Усилительные свойства транзистора



Усилительные свойства транзистора рассмотрим на примере схемы включения транзистора с общей базой, рис.6.1 

 

                    

                                                       Рис.6.1

 

На вход транзистора, относительно перехода база-эмиттер, подаются два напряжения: постоянное напряжение смещения ЕЭ и переменное напряжение подлежащее усилению

Соотношение источников: ЕЭ < ЕК.

В коллекторную цепь транзистора включа­ется сопротивление нагрузки RH. Т.к. выходное со­противление транзистора (со стороны коллек­торного перехода велико,1-10 МОм), то можно в цепь коллектора включать большие по номиналу сопротивления нагрузки, почти не изменяя величину коллекторного тока.

 Соответственно в цепи нагрузки может выделяться значительная мощность(переменной составляющей)

 

                         Pвых~=1/2Iк2Rн                                 (1)

 

Входное сопротивление схемы, напротив, весьма ма­ло (прямо смещенного эмиттерного перехода, единицы- десятки Ом). Поэтому при почти одинаковых токах коллектора и эмиттера мощность, потребляемая в цепи эмиттера, оказывается несравненно меньше, чем выделяе­мая в цепи нагрузки.

 

                 Pвх~=1/2Iэ2Rвх                                                (2)

 

                 Rн >> Rвх, а Iк ~ Iэ, то Pвых>> Pвх             (3)

 

Из (3) видно, что транзистор способен усиливать мощность, т.е. он являет­ся усилительным прибором.

Показатели, характеризующие усилительные свойства транзистора

  1. Коэффициент усиления по току: отношение изменения выходного тока DI к, к вызвавшего его изменение входного тока D

                                                                                                                        

                 КI =DIвых/DIвх= DIк/DIэ             (4)

 

Для приведенной схемы KI < 1( типовые значения КI= 0,9 - 0,95), т.е. ток IКв выходной цепи всегда несколько меньше тока Iэ, протекающего во входной цепи и транзистор, включенный по представленной выше схеме, уси­ления по току не дает.

Обычно отношение DIк/DIэ обозначается a (в системе h параметров - h21б). Чем больше коэффициент a, тем меньше отличаются между собой токи IКи Iэ, и соответственно, тем большими оказываются коэффициенты усиления транзистора по напряжению и по мощ­ности.

 

2 Коэффициент усиления по напряжению - число, показывающее, во сколько раз переменное напряжение превышает DUex, называется:

                               KU= DUвых / DUвx                                             (5)

                        DUвых= DIK.. Rн                                        (6)

 

DUвх =DIвх rэб, где rэ сопротивление входной цепи транзистора (сопротивление участка эмиттер-база).

 

                          KU = DIK Rн/ DIэ. r эб =a..Rн/ rэб                               (7)

 

 т.к Iэ ~Iк т.е. a~1 то Кu~Rн/rэб

 

  1. Коэффициент усиления по мощности транзистора: отношение выходной мощности (выделяющейся на нагрузке) к входной

 

                       КР~ = Pвых/ Pвх=0.5IK2 Rн/ 0.5Iэ2.rэб=a.2 Rн/.rэб = Rн/.rэб (8)

 

причем               

                                            КР= KU КI                  (9)

 

Для данной схемы КР численно равен KU и составляет величину до 1000.

Необходимо подчеркнуть, что усиление сигнала с помощью транзистора происходит за счет потребления от источника питания.

Сам транзистор выполня­ет функции своеобразного регулятора, который под действием слабого входно­го сигнала, введенного в цепь с малым сопротивлением, изменяет ток в выход­ной цепи, обладающей большим сопротивлением.

Схемы включения транзистора

Транзистор может быть включен в усилительный каскад тремя различ­ными способами: по схеме с общей базой (ОБ), сообщим эмиттером (ОЭ), и с общим коллектором (ОК).

Такая терминология указывает, какой из электродов транзистора является общим для его входной и выходной цепей. Различные схемы включения имеют различные свойства, но принцип усиления у них одинаков.

 

Схема с ОБ

(рис.7.1)

Эта схема рассматривалась нами выше для поясне­ния принципа работы транзистора.

