- •6. Биполярные транзисторы
- •6.1. Структура биполярных транзисторов и принцип действия
- •Коэффициент α называется коэффициентом передачи тока эмиттера .
- •6.2. Схемы включения транзисторов
- •Если из равенства (6.2) вычесть равенство (6.1), получим
- •Коэффициент усиления по мощности
- •6.3. Статические характеристики транзисторов
- •6.4. Статические параметры транзисторов
- •6.6. Частотные свойства транзисторов
- •6.5. Режимы работы транзистора
- •Контрольные вопросы
Коэффициент α называется коэффициентом передачи тока эмиттера .
Так как <1 и < 1, то коэффициент передачи тока эмиттера α также меньше единицы.
Нередко используется еще статический коэффициент передачи тока базы, равный
.
Зачастую коэффициенты и называются интегральными коэффициентами.
6.2. Схемы включения транзисторов
Различают три схемы включения транзистора в зависимости от того, какой из электродов транзистора является общим для входного и выходного сигналов (рис. 6.2): с общей базой (ОБ); с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК). Первый закон Кирхгофа применительно к транзистору дает равенство
,
(6.1)
т.е. ток эмиттера в транзисторе распределяется между базой и коллектором.
В этих схемах источники постоянного напряжения и резисторы нагрузки обеспечивают режимы работы транзисторов по постоянному току.
|
Рис. 6.2. Основные схемы включения транзисторов |
Входные сигналы переменного тока создаются источниками Uвх. Они изменяют ток эмиттера транзистора, а соответственно и ток коллектора, и ток базы согласно уравнению (6.1), т.е.
.
(6.2)
Если из равенства (6.2) вычесть равенство (6.1), получим
.
Тогда
.
Транзистор в любой схеме применения характеризуется коэффициентом прямой передачи по току, который определяет отношение приращения выходного тока к вызвавшему его приращению входного тока при постоянном напряжении в выходной цепи, т.е.
при
.
Для схем с ОБ входным током является ток эмиттера, выходным – ток коллектора. Так как эмиттерный переход находится в открытом состоянии, то входное сопротивление схемы – сопротивление эмиттер–база (Rвх = Uвх / Iвх) будет малым (единицы – десятки Ом).
Тогда для этой схемы включения транзистора коэффициент прямой передачи по току будет равен
.
Следовательно, схема с общей базой не обладает усилительными свойствами по току.
Коэффициент усиления по напряжению на малом сигнале для этой схемы можно определить как
,
где rэ – дифференциальное сопротивление перехода эмиттер–база. Так как отношение Rн / rэ значительно больше входного сопротивления, то схема с ОБ может усиливать входное напряжение.
Коэффициент усиления по мощности
.
Так как отношение Rн / rэ > 2, то можно утверждать, что схема с ОБ обладает усилением по мощности. Например, теоретические расчеты показали, что для схемы с ОБ при = 0,98 коэффициент усиления по напряжению КU может быть равен 196, а по мощности КP = 192.
Для схемы с ОЭ входным током является базовый ток, а выходным током – коллекторный. Входное сопротивление в этой схеме будет примерно на два порядка больше, чем в схеме с ОБ:
.
Коэффициент прямой передачи по току в схеме с ОЭ равен
,
т.е. эта схема обладает усилением по току. Из этой формулы видно, что чем больше будет коэффициент , тем больше будет величина . Например, при = 0,96 получим = 24, при = 0,99 – = 99.
Коэффициент усиления по напряжению
такой же, как и в схеме с общей базой.
Так как схема с ОЭ обладает усилением по току и по напряжению, то величина коэффициента усиления по мощности будет наибольшей
,
где КP(ОБ) – коэффициент усиления по мощности в схеме с ОБ.
Для схемы с ОК входным током является ток базы, а выходным током служит ток эмиттера. Тогда коэффициент усиления по току КI = Iэ/Iб = Iэ/Iэ(1–) = 1/(1–) будет наибольший. Входное сопротивление транзисторов в схеме с ОК
значительно превышает входное сопротивление транзисторов в схемах с ОБ и ОЭ. Коэффициент усиления по напряжению равен
.
Так как Rн >> rэ, то в схеме с ОК КU 1.
Коэффициент усиления по мощности в схеме с ОК равен КP = КIКU 1/(1–), т.е. приблизительно равен коэффициенту усиления по току. Обобщенные данные по параметрам для различных схем включения транзистора представлены в табл. 6.1.
Практические схемы включения транзистора отличаются от приведенного на рис. 6.2 добавлением радиокомпонентов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей и др.) для задания рабочего режима, нагрузки, разделения постоянной и переменной составляющих.
Таким образом, для всех схем включения транзистора общим является усиление по мощности.
Таблица 6.1
Параметры для схем включения транзистора
Параметр |
Обозначение |
Схема включения транзистора |
||
ОБ |
ОЭ |
ОК |
||
Усиление по току |
KI |
< 1 |
(10–250) |
(10–250) |
Усиление по напряжению |
KU |
Среднее (30–300) |
Среднее (30–300) |
1 |
Усиление по мощности |
KP |
Среднее (30–300) |
Высокое > 1000 |
Среднее (10–100) |
Входное сопротивление |
Rвх |
Низкое (20–120 Ом) |
Среднее (150 Ом–1,5 кОм) |
Высокое (10–500 кОм) |
Выходное сопротивление |
Rвых |
Высокое (1–1,5 МОм) |
Среднее (10–100 кОм) |
Низкое (10–100 Ом) |
Необходимо обратить внимание на то, что при обрыве базового вывода при подключенных к транзистору источниках питания коллекторный ток в зависимости от конструкции транзистора (в первую очередь от толщины базы) может резко возрасти, что приведет к выходу транзистора из строя. Поэтому при работе с транзисторами рекомендуется базовый вывод всегда подключать к схеме первым и отключать последним.
