Схемы включения транзисторов, параметры и характеристики

 

 

Существуют три способа включения транзистора в зависимости от того, какой вывод транзистора является общим для входной и выходной цепи: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) (рис. 3.26, а. б, в).

Каждая из схем включения транзистора обладает особенностями, которые проявляются в различии параметров и характеристик. Как правило, представляют интерес следующие параметры:

- коэффициент усиления (передачи) по току K _I = ∆ I _вых /∆ I _вх (отношение небольшого приращения выходного тока к соответствующему приращению входного);

- коэффициент усиления (передачи) по напряжению K_U = ∆ U _вых /∆ U _вх (отношение небольшого приращения выходного напряжения к соответствующему приращению входного);

- коэффициент усиления по мощности K_p = P _вых / P _вх (отношение выходной мощности, отдаваемой схемой в нагрузку, к мощности, затраченной на входе схемы);

- входное сопротивление R _вх = ∆ U _вх /∆ I _вх;

- выходное сопротивление R _вых, определяемое внутренним сопротивлением схемы как источника напряжения.

Схема (ОБ). Для схемы ОБ (рис. 3.26, а) входным током является ток эмиттера I _э, а выходным – ток коллектора I _к. Поэтому основное уравнение токов транзистора – это зависимость тока коллектора от тока эмиттера

I _к = a I _э + I _ко,

из которого следует, что коэффициент передачи по току для схемы ОБ

K _{I (б)} = ∆ I _к /∆ I _э = a < 1.

Таким образом, схема ОБ не обладает усилением по току.

Коэффициент усиления по напряжению K_{U (б)} = ∆ U _кб /∆ U _эб измеряется десятками и сотнями единиц. Это связано с тем, что переход эмиттер-база смещен в прямом направлении и напряжение U _эб на нем не превышает 1-1,5 В (прямое падение напряжения на p-n-переходе), а переход коллектор-база смещен в обратном направлении и напряжение U _кб на нем в зависимости от типа транзистора может составлять десятки и сотни вольт.

Коэффициент усиления по мощности, равный произведению коэффициентов усиления по току и по напряжению K_{p (б)} = K_{I (б)} K_{U (б)} также измеряется десятками и сотнями единиц.

Входное сопротивление R _вх(б) = ∆ U _эб /∆ I _э определяется сопротивлением прямо смещенного p-n-перехода эмиттер-база и в зависимости от типа транзистора и участка входной характеристики, где измеряется сопротивление, составляет единицы или десятки Ом.

Выходное сопротивление R _вых(б) = r _к(б) определяется внутренним сопротивлением обратно смещенного p-n-перехода коллектор-база и составляет сотни килоом или единицы мегаом.

Схема ОБ не нашла широкого применения из-за отсутствия усиления по току. Однако основные ее достоинства: высокая температурная стабильность высокая граничная частота усиления.

Схема (ОЭ). Для схемы ОЭ (рис. 3.26, б) входным током является ток базы I _б, а выходным – ток коллектора I _к. В соответствии с законом Кирхгофа

I _э = I _к + I _б                                                                      (3.2)

Подставив выражение (2) в выражение (1), получим:

(1- a ) I _к = a I _б + I _ко.

Поделив все члены полученного выражения на (1- a ), получим основное уравнение тока коллектора в схеме с общим эмиттером

I _к = b I _б + ( b +1) I _ко,                                     (3.3)

где b = a /(1- a ) – коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером. Величина коэффициента усиления по току b измеряется десятками и сотнями единиц (b = 10 –1000). Таким образом, схема ОЭ обладает усилением по току:

K _{I (э)} = ∆ I _к /∆ I _б = b = a /(1- a ).

Иногда уравнение (3) записывают в другом виде

I _к = b I _б + I ^* _ко,

где I ^* _ко = ( b +1) I _ко – тепловой ток транзистора в схеме с общим эмиттером.

Коэффициент усиления по напряжению K_{U (э)} = ∆ U _кэ /∆ U _эб практически такой же как и в схеме ОБ, так как напряжения U _кэ и U _кб отличаются незначительно.

Коэффициент усиления по мощности K_{p (э)} = K_{I (э)} K_{U (э)} во много раз больше, чем в схеме ОБ, так как схема ОЭ обладает усилением по току.

Входное сопротивление R _вх(э) = ∆ U _эб /∆ I _б примерно на порядок выше, чем в схеме ОБ, и составляет десятки или сотни Ом.

Выходное сопротивление R _вых(э) так же как и в схеме ОБ определяется внутренним сопротивлением обратно смещенного p-n-перехода коллектор-база и составляет сотни килоом или единицы мегаом.

Схема ОЭ находит наибольшее применение в схемотехнике электронных устройств, так как обладает усилением по току, напряжению и мощности. Недостатком схемы по сравнению а схемой ОБ является большая величина неуправляемого теплового тока. Для уменьшения теплового тока приходится принимать специальные меры.

