2a. Schemat wzmacniacza w konfiguracji wspólnego kolektora OC :

Rys. 3 Schemat wzmacniacza w konfiguracji wspólnego kolektora OC

Wzmacniacz z tranzystorem w konfiguracji wspólnego kolektora jest nazywany wtórnikiem

emiterowym, gdyż wielkość napięcia wyjściowego jest prawie taka sama jak wielkość napięcia

wejściowego. Wzmocnienie napięciowe w tym układzie jest bliskie jedności

, a faza

napięcia wyjściowego jest zgodna z fazą napięcia wejściowego. Zatem napięcie wyjściowe

„wtóruje” napięciu wejściowemu. Punkt pracy tego wzmacniacza zależy od rezystancji R1, R2, Re.

Ponieważ rezystancja wejściowa tranzystora Rwet (rezystancja wejściowa tranzystora między jego

bazą a kolektorem) ma dużą wartość rezystancja Rb (wynikająca z równoległego połączenia

rezystorów R1 i R2 polaryzujących bazę

) zmniejsza znacznie rezystancję wejściową

układu. Celowe jest zatem stosowanie dużych wartości rezystancji R1 i R2, ale jest to ograniczone

wymaganiami stałości punktukt pracy (stałości Ic). (rezystory te muszą mieć rezystancje rzędu

setek kiloomów, aby zbyt duży prąd bazy nie wprowadził momentalnie tranzystora w stan

nasycenia, wtedy bowiem zostanie utracona liniowa charakterystyka obszaru pracy i utracimy

własność wzmacniającą układu wzmacniacza). Rezystancja wyjściowa jest zwykle mała

(kilkadziesiąt do kilkaset omów).

Cechy układu wzmacniacza opartego na układzie wsólnego kolektora (czyli duża rezystancja

wejściowa Rwe i mała rezystancja wyjściowa Rwy) spowodowały, że wtórnik emiterowy służy do

dopasowywania poziomów impedancji pomiędzy stopniami wzmacniaczy.

2b. Schemat wzmacniacza w konfiguracji wspólnej bazy WB :

Rys. 4 Schemat wzmacniacza w układzie wspólnej bazy.

Rys. 5 Schemat wzmacniacza w układzie wspólnej bazy przedstawiony zgodnie z konwencją układów

poprzednich (układ analogiczny do układu z Rys. 4)

Układ ten jest bardzo rzadko stosowany w zakresie małych częstotliwości jako samodzielny

wzmacniacz. Najczęściej, podobnie jak układ WK, występuje w połączeniach z innymi

konfiguracjami w układzie wielotranzystorowym. Układ ten może dostarczyć wzmocnienia

napięciowego o wartościach porównywalnych ze wzmacniaczem w konfiguracji WE, jednak przy

bardzo małej rezystancji wejściowej wzmacniacza rzędu

- dziesiątek, setek omów. Wzmocnienie

prądowe w tym układzie jest <1. Układ wzmacniacza w konfiguracji wspólnej bazy ma dobre

właściwości częstotliwościowe (duża częstotliwość graniczna), co pozwala uzyskać wzmocnienie

napięciowe w takich zakresach, gdy praca w innych konfiguracjach jest już niemożliwa (najszersze

pasmo przenoszenia).

2c.Podstawowe parametry układu wzmacniacza w konfiguracji wspólnego emitera WE.

Podstawowymi parametrami roboczymi wzmacniacza są : wzmocnienie napięciowe ,

wzmocnienie prądowe , rezystancja wejściowa R_we oraz rezystancja wyjściowa R_wy. Aby

wyznaczyć parametry wzmacniacza w zależności od elementów układu skorzystajmy z jego

schematu zastępczego :

Rys. 6 Schemat zastępczy dla zakresu średnich częstotliwości układu wzmacniacza

Schemat ten jest schematem wzmacniacza dla średnich częstotliwości, uwzględniający jedynie

składową zmienną, a więc transmisje sygnału przez wzmacniacz.

Zasada konstrukcji tego schematu polega na przestrzeganiu następujących reguł :

1.stosowany jest uproszczony model tranzystora opisany parametrami mieszanymi h

2. dla rozpatrywanych średnich częstotliwości reaktancje kondensatorów są na tyle małe, że miejsca

ich występowania można uznać za zwarcie

3.obydwa bieguny baterii (masa i Ucc) są zwarciem dla składowej zmiennej , co wynika z tego, że

rezystancja wewnętrzna idealnego źródła napięciowego jest zerowa.

