Схемы включения, характеристики и параметры транзистора

Имеется три способа включения транзистора: схема с общей базой, схема с общим эмиттером и схема с общим коллектором (ОБ, ОЭ, ОК). Схемы включения транзистора приведены на рисунке (рисунок 1.37).

Рисунок 1.37 – Схемы включения транзистора:

а – ОБ; б – ОЭ; в – ОК.

1. Схема с общей базой

На примере этой схемы рассмотрим принцип работы транзистора.

Входной ток в схеме ОБ является током эмиттера i_э, а выходной – ток коллектора i_к.

Коэффициент усиления (передачи) по переменному току α = ∆I_к / ∆I_э представляет собой отношение приращений тока коллектора и эмиттера, имеет величину меньше единицы. При отсутствии тока эмиттера i_э (цепь эмиттера разомкнута) протекает тепловой ток I_к0. Этот ток аналогичен току насыщения полупроводникового диода и определяется концентрацией неосновных носителей в базе и коллекторе транзистор. При комнатной температуре этот ток составляет единицы мкА. С учетом I_к0: i_к = α_iэ + I_к0.

Если сопротивление нагрузки достаточно велико, то амплитуда переменной составляющей напряжения U_вых значительно больше амплитуды напряжения U_вх.

Учитывая, что i_вых i_вх, следует ожидать, что схема не обеспечивает усиления тока, но усиливает напряжение. Входной ток такой схемы i_вх = i_э достаточно большой, а входное сопротивление малое.

2. Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Входным током является ток базы i_Б. Коэффициент передачи по току β = ∆I_к / ∆I_Б, где β= α / (1 − α), β >> 1 (β = 10…200)

При отсутствии тока база i_Б (цепь базы разомкнута) протекает ток I_к0 = I²_к0 · (1 + β) / (1 − α), т. е. i_к = β_iБ + I_к0

Так как i_вых >> i_вх, а при достаточно большом сопротивлении R_к, амплитуда переменной составляющей напряжения U_вых значительно больше амплитуды напряжения U_вх, следовательно схема обеспечивает усиление и тока и напряжения.

Входной ток схемы достаточно мал, поэтому входное сопротивление больше, чем у схемы с общей базой.

3. Схема с общим коллектором (ОК)

Входная цепь – цепь базы, выходная – цепь эмиттера.

Коэффициент передачи тока в этой схеме:

∆i_э / ∆i_Б = I_э / I_Б = I_э / (I_э – I_к) = 1 / (1 – α) = β_э + 1, то есть он больше, чем в схеме ОЭ: β_к > β_э. В этой схеме коллектор является общим для входной и выходной цепей по переменному току.

Само напряжение U_бэ, и особенно его переменная составляющая достаточно малы, поэтому амплитуда переменной составляющей напряжения U_вх примерно равна амплитуде переменной составляющей напряжения U_вых. Поэтому усилительные каскады с общим коллектором, называют эмиттерными повторителями, так как i_вх << i_вых. Схема усиливает ток, но не усиливает напряжение.

Схема отличается повышенным входным сопротивлением, так как при увеличении входного напряжения увеличению входного тока препятствует увеличение как напряжения U_вх, так и напряжения U_вых.

На практике наиболее часто используется схема с общим эмиттером.

 

 

Сравнительная таблица основных параметров трех схем включения

Параметр усилительного каскада	Схема включения транзистора
	ОБ	ОЭ	ОК
Входное сопротивление,Ом	Низкое (≤ 100)	Среднее ( ≤ 2К)	Высокое (0,2...1мОм)
Выходное сопротивление,Ом	Высокое (0,5...1)	Среднее (~ 20К)	Низкое (50…500)
Усиление по току	< 1	≤ 200	10…200
Усиление по току	≤ 500	≤ 500	≤ 1
Фазовый сдвиг между Uвых и Uвх	00	1800	00

Обычно используют 2 вида вольтамперных характеристик:

- входные;

- выходные.

Для схемы с общим эмиттером входной характеристикой называют зависимость входного тока или тока базы i_б от напряжения базы – эмиттер U_б-э.

Выходной характеристикой называют зависимость i_к от U_к-э при фиксированных значениях i_б = const.

Для схемы с общей базой, входной характеристикой является зависимость i_э = f (U_э-б), а выходной i_к = f (U_к-б).

Для схемы с общим коллектором выходной характеристикой является i_э = f (U_э-к), а входной i_б = f (U_к-б).

Рисунок 1.38 – Транзистор как четырехполюсник

Часто транзистор рассматривают как четырехполюсник (рисунок 1.38), то есть линейный элемент, имеющий два входных и два выходных зажима. И в этом случае используется вторичные параметры, которые справедливы только для данного режима транзистора и для малых амплитуд. Поэтому их называют низкочастотными малосигнальными параметрами или h – параметрами. Связь между входными (U₁, I₁) и выходными (U₂, I₂) напряжениями и токами четырехполюсника выражается системой 2-х уравнений. Выбрав 2 из входящих в эту систему параметров за независимые переменные, находят 2 других.

∆U₁ = h₁₁ ∆I₁ + h₁₂ ∆U₂

∆I₂ = h₂₁ ∆I₁ + h₂₂ ∆U₂

Параметры, входящие в эти уравнения, определяются, используя 2 режима:

1. режим короткого замыкания для тока на выходе, то есть при отсутствии нагрузки в выходной цепи. При этом U₂ = const;

2. режим холостого хода, то есть при разомкнутой для тока цепи, когда во входной цепи имеется только постоянный ток, I₁ = const.

Эти режимы или эти условия легко осуществить на практике при измерении h – параметров.

В систему h – параметров входят следующие величины:

1. h₁₁ = ∆U₁ / ∆I₁ при U₂ = const – входное сопротивление транзистора при отсутствии переменного напряжения. При таком условии изменение входного тока ∆I₁ является результатом изменения входного напряжения ∆U₁.

2. h₁₂ = ∆U₁ / ∆U₂ при I₁ = const – коэффициент обратной связи по напряжению, показывает какая доля выходного напряжения передается на вход транзистора в следствии наличия в нем внутренней обратной связи. Условие I₁ = const говорит о том, что изменение напряжения на входе ∆U₁ есть результат изменения только выходного напряжения ∆U₂.

3. h₂₁ = ∆I₂ / ∆I₁ при U₂ = const – коэффициент усиления по току, показывает усиление тока транзистора в режиме работы, то есть изменение выходного тока ∆I₂ зависит только от изменения входного тока ∆I₂.

4. h₂₂ = ∆I₂ / ∆U₂ при I₁ = const – выходная проводимость, представляет внутреннюю проводимость для переменного тока между выходным зажимом транзистора.