Схемы включения транзисторов

Четыре режима работы транзистора

В зависимости от полярности напряжений, приложенных к эмиттерному и коллекторному переходам транзистора, различают четыре режима его работы:

Активный режим. На эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный – обратное. Этот режим является основным режимом работы транзистора. Вследствие того, что напряжение в цепи коллектора значительно превышает напряжение, подведенное к эмиттерному переходу, а токи в цепях эмиттера и коллектора практически равны, следует ожидать, что мощность полезного сигнала на выходе схемы в коллекторной цепи может оказаться намного больше, чем во входной эмиттерной цепи транзистора.

Режим отсечки. К обоим переходам подводятся обратные напряжения. Поэтому через них проходит лишь незначительный ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда. Практически транзистор в режиме отсечки оказывается запертым.

Режим насыщения. Оба перехода оказываются в под прямым напряжением. Ток в выходной цепи транзистора максимален и практически не регулируется током входной цепи. В этом режиме транзистор полностью открыт.

Инверсный режим. К эмиттерному переходу подводится обратное напряжение, а к коллекторному - прямое. Эмиттер и коллектор меняются своими ролями – эмиттер выполняет функции коллектора, а коллектор – функции эмиттера. Этот режим, как правило, не соответствует нормальным условиям эксплуатации транзистора.

Схемы включения транзисторов

Различают три возможные схемы включения транзисторов (рис. 1): с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Такая

терминология указывает, какой из элек­тродов транзистора является общим для его входной и выходной цепей.

На рис. 1, а показана схема с общей базой, во входную (эмиттерную) цепь последовательно с источ­ником питания Е ₁ включен источник входного сигнала, вырабаты­вающий некоторое переменное напряжение U_ВХ.

Обратим внимание на то, что в этой схеме через источник вход­ного сигнала (точнее, через внутреннее сопротивление этого источ­ника) проходит ток эмиттера I _Э.

Ток, проходящий через источник входного сигнала, называют входным током.

I _ВХ = I _Э

Выходным током в этой схеме является ток коллектора.

I _ВЫХ = I _К

Если под воздействием U _ВХ ток эмиттера возрастет (уменьшится) на некоторую величину, то соответственно возрастут (уменьшатся) и остальные токи транзистора.

Независимо от схемы включения транзисторы характеризуются дифференциальным коэффициентом прямой передачи тока, который представляет собой отношение выходного тока к вызвавшему его приращению входного тока при постоянном напряжении в выходной цепи. Для схемы с общей базой коэффициентом прямой передачи тока может служить коэффициент передачи тока эмиттера.

при Е₂ = const.

Поскольку ток эмиттера наибольший из всех токов транзистора, то схема с общей базой имеет малое входное сопротивление для переменной составляющей тока сигнала. Фактически это сопротивление равно сопротивлению r _э эмиттерного перехода, включенного в прямом направлении, т.е.

Низкое входное сопротивление схемы с общей базой (единицы – десятки Ом) является ее существенным недостатком, так как во многокаскадных схемах это низкое сопротивление оказывает шунтирующее действие на сопротивление нагрузки предыдущего каскада и резко снижет усиление этого каскада по напряжению и мощности.

В схеме с общим эмиттером, показанной из рис.1 б, вход­ной сигнал также прикладывается к выводам эмиттера и базы, а источник питания коллектора включен между выводами эмиттера и коллектора. Таким образом, эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей.

Основной особенностью схемы с общим эмиттером является то, что входным током в ней является не ток эмиттера, а малый по величине ток базы. Выходным током в этой схеме, как и в схеме с общей базой, является ток коллектора. Следовательно, коэффи­циент прямой передачи тока для схемы с общим эмиттером

Найдем соотношение между β и α.

Таким образом, в схеме с общим эмиттером можно получить коэффициент прямой передачи тока порядка нескольких десятков. Входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером значительно больше, чем в схеме с общей базой. Это следует из очевидного неравенства

Достоинством схемы с общим эмиттером следует также считать возможность питания ее от одного источника напряжения, по­скольку на базу и на коллектор подаются питающие напряжения одного знака. Поэтому схема с общим эмиттером в настоящее время является наиболее распространенной.

Следует отметить, однако, что температурная стабильность схе­мы с общим эмиттером оказывается несколько хуже, чем схемы с общей базой.