,

. Zatem wzmocnienie

Znak minus w powyższym wzorze oznacza, że faza napięcia wyjściowego jest odwrócona

względem fazy napięcia wejściowego o 180

o

. Widać z powyższego, że zwiększenie wartości Rc i

R_L zwiększa wzmocnienie napięciowe wzmacniacza.Wzmocnienie prądowe można obliczyć

wyznaczając wartości prądów i1 oraz i2. Jak widać ze schematu zastępczego (przyjmując

) :

,

. Otrzymujemy więc:

.

Widać z powyższego, że wzmocnienie prądowe jest zmniejszone w stosunku do największej

możliwej wartości wzmocnienia tranzystora

na skutek wystąpienia podziału prądu w obwodzie

wejściowym (czynnik

oraz w obwodzie wyjściowym (czynnik

).Duże

wartości wzmocnienia prądowego osiąga się przy dużych rezystancjach kolektorowych Rc i dużych

rezystancjach polaryzujących bazę R1 i R2. Jednak ze względu na stałość punktów pracy

zwiększanie tych rezystancji nie jest wskazane .Rezystancją wejściowa wzmacniacza określona jest

zależnością :

,natomiast rezystancja wyjściowa (tj. rezystancja widziana przez obciążenie

Rl wzmacniacza :

W analizie parametrów pracy wzmacniacza milcząco przyjęty został

uproszczony model hybryd (PI) tranzystora.

2d. Wzmocnienie sygnałów – charakterystyka wyjściowa

Wzmacnianie sygnałów wygodnie jest omawiać posługując się charakterystykami wyjściowymi

tranzystora, na które nanosimy prostą pracy. Prosta pracy wynika z zadanej wartości rezystancji

obciążenia R

c

oraz napięcia zasilania U

CC

. Dla omawianego wzmacniacza prosta pracy dla prądu

stałego dana jest równaniem

natomiast do prądu zmiennego:

Bardzo ważnym jest aby strata elektronów w bazie była jak najmniejsza. Miarą tego na ile prąd
kolektora odpowiada prądowi emitera jest współczynnik

α

nazywany zwarciowym

współczynnikiem wzmocnienia prądowego prądu emitera (współczynnik wzmocnienia prądowego
tranzystora w układzie WB), definiowany jako:

α

= (I

C

-I

C0

)/I

E

gdzie I

C0

jest prądem złącza kolektorowego spolaryzowanego zaporowo przy I

B

=0.

Konstrukcja tranzystora bipolarnego, a głównie małe rozmiary bazy sprawiają, że stosunek
między prądem kolektora, a prądem bazy jest stały. Stosunek I

C

/ I

B

nazywa się współczynnikiem

wzmocnienia prądowego prądu bazy (współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w
układzie WE) i oznacza się symbolem

β

.

I

E

= I

C

+ I

B

I

C

=

β

I

B

Zależność pomiędzy obydwoma współczynnikami opisuje równanie:

β

=

α

/ (1-

α

)

Stały stosunek I

C

/ I

B

oznacza, ze pewnej wartości prądu bazy I

B

odpowiada określona wartość

prądu kolektora I

C

. Można zatem zmieniać prąd bazy po to aby uzyskiwać

β

-krotnie większe

zmiany prądu kolektora. Uzyskuje się zatem wzmocnienie przez tranzystor mocy sygnału
sterującego. Większą moc sygnału w obwodzie kolektora otrzymuje się kosztem mocy czerpanej z
zasilacza.

Dla sygnałów zmiennoprądowych o małych amplitudach tranzystor jest czwórnikiem liniowym.
Czwórnik opisywany jest za pomocą czterech wielkości wyrażających napięcia i prądy na jego
wejściu i wyjściu. Aby móc opisać go za pomocą układu równań dwóch zmiennych należy dwie z
czterech wielkości czwórnika opisać za pomocą dwóch pozostałych. W zależności od tego, które ze
zmiennych uznane zostaną za zmienne zależne, a które za zmienne niezależne otrzymać można 6
różnych układów równań. Najczęściej wykorzystywane są jednak układy z parametrami:

a) impedancyjnymi:

U

1

= z

11

I

1

+ z

12

I

2

U

2

= z

21

I

1

+ z

22

I

2

b) admitancyjnymi:

I

1

= y

11

U

1

+ y

12

U

2

I

2

= y

21

U

1

+ y

22

U

2

c) mieszanymi h (układ z parametrami hybrydowymi):

