2015-02-27
1442
Имеется три способа включения транзистора: схема с общей базой, схема с общим эмиттером и схема с общим коллектором (ОБ, ОЭ, ОК). Схемы включения транзистора приведены на рисунке (рисунок 1.37).
Рисунок 1.37 – Схемы включения транзистора:
а – ОБ; б – ОЭ; в – ОК.
1. Схема с общей базой
На примере этой схемы рассмотрим принцип работы транзистора.
Входной ток в схеме ОБ является током эмиттера i э, а выходной – ток коллектора i к.
Коэффициент усиления (передачи) по переменному току α = ∆I к / ∆I э представляет собой отношение приращений тока коллектора и эмиттера, имеет величину меньше единицы. При отсутствии тока эмиттера i э (цепь эмиттера разомкнута) протекает тепловой ток I к0. Этот ток аналогичен току насыщения полупроводникового диода и определяется концентрацией неосновных носителей в базе и коллекторе транзистор. При комнатной температуре этот ток составляет единицы мкА. С учетом I к0: i к = α i э + I к0.
Если сопротивление нагрузки достаточно велико, то амплитуда переменной составляющей напряжения U вых значительно больше амплитуды напряжения U вх.
|
|
|
Учитывая, что i вых i вх, следует ожидать, что схема не обеспечивает усиления тока, но усиливает напряжение. Входной ток такой схемы i вх = i э достаточно большой, а входное сопротивление малое.
2. Схема с общим эмиттером (ОЭ)
Входным током является ток базы i Б. Коэффициент передачи по току β = ∆I к / ∆I Б, где β= α / (1 − α), β >> 1 (β = 10…200)
При отсутствии тока база i Б (цепь базы разомкнута) протекает ток I к0 = I 2к0 · (1 + β) / (1 − α), т. е. i к = β i Б + I к0
Так как i вых >> i вх, а при достаточно большом сопротивлении R к, амплитуда переменной составляющей напряжения U вых значительно больше амплитуды напряжения U вх, следовательно схема обеспечивает усиление и тока и напряжения.
Входной ток схемы достаточно мал, поэтому входное сопротивление больше, чем у схемы с общей базой.
3. Схема с общим коллектором (ОК)
Входная цепь – цепь базы, выходная – цепь эмиттера.
Коэффициент передачи тока в этой схеме:
∆i э / ∆i Б = I э / I Б = I э / (I э – I к) = 1 / (1 – α) = βэ + 1, то есть он больше, чем в схеме ОЭ: βк > βэ. В этой схеме коллектор является общим для входной и выходной цепей по переменному току.
Само напряжение U бэ, и особенно его переменная составляющая достаточно малы, поэтому амплитуда переменной составляющей напряжения U вх примерно равна амплитуде переменной составляющей напряжения U вых. Поэтому усилительные каскады с общим коллектором, называют эмиттерными повторителями, так как i вх << i вых. Схема усиливает ток, но не усиливает напряжение.
Схема отличается повышенным входным сопротивлением, так как при увеличении входного напряжения увеличению входного тока препятствует увеличение как напряжения U вх, так и напряжения U вых.
|
|
|
На практике наиболее часто используется схема с общим эмиттером.
Сравнительная таблица основных параметров трех схем включения
| Параметр усилительного каскада | Схема включения транзистора | ||
| ОБ | ОЭ | ОК | |
| Входное сопротивление,Ом | Низкое (≤ 100) | Среднее (≤ 2К) | Высокое (0,2...1мОм) |
| Выходное сопротивление,Ом | Высокое (0,5...1) | Среднее (~ 20К) | Низкое (50…500) |
| Усиление по току | < 1 | ≤ 200 | 10…200 |
| Усиление по току | ≤ 500 | ≤ 500 | ≤ 1 |
| Фазовый сдвиг между U вых и U вх | 00 | 1800 | 00 |
Обычно используют 2 вида вольтамперных характеристик:
- входные;
- выходные.
Для схемы с общим эмиттером входной характеристикой называют зависимость входного тока или тока базы i б от напряжения базы – эмиттер U б-э.
Выходной характеристикой называют зависимость i к от U к-э при фиксированных значениях i б = const.
Для схемы с общей базой, входной характеристикой является зависимость i э = f (U э-б), а выходной i к = f (U к-б).
Для схемы с общим коллектором выходной характеристикой является i э = f (U э-к), а входной i б = f (U к-б).
| Рисунок 1.38 – Транзистор как четырехполюсник |
Часто транзистор рассматривают как четырехполюсник (рисунок 1.38), то есть линейный элемент, имеющий два входных и два выходных зажима. И в этом случае используется вторичные параметры, которые справедливы только для данного режима транзистора и для малых амплитуд. Поэтому их называют низкочастотными малосигнальными параметрами или h – параметрами. Связь между входными (U 1, I 1) и выходными (U 2, I 2) напряжениями и токами четырехполюсника выражается системой 2-х уравнений. Выбрав 2 из входящих в эту систему параметров за независимые переменные, находят 2 других.
∆U 1 = h 11 ∆I 1 + h 12 ∆U 2
∆I 2 = h 21 ∆I 1 + h 22 ∆U 2
Параметры, входящие в эти уравнения, определяются, используя 2 режима:
1. режим короткого замыкания для тока на выходе, то есть при отсутствии нагрузки в выходной цепи. При этом U 2 = const;
2. режим холостого хода, то есть при разомкнутой для тока цепи, когда во входной цепи имеется только постоянный ток, I 1 = const.
Эти режимы или эти условия легко осуществить на практике при измерении h – параметров.
В систему h – параметров входят следующие величины:
1. h 11 = ∆U 1 / ∆I 1 при U 2 = const – входное сопротивление транзистора при отсутствии переменного напряжения. При таком условии изменение входного тока ∆I 1 является результатом изменения входного напряжения ∆U 1.
2. h 12 = ∆U 1 / ∆U 2 при I 1 = const – коэффициент обратной связи по напряжению, показывает какая доля выходного напряжения передается на вход транзистора в следствии наличия в нем внутренней обратной связи. Условие I 1 = const говорит о том, что изменение напряжения на входе ∆U 1 есть результат изменения только выходного напряжения ∆U 2.
3. h 21 = ∆I 2 / ∆I 1 при U 2 = const – коэффициент усиления по току, показывает усиление тока транзистора в режиме работы, то есть изменение выходного тока ∆I 2 зависит только от изменения входного тока ∆I 2.
4. h 22 = ∆I 2 / ∆U 2 при I 1 = const – выходная проводимость, представляет внутреннюю проводимость для переменного тока между выходным зажимом транзистора.
