Усилительные элементы. Замена усилительного элемента эквивалентным генератором.

Биполярный транзистор как усилительный элемент

В качестве усилительных элементов (УЭ) в электронных усилителях чаще всего используются биполярные и полевые транзисторы. Рассмотрение простейших усилителей стоит начать с усилительного каскада на биполярном транзисторе. При этом под усилительным каскадом понимается минимальная часть усилителя, которая способна выполнять усилительные функции.

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковую структуру, разделенную на три области с поочередно меняющимися типами проводимости. Схематически это показано на рис. 3.11. Контактные слои, расположенные в структуре слева и справа, называются соот-ветственно эмиттером (Э) и коллектором (К) прибора, а слой между ними - его базой (Б). Если область с электронной проводи-мостью находится между областями с дырочной проводи-мостью, то такой транзистор назы-вается транзистором типа р-п-р (рис. 3.11 а). Если область с дырочной проводимостью находится между областями с электронной проводимостью, то такой транзистор является транзистором типа п-р-п (рис. 3.11 б).В биполярных транзисторах перенос заряда осуществляют два типа носителей - электроны и дырки, поэтому такие транзисторы и называются биполярными. Работа р-п-р транзистора аналогична работе п-р-п транзистора, и при этом изменяется лишь полярность питающих напряжений (рис. 3.11в, г).

Возможны четыре режима работы транзистора.

1. Активный или усилительный режим, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный - в обратном.

2. Режим запирания или отсечки, когда оба перехода смещены в обратном направлении.

3. Режим насыщения, когда оба перехода смещены в прямом направлении.

4. Инверсный режим, когда эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а коллекторный - в прямом.

Ниже рассмотрим активный режим работа транзистора. Так как транзистор имеет три электрода - эмиттер, базу и коллектор, то возможны различные схемы его включения. Но при этом в усилительном режиме для любой схемы включения необходимо, чтобы базовый электрод был входным, а коллекторный - выходным. Поэтому возможны только три схемы включения транзистора как усилительного элемента: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК). Для транзистора типа р-п-р эти схемы показаны на рис. 3.12 .В соответствии с законом Кирхгофа для токов в цепи транзистора можно записать . Направления протекающих при этом через электроды эмиттера, базы и коллектора токов I_э, I_б и I_к представлены на рис. 3.12.Важнейшим параметром биполярного транзистора, включенного по схеме с ОБ, является статический коэффициент передачи эмиттерного тока α , который характеризует усилительные свойства транзистора и вводится следующим образом. Для активной области работы прибора в схеме сОБ справедливо I_к= α I_э+ I_кб0(3.19), где I_кб0- обратный ток коллекторного перехода, обусловленный неосновными носителями заряда и который измеряется при обрыве эмиттера, т. е. когдаI_э =0. Из равенства (3.19) следует, что коэффициент . Но поскольку I_кб0<<I_к, то . Обычно а находится в пределах 0,95 0,99.

Аналогично для схемы включения с ОЭ для тока коллектора справедливо равенство

I_к= βI_Б+ I_кэ0,где β- статический коэффициент передачи тока базы, а I_кэ0=(1+β)I_кб0 – обратный ток коллекторного перехода в схеме с ОЭ при обрыве базы т. е. когда I_б=0. Тогда из (3.22) следует что , но так как I_к>>I_кб0 и I_б>>I_кб0 , то . Характерные значения β лежат в пределах 30÷100.При анализе работы биполярного транзистора в диапазоне малых сигналов на переменном токе в соответствии с выражениями (3.21) и (3.24) для статических коэффициентов α и β вводят также соответствующие дифференциальные параметры - дифференциальный коэф-фициент передачи тока эмиттера , и дифференциальный коэффициент передачи тока базы .В большинстве практически важных случаев можно считать, что α_д α и β_д β. Параметр β может быть выражен через параметр α с помощью формулы .

Зависимость коэффициентов передачи по току от частоты. Частотные свойства транзистора. Коэффициенты передачи транзистора, включенного как по схеме с ОБ, так и по схеме с ОЭ, строго говоря, можно считать постоянными только в определенной полосе частот, и при увеличении последней эти коэффициенты начинают уменьшаться. Кроме того, с повышением частоты они становятся комплексными величинами, в связи с чем вводят ряд количественных параметров.

По определению под предельной частотой транзистора понимают такое ее значение, при котором модули коэффициентов α и β уменьшаются в раз.На рис. 3.13 приведена характерная зависимость коэффициента передачи транзистора по току α для схемы с ОБ от частоты усиливаемого сигнала.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 462; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!