Входные и выходные характеристики схемы с ОЭ

 

Работу схемы обычно описывают с помощью входных и выходных характеристик транзистора в той или иной схеме включения. Для схемы с ОЭ входная характеристика — это зависимость входного тока от напряжения на входе схемы, т. е. I _Б = f (U _БЭ) при фиксированных значениях напряжения коллектор — эмиттер (U _КЭ = const).

 

 

Рис. 1.12. Выходные (а) и входная (б) характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером

 

Выходные характеристики — это зависимости выходного тока, т. е. тока коллектора, от падения напряжения между коллектором и эмиттером транзистора I _K= f (U _БЭ) при токе базы I _Б = const.

Входная характеристика по существу повторяет вид характеристики диода при подаче прямого напряжения (рис. 1.12, б). С ростом напряжения U _КЭ входная характеристика будет незначительно смещаться вправо.

Вид выходных характеристик (рис. 1.12, а) резко различен в области малых (участок 0 А) и относительно больших значений U _КЭ. Напомним, что для нормальной работы транзистора необходимо, чтобы на переход база — эмиттер подавалось прямое напряжение, а на переход база — коллектор — обратное. Поэтому, пока | U _КЭ|< U _БЭ, напряжение на коллекторном переходе оказывается прямым, что резко уменьшает ток I _К. При | U _КЭ|> U _БЭ напряжение на коллекторном переходе U _БК = U _КЭ — U _БЭ становится обратным и, следовательно, мало влияет на величину коллекторного тока, который определяется в основном током эмиттера. При таком напряжении все носители, инжектированные эмиттером в базу и прошедшие через область базы, устремляются к внешнему источнику. При напряжении U _БЭ < 0 эмиттер носителей не инжектирует и ток базы I _Б = 0, однако в коллекторной цепи протекает ток I _K0 (самая нижняя выходная характеристика). Этот ток соответствует обратному току I ₀ обычного p-n -перехода.

При работе транзистора изменяется его режим. Действительно, чем больше ток, протекающий через транзистор, тем больше падение напряжения на нагрузке, а следовательно, тем меньшее напряжение будет падать на самом транзисторе. Характеристики, представленные на рис. 1.12, а, б, описывают лишь статический режим работы схемы. Для оценки динамики и влияния нагрузки на работу схемы используют графоаналитический метод расчета на основе входных и выходных характеристик. Рассмотрим этот метод на примере входных и выходных характеристик схемы c ОЭ.

Проведем прямую через точку E _K, отложенную на оси абсцисс, и точку Е _К / R _н, отложенную на оси ординат выходных характеристик транзистора. Полученная прямая называется нагрузочной. Точка Е _К / R _н этой прямой соответствует такому току, который мог бы течь через нагрузку, если транзистор замкнуть накоротко. Точка E _K соответствует другому крайнему случаю — цепь разомкнута, ток через нагрузку равен нулю, а напряжение U _КЭ равно E _K. Точка р пересечения нагрузочной прямой со статической выходной характеристикой, соответствующей входному току I _Б, определит рабочий режим схемы, т. е. ток в нагрузке I _K, падение напряжения на ней U _н = I _K R _н и падение напряжения U _KЭ на самом транзисторе. На рис. 1.12, а точка р соответствует подаче в транзистор тока базы I _Б = 1 мА. Нетрудно видеть, что подача тока базы I _Б = 2 мА приводит к смещению рабочей точки в точку А и перераспределению напряжений между нагрузкой и транзистором.

Пример 1.1. Рассчитать схему с ОЭ и R _н = 110 Ом при входном напряжении U _БЭ = +0,1 В, напряжении питания E _K=+25B, используя характеристики транзистора.

Решение. Найдем отношение Е _К/ R _н = 25/110 = 228 мА и, отложив найденную точку на оси I _K и значение E _K = +25B на оси U _KЭ, проведем нагрузочную прямую.

По входной характеристике для напряжения U _БЭ = 0,1 В определим входной ток I _Б = 1 мА.

Точка пересечения р прямой с характеристикой, соответствующей I _Б = 1 мА, определит ток I _K = 150 мА.

Напряжение на нагрузке равно

U _н = I _K R _н = 0,15 · 110 = 16,5 В.

Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора

U _KЭ = E _K — I _K R _н = 25 — 16,5 = 8,5 B.

В заключение отметим, что режим, соответствующий точке А, называют режимом насыщения (при заданных значениях R _н и E _К ток I _К в точке А достигает наибольшего возможного значения). Режим, соответствующий точке В (входной сигнал равен нулю), а также точке С (входной сигнал отрицателен и запирает транзистор), называют режимом отсечки. Все промежуточные состояния транзистора с нагрузкой между точками А и В относятся к активному режиму его работы.

 

Схема с общим коллектором

 

В схеме с общим коллектором (ОК) нагрузка R _н включена не в цепь коллектора, а в цепь эмиттера. Входным в этой схеме является напряжение между базой и корпусом, а выходным — между эмиттером и корпусом (рис. 1.13).

В отличие от схем с ОБ и ОЭ, в которых потенциал эмиттера был привязан к корпусу, в схеме с ОК потенциал эмиттера привязан к напряжению на нагрузке. Чтобы транзистор мог работать в активном режиме, необходимо, чтобы входное напряжение в этой схеме было выше напряжения на нагрузке на величину напряжения на U _БЭ:

U _вх = U _вых + U _БЭ.

 

 

Рис. 1.13. Схема включения транзистора с общим коллектором

 

В связи с этим значения входных напряжений в схеме с ОК оказываются в сотни раз больше, чем в схемах с ОБ и ОЭ.

Другой особенностью схемы с ОК является отсутствие усиления по напряжению. Как видно из схемы, U _вых отличается от U _вх на падение напряжения U _БЭ, которое при открытом транзисторе составляет доли вольт. Если входное напряжение увеличится на небольшую величину Δ U _вх, то в первый момент произойдет увеличение управляющего напряжения U _БЭ, что приведет к увеличению тока, текущего через транзистор. Но с ростом тока увеличится и напряжение на нагрузке, а это приведет к уменьшению управляющего напряжения U _БЭ = U _вх — U _вых. Изменение входного напряжения Δ U _вх будет скомпенсировано аналогичным изменением выходного напряжения. Получается, что выходное напряжение будет в точности отслеживать все изменения входного. Поэтому схема с ОК получила название «эмиттерный повторитель». Коэффициент усиления по напряжению схемы с ОК K_{U K} ≈ 1.

Оценим усилительные свойства схемы. Входным током по-прежнему является ток базы I _Б. Поэтому коэффициент усиления по току с учетом того, что β = Δ I _К /Δ I _Б, равен:

т. е. примерно такой же, как и в схеме с ОЭ.

Оценим величину входного сопротивления схемы с ОК. Входное напряжение для схемы складывается из небольшого падения напряжения на база—эмиттерном переходе и падения напряжения на нагрузке, а входным током является ток базы. Поэтому

Поскольку напряжение на U _БЭ значительно меньше напряжения на нагрузке, им можно пренебречь. Тогда, учитывая взаимосвязь между током эмиттера и током базы I _Э ≈ βI _Б, величина входного сопротивления запишется как

Таким образом, входное сопротивление схемы с ОК многократно превосходит входное сопротивление схем с ОЭ и ОБ и составляет десятки килоом.

Благодаря отмеченным свойствам эмиттерный повторитель используют в качестве выходного каскада устройств для усиления сигнала по мощности, когда усиление его по напряжению уже достигнуто предыдущими каскадами. Схема с ОК обеспечивает усиление по мощности

т. е. в десятки раз.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: