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 Е_Э и переменное напряжение подлежащее усилению

Соотношение источников: Е_Э < Е_К.

В коллекторную цепь транзистора включается сопротивление нагрузки R_H. 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

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

К_I =DIвых/DIвх= DIк/DIэ (4)

Для приведенной схемы KI < 1( типовые значения КI= 0,9 - 0,95), т.е. ток I_Кв 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 - h_21б). Чем больше коэффициент a, тем меньше отличаются между собой токи I_Ки 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 DU_ex, называется:

K_U= DUвых / DUвx (5)

DUвых= DI_K^..Rн (6)

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

K_U = DI_K Rн/ DIэ^.r эб =a^..Rн/ rэб (7)

т.к I_э~I_кт.е. a~1 то Кu~Rн/rэб

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

К_Р_~ = Pвых/ Pвх=0.5I_K² Rн/ 0.5Iэ^2.rэб=a^.2 Rн/^.rэб = Rн/^.rэб (8)

причем

К_Р= K_U К_I(9)

Для данной схемы К_Р численно равен K_U 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 U_Kи нагрузка R_Hвключены 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 (U_ВХ =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 Iэ становится пульсирующим.

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

Этот ток, проходя по сопротивлению нагрузки R_H, создает на нем пульсирующее напряжение, повторяющее по форме входной сигнал . Переменная составляющая пульсирующего напряжения U_H 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 - h₂₁_K) для этой схемы равен:

К_I=DIэ/DI_б=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 К_и < 1 (0,9 - 0,95);

Коэффициент усиления по мощности К_Рпорядка 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 R_H, 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 I_Б. Поэтому входное сопротивление каскада с ОЭ R₆_X значительно выше, чем входное сопротивление каскада с ОБ, и составляет сотни Ом.

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

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

КI = DIк/DI_б (11)

Обычно КI обозначают буквой b(в системе h- параметров - h_21Э).

b=DIк/DI_Б=DIк/(DI_Э-DIк)=1/(DI_Э/DI_К)-1 (12)

помня, что a =DI_К/DI_Э

b =a/1-a (13)

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

DUвых= DI_K Rн

K_U = DI_K Rн/ DU_ВХ (14)

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

K_P = K_I K_U ₌b K_U (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: 2090; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!