Однотранзисторные усилители
Цель: Разобраться в основных однотранзисторных усилительных каскадах BJT и понимать их усиление, фазу и сопротивления.
3 часа короткая теория, самостоятельная практика, проверка результата и тест.
Суть темы
Три базовые схемы BJT определяются тем, какой электрод является общим для входа и выхода: общий эмиттер, общий коллектор и общая база. Они используют один транзистор, но имеют разные свойства по усилению напряжения, тока и входному/выходному сопротивлению.
На практике чаще всего встречаются общий эмиттер как напряженческий усилитель и эмиттерный повторитель как буфер. Общая база полезна для низкого входного сопротивления и высокочастотных задач.
- Общий эмиттер даёт усиление напряжения и инверсию фазы примерно на 180°.
- Общий коллектор (эмиттерный повторитель) имеет усиление напряжения чуть меньше 1, высокое Rin и низкое Rout.
- Общая база имеет низкое входное сопротивление и не инвертирует напряжение.
- Рабочая точка должна оставлять запас для переменного сигнала без отсечки и насыщения.
- Эмиттерный резистор создаёт обратную связь и уменьшает чувствительность усиления к параметрам BJT.
Ключевые связи и параметры
Для общего эмиттера малосигнальное усиление грубо связано с отношением коллекторной нагрузки к эффективному эмиттерному сопротивлению. Разделительные конденсаторы блокируют DC между каскадами и вместе с сопротивлениями задают нижнюю граничную частоту.
Эмиттерный повторитель не даёт большого усиления напряжения, но обеспечивает ток и развязывает высокоомный источник от более тяжёлой нагрузки. Поэтому «усилитель» не всегда означает рост напряжения.
Разбор примера
Датчик с высоким выходным сопротивлением не может напрямую управлять нагрузкой 1 кОм. Эмиттерный повторитель может сохранить примерно ту же амплитуду напряжения, но снизить выходное сопротивление и обеспечить больший ток.
Каскад общего эмиттера с VC=6 В при VCC=12 В усиливает небольшой синус. При чрезмерном входе верхняя часть сигнала может упереться в отсечку, нижняя — в насыщение, создавая асимметричный клиппинг.
Практическая работа и проверка
На учебном BJT соберите общий эмиттер и эмиттерный повторитель и сравните их не только по амплитуде, но и по фазе/нагрузке.
- Измерьте DC-рабочую точку VB, VE, VC.
- Подайте небольшой синус и измерьте вход/выход общего эмиттера.
- Определите усиление и фазовую инверсию.
- Пересоберите эмиттерный повторитель и сравните усиление напряжения.
- Подключите нагрузку и оцените, какой каскад лучше сохраняет напряжение.
Типичные ошибки и диагностика
- Ожидать усиления напряжения >1 от эмиттерного повторителя.
- Игнорировать DC-рабочую точку при анализе AC-усиления.
- Путать инверсию общего эмиттера с неправильным подключением осциллографа.
- Не учитывать загрузку предыдущего и следующего каскада.
Если усиление ниже расчёта, проверяют рабочую точку, нагрузку, байпас RE, параметры транзистора и частоту. Если форма симметрично обрезана, возможно ограничение питания; асимметрия часто связана с неправильным смещением.
Связь с реальным устройством
Выбор однотранзисторной схемы определяется не привычкой, а нужным сочетанием усиления, фазы и сопротивлений. Общий эмиттер и эмиттерный повторитель решают разные задачи.
Что нужно запомнить
- Общий эмиттер усиливает напряжение и инвертирует фазу.
- Эмиттерный повторитель — буфер с Av≈1.
- Рабочая точка определяет доступный размах без клиппирования.
- RE повышает стабильность и создаёт обратную связь.
- Нагрузка влияет на фактическое усиление каскада.