Усилительные свойства биполярного транзистора

Схема включения с общим коллектором.

Схема включения с общим эмиттером.

Эта схема, изображенная на рисунке 2, является наиболее распространённой, так как она даёт наибольшее усиление по мощности.

Рисунок 2 – Схема включения с ОЭ

Iвх = Iб, Iвых = Iк, Uвх = Uбэ, Uвых = Uкэ

β = Iвых / Iвх = Iк / Iб (n: 10…100)

Rвх.э = Uвх / Iвх = Uбэ / Iб [Ом] (n: 100…1000)

Коэффициент усиления по току такого каскада представляет собой отношение амплитуд (или действующих значений) выходного и входного переменного тока, то есть переменных составляющих токов коллектора и базы. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, то коэффициент усиления по току составляет десятки единиц.

Коэффициент усиления каскада по напряжению равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение база - эмиттер Uбэ, а выходным - переменное напряжение на резисторе нагрузки Rн или, что то же самое, между коллектором и эмиттером - Uкэ:

Напряжение база - эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное напряжение при достаточном сопротивлении резистора нагрузки и напряжении источника Ек достигает единиц, а в некоторых случаях и десятков вольт. Поэтому коэффициент усиления каскада по напряжению имеет значение от десятков до сотен. Отсюда следует, что коэффициент усиления каскада по мощности получается равным сотням, или тысячам, или даже десяткам тысяч. Этот коэффициент представляет собой отношение выходной мощности к входной. Каждая из этих мощностей определяется половиной произведения амплитуд соответствующих токов и напряжений. Входное сопротивление схемы с общим эмиттером мало (от 100 до 1000 Ом).

Каскад по схеме ОЭ при усилении переворачивает фазу напряжения, т. е. между выходным и входным напряжением имеется фазовый сдвиг 180°.

Достоинства схемы с общим эмиттером:

· Большой коэффициент усиления по току

· Бoльшее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление

· Для питания схемы требуются два однополярных источника, что позволяет на практике обходиться одним источником питания.

Недостатки: худшие, чем у схемы с общей базой, температурные и частотные свойства. Однако за счёт преимуществ схема с ОЭ применяется наиболее часто.

Iвх = Iб, Iвых = Iэ, Uвх = Uбк, Uвых = Uкэ

Iвых / Iвх = Iэ / Iб = (Iк + Iб) / Iб = β + 1 = n, n = 10 … 100

Rвх = Uбк / Iб = n (10.100) кОм

В схеме с ОК (смотрите рисунок 3) коллектор является общей точкой входа и выхода, поскольку источники питания Еб и Ек всегда шунтированы конденсаторами большой ёмкости и для переменного тока могут считаться короткозамкнутыми.

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. с. очень сильна отрицательная обратная связь. Нетрудно видеть, что входное напряжение равно сумме переменного напряжения база - эмиттер Uбэ и

Рисунок 3 – Схема включения с ОК

выходного напряжения. Коэффициент усиления по току каскада с общим коллектором почти такой же, как и в схеме с ОЭ, т. е. равен нескольким десяткам. Однако, в отличие от каскада с ОЭ, коэффициент усиления по напряжению схемы с ОК близок к единице, причем всегда меньше её. Переменное напряжение, поданное на вход транзистора, усиливается в десятки раз (так же, как и в схеме ОЭ), но весь каскад не даёт усиления. Коэффициент усиления по мощности равен примерно нескольким десяткам.

Рассмотрев полярность переменных напряжений в схеме, можно установить, что фазового сдвига между Uвых и Uвх нет. Значит, выходное напряжение совпадает по фазе с входным и почти равно ему. То есть, выходное напряжение повторяет входное. Именно поэтому данный каскад обычно называют эмиттерным повторителем и изображают схему так, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема включения с ОК (эмиттерный повторитель)

Эмиттерным – потому, что резистор нагрузки включен в провод вывода эмиттера и выходное напряжение снимается с эмиттера (относительно корпуса). Так как входная цепь представляет собой закрытый коллекторный переход, входное сопротивление каскада по схеме ОК составляет десятки кОм, что является важным достоинством схемы. Выходное сопротивление схемы с ОК, наоборот, получается сравнительно небольшим, обычно единицы кОм или сотни Ом. Эти достоинства схемы с ОК побуждают использовать её для согласования различных устройств по входному сопротивлению.

Недостатком схемы является то, что она не усиливает напряжение – коэффициент усиления чуть меньше 1.

Независимо от схемы включения, транзистор характеризуется тремя коэффициентами усиления:

· KI = Iвых / Iвх – по току;

· KU = Uвых / Uвх = (Iвых ∙ Rн) / (Iвх ∙ Rвх) = KI ∙ Rн / Rвх – по напряжению;

· KP = Pвых / Pвх = (Uвых ∙ Iвых) / (Uвх ∙ Iвх) = KI∙KU – по мощности.

KI = Iк / Iэ = α (α<1)

KU = α ∙ (Rн / Rвх)

Rн ≈ n ∙ 1кОм

Rвх ≈ n ∙ 10 Ω

KU ≈ n ∙ 100

KP = KU / KI = n ∙ 100

Для схемы с общим коллектором:

KI = Iэ / Iб = β + 1 = n

KU = β ∙ (Rн / Rвх) ≈ n

KU < 1

Для схемы с общим эмиттером:

KI = Iк / Iб = β = n (10…100)

KU = β ∙ (Rн / Rвх)

KP = KI ∙ KU = n ∙ (1000…10000)

Контрольные вопросы:

1. Какими основными показателями характеризуется любая схема включения транзистора?

2. Какая из трех схем включения используется наиболее часто и почему?

3. Какая схема имеет лучшие усилительные свойства?

4. Основное назначение схемы с ОК.

5. Каковы достоинства у схемы с ОБ?

Задание, методические указания для выполнения СРС по вопросу:

Дата добавления: 2014-01-13