Схемы включения транзисторов. Применяют три основные схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК)

Применяют три основные схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Такая терминология указывает, какой из электродов транзистора является общим для его входной и выходной цепей.

На рис. 2 показана схема с общей базой. Во входную (эмиттерную) цепь последовательно с источником питания Е₁ включен источник входного сигнала, вырабатывающий некоторое переменное напряжение U_ВХ. В коллекторную цепь включено сопротивление нагрузки R_H. Входным током является ток эмиттера I_ВХ = I_Э. Выходным током является ток коллектора I_ВЫХ = I_K. Коэффициент передачи тока для схемы с ОБ равен:

при Е₂ = const.

Коэффициент a всегда меньше 1 и, чем он ближе к 1, тем лучше транзистор.

Поскольку ток эмиттера – наибольший из всех токов транзистора, то схема с ОБ имеет малое входное сопротивление для переменной составляющей тока сигнала. Фактически это сопротивление равно сопротивлению эмиттерного перехода, включенного в прямом направлении R_BX = r_Э. Низкое входное сопротивление схемы с ОБ (единицы – десятки ом) является её существенным недостатком, т.к. в многокаскадных схемах это сопротивление оказывает шунтирующее действие на сопротивление нагрузки предыдущего каскада и резко снижает усиление этого каскада. Достоинствами схемы с ОБ являются меньшие искажения при усилении, лучшие температурные и частотные свойства, чем у схемы с ОЭ.

Для схемы с ОБ входная характеристика (рис. 3) представляет собой зависимость тока эмиттера от напряжения между эмиттером и базой при постоянной величине напряжения между коллектором и базой. Входные характеристики аналогичны ВАХ p-n-перехода для прямого тока. Сдвиг характеристик влево при увеличении напряжения U_КБ объясняется проявлением так называемого эффекта Эрли (эффекта модуляции толщины базы).

Указанный эффект состоит в том, что при увеличении напряжения U_КБ коллекторный переход расширяется (как и всякий обратно смещенный p-n-переход). Расширение происходит, главным образом, за счет базового слоя, как более высокоомного. Толщина базы и её сопротивление уменьшаются. Это приводит к уменьшению напряжения U_ЭБ и к уменьшению рекомбинации дырок с электронами в базовой области. При этом увеличивается коэффициент a и ток коллектора.

Выходные характеристики транзистора для схемы с ОБ (рис. 3) изображают зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе при различных постоянных значениях эмиттерного тока. Как было показано ранее, если коллекторный переход смещен в обратном направлении, то ток коллектора приблизительно равен току эмиттера I_K» I_Э. Это соотношение сохраняется даже при U_КБ = 0, так как большинство дырок, инжектированных в базу, захватываются электрическим полем коллекторного перехода и переносятся в коллектор. Только, если коллекторный переход смещают в прямом направлении (графики слева от точки 0 на рис. 3), встречный поток дырок из коллектора компенсирует поток дырок из эмиттера и ток коллектора становится равным нулю.

Схема с общим эмиттером показана на рис. 4. Входным током в ней является малый по величине ток базы, а выходным – ток коллектора. Следовательно, коэффициент передачи тока для схемы с ОЭ равен:

.

Соотношение между коэффициентами a и b можно получить в виде b = a / (1 – a). Если a = 0,98, то b = 49, т.е. можно получить коэффициент усиления тока порядка нескольких десятков.

Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ значительно больше, чем в схеме с ОБ. Это следует из очевидного неравенства:

DU_BX / DI_Б >> DU_BX / DI_Э.

Достоинством схемы с ОЭ следует также считать возможность её питания от одного источника напряжения. Поэтому схема с ОЭ является наиболее распространенной.

Входная характеристика схемы с ОЭ (I_б = f(U_БЭ) при U_КЭ = const) подобна ВАХ p-n-перехода при прямом смещении (рис. 5). При U_КЭ = 0 – это прямые ветви эмиттерного и коллекторного переходов, включенных параллельно. С ростом U_КЭ ток базы уменьшается. Это объясняется тем, что при увеличении U_КЭ растет напряжение, приложенное к коллекторному переходу в обратном направлении, уменьшается вероятность рекомбинации носителей заряда в базе, т.к. почти все носители быстро втягиваются в коллектор. Поэтому ток электронов, входящих в базу для рекомбинации с инжектированными дырками, уменьшается.

Выходные характеристики транзистора для схемы с ОЭ (рис. 5) представляют собой зависимости тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при постоянном токе базы: I_K = f (U_КЭ) при I_б = const.

Схема с общим коллектором (ОК) в некоторых учебниках не рассматривается вообще или кратко представлена в виде, изображенном на рис. 6. В других учебниках схема изображена в виде рис. 7 (и называется эмиттерным повторителем). В этой схеме действительно коллектор является общей точкой для входного и выходного переменного тока: источники питания Е₁ и Е₂ имеют малое сопротивление и всегда шунтированы конденсаторами большой емкости, поэтому для переменного тока они могут считаться короткозамкнутыми. Поэтому к коллектору оказываются подключенными и источник входного напряжения U_ВХ и сопротивление нагрузки.

Входным током является ток базы, а выходным – ток эмиттера. Поэтому коэффициент прямой передачи тока для этой схемы:

.

Для переменных входных и выходных напряжений справедливо равенство
DU_BX = DU_БЭ + DU_ВЫХ (т.е. усиления по напряжению нет). Само напряжение U_БЭ и особенно переменная составляющая этого напряжения достаточно малы, поэтому амплитуда переменной составляющей входного напряжения DU_BX приблизительно равна амплитуде переменной составляющей выходного напряжения DU_ВЫХ. В соответствии с этим схема с ОК и называется эмиттерным повторителем.

Достоинством схемы с ОК является её большое входное сопротивление.

В таблице представлены коэффициенты усиления по току k_i, напряжению k_U, мощности k_p, входное сопротивление R_BX схем с ОБ, ОЭ и ОК и фазовый сдвиг между выходным и входным напряжениями.