напряжению.

При работе в классе D на вход каскада подается большой сигнал (см. график штрих пунктирной линией на рис. 21.2, б). Передаваемый сигнал ограничивается сверху и снизу. Такой режим широко применяется в импульсной технике.