Site Loader

Содержание

Усилительный каскад с общей базой — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Усилительный каскад по схеме с общей базой на основе npn-транзистора

Усили́тельный каска́д с о́бщей ба́зой (аббревиатура — ОБ) — одна из трёх типовых схем построения электронных усилителей с применением биполярного транзистора.

Соответствует усилителю (каскаду) с общим затвором в случае применения полевого транзистора или каскаду с общей сеткой при использовании электровакуумного триода.

Характеризуется отсутствием усиления по току (коэффициент передачи близок к единице, но немного меньше единицы), высоким коэффициентом усиления по напряжению и умеренным (по сравнению со схемой с общим эмиттером) коэффициентом усиления по мощности.

В этой схеме входной переменный усиливаемый сигнал подаётся на эмиттер, а выходной снимается с коллектора. Входное сопротивление каскада очень мало, а выходное — велико. Фазы входного и выходного сигналов при усилении периодического, например, гармонического сигнала совпадают при рабочих частотах ниже предельной частоты усиления по мощности. При работе вблизи предельной частоты фаза тока коллектора начинает отставать от фазы тока эмиттера, так как на прохождение неосновных носителей через базовый слой требуется конечное время.

Полезным свойством схемы с общей базой является минимальная среди трёх типовых схем усилителей паразитная отрицательная обратная связь с коллектора на базу, обусловленная эффектом Миллера, снижающая коэффициент усиления на высоких частотах, так как база транзистора по переменному току «закорочена» на «землю». Поэтому схема с общей базой наиболее высокочастотная среди двух других и часто используется для построения высокочастотных усилителей и генераторов, в том числе в диапазоне СВЧ.

Существенно, что термин «общая база» имеет в виду присоединение базы к «земле» именно для сигнала переменного тока. Фактически, в реальных схемах, база редко присоединяется непосредственно к «земле» электрически, а «закорачивание» её на «землю» осуществляется через блокировочный конденсатор достаточной ёмкости обеспечивающей его пренебрежимо малое реактивное сопротивление в диапазоне усиливаемых частот.

  • Коэффициент усиления по току:
Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α,{\displaystyle I_{\text{вых}}/{I_{\text{вх}}}=I_{\text{к}}/I_{\text{э}}=\alpha ,} (α<1),{\displaystyle (\alpha <1),}
  • Входное дифференциальное сопротивление (сопротивление для малого сигнала):
rвх=dUвх/dIвх=dUэб/dIэ.{\displaystyle r_{\text{вх}}=dU_{\text{вх}}/dI_{\text{вх}}=dU_{\text{эб}}/dI_{\text{э}}.}

Входное дифференциальное сопротивление для схемы с общей базой существенно зависит от тока эмиттера и относительно мало. Для маломощных транзисторов при малых токах базы не превышает сотни—единицы кОм, для мощных — единицы—десятки Ом, так как входная цепь каскада при этом представляет собой открытый эмиттерный p-n переход транзистора, вольт-амперная характеристика которого близка к таковой у прямосмещённого полупроводникового диода.

  • Выходное дифференциальное сопротивление коллектора существенно выше чем у каскада с общим эмиттером, так как изменения напряжения на коллекторе при фиксированном напряжении на эмиттере относительно базы мало изменяют ток коллектора. Фактически, полное выходное дифференциальное сопротивление каскада представляет собой в эквивалентной схеме параллельное соединение коллекторного резистора и дифференциального выходного коллекторного сопротивления транзистора. Так как дифференциальное выходное коллекторное сопротивления транзистора обычно многократно больше сопротивления коллекторного резистора, то обычно оказывается, что выходное дифференциальное сопротивление каскада практически равно сопротивлению коллекторного резистора.

При включении в коллектор каскада ОБ колебательного контура при построении частотноизбирательного усилителя выходное коллекторное сопротивление слабо нагружает контур и поэтому меньше снижает его добротность.

Преимущества и недостатки усилителя с общей базой[править | править код]

Достоинствами схемы являются стабильные температурные и частотные свойства, то есть параметры схемы (коэффициент усиления напряжения, тока и входное сопротивление) незначительно изменяются при изменении температуры окружающей среды, высокое выходное дифференциальное сопротивление.

Недостатками схемы являются малое входное дифференциальное сопротивление и отсутствие усиления по току, так как α<1.{\displaystyle \alpha <1.}

Схемы Подключения Биполярных Транзисторов — tokzamer.ru

В импортных усилителях очень часто применяется мощная комплементарная пара 2SA и 2SC Мы рассмотрим их позднее при подробном изучении схемы усилительного каскада с общим эмиттером.



Конденсатор Ср является разделительным. Если его правильно выбрать, величина выходного напряжения будет значительно выше, чем входного.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис.
Биполярные транзисторы

По рабочей частоте транзисторы делятся на низкочастотные, — рабочая частота не свыше 3 МГц, среднечастотные — 3…30 МГц, высокочастотные — свыше 30 МГц.

Рисунок 3.

Автор статьи предлагал регулировать частоту вращения коллекторного двигателя изменением длительности импульсов в обмотке управления ОУ.

Но параметры германиевых транзисторов были нестабильны, их самым большим недостатком следует считать низкую рабочую температуру, — не более


Несмотря на то что переходные слои основаны на одном принципе, транзистор является несимметричным устройством.

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА. ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ [РадиолюбительTV 42]

Характеристики транзистора, включенного по схеме об

Через базу происходит исключительно диффузионное перемещение электронов, поскольку там нет действия электрического поля. У транзистора же есть только три вывода, поэтому для реализации четырехполюсника приходится один из выводов подключать как ко входу, так и к выходу усилителя.


Положительный тип заряда, или дырки, образуются на месте высвобожденного электрона. Напряжение источника питания и нагрузка должны оставаться неизменными при обоих измерениях.

Заключение Полупроводниковые элементы используются в схемах преобразования электрических сигналов. Несмотря на то что переходные слои основаны на одном принципе, транзистор является несимметричным устройством.

Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора.


При этом параметры транзистора тут вообще никакой роли не играют. Во — первых усиление каскада зависит от конкретного экземпляра транзистора: заменил транзистор при ремонте, — подбирай заново смещение, выводи на рабочую точку.

Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Работу усилителя хорошо видно на временных диаграммах. Рисунок 2.
Как работает транзистор? Режим ТТЛ логика / Усиление. Анимационный обучающий 2d ролик. / Урок 1

Смотрите также: Энергоаудит предприятия для чего и когда проводится

Схема с общей базой

При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико.


Напомним, что реактивное сопротивление конденсатора Хс, Ом, можно вычислить по формуле: Для постоянного тока реактивное сопротивление конденсаторов стремится к бесконечности. В выходной цепи для сигнала требуется нагрузка. Кроме биполярных существуют униполярные полевые транзисторы, у которых используется лишь один тип носителей — электроны или дырки.

Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора. Самая верхняя характеристика в точке А пересекается с прямой нагрузки, после которой при дальнейшем увеличении IВ коллекторный ток уже не изменяется.

Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания. Напряжение 0,6В это напряжение на переходе Б—Э, и при расчетах о нем не следует забывать!

Схемы включения биполярных транзисторов при объединении режимов отсечки и насыщения позволяют создавать с их помощью электронные ключи. Достоинства каскада по схеме с общим эмиттером: 1. Для того, чтобы лучше понять, как работает эмиттерная стабилизация, надо рассмотреть схему включения транзистора с общим коллектором ОК.

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором


Работа транзистора в ключевом режиме Прежде, чем изучать работу транзистора в режиме усиления сигнала, стоит вспомнить, что транзисторы часто используются в ключевом режиме. Эмиттерные повторители схемы с общим коллектором применяют для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с низким входным сопротивлением нагрузки. Быстродействие БТ зависит от толщины базового слоя БС. Теперь проследим саму работу данной схемы: источник питания 1.

Отсюда и большой разброс коэффициента усиления у транзисторов взятых даже из одной коробки читай одной партии. И модельный ряд постоянно увеличивается, позволяя решать практически все задачи, поставленные разработчиками. Рисунок 7. Следовательно, для усилителей постоянного тока нижняя граничная частота усиления равна нулю переходные конденсаторы не требуются, а для разделения каскадов необходимо предусматривать специальные меры. На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором ОК. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! База является управляющим электродом.
Биполярные транзисторы. Принцип действия.

Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:

Основные элементы схемы: транзистор, резистор RL и цепь выхода усилителя с внешним питанием.

Благодаря незначительной толщине слоя микроны и большой величине градиента концентрации отрицательно заряженных частиц, почти все из них попадают в область коллектора, хотя сопротивление базы достаточно велико. Где транзисторы купить? Транзисторы по праву считаются одним из великих открытий человечества.

При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном — обратное. Его также обозначают как Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах: Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. Во — первых усиление каскада зависит от конкретного экземпляра транзистора: заменил транзистор при ремонте, — подбирай заново смещение, выводи на рабочую точку.

Ответ может быть да а может и нет. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, этим объясняется тот факт, что коэффициент усиления по току составляет десятки единиц. Схема с общим коллектором ОК Практические варианты схем включения транзисторов структуры п-р-п и р-п-р приведены на рис. В литературе такое название почему-то почти не встречается, а вот в кругу радиоинженеров и радиолюбителей используется повсеместно, всем сразу понятно, о чем идет речь.

Читайте также: Снип по прокладке кабеля в земле

Схемы включения биполярного транзистора

Ваш email:. Для того чтобы без расчетов первоначально оценить величины RC-элементов, входящих в состав схем рис. Поэтому плотность компоновки элементов в МОП- интегральных схемах значительно выше. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.

Такое состояние называют рабочей точкой транзистора, в этом случае коэффициент усиления каскада максимален. Граница на втором коллекторном переходе при этом закрыта, и через нее ток протекать не должен. Такой режим работы транзистора рассматривался уже давно. Повышение частоты приводит к снижению реактивной ёмкости коллекторного перехода, что приводит к его существенному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке в области базы транзистора.

Устройство и принцип действия

В биполярном транзисторе используются два типа носителей заряда — электроны и дырки, отчего такие транзисторы и называются биполярными. Нагрузкой каскада является эмиттерный резистор R2, входной сигнал подается через конденсатор C1, а выходной снимается через конденсатор C2. Сопротивление нагрузки можно изменять в широких пределах, правда, при этом особо усердствовать не надо. Коэффициент усиления транзистора зависит от толщины базы, поэтому изменить его нельзя.

Иногда она применяется для ослабления влияния нагрузки на характеристики высокочастотных генераторов и синтезаторов частоты. Все эти схемы показаны на рисунке 2. Поэтому при построении схем усилителей постоянного тока используют схемы с непосредственными связями между каскадами.
Ключевой режим работы транзистора Схема с общим эмиттером

схемы включения. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером

Одним из типов трехэлектродных полупроводниковых приборов являются биполярные транзисторы. Схемы включения зависят от того, какая у них проводимость (дырочная или электронная) и выполняемые функции.

Классификация

Транзисторы разделяют на группы:

  1. По материалам: чаще всего используются арсенид галлия и кремний.
  2. По частоте сигнала: низкая (до 3 МГц), средняя (до 30 МГц), высокая (до 300 МГц), сверхвысокая (выше 300 МГц).
  3. По максимальной мощности рассеивания: до 0,3 Вт, до 3 Вт, более 3 Вт.
  4. По типу устройства: три соединенных слоя полупроводника с поочередным изменением прямого и обратного способов примесной проводимости.

Как работают транзисторы?

Наружные и внутренний слои транзистора соединены с подводящими электродами, называемыми соответственно эмиттером, коллектором и базой.

биполярные транзисторы схемы включения

Эмиттер и коллектор не отличаются друг от друга типами проводимости, но степень легирования примесями у последнего значительно ниже. За счет этого обеспечивается увеличение допустимого выходного напряжения.

База, являющаяся средним слоем, обладает большим сопротивлением, поскольку сделана из полупроводника со слабым легированием. Она имеет значительную площадь контакта с коллектором, что улучшает отвод тепла, выделяющегося из-за обратного смещения перехода, а также облегчает прохождение неосновных носителей – электронов. Несмотря на то что переходные слои основаны на одном принципе, транзистор является несимметричным устройством. При перемене мест крайних слоев с одинаковой проводимостью невозможно получить аналогичные параметры полупроводникового устройства.

Схемы включения биполярных транзисторов способны поддерживать его в двух состояниях: он может быть открытым или закрытым. В активном режиме, когда транзистор открыт, эмиттерное смещение перехода сделано в прямом направлении. Чтобы наглядно это рассмотреть, например, на полупроводниковом триоде типа n-p-n, на него следует подать напряжение от источников, как изображено на рисунке ниже.

схемы включения биполярных транзисторов

Граница на втором коллекторном переходе при этом закрыта, и через нее ток протекать не должен. Но на практике происходит обратное из-за близкого расположения переходов друг к другу и их взаимного влияния. Поскольку к эмиттеру подключен «минус» батареи, открытый переход позволяет электронам поступать в зону базы, где происходит их частичная рекомбинация с дырками – основными носителями. Образуется базовый ток Iб. Чем он сильней, тем пропорционально больше ток на выходе. На этом принципе работают усилители на биполярных транзисторах.

Через базу происходит исключительно диффузионное перемещение электронов, поскольку там нет действия электрического поля. Благодаря незначительной толщине слоя (микроны) и большой величине градиента концентрации отрицательно заряженных частиц, почти все из них попадают в область коллектора, хотя сопротивление базы достаточно велико. Там их втягивает электрическое поле перехода, способствующее их активному переносу. Коллекторный и эмиттерный токи практически равны между собой, если пренебречь незначительной потерей зарядов, вызванных рекомбинацией в базе: Iэ = Iб + Iк.

