Транзистор (полупроводниковый триод) является электронным прибором, основанным на свойствах двух, расположенных весьма близко друг от друга электронно-дырочных p-n-переходов. Наличие трех слоев с различной проводимостью обуславливает на границах их раздела два p-n-перехода, характеризующихся динамическим равновесием. Чтобы вывести p-n-переход из состояния равновесия, к нему подводится внешнее напряжение . При этом значение тока в цепи закрытого коллекторного перехода зависит от значения тока открытого эмиттерного перехода. Связь между токами коллекторной и эмиттерной цепей транзистора характеризуется коэффициентом передачи тока: Число рекомбинирующих в базе основных носителей заряда эмиттера определяет ток базы:
Основными характеристиками транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ), являются статическая входная характеристика Iб(Uб) при (рис. 14.1) и статическая выходная характеристикаIк(Uк) при (рис. 14.2). В схеме транзистора с ОЭ к эмиттерному переходу транзистора приложено прямое напряжениеUпр, поэтому при напряжении на коллекторе входная характеристика соответствует прямой ветви вольт-амперной характеристики p-n-перехода.
|
|
Рис. 14.1. Статическая входная характеристика транзистора | Рис. 14.2. Статическая выходная характеристика транзистора |
Свойства транзисторов в рабочем (динамическом) режиме оцениваются по их характеристическим параметрам, представляющим собой величины, которые устанавливают связь между малыми изменениями токов и напряжений. Наиболее распространена система h-параметров, выражающая функциональную зависимость между входными напряжением и током и выходным напряжением. Основные h-параметры транзистора для схемы включения с общим эмиттером можно определить с помощью характеристических треугольников, построенных на семействе входных и выходных характеристик (рис. 14.1 и 14.2).
Параметры, найденные по характеристическому треугольнику, являются малосигнальными, так как они справедливы только для прямолинейных участков характеристик. Из характеристического треугольника определяют входное сопротивление транзистора при и коэффициент обратной связи при . Из семейства статических выходных характеристик определяют коэффициенты усиления по току при и выходную проводимость транзистора при . Параметры транзисторов зависят от схемы включения (табл. 14.2).
Таблица 14.2
Параметры усилителя при различных схемах включения транзисторов
Параметры усилителя | Схема включения транзистора | ||
с общей базой (ОБ) | с общим эмиттером (ОЭ) | с общим коллектором (ОК) | |
Коэффициенты усиления: | |||
по току Кi | (10 - 200) | (10 - 200) | (10 - 100) |
по напряжению Кu | (1000 - 10000) | (30 - 100) | |
по мощности Кp | (1000 - 10000) | (1000 - 20000) | (10 - 100) |
Продолжение таблицы 14.2 | |||
Входное сопротивление, | 10 – 100 Ом | 100 – 1000 Ом | 0,5 – 1 мОм |
Выходное сопротивление, | 0,1 – 1 мОм | 10 – 100 кОм | 10 – 100 Ом |
Типовая схема усилительного каскада с общим эмиттером показана на рис. 14.3. Резисторы R1, R2, Rк, в схеме обеспечивают необходимые значения постоянных напряжений на коллекторном и эмиттерных переходах при питании всех цепей транзистора от одного общего источника питания Еа. Резистор Rэ обеспечивает температурную стабилизацию рабочей точки, что для транзисторных усилительных схем очень существенно. С ростом температуры постоянная составляющая тока эмиттера возрастает, вследствие чего увеличивается падение напряжения на резисторе Rэ, при этом потенциал эмиттера относительно базы снижается, что уменьшает постоянную составляющую тока базы и ограничивает степень нарастания тока покоя в цепи коллектора. Для устранения этого воздействия при прохождении по цепям транзистора переменных составляющих резистор Rэ шунтируется конденсатором Сэ. Конденсаторы, С1 и Сс предназначены для предотвращения попадания постоянной составляющей тока от источника питания и сигнала на выход и вход усилительного каскада.
|
|
Рис. 14.3. Схема усилительного каскада с общим эмиттером | В малосигнальных усилителях низкой частоты при известных значениях сопротивления нагрузки Rн и генератора сигналов Rг и известных значениях h-параметров транзистора в избранной схеме включения в соответствующей рабочей точке основные параметры одиночного каскада могут быть рассчитаны по следующим формулам. Коэффициенты усиления: – по току – по напряжению |
– по мощности .
Сопротивления: – входное
– выходное
В приведенные формулы входят значении h-параметров, соответствующие способу включения транзистора. Полное согласование нагрузки затруднительно, так как в усилительных каскадах при включении транзисторов по схемам с общей базой (рис.14.4) и общим эмиттером Rн<<Rнс (где Rнс - согласованная нагрузка), при этом Rн можно определить исходя из выражения , тогда для расчетов параметров усилительного каскада справедливы приближенные формулы: ; ; ;
Рис. 14.4. Схема усилительного каскада с общей базой | Рис. 14.5. Схема усилительного каскада с общим коллектором |
В усилительных каскадах при включении транзистора по схеме с общим коллектором (рис. 14.5) обычно , при этом можно пользоваться следующими приближенными формулами: ; ; ; .
Процесс расчета многокаскадных усилителей осуществляется покаскадно от последнего каскада к первому. В связи с наличием в сопротивлениях резисторов связи потерь мощности, передаваемой от одного транзистора к другому, коэффициенты усиления каскадов по току и мощности оказываются меньше рассчитываемых по формулам для однокаскадного усилителя. Коэффициенты усиления по напряжению остаются практически неизменными при правильно выбранном сопротивлении Rн и сопротивлении генератора сигнала Rг для каждого каскада.