 Входной сигнал прикладывается к выводам эмит­тера и базы, а источник питания UKи нагрузка RHвключены между выводами коллектора и базы. Усилительный каскад, собранный по схеме с ОБ обладает малым входным сопротивлением (единицы Ом) и большим выходным сопротивлением (1-10 МОм).

                                                          Рис.7.1

 

При отсутствии переменного входного сигнала (UВХ =0) через транзистортекут токи покоя -Iоэ, Iок, т.к базо-эмиттерный переход открыт напряжением смещения Есм, на делителе напряжения Rб1 и Rб2 (статический режим работы) 

При подаче на вход транзистора последовательно с напряжением Eсм переменного входного напряжения Uвxток становится пульсирующим.

При этом будет изменяться количество электронов вводимых из эмиттера в базу (для транзистора n-p-n), а следовательно, и ток коллектора 1К в цепи коллектора .

Этот ток, проходя по сопротив­лению нагрузки RH, создает на нем пульсирующее напряжение, повторяющее по форме входной сигнал . Переменная составляющая пульсирующего на­пряжения UH отделяется с помощью конденсатора С от постоянной состав­ляющей и подается на выход усилителя в виде переменного напряжения Uвых. В схеме с ОБ полярности входного и выходного сигналов совпадают.

Схема с ОК

(рис.7.2)  

В схеме с ОК входным током является Iб, а вы­ходным током, протекающим по нагрузке - Iэ.

 

 

 

                                                           

 

 

                                                     Рис.7.2

 

В отличие от схемы с ОБ схема с ОК усиливает сигнал по току.

Коэффициент усиления по току(в системе h-параметров - h21K) для этой схемы равен:

 

КI =DIэ/DIб =DIэ/(DIэ-DIк)=1/(1-DIк/DIэ)=1/(1-a)>10                                 (10)

 

Входное сопротивление Rвх схемы с ОК очень велико

(десятки - сотни кОм), а выходное Rвых - мало (десятки - сотни Ом)

Коэффициент усиления по напряжению Ки < 1 (0,9 - 0,95); 

Коэффициент усиления по мощности КРпорядка 10.

 

Схема применяется в основном для согласования сопротивлений между отдель­ными каскадами усилителя или между выхо­дом усилителя и низкоомной нагрузкой.

Схема с ОК не изменяет полярности выход­ного сигнала.

 

Схема с ОЭ

(рис.7.3)

Наиболее распространенная схема включения БТ.

Входной сигнал прикладывается к выводам эмиттера и базы, а источник пита­ния коллектора, и последовательно соединенное с ним RH, включены между выводами эмиттера и коллектора.

Таким образом, эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей.

 

 

 

 

                                                  Рис.7.3

 

Особенностью схемы с ОЭ является то, что вход­ным током является IБ. Поэтому входное сопро­тивление каскада с ОЭ R6X значительно выше, чем входное сопротивление каскада с ОБ, и составляет сотни Ом.

Выходное сопротивление RВЫХ  в схеме с ОЭ также доста­точно велико - десятки кОм.

Важнейшим достоинством схемы с ОЭ является большое усиление по току (10-100):

                                        КI = DIк/DIб                                 (11)

 Обычно КI обозначают буквой b(в системе h- параметров - h21Э).

 

            b=DIк/DIБ=DIк/(DIЭ-DIк)=1/(DIЭ/DIК)-1                     (12)

 

помня, что a =DIК/DIЭ

                                                 b =a/1-a                                 (13)

Коэффициент усиления по напряжению для схемы с ОЭ имеет приблизительно такую же величину, как и в схеме ОБ

 

                DUвых= DIK

                KU = DIK/ DUВХ                                 (14)

 

Чем больше коэффициент a, тем ближе по своей величине 1К к и выше усиление по напряжению. Коэффициент усиления по мощности для схемы с ОЭ равен:

 

                    KP = KI KU =b KU                                 (15)

 

оказывается значительно выше, чем для схемы с ОБ и может достигать величи­ны нескольких тысяч (до 10000).

Выходной сигнал схемы с ОЭ имеет противоположную полярность по отноше­нию к входному.

Сравнительные характеристики для различных схем включения


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 517; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