На рис. 3.27 приведены вольт-амперные характеристики маломощного транзистора в схеме ОЭ.

Выходные характеристики транзистора в схеме ОЭ определяют зависимость коллекторного тока I _к = F ( U _кэ ) при I _б = const (рис. 3.27, а). На характеристиках можно выделить три области: I – начальная область, II – рабочий участок транзистора, работающего в режиме усиления (слабая зависимость I _к от U _кэ) и III – пробой коллекторного перехода

В области I оба перехода эмиттер-база и коллектор-база смещены в прямом направлении под действием напряжения U _эб. На границе с областью II прямое напряжение снимается с коллекторного перехода и в области II на коллекторном переходе действует обратное напряжение. Точке перехода от области I к области II соответствует напряжение U _кэ порядка 0,5-1,5 В.

Некоторое возрастание тока коллектора при повышении напряжения U _кэ  на участке II связано с увеличением коэффициента усиления b за счет эффекта модуляции базы. Наклон характеристики на этом участке характеризуется дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода r _к(э) = dU _кэ / dI _к  при I _б = const, которое может быть найдено по выходной характеристике как отношение приращений напряжения и тока. Уравнение выходной характеристики на участке II имеет вид

I _к = b I _б + U _кэ / r _к(э) + ( b +1) I _ко,                        (3.4)

где за наклон характеристики «отвечает» второе слагаемое уравнения.

Нулевому входному току I _б = 0 соответствует ток I _ко(э) = ( b +1) I _ко = I ^* _ко, называемый начальным или сквозным (рис. 3.27, а).

Если эмиттерный переход перевести в непроводящее состояние, т.е. подать напряжение в данном случае U _эб > 0, то ток коллектора снизится до I _ко (рис. 3.27, а) и будет определяться обратным током коллекторного перехода I _ко, протекающим по цепи база-коллектор.

Наличие составляющей I ^* _ко = ( b +1) I _ко в выражении (6) является одой из главных причин температурной зависимости выходных характеристик транзистора. Влияние температуры приводит к изменению тока I ^* _ко и смещению характеристик вверх при повышении температуры (пунктирные кривые на рис. 3.27, а).

Входные (базовые) характеристики транзистора отражают зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при фиксированном напряжении коллектор-эмиттер: I _б = F ( U _эб ) при U _кэ = const (рис. 3.27, б).

При U _кэ = 0 входная характеристика соответствует прямой ветви вольтамперной характеристики двух p-n-переходов (эмиттерного и коллекторного), включенных параллельно. Ток базы при этом равен сумме токов эмиттера и коллектора, работающего в режиме эмиттера.

При U _кэ > 0 ток базы составляет малую часть тока эмиттера. При определенной величине U _эб подача напряжения U _кэ > 0 вызывает уменьшение тока I _б, т.е. смещение вниз характеристик относительно кривой со значением U _кэ = 0.

В токе I _б присутствует составляющая I _ко. Поэтому при U _кэ > 0 входные характеристики исходят из точки с отрицательным значением тока базы, равным I _ко.

Схема ОК. Для схемы ОК (рис. 3.26, в) входным током является ток базы I _б, а выходным – ток эмиттера I _э. Так как I _э = I _к + I _б, то основное уравнение тока эмиттера для схемы ОК будет иметь вид

I _э = ( b +1) I _б + ( b +1) I _ко,                                (3.5)

или

I _э = ( b +1) I _б + I ^* _ко.                                          (3.6)

В соответствии с (5) коэффициент усиления по току в схеме ОК

K _{I (к)} = ∆ I _э /∆ I _б = b +1.

Коэффициент усиления по напряжению K_{U (к)} = ∆ U _кэ /∆ U _кб < 1, так как напряжение U _кэ меньше, чем напряжение U _кб на величину U _эб.

Коэффициент усиления по мощности K_{p (к)} = K_{I (к)} K_{U (к)} примерно равен коэффициенту усиления по току K_{I к} , так как коэффициент передачи по напряжению K_{U (к)} примерно равен единице.

Входное сопротивление R _вх(к) = ∆ U _кб /∆ I _б =  ∆ I _э ( R _э + R _эб )/ I _б = ( b +1)( R _э + R _эб ).

Учитывая, что b >> 1 и R _э >> R _эб, можно считать:

R _вх(к) » b R _э.

Выходное сопротивление R _вых(к) = R _э, что следует из анализа рис. 3.26, в.

Основное достоинство схемы ОК – высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Поэтому схема ОК нашла применение для согласования сопротивлений (маломощного высокоомного источника сигнала с низкоомным приемником сигнала). Несколько видоизмененная схема ОК получила название эмиттерный повторитель.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: