1.5. Схемы включения биполярного транзистора

В большинстве электрических схем транзистор используется в качестве четырехполюсника, то есть устройства, имеющего два входных и два выходных вывода. Очевидно, что, поскольку транзистор имеет только три вывода, для его использования в качестве четырехполюсника необходимо один из выводов транзистора сделать общим для входной и выходной цепей. Соответственно, различают три схемы включения транзистора: схемы с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).

1.5.1. Схема с общей базой

Схема, изображенная на рисунке 3, является схемой с общей базой (ОБ).

Рисунок 3 – Схема транзистора с общей базой

Входной цепью является цепь эмиттера, а выходной – цепь коллектора. Схема ОБ наиболее проста для анализа, поскольку в ней каждое из внешних напряжений прикладывается к конкретному переходу: напряжение U_БЭ прикладывается к эмиттерному переходу, а напряжение U_КБ – к коллекторному. Следует заметить, что падениями напряжений на областях эмиттера, базы и коллектора можно в первом приближении пренебречь, поскольку сопротивления этих областей значительно меньше сопротивлений переходов. Нетрудно убедиться, что приведенные на рисунке полярности напряжений (U_БЭ <0; U_КБ >0) обеспечивают открытое состояние эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода, что соответствует активному режиму работы транзистора.

Если между базой и эмиттером приложено напряжение U_БЭ в прямом направлении, то потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается и его сопротивление уменьшается.

Так как ширина базы меньше диффузионной длины пробега в ней основных носителей, то большинство инжектированных из эмиттера в базу электрических зарядов достигает коллекторного перехода и втягивается в коллектор, создавая ток коллектора I_К.

Только незначительная часть электронов рекомбинирует с основными носителями базы (дырками) и обуславливает ток базы I_Б.

В схеме с общей базой входные характеристики выражают зависимость тока эмиттера I_Э от напряжения на эмиттерном переходе U_БЭ при неизменном напряжении коллекторного перехода U_КБ и соответствуют обычному ходу ВАХ диода при прямом включении.

Выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой, рисунок 4, выражают зависимость тока коллектора I_К от напряжения U_КБ на коллекторном переходе при определенной величине тока эмиттера I_Э. При I_Э = 0 выходная характеристика выражает обычную зависимость тока диода от приложенного в обратном направлении напряжения.

Рисунок 4 – Выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой

1.5.2. Основные параметры транзистора, включенного по схеме с общей базой

1. дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного тока

при , (7)

2. дифференциальное входное сопротивление транзистора

при , (8)

3. дифференциальное выходное сопротивление транзистора

при , (9)

4. коэффициент внутренней связи по напряжению, характеризующий влияние коллекторного напряжения на эмиттерное

при . (10)

Схема с ОБ среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.

• Коэффициент усиления по току: I_ВЫХ/I_ВХ = I_К/I_Э = α; α<1,

• Входное сопротивление R_ВХ = ΔU_ВХ/ΔI_ВХ = ΔU_БЭ/ΔI_Э.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства схемы с общей базой:

• хорошие температурные и частотные свойства,

• высокое допустимое напряжение.

Недостатки схемы с общей базой:

• малое усиление по току, так как α<1,

• малое входное сопротивление,

• два разных источника напряжения для питания.