U

1

= h

11

I

1

+ h

12

U

2

I

2

= h

21

I

1

+ h

22

U

2

Wykorzystane w tych równaniach parametry h, mają następujący sens fizyczny:

- impedencja wejściowa przy zwartym wyjściu;

- współczynnik sprzężenia zwrotnego przy rozwartym wyjściu;

- współczynnik sprzężenia prądowego przy zwartym wyjściu;

- admitancja wyjściowa przy rozwartym wyjściu

Tranzystory, tak zresztą jak inne elementy elektroniczne, mają charakterystyczne dla siebie
parametry graniczne, tzn. takie których przekroczenie grozi uszkodzeniem tranzystora. Są to:

U

EBOmax

- dopuszczalne napięcie wsteczne baza-emiter

U

CBOmax

- dopuszczalne napięcie wsteczne kolektor-baza

U

CEOmax

- maksymalne dopuszczalne napięcie kolektor-emiter

I

cmax

- maksymalny prąd kolektora

I

Bmax

- maksymalny prąd bazy

P

stmax

- maksymalna dopuszczalna moc strat

Parametry takie jak I

cmax

, U

CEOmax

, P

strmax

wyznaczają dopuszczalny obszar pracy, który nosi

również nazwę "dozwolonego obszaru pracy aktywnej" w skrócie SOA (Safe Operating Area).

Tranzystor składa się z dwóch złączy PN, które mogą być spolaryzowane w kierunku zaporowym
lub przewodzenia. W związku z tym można wyróżnić cztery stany pracy tranzystora.

Stan tranzystora

Kierunki polaryzacji złączy tranzystora
Złącze emiter-baza Złącze kolektor-baza

Zatkanie

Zaporowy

Zaporowy

Przewodzenie aktywne

Przewodzenia

Zaporowy

Nasycenie

Przewodzenia

Przewodzenia

Przewodzenie inwersyjne Zaporowy

Przewodzenia

Najważniejszym z tych nich jest obszar pracy aktywnej, gdyż to właśnie w tym obszarze
tranzystor wykazuje swoje właściwości wzmacniające, które są wykorzystywane praktycznie.

Tranzystor pracujący w układach analogowych musi być w stanie aktywnym, a w układach
cyfrowych - w stanach zatkania lub nasycenia.

Tranzystor jako element trójkońcówkowy, czyli trójnik może być połączony w układzie
elektronicznym w rozmaity sposób. W matematycznym opisie tranzystora - trójnika - traktuje się go
zwykle jako czwórnik, przyjmując jedną z końcówek jako wspólną dla wejścia i wyjścia. W
zależności od tego, którą z końcówek wybieramy za wspólną, rozróżnia się konfiguracje:
1. Układ ze wspólnym emiterem OE (WE)

2. Układ ze wspólną bazą OB. (WB)

3. Układ ze wspólnym kolektorem OC (WC)

Wybór układu pracy jest zależny od przeznaczenia i rodzaju zastosowanego tranzystora.

Tranzystor pracujący w układzie OE jest najczęściej używany w układach elektronicznych
ponieważ charakteryzuje się:
- dużym wzmocnieniem prądowym
- dużym wzmocnieniem napięciowym
- dużym wzmocnieniem mocy
Napięcie wejściowe w OE jest odwrócone w fazie o 180 st. W stosunku do napięcia
wejściowego. Rezystancja wejściowa jest rzędu kilkuset

Ω

, a wyjściowa wynosi kilkadziesiąt k

Ω

.

Tranzystor pracujący w układzie OB. ma:
- małą rezystancję wejściową
- bardzo dużą rezystancje wyjściową
- wzmocnienie prądowe bliskie jedności
Tranzystor w tym układzie pracuje przy bardzo dużych częstotliwościach granicznych, niekiedy
nawet rzędu GHz.

Tranzystor pracujący w układzie OC charakteryzuje się:

–

dużą rezystancją wejściową (co ma istotne znaczenie we wzmacniaczach małej
częstotliwości)
- wzmocnieniem napięciowym równym jedności (stąd jest nazywany również wtórnikiem
emiterowym)
- dużym wzmocnieniem prądowym

–

Porównanie właściwości poszczególnych układów pracy tranzystora bipolarnego przedstawia
tabela:

Parametr

wspólny kolektor wspólny emiter

wspólna baza

Rezystancja wejściowa

Duża

Średnia

Mała

Wzmocnienie napięciowe Równe jedności

Duże

Średnie

Wzmocnienie prądowe

Duże

Średnie

Mniejsze od jedności

Rezystancja wyjściowa

Mała

Duża

Duża