Схемы включения транзистора

Для работы транзистора необходимо два источника напряжения: входной сигнал Е1 и источник питания Е2.

Кроме того, транзистор имеет три вывода, а два источника питания - четыре. Поэтому всегда, один из выводов транзистора будет общим для входной и выходной цепей.

Различают три основные схемы включения транзистора:

- с общей базой

Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].

Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства:

Хорошие температурные и частотные свойства.

Высокое допустимое напряжение

Недостатки:

Малое усиление по току, так как α < 1

Малое входное сопротивление

Два разных источника напряжения для питания.

- с общим эмиттером

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

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].

Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства:

Большой коэффициент усиления по току.

Большой коэффициент усиления по напряжению.

Наибольшее усиление мощности.

Можно обойтись одним источником питания.

Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.

- с общим коллектором

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

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1].

Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства:

Большое входное сопротивление.

Малое выходное сопротивление.

Недостатки:

Коэффициент усиления по напряжению меньше единицы.

Основные параметры:

- Коэффициент передачи по току.

- Входное сопротивление.

- Выходная проводимость.

- Обратный ток коллектор-эмиттер.

- Время включения.

- Предельная частота коэффициента передачи тока базы.

- Обратный ток коллектора.

- Максимально допустимый ток.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают: коэффициент усиления по току α;

сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току rэ, rк, rб, которые представляют собой:

rэ — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;

rк — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;

rб — поперечное сопротивление базы.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h-параметров.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h11 = Um1/Im1, при Um2 = 0.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h12 = Um1/Um2, при Im1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h21 = Im2/Im1, при Um2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h22 = Im2/Um2, при Im1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

Um1 = h11Im1 + h12Um2;

Im2 = h21Im1 + h22Um2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: Im1 = Imб, Im2 = Imк, Um1 = Umб-э, Um2 = Umк-э. Например, для данной схемы:

h21э = Imк/Imб = β.

Для схемы ОБ: Im1 = Imэ, Im2 = Imк, Um1 = Umэ-б, Um2 = Umк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

С повышением частоты вредное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода Cк. Сопротивление ёмкости уменьшается, снижается ток через сопротивление нагрузки и, следовательно, коэффициенты усиления α и β. Сопротивление ёмкости эмиттерного перехода Cэ также снижается, однако она шунтируется малым сопротивлением перехода rэ и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционность процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме импульс тока коллектора начинается с запаздыванием на время задержки τз относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τф. Временем включения транзистора называется τвкл = τз + τф.

Выводы:

1. В отличие от схемы с обшей 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 обшей 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 нагружагь источник входного сигнала.

Дата добавления: 2014-01-07