Простейшие способы установки рабочей точки в схеме с общим коллектором (ОК)

Упрощенная схема включения биполярного транзистора \(n\)-\(p\)-\(n\)-типа с общим коллектором (ОК) приведена на рис. 3.7. На рис. 3.8 представлены входные статические характеристики этой схемы. Ее выходные характеристики с учетом \(I_Э \approx I_К\) практически полностью совпадают с выходными характеристиками схемы с ОЭ (рис. 3.4,б).

Рис. 3.7. Упрощенная схема включения биполярного транзистора n-p-n-типа с ОК

Рис. 3.8. Семейство входных статических характеристик схемы с ОК

Из статических характеристик видно, что напряжение на коллекторном переходе \({U_{БК}}_0\), которое является входным для схемы с ОК, имеет большое влияние на ток базы \({I_Б}_0\) транзистора (но не наоборот) и почти совпадает (с учетом \({U_{БК}}_0 \gg {U_{ЭБ}}_0\)) с напряжением \({U_{ЭК}}_0\). В то же время выходной ток \({I_Э}_0\) оказывается значительно выше входного тока \({I_Б}_0\) и линейно от него зависит: \({I_Э}_0 \approx \beta {I_Б}_0\). Из этого следует важная особенность схемы с ОК: большое входное и низкое выходное сопротивление, что позволяет использовать ее как усилитель тока в различных цепях (при равенстве коэффициента усиления по напряжению единице схему с ОК принято называть эмиттерным повторителем).

На рис. 3.9 изображена схема задания смещения в транзисторном каскаде с ОК. Данная схема очень похожа на схему эмиттерно-базовой стабилизации, рассмотренную ранее для каскада с ОЭ, однако здесь мы стабилизируем напряжение на участке коллектор—база транзистора. Оказывается, что это также позволяет однозначно определить рабочую точку каскада (при заданном стабильном напряжении коллектор—база мы имеем стабильное значение тока базы и линейно от него зависящих токов эмиттера и коллектора транзистора).

Рис. 3.9. Схема задания смещения в каскаде с ОК

В схеме с ОК в цепи протекания тока базы \({I_Б}_0\) кроме перехода эмиттер—база транзистора \(VT1\) всегда оказывается также резистор \(R_Э\). Здесь данный резистор фактически играет роль нагрузки. Рассмотрим несколько подробнее его влияние на происходящие в каскаде процессы.

Итак, делитель на резисторах \(R1\), \(R2\) позволяет стабилизировать напряжение \({U_{БК}}_0\) на коллекторном переходе транзистора \(VT1\). Поскольку это напряжение очень близко по значению к напряжению \({U_{ЭК}}_0\), на долю участка база—эмиттер остается достаточно незначительный диапазон возможных значений, причем увеличение напряжения на эмиттерном переходе \({U_{ЭБ}}_0\) возможно только за счет снижения падения напряжения на резисторе \(R_Э\), т.е. при уменьшении тока эмиттера \({I_Э}_0\), и наоборот. Но само по себе уменьшение тока эмиттера должно вызывать не увеличение, а уменьшение напряжения на эмиттерном переходе транзистора. Действительно:

\({U_{ЭБ}}_0 = {I_Б}_0 r_Б + {I_Э}_0 r_Э \approx {I_Э}_0 r_Э\) .

Таким образом, в схеме имеет место отрицательная обратная связь по току нагрузки.

Заметим, что значение сопротивления \(R_Э\) в этой схеме не может быть ни слишком большим, ни слишком малым, поскольку, с одной стороны, оно определяет режим работы каскада по токам \({I_К}_0 \approx {I_Э}_0\), а с другой — является нагрузкой в цепи протекания выходного тока усилительного каскада (вспомним, что схема с ОК применяется именно как усилитель тока). Зачастую в реальных схемах резистора \(R_Э\) как такового и нет, его роль может выполнять входное сопротивление следующего за эмиттерным повторителем каскада.

В дальнейшем будет показано, что введение дополнительного сопротивления в эмиттерную цепь протекания тока транзистора может оказаться полезным и в каскаде с ОЭ. Там это сопротивление будет выполнять только роль элемента обеспечения ООС по току, поскольку нагрузка включается в коллекторную цепь.

Может показаться, что смещение каскада с ОК можно организовать и способом, аналогичным тому, который был использован в схеме с фиксированным током базы на рис. 3.5. Например, это могло бы выглядеть так, как показано на рис. 3.10, но это ошибочное решение. Дело в том, что здесь в цепи протекания тока \({I_Б}_0\) появляется резистор \(R_Э\), падение напряжения на котором зависит в основном от тока \({I_К}_0\), т.е. даже незначительные колебания (например, ввиду колебаний температуры) тока \({I_К}_0\) могут привести к изменению тока базы \({I_Б}_0\) транзистора и, соответственно, к значительному смещению рабочей точки каскада.

Рис. 3.10. Неправильный вариант схемы смещения в каскаде с ОК