Параметры транзисторов

  1. Коэффициенты усиления по напряжению Uэк/Uбэ и току: β = Iк/Iб (фактические значения). Обычно коэффициент β не превышает значения 300, но может достигать величины 800 и выше.
  2. Входное сопротивление.
  3. Частотная характеристика – работоспособность транзистора до заданной частоты, при превышении которой переходные процессы в нем не успевают за изменениями подаваемого сигнала.

Биполярный транзистор: схемы включения, режимы работы

Режимы работы отличаются в зависимости от того, как собрана схема. Сигнал должен подаваться и сниматься в двух точках для каждого случая, а в наличии имеются только три вывода. Отсюда следует, что один электрод должен одновременно принадлежать входу и выходу. Так включаются любые биполярные транзисторы. Схемы включения: ОБ, ОЭ и ОК.

1. Схема с ОК

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором: сигнал поступает на резистор RL, который входит также в коллекторную цепь. Такое подключение называют схемой с общим коллектором.

схема включения биполярного транзистора с общим коллектором

Этот вариант создает только усиление по току. Преимущество эмиттерного повторителя состоит в создании большого сопротивления входа (10-500 кОм), что позволяет удобно согласовывать каскады.

2. Схема с ОБ

Схема включения биполярного транзистора с общей базой: входящий сигнал поступает через С1, а после усиления снимается в выходной коллекторной цепи, где электрод базы является общим. В таком случае создается усиление по напряжению аналогично работе с ОЭ.

схема включения биполярного транзистора с общей базой

Недостатком является небольшое сопротивление входа (30-100 Ом), и схема с ОБ применяется как генератор колебаний.

3. Схема с ОЭ

Во многих вариантах, когда применяются биполярные транзисторы, схемы включения преимущественно делаются с общим эмиттером. Питающее напряжение подается через нагрузочный резистор RL, а к эмиттеру подключается отрицательный полюс внешнего питания.

схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером

Переменный сигнал со входа поступает на электроды эмиттера и базы (Vin), а в коллекторной цепи он становится уже больше по величине (VCE). Основные элементы схемы: транзистор, резистор RL и цепь выхода усилителя с внешним питанием. Вспомогательные: конденсатор С1, препятствующий прохождению постоянного тока в цепь подаваемого входного сигнала, и резистор R1, через который транзистор открывается.

В коллекторной цепи напряжения на выходе транзистора и на резисторе RL вместе равны величине ЭДС: VCC = ICRL + VCE.

Таким образом, небольшим сигналом Vin на входе задается закон изменения постоянного напряжения питания в переменное на выходе управляемого транзисторного преобразователя. Схема обеспечивает возрастание входного тока в 20-100 раз, а напряжения — в 10-200 раз. Соответственно, мощность также повышается.

Недостаток схемы: небольшое сопротивление входа (500-1000 Ом). По этой причине появляются проблемы в формировании каскадов усиления. Выходное сопротивление составляет 2-20 кОм.

Приведенные схемы демонстрируют, как работает биполярный транзистор. Если не принять дополнительных мер, на их работоспособность будут сильно влиять внешние воздействия, например перегрев и частота сигнала. Также заземление эмиттера создает нелинейные искажения на выходе. Чтобы повысить надежность работы, в схеме подключают обратные связи, фильтры и т. п. При этом коэффициент усиления снижается, но устройство становится более работоспособным.

Режимы работы

На функции транзистора влияет значение подключаемого напряжения. Все режимы работы можно показать, если применяется представленная ранее схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.

1. Режим отсечки

Данный режим создается, когда значение напряжения VБЭ снижается до 0,7 В. При этом эмиттерный переход закрывается, и коллекторный ток отсутствует, поскольку нет свободных электронов в базе. Таким образом, транзистор заперт.

2. Активный режим

Если на базу подать напряжение, достаточное, чтобы открыть транзистор, появляется небольшой входной ток и повышенный на выходе, в зависимости от величины коэффициента усиления. Тогда транзистор будет работать как усилитель.

3. Режим насыщения

Режим отличается от активного тем, что транзистор полностью открывается, и ток коллектора достигает максимально возможного значения. Его увеличения можно достигнуть только за счет изменения прикладываемой ЭДС или нагрузки в цепи выхода. При изменении базового тока коллекторный не меняется. Режим насыщения характеризуется тем, что транзистор предельно открыт, и здесь он служит переключателем во включенном состоянии. Схемы включения биполярных транзисторов при объединении режимов отсечки и насыщения позволяют создавать с их помощью электронные ключи.

Все режимы работы зависят от характера выходных характеристик, изображенных на графике.

биполярный транзистор схемы включения режимы работы

Их можно наглядно продемонстрировать, если будет собрана схема включения биполярного транзистора с ОЭ.

Если отложить на осях ординат и абсцисс отрезки, соответствующие максимально возможному коллекторному току и величине напряжения питания VCC, а затем соединить их концы между собой, получится линия нагрузки (красного цвета). Она описывается выражением: IC = (VCC — VCE)/RC. Из рисунка следует, что рабочая точка, определяющая ток коллектора IC и напряжение VCE, будет смещаться по нагрузочной линии снизу вверх при увеличении тока базы IВ.

Зона между осью VCE и первой характеристикой выхода (заштрихована), где IВ = 0, характеризует режим отсечки. При этом обратный ток IC ничтожно мал, а транзистор закрыт.

Самая верхняя характеристика в точке А пересекается с прямой нагрузки, после которой при дальнейшем увеличении IВ коллекторный ток уже не изменяется. Зоной насыщения на графике является заштрихованная область между осью IC и самой крутой характеристикой.

Как ведет себя транзистор в разных режимах?

Транзистор работает с переменными или постоянными сигналами, поступающими во входную цепь.

Биполярный транзистор: схемы включения, усилитель

Большей частью транзистор служит в качестве усилителя. Переменный сигнал на входе приводит к изменению его выходного тока. Здесь можно применить схемы с ОК или с ОЭ. В выходной цепи для сигнала требуется нагрузка. Обычно используют резистор, установленный в выходной коллекторной цепи. Если его правильно выбрать, величина выходного напряжения будет значительно выше, чем входного.

Работу усилителя хорошо видно на временных диаграммах.

биполярный транзистор схемы включения усилитель

Когда преобразуются импульсные сигналы, режим остается тем же, что и для синусоидальных. Качество преобразования их гармонических составляющих определяется частотными характеристиками транзисторов.

Работа в режиме переключения

Транзисторные ключи предназначены для бесконтактной коммутации соединений в электрических цепях. Принцип заключается в ступенчатом изменении сопротивления транзистора. Биполярный тип вполне подходит под требования ключевого устройства.

Заключение

Полупроводниковые элементы используются в схемах преобразования электрических сигналов. Универсальные возможности и большая классификация позволяют широко применять биполярные транзисторы. Схемы включения определяют их функции и режимы работы. Многое также зависит от характеристик.

Основные схемы включения биполярных транзисторов усиливают, генерируют и преобразуют входные сигналы, а также переключают электрические цепи.

4,5,6. Схема включения транзистора с общей базой и её коэффициенты.

При рассмотрении усилительных свойств переменных сигналов транзисторов схемы их включения можно рассматривать без источников питания, поскольку в сравнении с другими сопротивления источников оказываются весьма малыми.

