h_22э — выходная проводимость.

Соответственно при отсутствии R_э K_u = —R_к/r_э.

Как видно из приведённой формулы, каскаду с ОЭ (без принятия дополнительных мер) свойственны большие нелинейные искажения, т. к. в знаменателе есть нелинейная величина r_э, имеющая сложную зависимость от тока коллектора. Уменьшить нелинейные эффекты можно по следующим направлениям:

— уменьшение влияния r_э путём установки последовательно с ним резистора R_э (местная 0 °C по току);

— компенсация влияния r_э путём установки последовательно с R_к одного или нескольких диодов динамическое сопротивление которых равно: r_д = f_т/I_к, тогда К_u =(R_к + nr_д)/(r_э + R_э), где n — количество диодов;

— выбор оптимального тока коллектора, при котором минимальны изменения h_21э;

— правильный выбор рабочей точки;

— применение местной 0 °C по напряжению, которая одновременно уменьшает влияние ёмкости С_к, так как шунтирует её:

— выбор оптимального сопротивления источника (например, подбором сопротивления Rn последовательно со входом;

— уменьшение влияния r_э путём замены R_к 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…0,3 В до нескольких вольт в зависимости от тока коллектора. Например, для маломощных транзисторов при токах больше 10…20 мА насыщение может наступать при U_кэ = (1…2) В.

Напряжение ибэ зависит от температуры и изменяется на -2.1 мВ/°С. Поэтому ток коллектора увеличивается в 10 раз при увеличении Т° на 30 °C. Такая нестабильность делает смещение неработоспособным, т. к. даже небольшое изменение температуры выводит транзистор в режим насыщения или отсечки. Входное сопротивление каскада:

R_вх = R_п + r_б + h_21э(r_э + R_э) и имеет ёмкостный характер.

При отсутствии R_п и R_э и если пренебречь r_б, то R_вх = h_21э; r_э = h_21э∙25/I_к (мА), Ом

Отсюда видно, что R_вх величина не постоянная, меняется при изменении входного сигнала, т. к. меняется I_к.

Диапазон изменения входного сигнала при R_э = 0, при котором сохраняется линейный режим, не превышает 2 — f_т = 50 мВ.

Коэффициент передачи тока h_21э 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 R_r > R_вх можно считать, что источник входного сигнала электрически замкнут накоротко. При этом входной ток I_вх = Е_вх/R_r и практически не зависит от изменяющегося R_вх, где Е_вх — ЭДС источника сигнала.

Следовательно усиление будет происходить с малыми нелинейными искажениями, поскольку зависимость выходного тока транзистора от входного практически линейна, хотя входное напряжение U_вх = I_вxR_вx — нелинейно.

Однако не следует думать, что чем R_r больше R_вх, тем лучше. Для транзисторного каскада характерна вполне определённая оптимальная величина как внутреннего сопротивления источника сигнала, так и тока коллектора. Необходимо также учитывать, что R_к шунтируется входным делителем каскада.

Ёмкость коллекторного перехода С_к является барьерной ёмкостью и зависит от напряжения на коллекторе, т. е. носит динамический характер.

Подобно тому как С_э уменьшается в (К_u + 1) раз в эмиттерном повторителе благодаря положительной ОС в каскаде с ОЭ С_к увеличивается во столько же раз благодаря отрицательной ОС, что равносильно подключению параллельно входу динамической ёмкости С_к∙(К_u + 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 R_н при одновременном увеличении I_к, т. к. усиление прямо пропорционально I_к/С_в;

— применить транзисторы с малыми ёмкостями переходов;

— отделить нагрузку эмиттерным повторителем.

Как отмечалось выше, простейший каскад не обладает термостабильностью, поэтому практически не используется. Вот один из способов так называемой коллекторной термостабилизации с применением отрицательной обратной связи по напряжению:

Если взять исходное напряжение U_к равным 0,5Е_п, то R_к = 0,5E_п/I_к, сопротивление в цепи базы R_б = 0,75Е_п/I_б = 0,5Е_п∙h_21э/I_к.

2. Пример коллекторной стабилизации с исключением влияния ООC по переменному току.

Базовый резистор заменён Т-мостом, где C = K_u/F2pH∙pR₁. Обычно R₁ принимают равным R₂.

3. Каскад с компенсационным смещением на согласованном транзисторе.

Используется для усиления относительно слабых сигналов. Изменение температуры не влияет на работу схемы.

Аналогичный каскад с трансформаторной связью на входе.

4. Каскад с эмиттерной стабилизацией с помощью ООС по току.