Биполярные транзисторы

Следующие уравнения:

входное напряжение ;

напряжение на участке база – эмиттер где ;

ток коллектора

напряжение на нагрузк

е

где и

напряжение на выходе

где

3.1. Схемы включения транзисторов (ОБ, ОК, ОЭ)

Применяют три основные схемы включения транзисторов в усилительные или иные каскады. В этих схемах один из электродов транзистора является общей точкой входа и выхода каскада. Во избежание ошибок при этом надо помнить, что под входом (выходом) понимают точки, между которыми действует входное (выходное) переменное напряжение. Не следует рассматривать вход и выход по постоянному напряжению.

Основные схемы включения транзисторов называются соответственно схемами с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК). Принцип усиления колебаний во всех этих каскадах одинаков, но свойства схем различны.

3.2. Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Эта схема изображена на рис. 5.7 и является наиболее распространенной, т.к. она дает наибольшее усиление по мощности.

Коэффициент усиления по току ki– это отношение амплитуд (или действующих значений) выходного и входного переменного тока, т. е. переменных составляющих токов коллектора и базы:

.

Усилительные свойства транзистора при включении его по схеме ОЭ характеризует один из главных его параметров – статический коэффициент усиления по току (или коэффициент передачи тока) для схемы ОЭ, обозначаемый b. Поскольку он должен характеризовать только сам транзистор, то его определяют в режиме без нагрузки (Rн=0), т. е. при постоянном напряжении участка коллектор-эмиттер:

, при uк-э=const.

Коэффициент усиления каскада по напряжению равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение база - эмиттер Uб-э, а выходным - переменное напряжение на резисторе нагрузки UR, что соответствует напряжению между коллектором и эмиттером Uк-э:

Коэффициент усиления каскада по мощности kpпредставляет собой отношение выходной мощности к входной. Каждая из этих мощностей определяется половиной произведения амплитуд соответствующих токов и напряжений:

поэтому

Важной величиной для транзистора является его входное сопротивление, которое определяется по закону Ома. Для схемы ОЭ

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

Достоинство схемы ОЭ – удобство питания ее от одного источника, поскольку на коллектор и базу подаются питающие напряжения одного знака.

Недостатки данной схемы – худшие по сравнению со схемой ОБ частотные и температурные свойства. С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается в значительно большей степени, нежели в схеме ОБ. Режим работы схемы ОЭ сильно зависит от температуры.

Схема с общей базой (ОБ)

Схема с ОБ показана на рис. 5.10. Эта схема дает значительно меньшее усиление no мощности и имеет еще меньшее входное сопротивление, чем схема ОЭ, все же ее иногда применяют, так как по своим частотным и температурным свойствам она значительно лучше схемы ОЭ.

Коэффициент усиления по току каскада ОБ всегда несколько меньше единицы:

.к. ток коллектора всегда лишь немного меньше тока эмиттера.

Статический коэффициент усиления по току (коэффициент передачи тока), для схемы ОБ обозначается a. Он определяется для режима без нагрузки (Rн=0), т. е. при постоянном напряжении коллектор-база:

, при uк-б=const.

Чем ближе a к 1, тем лучше транзистор. Коэффициент усиления по току ki, для каскада ОБ всегда немного меньше а, т.к. при включении Rнток коллектора уменьшается.

Коэффициент усиления по напряжению определяется формулой:

Коэффициент усиления по мощности kp=ki · ku. Поскольку , то .

Входное сопротивление для схемы ОБ:

Входное сопротивление получается в десятки раз меньшим, чем в схеме ОЭ, поскольку напряжение Umб-эравно напряжению Umэ-б, а ток Imэв десятки раз больше тока Imб.

Для схемы ОБ фазовый сдвиг между выходным и входным напряжением отсутствует, т. е. фаза напряжения при усилении не переворачивается.

Достоинство данной схемы включения в том, что каскад по схеме ОБ вносит при усилении меньшие искажения, чем каскад по схеме ОЭ.

3.3. Схема с общим коллектором (ОК)

Схема с ОК показана на рис. 5.11. Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.

Входное напряжение равно сумме переменного напряжения база-эмиттер uб-эи выходного напряжения:

Коэффициент усиления по току каскада ОК определяется по формуле:

и имеет почти такое значение, как и в схеме ОЭ.

Отношение – есть коэффициент усиления по току для схемы ОЭ.

Коэффициент усиления по напряжению близок к единице, причем всегда меньше ее:

Коэффициент усиления по мощности .

Фазового сдвига между uвыхи uвнет, поскольку выходное напряжение совпадает по фазе с входным и почти равно ему. Данная схема включения транзистора называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным потому, что резистор нагрузки включен в провод эмиттера и выходное напряжение снимается с эмиттера (относительно корпуса).

 Скачать реферат