В схеме с общим коллектором (рис.1, в) входной сигнал по­дается на участок база — коллектор. Входным током является ток базы, а выходным —ток эмиттера. Поэтому коэффициент прямой передачи тока для этой схемы

Несмотря на сравнительно большие значения коэффициента пря­мой передачи тока и входного сопротивления, схема с общим кол­лектором практически не позволяет получить усиления по напря­жению и поэтому применяется значительно реже, чем две преды­дущие.

Статические характеристики транзистора

Статические характеристики транзистора

для схемы с общим эмиттером:

а) – входные; б) - выходные

 

Динамический режим работы транзистора

В практических схемах транзисторных усилителей в выходную цепь транзистора наряду с источником питания включают сопротивление нагрузки, а во входную источник усиливаемого сигнала.

Режим работы транзистора с нагрузкой называется динамическим. В этом режиме токи и напряжения на электродах транзистора не остаются постоянными, а непрерывно изменяются. Рассмотрим работу транзистора, включенного по наиболее распространенной схеме с общим эмиттером (ОЭ), в динамическом режиме. В этой схеме напряжение источника питания Ек распределяется между участками коллектор – эмиттер (выходом схемы) и нагрузочным сопротивлением R _н так, что напряжение

U КЭ = E К - I К R Н

Данное выражение представляет собой уравнение динамического режима для выходной цепи. Изменение напряжения на входе транзистора вызывают соответствующие изменения тока эмиттера, базы, а следовательно, и тока коллектора I _к. Это приводит к изменению напряжения на Rн, в результате чего изменяется напряжение U _кэ.

Обратим внимание на то, что питание транзистора в рассматриваемой схеме (как и в любой другой схеме с общим эмиттером) производится от одного источника Ек. Напряжение на эмиттерный переход подается через резистор R _б в цепи базы. Величина сопротивления этого резистора определяет исходную величину постоянного тока базы транзистора при отсутствии входного сигнала.

Характеристики транзистора, находящегося в динамическом режиме, отличаются от характеристик статического режима, так как они определяются не только свойствами самого транзистора, но и свойствами элементов схемы.

Наиболее часто используются выходные и входные динамические характеристики.

На рисунке изображены выходные статические характеристики транзистора и приведена динамическая характеристика (нагрузочная прямая) АВ, соответствующая сопротивлению нагрузки R _н.

Положение нагрузочной прямой на статических характеристиках однозначно определяется напряжением источника питания Е _К и сопротивлением резистора R _н.

Точка В пересечения нагрузочной прямой с осью напряжений Uкэ совпадает с точкой, в которой напряжение на коллекторе равно Е _к. Действительно, эта точка соответствует случаю, когда ток коллектора равен нулю. При этом ток в нагрузочном сопротивлении отсутствует и падение напряжения на сопротивлении нагрузки равно нулю. Следовательно, все напряжение источника питания Е _К оказывается приложенным к участку коллектор – эмиттер транзистора.

Точка А пересечения нагрузочной прямой с осью токов I _к совпадает с точкой, для которой выполняется условие

.

Так как ток коллектора в случае, если бы транзистор можно было открыть полностью (или закоротить), ограничивался бы только величиной сопротивления R _Н.

Все промежуточные положения точек на линии характеризуют возможные напряжения и токи в соответствующих цепях транзистора при подаче сигнала с учетом сопротивления нагрузки. Любому току базы соответствуют вполне определенные значения тока коллектора и коллекторного напряжения.

Например, если в режиме покоя (до поступления входного сигнала – исходный режим) был установлен ток базы I _бр, то рабочая точка Р на нагрузочной прямой укажет соответствующие этому току значения I _КР и U _КЭР.

Входная динамическая характеристика представляет собой зависимость входного тока от входного напряжения в динамическом режиме.

Чтобы построить входную динамическую характеристику, нужно для каждого напряжения на коллекторе (для которого имеется статическая входная характеристика) определить по выходной динамической характеристике соответствующий ток базы. Затем на входных статических характеристиках следует отметить точки, которые соответствуют найденным значениям токов базы. Если теперь соединить эти точки , , плавной кривой линией, то получим входную динамическую характеристику транзистора. (Для упрощения расчета транзисторного каскада входную динамическую характеристику обычно не строят – берут из справочника.

 

 

Для этой схемы исходный режим задается фиксированным током базы.

 

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: