Схемы включения биполярных транзисторов

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

Транзистор в схему включают так, что один из его выводов является входным, второй – выходным, а третий – общим для входной и выходной цепей. Под входом и выходом понимают точки, между которыми действуют входные и выходные переменные напряжения. Не следует рассматривать вход и выход по постоянному напряжению. В зависимости от того, какой электрод является общим, различают три схемы включения транзисторов: ОБ, ОЭ и ОК. Для транзисторов p-n-p и n-р-n в схемах включения изменяются лишь полярности напряжений и направление токов. При любой схеме включения транзистора, полярность включения источников питания должна быть выбрана такой, чтоб эмиттерный переход был включен по постоянному току в прямом направлении, а коллекторный – в обратном.

В каскаде, собранном по схеме с общей базой (ОБ), напряжение входного сигнала подают между эмиттером и базой транзистора, а выходное напряжение снимают между коллектором и базой. В схеме с ОЭ входное напряжение подают между базой и эмиттером, а выходное снимают между коллектором и эмиттером. В схеме с общим коллектором (ОК) на базу подают входной сигнал, а выходной сигнал снимают с сопротивления в цепи эмиттера, соединяя коллектор напрямую с питанием.

1. Схема с ОЭ обладает высоким усилением как по напряжению, так и по току, У нее самое большое усиление по мощности. Схема изменяет фазу выходного напряжения на 180 ° .

2. Схема с ОБ усиливает напряжение (за счет малого входного и большого выходного сопротивления, примерно, как и схема с ОЭ), но не усиливает ток. Фаза выходного напряжения по отношению к входному не меняется. Схема находит применение в усилителях высоких и сверхвысоких частот.

3. Схема с ОК не усиливает напряжение, но усиливает ток. Основное применение данной схемы - согласование высокого сопротивлений источника сигнала и низкоомной нагрузки (эмиттерный повторитель).

Режимы работы биполярного транзистора

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы: Режим отсечки, активный режим, режим насыщения, инверсный режим.

Режим отсечки. Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.5V - 0.6V (для кремния), P-N-переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Транзистор заперт, и находится в режиме отсечки.

Активный режим. Напряжение на базе достаточное, для того чтобы P-N-переход между базой и эмиттером открылся, присутствуют токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления - нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Режим насыщения.Иногда ток базы может оказаться слишком большим. Ток коллектора будет максимальным, который может обеспечить источник питания, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.

В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен».

Инверсный режим. В данном режиме коллектор и эмиттер меняются ролями: коллекторный PN-переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. В результате ток из базы течет в коллектор. Область полупроводника коллектора несимметрична эмиттеру, и коэффициент усиления в инверсном режиме получается ниже, чем в нормальном активном режиме. В инверсном режиме БТ практически не используют.

Рассмотрим включение транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) (рис.а). При изменении величины входного сигнала будет изменяться ток базы Iб . Ток коллектора Iк изменяется пропорционально току базы: Iк = β I_б .

Рис. Схема усилительного каскада

Изменение тока коллектора можно проследить по выходным характеристикам транзистора (рис. б). На оси абсцисс отложим отрезок, равный Е_К - напряжению источника питания коллекторной цепи, а на оси ординат отложим отрезок, соответствующий максимально возможному току в цепи этого источника: I_{к макс} = E_к/R_к

Между этими точками проведем прямую линию, которая называется нагрузочной и описывается уравнением: I_к = (E_к - U_кэ)/R_к , где U_КЭ - напряжение между коллектором и эмиттером транзистора; R_К - сопротивление нагрузки в коллекторной цепи. Наклон линии нагрузки определяется сопротивлением R_К: R_к = Eк/I_{к макс} = tanα.

Из рис.б следует, что в зависимости от тока базы Iб, протекающего во входной цепи транзистора, рабочая точка транзистора, определяющая его коллекторный ток и напряжение U_КЭ, будет перемещаться вдоль линии нагрузки от самого нижнего положения (точки 1, определяемой пересечением линии нагрузки с выходной характеристикой при I_б=0), до точки 2. Именно здесь транзистор и представляет собой переменный резистор, управляемый током базы (см. начало лекции). При работе в этой (активной) области эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный - в обратном.

Зона, расположенная между осью абсцисс и начальной выходной характеристикой, соответствующей I_б=0, называется зоной отсечки и характеризуется тем, что оба перехода транзистора - эмиттерный и коллекторный смещены в обратном направлении. Коллекторный ток при этом представляет собой обратный ток коллекторного перехода - I_К0, который очень мал и поэтому почти все напряжение источника питания E_Кпадает между эмиттером и коллектором закрытого транзистора: U_кэ ≈ E_к. А падение напряжения на нагрузке очень мало и равно: U_Rк = I_к0R_к

Говорят, что в этом случае транзистор работает в режимеотсечки. Поскольку в этом режиме ток, протекающий по нагрузке исчезающе мал, а почти все напряжение источника питания приложено к закрытому транзистору, то в этом режиме транзистор можно представить в виде разомкнутого ключа.

Если теперь увеличивать базовый ток I_б, то рабочая точка будет перемещаться вдоль линии нагрузки, пока не достигнет точки 2. Базовый ток, соответствующий характеристике, проходящей через точку 2, называется током базы насыщения I_б нас. Здесь транзистор входит в режим насыщения и дальнейшее увеличение базового тока не приведет к увеличению коллекторного тока I_К. Зона между осью ординат и круто изменяющимся участком выходных характеристик называется зоной насыщения. В этом случае оба перехода транзистора смещены в прямом направлении; ток коллектора достигает максимального значения и почти равен максимальному току источника коллекторного питания: I_{k max} ≈ I_{к нас} , а напряжение между коллектором и эмиттером открытого транзистора оказывается очень маленьким. Поэтому в режиме насыщения транзистор можно представить в виде замкнутого ключа.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 246; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!