Включение транзистора возможно по трём схемам: с общим эмиттером (ОЭ), с общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

Схему усилительной ячейки на транзисторе с общей базой можно применять на высоких частотах, однако она имеет коэффициент усиления по току меньше 1 и малое входное сопротивление.

Коэффициент усиления по току:

Kiб=iвх/iвых=ik/iэ=α<1

К

Uвых

оэффициент усиления по напряжению:

KUб=Uвых/iвх=ikRHб/iэRвхбRH/Rвх>1

коэффициент усиления по мощности:

KPб=KiKU=α2 RHб/Rвхб>1

Здесь Rнб – сопротивление нагрузочного резистора

в схеме с общей базой; Rвхб – входное сопротивление усилительного каскада.

Как выводить формулы:

Общие формулы, независимые от схемы включения транзистора:

— коэффициент усилительного каскада по току Ki=iвых/iвх

— коэффициент усиления по напряжению KU=Uвых/Uвх i, u

— коэффициент усиления по мощности KP=KiKU мгновенные значения

— входное сопротивление каскада Rвх=Uвх/iвх

За основной электрод, от которого отсчитываются напряжения, в данной схеме принимается база. Эмиттерная цепь – входная, а коллекторная – выходная.

Отсюда Kiб=iвых/iвх=ik/iэ=α , где ik – ток коллектора, iэ – ток эмиттера.

Соотношение между токами эмиттера, коллектора и базы для схемы с общей базой: iэ=ik+iб, где iб – ток базы.

Входящее в выражение для коэффициента усиления по напряжению входное сопротивление для этой схемы оказывается равным Rвхб=Uэб/iэ=Rэб. Это сопротивление открытого pn-перехода. Rэб~ 10-100 Ом.

В усилителях на транзисторах сопротивление коллекторного перехода RH>> сопротивления слоя базы Rб>> сопротивления эмиттерного перехода Rэ. Поэтому KU>1.

В соответствии с условными положительными направлениями напряжений нетрудно установить, что сигналы на входе и на выходе схемы с общей базой совпадают по фазе.

7,8,9. Схема включения транзистора с общим эмиттером и её коэффициенты.

Наиболее часто используют схему с общим эмиттером, с помощью которой возможно осуществить усиление по току, по напряжению и наибольшее по сравнению с другими схемам усиление по мощности. У схемы ОЭ малое входное сопротивление, порядка сотен Ом.

Во многих справочниках по транзисторам даётся коэффициент усиления по току для схемы ОЭ: β=ik/iб. β~10-100.

Связь β c α можно выразить из системы: α=ik/iэ β=α/(1-α),

iэ=ik+iб или α=β/(1+ β)

За основной электрод, от которого отсчитываются напряжения, в данной схеме принимается эмиттер. Цепь базы – входная, а коллекторная цепь– выходная.

Тогда коэффициент усиления по току Kiэ=ik/iб=β=α/(1-α).

Так какα~0.91-0.99, коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером оказывается больше 1 эта схема может быть использована для усиления тока.

Выражение для коэффициента усиления по напряжению для этой схемы:

Kuэ=Uвых/Uвх=ikRHэ/(iбRвхэ)=β RHэ/Rвхэ.

Входное сопротивление в этой схеме: Rвхэ=Uвх/iвх=Uэб/iб

Выразим ток базы через ток эмиттера: iб=iэ(1-α)

Подставим в выражение для входного сопротивления: Rвхэ= Uэб/iэ(1-α)=Rэб/(1-α)=Rэб(1+ β)

Тогда KUэ=βRHэ/(1+ β)RэбRHэ/ Rэб.

СопротивлениеRэб открытого перехода обычно << нагрузочного сопротивления RHэ, поэтому KUэ>1 схема ОЭ может быть использована и для усиления напряжения.

Коэффициент усиления по мощности:

Kpэ=KiэKUэ=β2RHэ/(1+ β)RЭб2 RHэ/(1-α)RЭб.

Если проанализировать это выражение, то можно доказать, что схема ОЭ может быть использована и для усиления мощности.

При этом в соответствии с условным положительным направлением напряжение в схеме ОЭ входной и выходной сигналы находятся в противофазе, то есть сдвинуты относительно друг друга на угол, равный 1800.

Схемы включения биполярных транзисторов

Транзистор, в схему включают так, что один из его выводов является входным, второй – выходным, а третий – общим для входной и выходной цепей. В зависимости от того, какой электрод является общим, различают три схемы включения транзисторов: ОБ, ОЭ и ОК. Для транзистора 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 в прямом направлении, а коллекторный – в обратном.

Статические характеристики биполярных транзисторов

Статическим режимом работы транзистора называется режим при отсутствии нагрузки в выходной цепи.

Статическими характеристиками транзисторов называют графически выраженные зависимости напряжения и тока входной цепи (входные ВАХ) и выходной цепи (выходные ВАХ). Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.

Характеристики транзистора, включенного по схеме об

Входной характеристикой является зависимость:

IЭ = f(UЭБ) при UКБ = const (а).

Выходной характеристикой является зависимость:

IК = f(UКБ) при IЭ = const (б).

 

Статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме ОБ. Выходные ВАХ имеют три характерные области: 1 – сильная зависимость Iк от UКБ; 2 – слабая зависимость Iк от UКБ; 3 – пробой коллекторного перехода. Особенностью характеристик в области 2 является их небольшой подъем при увеличении напряжения UКБ.

Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:

Входной характеристикой является зависимость:

IБ = f(UБЭ) при UКЭ = const (б).

Выходной характеристикой является зависимость:

IК = f(UКЭ) при IБ = const (а).

Режим работы биполярного транзистора

Транзистор может работать в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах. При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное.

 Режим отсечки, или запирания, достигается подачей обратного напряжения на оба перехода (оба р-n- перехода закрыты).

Если же на обоих переходах напряжение прямое (оба р-n- перехода открыты), то транзистор работает в режиме насыщения. В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором почти отсутствует. В активном режиме такое управление осуществляется наиболее эффективно, причем транзистор может выполнять функции активного элемента электрической схемы — усиление, генерация.

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Наибольшее применение находит схема включения транзистора по схеме с общим эмиттером. Основными элементами схемы являются источник питания Ек, управляемый элемент – транзистор VT и резистор Rк. Эти элементы образуют выходную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого тока создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы. Другие элементы схемы выполняют вспомогательную роль. Конденсатор Ср является разделительным. При отсутствии этого конденсатора в цепи источника входного сигнала создавался бы постоянный ток от источника питания Ек.

Резистор RБ, включенный в цепь базы, обеспечивает работу транзистора при отсутствии входного сигнала. Режим покоя обеспечивается током базы покоя IБ = Ек/RБ. С помощью резистора Rк создается выходное напряжение. Rк выполняет функцию создания изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, управляемого по цепи базы.

Для коллекторной цепи усилительного каскада можно записать следующее уравнение электрического состояния:

Ек = Uкэ + IкRк,                                                   

сумма падения напряжения на резисторе Rк и напряжения коллектор-эмиттер Uкэ транзистора всегда равна постоянной величине – ЭДС источника питания Ек.

Процесс усиления основывается на преобразовании энергии источника постоянного напряжения Ек в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения сопротивления управляемого элемента (транзистора) по закону, задаваемого входным сигналом.

5)Что такое полевой транзистор? Какие виды бывают?

Полевой транзистор (ПТ) – полупроводниковый прибор, в котором ре-

гулирование тока осуществляется изменением проводимости проводящего

канала с помощью поперечного электрического поля. В отличие от биполяр-

ного ток полевого транзистора обусловлен потоком основных носителей.

Электроды полевого транзистора называют истоком (И), стоком (С) и

затвором (З). Управляющее напряжение прикладывается между затвором и ис-

током. От напряжения между затвором и истоком зависит проводимость кана-

ла, следовательно, и величина тока. Таким образом, полевой транзистор можно

рассматривать как источник тока, управляемый напряжением затвор-исток. Ес-

ли амплитуда изменения управляющего сигнала достаточно велика, сопротив-

ление канала может изменяться в очень больших пределах. В этом случае поле-

вой транзистор можно использовать в качестве электронного ключа.

По конструкции полевые транзисторы можно разбить на две группы:

-с управляющим p–n-переходом;

-с металлическим затвором, изолированным от канала диэлектриком.

Транзисторы второго вида называют МДП-транзисторами (металл –

диэлектрик – полупроводник). В большинстве случаев диэлектриком является

двуокись кремния SiO2, поэтому обычно используется название МОП-

транзисторы (металл – окисел – полупроводник). В современных МОП-

транзисторах для изготовления затвора часто используется поликристаллический

кремний. Однако название МОП-транзистор используют и для таких приборов.

Проводимость канала полевого транзистора может быть электронной

или дырочной. Если канал имеет электронную проводимость, то транзистор

называют n-канальным. Транзисторы с каналами, имеющими дырочную про-

водимость, называют p-канальными. В МОП- транзисторах канал может быть

обеднён носителями или обогащён ими. Таким образом, понятие «полевой

транзистор» объединяет шесть различных видов полупроводниковых прибо-

ров.

МОП-транзисторы находят широкое применение в современной электро-

нике. В ряде областей, в том числе в цифровой электронике, они почти полно-

стью вытеснили биполярные транзисторы. Это объясняется следующими при-229

чинами. Во-первых, полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивле-

ние и обеспечивают малое потребление энергии. Во-вторых, МОП-транзисторы

занимают на кристалле интегральной схемы значительно меньшую площадь,

чем биполярные. Поэтому плотность компоновки элементов в МОП-

интегральных схемах значительно выше. В-третьих, технологии производства

интегральных схем на МОП-транзисторах требуют меньшего числа операций,

чем технологии изготовления ИС на биполярных транзисторах.

6)Что такое стабилитрон? Объясните принцип его работы. Нарисуйте его вольт-амперные характеристики.

Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, использующие особенность обратной ветви вольтамперной характеристики на участке пробоя изменяться в широком диапазоне изменения токов при сравнительно небольшом отклонении напряжения. Это свойство широко используется при создании специальных устройств – стабилизаторов напряжения.

Напряжение пробоя стабилитрона зависит от ширины р-n-перехода, которая определяется удельным сопротивлением материала полупроводника. Поэтому существует определенная зависимость пробивного напряжения (т. е. напряжения стабилизации) от концентрации примесей.

Низковольтные стабилитроны выполняют на основе сильно легированного кремния. Ширина р-n-перехода в этом случае получается очень маленькой, а напряженность электрического поля потенциального барьера – очень большой, что создает условия для возникновения туннельного пробоя. При большой ширине р-n-перехода пробой носит лавинный характер.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 6.1 Рабочий ток стабилитрона (его обратный ток) не должен превышать максимально допустимого значения во избежание перегрева полупроводниковой структуры и выхода его из строя.

Рис. 6.1. Конструкция корпуса (а), вольт-амперная характеристика и условное графическое обозначение стабилитрона

Существенной особенностью стабилитрона является зависимость его напряжения стабилизации от температуры. В сильно легированных полупроводниках вероятность туннельного пробоя с увеличением температуры возрастает. Поэтому напряжение стабилизации у таких стабилитронов при нагревании уменьшается, т. е. они имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН)

.

(2.4)

В слабо легированных полупроводниках при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей, что приводит к увеличению порогового значения напряжения, при котором начинается лавинный пробой. Такие стабилитроны имеют положительный ТКН. (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Температурная зависимость вольт-амперной характеристика стабилитрона

Для устранения этого недостатка и создания термокомпенсированных стабилитронов последовательно в цепь стабилитрона включают обычные диоды в прямом направлении. Как известно, у обычных диодов в прямом направлении падение напряжения на р-n-переходе при нагревании уменьшается. И если последовательно со стабилитроном (рис. 6.3) включить диодов в прямом направлении, где , (– изменение прямого падения напряжения на диоде при нагревании отдо), то можно почти полностью компенсировать температурную погрешность стабилитрона.

Рис. 6.3. Термокомпенсация стабилитрона

Основные параметры стабилитронов:

  1. Напряжение стабилизации – напряжение на стабилитроне при про-текании через него тока стабилизации;

  2. Ток стабилизации – значение постоянного тока, протекающего через стабидитрон в режиме стабилизации;

  3. Дифференциальное сопротивление стабилитрона – дифференциальное сопротивление при заданном значении тока стабилизации, т. е.;

  4. Температурный коэффициент напряжения стабилизации – отношение относительного изменения напряжения стабилизации стабилитрона к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном значении тока стабилизации:;

Предельные параметры стабилитронов:

  1. Минимально допустимый ток стабилизации – наименьший ток через стабилитрон, при котором напряжение стабилизации находится в заданных пределах;

  2. Максимально допустимый ток стабилизации – наибольший ток через стабилитрон, при котором напряжение стабилизациинаходится в заданных пределах, а температура перехода не выше допустимой;

  3. Максимально допустимая рассеиваемая мощность – мощность, при которой не возникает теплового пробоя перехода.

3.1.2. Включение биполярного транзистора по схеме с общей базой

Рис. 3.6

снова становится активным и равным сопротивлению rБ’. Значения частот f1 и f2 можно определить из выражения для полного входного сопротивления ZВХ:

ZВХ = rБ′ + ZБ′Э = rБ′ +

1

 

= rБ′

+

 

rБ′Э

=

1 r ′ + jωC

0

 

1+ jωC

r ′

 

 

Б Э

 

 

 

 

 

0 Б Э

 

=

rБ′ + rБ′Э + jωC0rБ′rБ′Э

.

 

 

 

 

(3.21)

 

 

 

 

 

 

 

1+ jωC0rБ′Э

 

 

 

 

 

 

 

 

Значение частоты f1 соответствует полюсу приведенного выше уравнения, а частоты f2 – его нулю. Выражения для определения этих частот имеют вид

1

 

 

 

rБ′ +rБ′Э

 

 

 

 

f1 =

 

 

,

f2 =

 

 

 

 

.

