Схема с общим эмиттером, параметры и характеристики транзистора
Принцип работы, характеристики и параметры биполярных транзисторов удобно рассматривать на примере широко используемой на практике схемы включения транзистора с общим эмиттером (рис. 6.3).
Эта схема дает наибольшее усиление по току, напряжению и мощности. На схеме показаны включенные в цепь базы источник питания Еб с резистором Rб для задания режима работы транзистора по постоянному току и источник питания Ек цепи коллектора с нагрузочным резистором Rк. В зависимости от того, какие напряжения действуют на переходах, различают 3 режима работы транзистора:
– активный режим, или режим усиления, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном;
– режим насыщения, когда оба перехода смещены в прямом направлении;
– режим отсечки, когда оба перехода смещены в обратном направлении.
Принцип работы биполярного транзисторазаключается в том, что незначительный по величине ток базы Iб, возникающий при подаче прямого напряжения Uбэ на переход эмиттер – база, вызывает значительные изменения тока эмиттера Iэ и тока коллектора Iк. Это обусловлено сильной инжекцией электронов из эмиттера, которые втягиваются полем обратно смещенного коллекторного перехода. Ток коллектора при этом определяется выражением Iк= βст·Iб, где βст – статический коэффициент передачи тока базы, значительно превышающий по величине единицу.
Ток коллектора Iк связан с напряжением Uбэ на переходе база – эмиттер уравнением Эберса – Молла:
|
|
|
где Iк0 – обратный ток коллекторного перехода, jТ – температурный потенциал, составляющий для кремния при температуре Т = 300 К примерно 26 мВ. Токи эмиттера, коллектора и базы транзистора связаны соотношением
Зависимость между входными и выходными токами и напряжениями в транзисторах определяется семействами входных и выходных статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) (рис. 6.4). Входные характеристики Iб = f(Uбэ)|Uкэ (рис. 6.4, а) снимаются при постоянных выходных напряжениях коллектор-эмиттер Uкэ = const (постоянные параметры отделены знаком | ). При Uкэ = 0 характеристика идет из начала координат, так как при отсутствии напряжения отсутствует и ток. При Uкэ > 0 характеристика сдвигается вправо на величину так называемого порогового напряжения Uбэ.пор, различающегося у германиевых и кремниевых транзисторов. Семейство выходных ВАХ Iк = f(Uкэ)|Iб (рис. 6.4, б) снимается при различных токах базы Iб = const.
На вольт-амперных характеристиках выделены области, соответствующие работе транзистора в активном режиме, в режимах насыщения и отсечки. Биполярные транзисторы характеризуются большим числом различных параметров (статических, дифференциальных, физических) и соответствующих им линейных и нелинейных эквивалентных схем. Одним из широко используемых на практике параметров БТ является определенный выше статический коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером βст=Iк/Iб.
|
|
|
В соответствии со схемой рис. 6.4 могут быть построены и измерены динамические входные и выходные характеристики каскада Iк = f(Uкэ)|Ек = = const, Iб = f(Uбэ)|Ек = const. Выходная динамическая характеристика описывается уравнением Iк = (Ек – Uкэ)/Rк и называется также нагрузочной прямой или нагрузочной характеристикой (рис. 6.4, б). Динамические характеристики используются для выбора режима работы транзистора по постоянному току и графического определения значений его токов и напряжений при приложении входного переменного напряжения или тока.
Схема с общей базой
Характеризуется отсутствием усиления по току (коэффициент передачи близок к единице, но меньше единицы), высоким коэффициентом усиления по напряжению и средним (по сравнению со схемой с общим эмиттером) коэффициентом усиления по мощности. Входной сигнал подаётся на эмиттер, а выходной снимается с коллектора. При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико. Фазы входного и выходного сигнала совпадают.
|
|
|
Особенностью схемы с общей базой является минимальная среди трёх типовых схем усилителей «паразитная» обратная связь с выхода на вход через конструктивные элементы транзистора. Поэтому схема с общей базой наиболее часто используется для построения высокочастотных усилителей, особенно вблизи верхней границы рабочего диапазона частот транзистора. Достоинствами схемы являются стабильные температурные и частотные свойства, то есть параметры схемы (коэффициент усиления напряжения, тока и входное сопротивление) остаются неизменными при изменении температуры окружающей среды. Недостатками схемы являются малое входное сопротивление и отсутствие усиления по току.
1. Коэффициент передачи по току: 
2. Входное сопротивление: 
3. Коэффициент передачи по напряжению: 
4. Коэффициент передачи по мощности: 
Схема с общим эммитером
У обоих рассмотренных схем включения есть существенный недостаток – малое входное сопротивление. Именно для преодоления этого недостатка, применяется схема включения с общим коллектором (рис. 6.6). Особенностью схемы ОК является то, что сопротивление нагрузки включено в цепь эмиттера и падение напряжения, возникающее на сопротивлении нагрузки, полностью передается на вход, т. е. существует сильная отрицательная обратная связь. Отсюда вытекает второе название данной схемы – эмиттерный повторитель. Входное напряжение схемы является суммой напряжений база–эмиттер и выходного напряжения. Входное сопротивление схемы ОК может достигать десятков – сотен килоом. Rвх = Uвх/Iб = (Uбэ+Uвых) / Iб. (6.8) Отношение Uбэ/Iб есть входное сопротивление схемы с общим эмиттером, которое может достигать значения единиц килоом. А так как выходное напряжение в десятки раз больше напряжения база-эмиттер, то и входное сопротивление в десятки раз превышает сопротивление схемы ОЭ. Коэффициент усиления по току схемы ОК почти такой же, как в схеме с ОЭ, т. е. равен нескольким десяткам. Действительно, для данной схемы можно записать ki = Iэ/Iб (6.9) Коэффициент усиления по напряжению близок к единице, но всегда меньше ее: KU = Uвых/(Uбэ + Uвых) < 1. (6.10)
|
|
|
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 495; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!