Каскад с общим эмиттером

В простейшем каскаде с ОЭ  входной сигнал подаётся на базу, а цепь эмиттера подключена к общему проводу. Каскады с ОЭ обеспечивают усиление как по току, так и по напряжению. Ток коллектора очень слабо зависит от напряжения на нём, поэтому транзистор со стороны со стороны коллектора в большинстве случаев можно рассматривать как генератор тока Iк с очень большим выходным сопротивлением. Крутизна транзистора S≈1/(rэ+Rэ), где rэ=fт/Iэ - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода - выступает в качестве последовательного сопротивления во всех схемах, увеличивает входное и выходное сопротивление транзистора. Коэффициент усиления по напряжению без учёта сопротивления нагрузки Rн и сопротивления коллектора rк  Кu= -S Rвх= - Rк/(rэ+Rэ).

Знак "минус" говорит об инверсии сигнала. Это справедливо при Rк много меньше Rн и rк. В противном случае необходимо учитывать их шунтирующее влияние. rк=1/h22э - выходное сопротивление коллектора;
h22э - выходная проводимость. Соответственно при отсутствии Rэ Кu= -Rк/rэ. Как видно из приведённой формулы, каскаду с ОЭ (без принятия дополнительных мер) свойственны большие нелинейные искажения, т.к. в знаменателе есть нелинейная величина rэ, имеющая сложную зависимость от тока коллектора.

Уменьшить нелинейные эффекты можно по следующим направлениям:

• уменьшение влияния rэ путём установки последовательно с ним резистора Rэ (местная ООС по току);
• компенсация влияния rэ путём установки последовательно с Rк одного или нескольких диодов динамическое сопротивление которых равно: rд=fт/Iк, тогда Кu=(Rк+nrд)/(rэ+Rэ), где n - количество диодов;
• выбор оптимального тока коллектора, при котором минимальны изменения h21э;
• правильный выбор рабочей точки;
• применение местной ООС по напряжению, которая одновременно уменьшает влияние ёмкости Ск, так как шунтирует её:
• выбор оптимального сопротивления источника (например, подбором сопротивления Rп последовательно со входом;
• уменьшение влияния rэ путём замены Rк генератора тока (за счёт стабилизации тока коллектора);
• уменьшение нелинейных эффектов за счёт применения динамической нагрузки;
• взаимокомпенсация нелинейных эффектов за счёт встречной динамической нагрузки.

Усилительные свойства транзисторов сохраняются до напряжения насыщения, которое может быть в пределах от 0.2...0.3В до нескольких вольт в зависимости от тока коллектора. Например, для маломощных транзисторов при токах больше 10...20 мА насыщение может наступать при Uкэ=(1...2)В. Напряжение Uбэ зависит от температуры и изменяется на -2.1 мВ/°С. Поэтому ток коллектора увеличивается в 10 раз при увеличении Т° на 30°С. Такая нестабильность делает смещение неработоспособным, т.к. даже небольшое изменение температуры выводит транзистор в режим насыщения или отсечки. Входное сопротивление каскада: Rвх=Rп+rб+h21э(rэ+Rэ) и имеет ёмкостный характер. При отсутствии Rп и Rэ и если пренебречь rб, то Rвх=h21эrэ=h21э25/Iк (мА), Ом Отсюда видно, что Rвх величина не постоянная, меняется при изменении входного сигнала, т.к. меняется Iк. Диапазон изменения входного сигнала при Rэ=0, при котором сохраняется линейный режим, не превышает 2-φт=50 мВ.  Коэффициент передачи тока h21э не постоянен и имеет сложную зависимость для тока коллектора  (для маломощных транзисторов). В зависимости от типа транзистора максимум коэффициента передачи может наступать при токах коллектора от 1-2 мА для маломощных транзисторов, до нескольких ампер - для мощных. В режиме насыщения наблюдается резкое падение коллекторного тока независимо от тока базы, при этом коллекторный переход оказывается прямосмещённым.

При сопротивлении источника сигнала Rr>Rвх можно считать, что источник входного сигнала электрически замкнут накоротко. При этом входной ток Iвх=Евх/Rr и практически не зависит от изменяющегося Rвх, где Евх - ЭДС источника сигнала. Следовательно усиление будет происходить с малыми нелинейными искажениями, поскольку зависимость выходного тока транзистора от входного практически линейна, хотя входное напряжение Uвх=IвхRвх - нелинейно. Однако не следует думать, что чем Rr больше Rвх, тем лучше. Для транзисторного каскада характерна вполне определённая оптимальная величина как внутреннего сопротивления источника сигнала  так и тока коллектора. Необходимо также учитывать, что Rк шунтируется входным делителем каскада. Ёмкость коллекторного перехода Ск является барьерной ёмкостью и зависит от напряжения на коллекторе, т.е. носит динамический характер.

Подобно тому как Сэ уменьшается в (Кu+1) раз в эмиттерном повторителе благодаря положительной ОС в каскаде с ОЭ Ск увеличивается во столько же раз благодаря отрицательной ОС, что равносильно подключению параллельно входу динамической ёмкости Ск (Кu+1). В большинстве случаев она оказывает отрицательное влияние, однако иногда используют и её. В этом и заключается так называемый эффект Миллера. Частоту среза каскада снижает не только входная динамическая ёмкость,но и ёмкость нагрузки, в том числе и монтажа. Расширить полосу пропускания можно следующим образом:

• Уменьшить Rн при одновременном увеличении Iк, т.к. усиление прямопропорционально Iк/Св;
• применить транзисторы с малыми ёмкостями переходов;
• отделить нагрузку эмиттерным повторителем.

Как отмечалось выше, простейший каскад не обладает термостабильностью, поэтому практически не используется. Если взять исходное напряжение Uк равным 0.5Еп, то Rк=0.5Еп/Iк, сопротивление в цепи базы Rб=0.75Еп/Iб=0.5Еп h21э/Iк. Пример коллекторной стабилизации с исключением влияния ООС по переменному напряжению Как видим базовый резистор заменён Т-мостом, где C=Ku/φ2pн pR1. Обычно R1 принимают равным R2. Каскад с компенсационным смещением на согласованном транзисторе благодаря применению отражателя тока предназначен для усиления относительно слабых сигналов. Изменение температуры не влияет на работу такой схемы. Каскад с эмиттерной стабилизацией с помощью ООС по току  RC-цепь, параллельную резистору Rэ применяют для увеличения усиления по переменному току, а также для коррекции АЧХ каскада. Сопротивление резистора Rэ в зависимости от тока коллектора выбирают от долей ома в мощных выходных каскадах до нескольких килоом в маломощных. Ток базового делителя желательно иметь таким: Iдел->=10 Iб, при двухполярном питании цепь смещения базы упрощается  Возможен  вариант применения токового зеркала для термостабилизации показан