(3.22)

2πC

r ′

r

′ +r ′ +2πC

r

′r ′

 

 

0 Б Э

 

Б

Б Э

0 Б

Б Э

 

Выходное сопротивление транзистора оказывается весьма значительным

и сложным образом зависит от частоты. Однако

 

в реальных условиях этой зависимостью практи-

 

 

 

ОЭ

чески не интересуются, так как обычно сопро-

 

 

 

 

 

 

 

тивление нагрузки много меньше, чем выходное

 

 

 

 

сопротивление транзистора.

 

 

 

 

ОБ

ОК

Нелинейные искажения, вносимые тран-

 

 

 

 

R1

зистором, включённым по схеме с ОЭ, в основ-

 

 

 

 

 

 

R1 = RОПТ

ном определяются нелинейностью эмиттерного

 

 

 

 

 

 

 

перехода и достигают заметной величины уже при сравнительно малом входном напряжении. Уровень искажений существен-

но зависит от сопротивления источника сигнала R1 [1]. По мере увеличения этого сопротивления нелинейные искажения сначала уменьшаются, достигают минимума и затем снова увеличиваются (рис. 3.6).

В рассматриваемом включении база транзистора является общим электродом для входной и выходной цепей. Входной сигнал действует между эмиттером и базой, а выходной – между коллектором и базой (рис. 3.7).

 

 

uKЭ

 

 

 

 

Э

 

 

K

iK

 

R1

I0Э

 

 

 

I0K

 

E1

u1 = uБЭ

iБ E0Б

 

u2 = uКБ

R2

u2

I0Э

 

I0Б

I0K

E0K

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.7

 

 

 

 

Постоянные токи I0Э, I0K, I0Б, протекающие в схеме (см. рис. 3.7), определяются типом транзистора и полярностью источников Е0Б и Е0К. Постоянный ток базы I0Б протекает от +Е0Б через базу, эмиттер, источник сигнала Е1, R1, к -Е0Б. Постоянный ток коллектора I0К течет от +E0К через сопротивление R2 участок коллектор–эмиттер транзистора, источник сигнала Е1, R1 к –E0К. Мгновенные значения переменных токов задаются источником сигнала Е1. Переменный ток эмиттера iЭ течёт от (+)Е1 через R1 к эмиттеру. В эмиттере этот ток разветвляется на базовую iБ и коллекторную iK составляющие. Базовая составляющая протекает от эмиттера к базе, далее через Е0Б к (–)Е1. Коллекторная часть тока течёт от эмиттера в коллектор, далее через сопротивление R2, источник Е0К к (–)Е1. Коллекторный ток, протекая по сопротивлению R2, создаёт на нём падение напряжения u2 c плюсом вверху и минусом внизу. Сравнивая полярности напряжения u2 и ЭДС Е1, делаем вывод, что схема с ОБ не изменяет полярность усиливаемого сигнала.

Коэффициент усиления по напряжению для схемы с ОБ равен отношению выходного напряжения u2 = uКБ к входному u1 = uБЭ. Анализируя внешний контур схемы рис.3.7, можно записать uКБ = uБЭ + uКЭ. Теперь

K

Б

= u2

= uКБ = uБЭ + uКЭ =1+ K ,

(3.23)

 

u

u

БЭ

u

БЭ

 

 

 

1

 

 

 

71

где К – коэффициент усиления по напряжению схемы с ОЭ. Из (3.23) следует, что схема с ОБ обладает практически таким же усилением по напряжению, как и схема с ОЭ.

Коэффициент усиления по току:

 

 

 

 

 

 

 

KiБ = iK =

iK

=

iK

=

 

 

h31

,

(3.24)

 

iБ(1+iK iБ)

1

 

iБ +iК

 

+ h31

 

где h31 = iК/iБ – коэффициент усиления по току схемы с ОЭ.

Коэффициент усиления по мощности, равный произведению KБ на KiБ, для схемы с ОБ значительно больше единицы, но меньше, чем для схемы с ОЭ.

Входное сопротивление транзистора, включённого по схеме с ОБ, оказывается существенно меньше, чем в схеме с ОЭ (из-за большого входного тока iЭ):

R ВХБ = uБЭ =

uБЭ

 

= uБЭ

1

.

(3.25)

iБ + iК

 

 

 

 

 

 

 

iБ 1+ iК iБ

 

 

Для случая, когда R2→0,

выражение (3.23) может быть переписано в

виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

ВХБ

=

 

h21

 

,

 

(3.25а)

 

1+ h

21

 

 

 

 

 

 

 

 

где h21 и h31 – параметры схемы с ОЭ.

Величина входного сопротивления для схемы с общей базой лежит в пределах нескольких Ом или десятков Ом для маломощных транзисторов и может быть меньше Ома для мощных.

Выходное сопротивление в схеме с ОБ зависит от сопротивления источника сигнала и заметно превышает выходное сопротивление схемы с ОЭ.

Благодаря малому входному сопротивлению влияние входной динамической емкости в каскаде с транзистором, включенным по схеме с общей базой, оказывается существенно меньшим и проявляется на более высоких частотах, чем в каскаде на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Полоса пропускания каскада с ОБ получается значительно шире, чем в каскаде с ОЭ.

Полученные выше результаты можно легко объяснить, если представить схему с ОБ в виде схемы с ОЭ, охваченной 100 %-ой отрицательной обратной связью по току параллельной по входу (рис. 3.8).

 

1

iЭ 3

2

 

 

R1

 

u2

R2

J1

uOC

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3

2

 

 

 

 

 

β

iK

 

Рис. 3.8

Нетрудно убедиться, что эта схема является копией схемы, изображенной на рис. 3.7. Для большей наглядности в последней генератор ЭДС заменён эквивалентным генератором тока. Действительно, вход четырехполюсника обратной связи включен последовательно с нагрузкой (ОС по току). Во входной цепи все три пары клемм (1–1 – источника сигнала, 2–2 – вход усилителя без ОС, 3–3 – выход цепи β) включены параллельно. Полярность источника сигнала и пути протекания переменных токов соответствуют аналогичным элементам схемы (см. рис.3.7). Из схемы (рис. 3.8) следует, что весь выходной ток подаётся в четырёхполюсник обратной связи и затем без потерь во входную цепь, где создаёт напряжение обратной связи uОС, находящееся в противофазе с напряжением, поступающим от источника сигнала.

Как было показано ранее, такая ОС снижает коэффициент усиления по току, уменьшает входное сопротивление и увеличивает выходное, а также уменьшает нелинейные искажения. Параллельная обратная связь действует наилучшим образом при условии, что R1→∞ (реально, когда R1>RВХ). В этом случае ОС улучшает стабильность параметров усилителя, расширяет его частотную характеристику, уменьшает нелинейные искажения. При R1→0 данная ОС перестаёт действовать, и свойства каскада (см. рис. 3.7) становятся такими, как и для схемы с ОЭ. Обратная связь в схеме с ОБ также перестаёт действовать, если сопротивление R2 стремится к бесконечности.

