Статические характеристики биполярного транзистора

Схема с общим коллектором

Схема с общим эмиттером

В этой схеме (рис. 3.6) по-прежнему источник входного сигнала включен в прямом направлении по отношению к эмиттерному переходу, а источник питания включен в обратном направлении по отношению к коллекторному переходу и в прямом по отношению к эмиттерному. Под действием источника входного сигнала в базовой цепи протекает ток ; происходит инжекция носителей из эмиттерной области в базовую; часть из них под действием поля коллекторного перехода перебрасывается в коллекторную область, образуя, таким образом, ток в цепи коллектора , который протекает под действием источника питания через эмиттер и базу. Поэтому:

= + ,

(3.7)

Входным током является ток базы , а выходным – ток коллектора . Выходным напряжением является падение напряжения на сопротивлении нагрузки .

Основные параметры, характеризующие эту схему включения, определим из выражений:

1. Коэффициент усиления по току:

,

(3.8)

поделив в этом выражении числитель и знаменатель дроби на ток эмиттера , получим:

(3.9)

Из (3.9) видно, что в схеме с общим эмиттером коэффициент усиления по току достаточно большой, так как – величина, близкая к единице, и составляет десятки – сотни единиц.

2. Входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером:

,

(3.10)

поделив в этом выражении числитель и знаменатель на ток эмиттера , получим:

.

(3.11)

Отсюда следует, что , т.е. по этому параметру схема с общим эмиттером значительно превосходит схему с общей базой. Для схемы с общим эмиттером входное сопротивление лежит в диапазоне сотни Ом – единицы кОм.

3. Коэффициент усиления по напряжению:

.

(3.12)

Подставляя сюда из (3.10), получим:

,

(3.13)

т.е. коэффициент усиления по напряжению в этой схеме точно такой же, как и в схеме с общей базой – , и составляет десятки – сотни единиц.

4. Коэффициент усиления по мощности:

.

(3.14)

Что значительно больше, чем в схеме с общей базой (сотни – десятки тысяч единиц).

Исходя из принятых отличительных признаков схема включения транзистора с общим коллектором должна иметь вид (рис. 3.7, а). Однако в этом случае транзистор оказывается в инверсном включении, что нежелательно из-за ряда особенностей, отмеченных выше. Поэтому в схеме (рис. 3.7, а) просто механически меняют местами выводы эмиттера и коллектора и получают нормальное включение транзистора (рис. 3.7, б).

В этой схеме сопротивление нагрузки включено во входную цепь; входным током является ток базы ; выходным током является ток эмиттера = + .

Основные параметры этой схемы следующие:

1. Коэффициент усиления по току:

.

(3.15)

Поделив числитель и знаменатель этой дроби на ток эмиттера , получим:

(3.16)

т.е. коэффициент усиления по току в схеме с общим коллектором почти такой же, как в схеме с общим эмиттером:

2. Входное сопротивление:

.

(3.17)

Преобразуя это выражение, получим:

.

(3.18)

Из (3.18) следует, что входное сопротивление в этой схеме включения оказывается наибольшим из всех рассмотренных схем (десятки – сотни кОм).

3. Коэффициент усиления по напряжению:

.

(3.19)

Преобразуем это выражение с учетом выражений (3.16) и (3.18):

.

(3.20)

Поскольку представляет собой очень малую величину, то можно считать, что , т.е. усиления по напряжению в этой схеме нет.

4. Коэффициент усиления по мощности:

,

(3.21)

на практике он составляет десятки – сотни единиц.

Схему с общим коллектором часто называют эмиттерным повторителем, потому что, во-первых, нагрузка включена здесь в цепь эмиттера, а во-вторых, выходное напряжение в точности повторяет входное и по величине () и по фазе.

В табл. 3.1 приведены диапазоны значений параметров схем включения биполярного транзистора.

Таблица 3.1.

Параметры схем включения биполярного транзистора

Параметр	Схема с ОБ	Схема с ОЭ	Схема с ОК
Коэффициент усиления по току	Немного меньше единицы	Десятки-сотни единиц	Десятки-сотни единиц
Коэффициент усиления по напряжению	Десятки-сотни единиц	Десятки-сотни единиц	Немного меньше единицы
Коэффициент усиления по мощности	Десятки-сотни единиц	Сотни-десятки тысяч единиц	Десятки-сотни единиц
Входное сопротивление	Единицы-десятки Ом	Сотни Ом-единицы кОм	Десятки-сотни кОМ
Выходное сопротивление	Сотни кОм-единицы МОм	Единицы-десятки кОм	Сотни Ом-единицы кОм
Фазовый сдвиг между и	0	180	0

Выводы:

1. В отличие от схемы с общей базой схема с общим эмиттером наряду с усилением по напряжению даёт также усиление по току. Транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, усиливает ток базы в десятки - сотни раз. Усиление по напряжению в данной схеме остается таким же, как в схеме с общей базой. Поэтому усиление по мощности в схеме с общим эмиттером значительно больше, чем в схеме с общей базой.

2. Схема с общим эмиттером имеет более приемлемые значения входного и выходного сопротивлений - входное больше, а выходное сопротивление меньше, чем в схеме с общей базой.

3. Благодаря указанным преимуществам схема с общим эмиттером находит наибольшее применение на практике.

4. Схема с общей базой хоть и имеет меньшее усиление по мощности и имеет меньшее входное сопротивление, все же ее иногда применяют на практике, т.к. она имеет лучшие температурные свойства.

5. Схема с общим коллектором дает усиление по току и по мощности, но не дает усиления по напряжению.

6. Схему с общим коллектором очень часто применяют в качестве входного каскада усиления из-за его высокого входного сопротивления и способности не нагружать источник входного сигнала, а также данная схема имеет наименьшее выходное сопротивление.

Статическими характеристиками называются зависимости между входными и выходными токами и напряжениями транзистора при отсутствии нагрузки. Каждая из схем включения транзистора характеризуется четырьмя семействами статических характеристик:

1. Входные характеристики – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянстве напряжения на выходе:

.

(3.22)

2. Выходные характеристики – это зависимость выходного тока от выходного напряжения при фиксированном значении входного тока:

.

(3.23)

3. Характеристики обратной связи по напряжению:

.

(3.24)

4. Характеристики передачи по току:

.

(3.25)

Наиболее часто на практике используют входные и выходные характеристики, которые обычно приводятся в справочной литературе и представляют собой усредненные зависимости большого числа однотипных транзисторов. Две последние характеристики применяют реже и, к тому же, они могут быть построены из входных и выходных характеристик.

Дата добавления: 2015-06-04