Схемы включения БПТ

Основные соотношения между токами в транзисторе.

Принцип действия транзистора

Рассмотрим на примере p-n-p транзистора.

Токи через переход БЭ и КЭ отсутствуют (наличие запирающих слоев).

Пусть, (и - закорочены). >>

Включим источники ЭДС и.

Потенциальный барьер на эмиттерном переходе уменьшится, так как полярность приложенного к нему напряжения – прямая ток диффузии через эмиттерный переход увеличится.

На коллекторном переходе полярность обратная потенциальный барьер коллекторного перехода увеличится.

Почти все дырки подошли к коллекторному переходу дырки будут втягиваться в коллектор (так как напряженность электрического поля коллекторного перехода будет «втягивающей»).

, где - коэффициент передачи тока эмиттера. ()

Часть дырок рекомбинирует в базе нейтральность базы нарушается возникает ток электронов в

базу.

Дырки (не основные) из Б К.

- обратный (тепловой)

n

Электроны (не основные) из К Б.

Полный ток через коллектор:

(1)

(2)

Выражения (1) и (2) показывают, что токи в транзисторе связаны линейно.

Из уравнения (2) следует, что

(3)

При подстановке (3) в (1) получаем

(4)

- коэффициент передачи тока базы

| пренебрегаем I_КБО |

;

Для усилителей напряжения используется режим класса А, в котором с щелью обеспечения максимальной линейности усиления рабочая точка (U_эб0, I_к0) выбирается в середине квазилинейного участка проходной характеристики.

Схема с общей базой:

Рабочая точка задается делителями R₁ и R_2.

U_бэ = U_б - U_э

U_к = U_п - U_Rк

Схема с общей базой не инвертирует фазу сигнала, имеет коэффициент усиления по току h₂₁ < 1, (т к отношение тока коллектора к току эмиттера меньше единицы), коэффициент усиления по напряжению во много раз превышает единицу:

–– зависит от сопротивления источника сигнала.

Входное сопротивление мало. Оно определяется низким сопротивлением прямосмещенного эмиттерного p-n-перехода.

Выходное сопротивление высоко. Оно определяется высоким сопротивлением обратносмещенного коллекторного p-n-перехода.

С1 и С2 необходимы для разделения усилительного каскада с генератором и нагрузкой для исключения протекания через них постоянного тока. С_Б необходимо для сглаживания пульсации переменного сигнала и поддержания постоянного напряжения на базе.

Схема с общей базой используется для усиления высокой частоты на СВЧ и УВЧ (т.к. в ней отсутствует эффект Миллера) и в составе каскодных схем (в том числе и в дифференциальном каскаде).

Каскад - два или более усилительных элемента с гальванической связью, выполняющих роль одного усилительного каскада.

Каскад – независимая усилительная ячейка, которую можно выделить из схемы и обозначить ее свойства.

Статические входные и выходные характеристики биполярных транзисторов для схем включения с общей базой.

Для схемы с общей базой входной характеристикой называется зависимость тока эмиттера от напряжения между базой и эмиттером.

Недостаток схем с ОБ: низкое входное и высокое выходное сопротивление, отсутствие усиления по току.

Достоинства схем с ОБ: не инвертируется фаза.

Схема включения транзистора с общим эмиттером.

Сдвиг по фазе между входным и выходным напряжением равняется π, т.к. при увеличении напряжения на базе ток коллектора увеличивается и напряжение на коллекторе уменьшается за счёт увеличения падения напряжения на U_R коллекторе.

- уравнение Эберса-Молла

- тепловой потенциал

Известно, что Т_КUбэ = -2,1mВ/°С.

R - резистор, который выполняет роль отрицательной обратной связи по току.

U_бэ = U_б – U_э

I_э = I_к+I_б

Включая конденсатор С_э || R, мы шунтируем R по переменному току, т.е. делаем переменный потенциал эмиттера равным нулю, позволяет добиться от каскада более высокого коэффициента усиления.

R_вх относительно мало вследствие малого сопротивления открытого эмиттерного p – n перехода, однако больше чем R_ОБ вследствие действия последовательной отрицательной обратной связи (ООС) в эмиттерной цепи.

R_вых – высокое выходное сопротивление определяется высоким сопротивлением замкнутого p – n перехода.

R_э выбирается из диапазона (0.1 – 0.3)R_к для осуществления температурной стабилизации режима работы каскада. Включение С_э позволяет снять это ограничение на К_u на рабочих частотах, т.е. x_сэ<<R_э и x_сэ < r_э0. Для переменного тока его влияние ограничено уменьшением максимальной амплитуды неискажённого выходного сигнала.

Достоинства каскада с общим эмиттером: высокие коэффициенты по току h₂₁ и напряжению (десятки, сотни), более высокие (по сравнению с ОБ) R_вх = h₂₁(R+r_э0), относительно высокое R_вх.

Недостатки: высокое R_вых, инвертирование сигнал (способствует возникновению самовозбуждения и уменьшает коэффициент усиления на высоких частотах вследствие эффекта Миллера), зависимость Кu от Rн;

,

наличие эффекта Миллера, который заключается в увеличении эквивалентной емкости С_кб в К_u раз. Это приводит к резкому падению усиления каскадов на высоких частотах и необходимости применения каскадов с ОБ.

Статистические входные и выходные характеристики биполярных транзисторов для схем включения с общим эмитером.

Связь между и характеризуется статистическим коэффициентом передачи тока эмиттера где обратной тепловой ток т.к. то этот коэффициент определяет долю носителей зарядов.

Применение схем с ОЭ: предварительные, промежуточные и предвыходные каскады.

Схема включения транзистора с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

U_б=U_э+0,6

Коэффициент усиления по напряжению стремится к единице (но всегда меньше).

Коэффициент усиления по току:

K_u=

R_вх = (R_э+r_эо)h21

U_б = U_э

I_бR_вх=I_э(R_э+rэо)

φ = 0;

Достоинства: отсутствие эффекта Миллера, отсутствие зависимости К_u от R_н.

Недостатки: отсутствие усиления по напряжению.

Используется во входных каскадах для согласования с высоким сопротивлением источника сигнала; в промежуточных каскадах для согласования, особенно с высоким выходным сопротивлением источников тока, в выходных каскадах для согласования с низким сопротивлением нагрузки и потому, что его коэффициент не зависит от сопротивления нагрузки.

Сравнительный анализ схем включения транзистора

Параметр	ОЭ	ОБ	ОК
Rвх	100Ом – 1кОм	1 – 10Ом	10 – 100кОм
Rвых	1 – 10кОм	100кОм – 1Мом	100Ом – 1кОм
Кi	10 – 100	<1(близко)	10 – 100
КU	10 – 100	10 – 100	<1(близко)
Кp	100 – 10000	10 – 100	10 – 100
Φ	π

Дата добавления: 2014-01-04