74

Частотные свойства схемы с ОБ могут быть проанализированы с помощью эквивалентной схемы (см. рис. 3.9). Для построения этой схемы необходимо вписать между точками Э и Б входной цепи и точками К и Б выходной эквивалентную схему транзистора (см. рис. 3.2).

 

 

rКЭ

 

 

 

 

SuБ’Э

 

 

Э

rБ’Э

Б’ СК

К

 

R1

СБ’Э

 

 

 

uБ’Э

rБ′

uКБ

R2

uбЭ

E1

 

 

 

 

Рис. 3.9

Наличие обратной связи в схеме с ОБ позволяет получить более высокую частоту среза в области верхних частот, чем в схеме с ОЭ. Частота верхнего среза для сквозного коэффициента усиления существенно зависит от сопротивлений R1 и R2, влияющих на глубину обратной связи. Известно, что глубина обратной связи по току растёт с уменьшением сопротивления нагрузки R2. Для параллельной по входу ОС увеличение сопротивления R1 также ведёт к росту глубины обратной связи. При увеличении сопротивления R2 обратная связь по току перестаёт действовать (уменьшается её глубина), и частотные свойства схемы с ОБ приближаются к частотным свойствам схемы с ОЭ. Аналогичные явления наблюдаются в схеме (см. рис. 3.7) при уменьшении сопротивления R1.

Влияние ОС в схеме с ОБ сказывается также на зависимости входного сопротивления от частоты.

На низких частотах входное сопротивление оказывается существенно меньшим, чем в схеме с ОЭ (см. 3.25а). Максимальное снижение входного сопротивления достигается, если сопротивление нагрузки стремится к нулю.

h21Б

Рис. 3.10

 

ZВХ

 

С ростом частоты глубина ОС умень-

 

 

rб’

 

шается из-за ухудшения усилительных

 

 

 

свойств транзистора и входное

сопротивле-

 

 

 

ние схемы растёт, стремясь к

величине rб’

(рис. 3.10). Благодаря существованию отрицательной ОС нелинейные искажения в схеме с

f

ОБ в общем случае оказываются меньшими, чем в схеме с ОЭ, что особенно заметно при увеличении внутреннего сопротивления источника сигнала R1 (см. рис. 3.6, кривая ОБ).

Уменьшение R1 приводит к снижению глубины параллельной по входу ОС, уровень нелинейных искажений возрастает и при R1 = 0 (ОС не действует) становится таким же, как и в схеме с ОЭ.

3.1.3.Включение биполярного транзистора по схеме с общим коллектором

Вданном включении коллектор является общим (по отношению к сигналу) для входа и выхода. Сигнал подаётся между базой и коллектором, а снимается между эмиттером и коллектором (рис. 3.11).

Вэтой схеме постоянный ток I0Б базы протекает от +Е0Б через Е1, R1, переход база-эмиттер, сопротивление нагрузки R2 к -E0Б. Постоянный ток коллектора I0К протекает от +E0К через коллектор, эмиттер, сопротивление R2 к -E0К. Входной ток iБ протекает от (+)E1 через R1, базу, эмиттер, R2, источник E0Б к (-)E1. Выходной ток iК течёт от эмиттера через R2, E0К, коллектор, эмиттер. В цепи эмиттера ток коллектора всегда имеет такое же направление, как и ток базы. Следовательно, выходной ток, протекая через сопротивление R1, сверху вниз создаёт на нём падение напряжения u2 с плюсом вверху и минусом внизу. Сравнивая полярность входного сигнала и напряжения u2, видим, что схема с ОК не переворачивает фазу усиливаемого сигнала.

Коэффициент усиления по напряжению, равный отношению напряжения u2 = uЭК к входному напряжению uБК, для схемы ОК всегда меньше единицы, так как uБК = uБЭ + uЭК:

KK = u2

= uЭК =

uЭК

≤ 1.

(3.26)

uБК + uЭК

u1

uБК

 

 

I0Б

 

iK

I0K

 

R1

uБЭ

 

 

 

 

 

u1 = uБК

 

I0Э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е1

 

 

Е0К

u2 = uЭК

R2

I0Б

 

Е0Б

iK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.11

 

 

 

Коэффициент усиления по току

 

 

 

 

 

K = iЭ = iБ +iЭ =1

+h

21

(3.27)

 

iK

 

 

 

 

 

 

 

оказывается практически таким же, как и в схеме с ОЭ.

Коэффициент усиления по мощности для схемы с ОК, равный произведению КК на КiK, заметно превышает единицу, но оказывается меньше, чем для схемы с ОЭ.

Входное сопротивление для схемы с ОК существенно зависит от сопротивления нагрузки и оказывается значительно больше, чем в других схемах включения транзистора. Для определения входного сопротивления поделим входное напряжение u1 = uБК на входной ток iБ

R ВХ = uБК = uБЭ + uЭК = uБЭ + iЭR2 = uБЭ + (iБ + iК)R2 =

 

 

=

uБЭ

+ (1 + h31 )R 2

= h21

+ (1 + h31 )R 2 .

(3.28)

 

 

 

 

 

Входное сопротивление схемы с ОК может достигать нескольких МОм. Выходное сопротивление схемы с ОК оказывается наименьшим для трёх схем включения и существенно зависит от сопротивления источника сигнала.

Для определения выходного сопротивления подадим на выходные зажимы напряжение uЭК, исключив при этом из схемы источник сигнала Е1, но сохранив

77

его внутреннее сопротивление R1. Теперь для выходного сопротивления можно записать

R ВЫХ = uКЭ = uБЭ + iБR1 = uБЭ iБ + R1 = h21 + R1 .

(3.29)

iБ + iК

1+ iК iБ

1+ h31

 

Выходное сопротивление схемы может находиться в пределах от нескольких Ом до сотен Ом.

R1

iK

 

E1

R2 u2=uКЭ

 

uOC

β

Рис. 3.12

Выражение для входной динамической емкости каскада с общим коллектором выводится так же, как и для входной динамической емкости, в схеме с общим эмиттером (см. рис. 3.4, (3.16 – 3.20)). При этом следует учесть, что в схеме с общим коллектором фаза сигнала не переворачивается. Пользуясь вышеуказанной методикой, получим выражение для входной динамической емкости каскада с общим коллектором:

I1 = jωCKuБК ,

(3.30)

I2 = jωCБЭ(uБК −u2 ) = jωCБЭuББК(1−u2 uБК) = jωCБЭuБК(1−KK ) ,

(3.31)

C0K = CK +CБЭ(1−КК) .

(3.32)

Из последнего выражения следует, что входная динамическая емкость для схемы с общим коллектором существенно меньше, чем для схемы с общим эмиттером. Величина этой емкости стремится к значению СК по мере приближения коэффициента передачи схемы с общим коллектором к единице: (КК→1).

Уменьшение

входной

динамической емкости транзистора, включенного

по схеме с

общим

коллектором, способствует расширению частотной

характеристики.

