3.3.3. Схема с общим коллектором

Для схемы с ОК (рис. 3.2, в) входным током является ток базы I_б, а выходным – ток эмиттера I_э. Так как I_э = I_к + I_б, то основное уравнение тока эмиттера для схемы с ОК, в отличие от (3.13), будет иметь вид [12]:

I_э = ( + 1)I_б + ( + 1)I_ко, (3.18)

или

I_э = ( + 1)I_б + I^*_ко. (3.19)

В соответствии с (3.19) коэффициент усиления в схеме ОК

K_I(к) = ∆i_э/∆i_б =  + 1.

Коэффициент усиления по напряжению K_U(к) = ∆u_эк/∆u_бк  1, так как напряжение U_бк меньше, чем напряжение U_эк на величину U_бэ:

U_бк = U_эк  U_бэ.

Коэффициент усиления по мощности K_p(к) = K_I(к)K_U(к) примерно равен коэффициенту усиления по току K_Iк, так как коэффициент передачи по напряжению K_U(к) примерно равен единице.

Входное сопротивление r_вх(к) (дифференциальное) определяется:

r_вх(к) = ∆u_кб/∆i_б = ∆i_э(r_э + r_эб)/∆i_б = ( + 1)(r_э + r_эб).

Учитывая, что   1 и r_э  r_эб, можно считать

r_вх(к)  r_э. (3.20)

Выходное сопротивление (дифференциальное) равно r_вых(к) = r_э, что следует из анализа кривых, приведенных на рис. 3.3, в.

Основное достоинство схемы с ОК – высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Поэтому схема с ОК нашла применение для согласования сопротивлений: маломощного высокоомного источника сигнала с низкоомным приемником сигнала. Видоизмененная схема с ОК получила название "эмиттерный повторитель".

3.4. Схемы замещения транзистора в физических параметрах

Для проведения расчетов цепей с транзисторами используют эквивалентные схемы замещения, элементы которых связаны с внутренними (физическими) параметрами транзистора.

Рассмотрим схемы замещения транзисторов, включенных в схемы ОБ и ОЭ, которые работают в усилительном режиме (рис. 3.6). Поэтому в анализе учитываются переменные составляющие токов i(t) и напряжений u(t).

Такие схемы замещения адекватно описывают те отдельные участки входных и выходных характеристик транзистора, которые с некоторой степенью приближения можно считать линейными, например, участки входных ВАХ (рис. 3.5, а) при U_бэ > 0,2 В. Именно для этих линейных участков параметры схемы замещения транзистора можно считать неизменными. В этом случае используют так называемые дифференциальные параметры транзистора, характеризующие взаимосвязь небольших (переменных) приращений напряжения и тока.

а) б)

Рис. 3.6. Схемы замещения транзистора, включенного в схемы с ОБ (а) и с ОЭ (б)

3.4.1. Схема замещения с общей базой

Т-образная схема замещения транзистора, включенного по схеме с ОБ, показана на рис. 3.6, а. Она представляет собой сочетание двух контуров: левого, относящегося к входной цепи ("эмиттер – база"), и правого, относящегося к выходной цепи ("коллектор – база"). Общей для обоих контуров является цепь базы с сопротивлением r_б.

В схему замещения входят следующие элементы:

1) дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, включенного в прямом направлении, определяемое выражением

r_э = du_эб/di_э|_{Uкб =сonst}, (3.21)

где u, i – переменные значения напряжения и тока малой амплитуды.

C учетом выражений для тока прямо смещенного эмиттера, идентичных соотношениям (2.6), (2.7) можно показать, что величина r_э зависит от постоянной составляющей тока эмиттера I_э и связана с ней соотношением:

r_э = _т/I_э. (3.22)

Учитывая, что _т = kT/e = 0,025 В при 300 К, получаем r_э  0,025/I_э. При реальных токах I_э числовое значение r_э лежит в пределах от единиц до десятков Ом;

2) объемное сопротивление базы r_б. Базовый слой является сравнительно высокоомным и обычно r_б  r_э. Числовое значение r_б зависит от марки транзистора и составляет 100…400 Ом;

3) эквивалентный источник тока i_э учитывает транзитную составляющую приращения эмиттерного тока, проходящую через область базы в коллектор. Он отражает тот факт, что выходная (коллекторная) цепь транзистора является источником тока. Другими словами, ток коллектора является функцией тока эмиттера и практически не зависит от напряжения u_кб;

4) дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, включенного в обратном направлении, определяемое соотношением:

r_к(б) = du_кб/di_к|_{Iэ =сonst} (3.23)

При определении величины сопротивления r_к(б) учитывается влияние напряжения U_кб на величину коллекторного тока вследствие эффекта Эрли. Значение r_к(б) лежит в пределах 0,5…1,0 МОм. Параллельное соединение идеального источника тока I_э и сопротивления r_к(б) образует реальный источник тока в выходной (коллекторной) цепи транзистора с внутренним сопротивлением r_к(б);

5) источник напряжения _кэu_кб во входной цепи определяет напряжение внутренней положительной обратной связи и отражает влияние коллекторного напряжения на величину входного напряжения. Числовое значение _кэ достаточно мало (10^–3…10^–4), поэтому источник _кэu_кб в схему замещения часто не вводят;

6) емкости: диффузионная С_эб эмиттерного и барьерная С_кб коллекторного переходов, зависящие от марки транзистора. У высокочастотных транзисторов они значительно меньше, чем у низкочастотных. Ориентировочно емкость С_эб составляет сотни пикофарад, а емкость С_кб – десятки пикофарад;

7) дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного тока, определяемый соотношением

 = di_к/di_э|_Uкб=сonst. (3.24)

Величину коэффициента  в области средних частот принимают неизменной. При повышенных частотах коэффициент  уменьшается. О частотных свойствах транзистора судят по граничной частоте f_, при которой модуль коэффициента передачи тока || уменьшается в раз. Частота f_ входит в число основных параметров транзистора. В зависимости от частоты f_ различают низкочастотные (f_  3 МГц), среднечастотные (3 МГц  f_  30 МГц), высокочастотные (30 МГц  f_ 300 МГц) и сверхвысокочастотные (f_  300 МГц) транзисторы.