Схемы включения транзистора как усилительного элемента

В качестве усилителя мощности транзистор используется в трёх основных схемах включения: схема с общей базой (ОБ) (рисунок 7.3,а), схема с общим эмиттером (ОЭ) (рисунок 7.3,б) и эмиттерный повторитель (рисунок 7.3,в). В схеме ОБ усиление по мощности осуществляется за счёт усиления по напряжению. В схеме ОЭ осуществляется усиление как по току, так и по напряжению. Эмиттерный повторитель обеспечивает усиление по току.

I_C I_C

– –

U_вых R_H I_C R_H I_B

I_E – U_вых

+ – I_B E_C E_C

U_EB – U_вых R_H

I_B E_C U_BE

– + + + I_E +

а) б) в)

Рисунок 7.3 - Схемы включения транзистора: а) ОБ; б) ОЭ; в) эмиттерный повторитель

Все три схемы соответствуют усилительному режиму: прямое смещение эмиттерного p-n перехода и обратное – коллекторного p-n перехода.

Схема с общей базой

Рассмотрим квазистационарный режим (рисунок 7.3,а) без учёта переходных процессов при изменении входного тока. Коэффициент усиления по мощности можно представить в виде:

, (7.1)

где – коэффициент усиления по току;

– коэффициент усиления по напряжению.

Изменение входного напряжения на небольшую величину D U_EB вызывает существенное изменение тока эмиттера и коллектора. Эмиттер смещён в прямом направлении (D U_EB < 0,1B).

;

Так как коллекторный переход смещён в обратном направлении, то его сопротивление большое, и он может, кроме того, поддерживать большое напряжение коллекторного источника E_C, вплоть до напряжения лавинного пробоя U_BCB. Поэтому сопротивление нагрузки R_H также может иметь большую величину, значительно большую, чем сопротивление прямо смещённого эмиттера (R_H >> r_E). С точки зрения теории цепей обратно смещённый коллекторный переход можно представить управляемым большим сопротивлением, величина которого определяется током эмиттера, который, в свою очередь, управляется малым напряжением эмиттера. Выходное напряжение определяется изменением напряжения на коллекторном переходе, которое можно найти по второму правилу Кирхгофа (рисунок 7.3,а),

Дифференциал постоянной Е_С равен нулю,

; ,

знак минус означает, что с увеличением тока коллектора (эмиттера) и напряжения эмиттера выходное напряжение уменьшается (изменение входного и выходного напряжений в противофазе).

Изменение входного напряжения связано с изменением входного тока эмиттера

где r_Е – малое сопротивление эмиттера в прямом смещении (, единицы Ом).

Подставив эти значения в (7.1), получаем:

, (7.2)

где - крутизна ВАХ эмиттера.

Таким образом, схема с общей базой усиливает по напряжению, но не усиливает по току (α ≤1). Величина K_P=K_U составляет (10²…10³). На рисунке 7.4 представлено графическое пояснение усиления по напряжению транзистора в схеме с общей базой.