 

Сравнивая параметры схемы с ОК с аналогичными для схемы с ОЭ, видим, что в схеме с ОК уменьшился коэффициент усиления по напряжению, выросло входное сопротивление и появилась его зависимость от величины нагрузки, уменьшилось выходное сопротивление и стала очень заметной его зависимость от сопротивления источника сигнала. Все эти качества становятся легко объяснимыми, если схему с общим коллектором представить в виде схемы с ОЭ, охваченной стопроцентной отрицательной обратной связью по напряжению последовательной по входу (рис. 3.12). На этом рисунке пунктиром выделены усилитель и четырёхполюсник обратной связи β.

Частотные свойства схемы с общим коллектором можно проанализировать с помощью эквивалентной схемы (рис. 3.13).

Благодаря наличию отрицательной обратной связи частотная характеристика для этой схемы значительно расширяется и ограничивается частотой верхнего среза, примерно равной частоте ft [1]. Вывод формулы для определения частоты верхнего среза оказывается весьма громоздким [1]. Однако использование известных программ проектирования радиотехнических схем для персональных ЭВМ, например MICROCAP или PSPICE, может существенно упростить задачу определения частоты верхнего среза в каждом конкретном случае.

R1

Б

rБ’

Б’ RБ’Э

 

Э

 

 

 

UБ′Э

 

 

E1

u1 = uБК

CБ’Э

rКЭ

R2 u2 = uКЭ

 

 

 

 

SuБ’Э

 

 

K

 

 

 

K

Рис. 3.13

Зависимость входного сопротивления от частоты представлена на рис. 3.14. На низких частотах ZВХ определяется выражением (3.28) и оказывается весьма значительным благодаря влиянию обратной связи. С ростом частоты выше f1 ухудшаются частотные свойства транзистора, уменьшается глубина ОС, и входное сопротивление падает. На частотах, превышающих f2, входное сопротивление стремится к величине rБ’, так как ОС уже не действует, а величина сопротивления ёмкости CК становится близкой к короткому замыканию.

RВХ

rБ’

f

RВЫХ

f

 

 

f1

f2

f1

f2

 

Рис. 3.14

Рис. 3.15

 

Выходное сопротивление ZВЫХ на низких частотах оказывается малой величиной из-за влияния ООС по напряжению и определяется выражением (3.29). В диапазоне частот выше f1 глубина ОС уменьшается, а выходное сопротивление растёт, что позволяет говорить о индуктивном характере ZВЫХ (рис. 3.15). Теоретическое определение частот f1 и f2 для рис. 3.14 и 3.15 весьма затруднительно [1]. Получающиеся при этом выражения громоздки и трудно обозримы. Но, как указывалось выше, частотные свойства рассматриваемой схемы для каждого конкретного случая могут быть легко проанализированы с помощью программ проектирования радиотехнических схем на ПЭВМ.

Нелинейные искажения в схеме с ОК благодаря наличию ООС намного меньше, чем в схеме с ОЭ. Этот выигрыш особенно заметен при малых значениях сопротивления источника сигнала R1 (см. рис. 3.6). В этом случае создаются наиболее благоприятные условия для действия последовательной по входу обратной связи. С ростом R1 глубина последовательной ООС уменьшается, и нелинейные искажения растут, приближаясь к уровню, характерному для схемы с ОЭ.

Следует отметить, что схему с ОК часто называют эмиттерным повторителем за то, что сигнал на выходе почти не отличается от сигнала на входе (коэффициент передачи близок к единице, сигнал на входе и выходной сигнал имеют одинаковую фазу, искажения формы сигнала практически отсутствуют).

81

16. Статические характеристики транзистора с общей базой.

Статические характеристики транзистора отражают зависимость между

токами, проходящими в его цепях и напряжениями на электродах транзистора. За независимые переменные обычно принимают входной ток Iвх, выходное напряжение Uвых, а за зависимые – выходной ток Iвых и входное напряжение Uвх:

В схеме с ОБ транзистор имеет следующие характеристики: — семейство входных (эмиттерных) характери-

стик .

— семейство выходных (коллекторных) характеристик.

— семейство характеристик прямой передачи .

— семейство характеристик обратной связи .

  1. Статические характеристики транзистора с общим эмиттером.

— Семейство входных характеристик

— Семейство выходных характеристик.

— Семейство характеристик прямой передачи

— Семейство характеристик обратной связи

18. Эквивалентные схемы биполярного транзистора для включения с об и оэ.

Физическая Т-образная эквивалентная схема БТ наряду с h-параметрами также достаточно полно отражает свойства реального транзистора на низких частотах и широко используется для анализа малосигнальных транзисторных усилителей. Физические Т-образные эквивалентные схемы БТ с ОБ и ОЭ представлены на рис. 4.6, а, б соответственно. Значения параметров эквивалентных схем БТ могут быть найдены с использованием известных h-параметров для включения БТ:

Поскольку коэффициенты обратной связи по напряжению и для обеих схем включения БТ имеют очень малую величину, точность их вы-числения с использованием статических ВАХ оказывается низкой. В связи с этим расчет параметров эквивалентной схемы необходимо начинать с расчета дифференциального сопротивления эмиттерного перехода:

где– тепловой потенциал, равный 26 мВ при Т=300 К; – ток эмиттера БТ в рабочей точке. С учетом этого в (4.11) объемное сопротивление базы БТ необходимо рассчитывать согласно выражению

Параметры эквивалентных схем маломощных БТ принимают следующие ти-повые значения: дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода – единицы – десятки ом; объемное сопротивление базы – сотни ом – единицы ки-лоом; выходное сопротивление в схеме с ОБ – сотни килоом – единицы мегаом; выходное сопротивление в схеме с ОЭ – десятки – сотни килоом.

19.Работа транзистора с нагрузкой. Рабочая область.

20. Работа транзистора в импульсном режиме. Эквивалентные схемы, параметры.

21. Работа транзистора в импульсном режиме. Эквивалентные схемы, параметры.

22. Схемы задания рабочего режима для биполярных транзисторов в различных схемах включения.

Необходимый режим работы транзистора можно установить путём подачи на базу относительно эмиттера смещения,

23. Схемы задания рабочего режима для полевых транзисторов

В зависимости от того, какой из электродов полевого транзистора в усилительной схеме является общим для входной и выходной цепей, используются схемы: с общим затвором (ОЗ), с общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Наиболее распространенной является схема с ОИ, аналогичная схеме включения биполярного транзистора с ОЭ (смотреть рисунок 3.9). Схема с общим стоком (истоковый повторитель) аналогична эмиттерному повторителю (смотреть рисунок 4.1).

На практике питание схем осуществляется от одного общего источника напряжения. При подаче питания на полевые транзисторы с управляющим p–n переходом, для которых стоковое напряжение и напряжение на затворе должны быть разного знака, необходимое напряжение на затворе может быть создано с помощью цепочки автоматического смещения RиCи, включенной в цепь истока (рис. 4.14).

Полевые транзисторы с индуцированным каналом, у которых стоковое напряжение и напряжение на затворе имеют одинаковую полярность, смещение на затвор подается обычно с помощью делителя напряжений R1 и R3(рис. 4.15).

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *