18. Работа транзистора в схеме усилителя. Выходная динамическая характеристика. Выбор рабочего режима.

 В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора:  с общей базой (рис. 5.6; 5.9), с общим эмиттером (рис. 5.7; 5.10), с общим коллектором (рис. 5.8; 5.11).

На рисунках 5.6-5.8 показаны схемы включения транзисторов с питанием входных и выходных цепей от отдельных источников питания, а на рисунках 5.9-5.11 – с питанием входных и выходных цепей транзистора от одного источника постоянного напряжения.

Усилители в схеме включения транзистора с общей базой характеризуются усилением по напряжению, отсутствием усиления по току, малым входным сопротивлением и большим выходным сопротивлением.

У силители в схеме включения транзистора с общим коллектором характеризуются усилением по току, отсутствием усиления по напряжению, большим входным сопротивлением и малым выходным сопротивлением.

Наибольшее распространение получила схема включения с общим эмиттером. В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.

2.7. Температурные и частотные свойства

биполярного транзистора

Различают три основные причины зависимости коллекторного тока от температуры:

1) зависимость тока неосновных носителей I_кбо от

температуры (этот ток удваивается при изменении температуры на каждые 10

^оС у германиевых транзисторов и на каждые 7 ^оС у кремниевых;

2) напряжение эмиттер-база с увеличением температуры уменьшается (примерная

скорость этого уменьшения DU_бэ / DТ » - 2,5 мВ/^оС);

3) коэффициент передачи тока базы b (h₂₁) с повышением температуры

увеличивается.

Самое ощутимое влияние на работу транзистора при повышении температуры оказывает

ток I_кбо. За счет этого тока может произойти тепловой пробой

коллекторного перехода.

Температурные свойства транзистора в схеме с ОБ лучше, чем в схеме с ОЭ.

Например, если при температуре 20 ^оС германиевый транзистор имел

коэффициент передачи тока эмиттера h₂₁ = 50, ток коллектора I

_к = 100 мА, ток неосновных носителей I_кбо = 10 мкА,

то при изменении температуры с 20 ^оС до 70 ^оС у

германиевого транзистора в схеме с ОБ произойдет увеличение тока I_кбо

в 32 раза (1.5), то есть ток I_кбо станет равен 320 мкА, а

ток коллектора

I_к = 100,32 мА. Такое незначительное увеличение тока

коллектора при изменении температуры на +50 ^оС практически не

нарушит работу транзистора.

В схеме на транзисторе с ОЭ картина иная, так как сквозной ток через

коллекторный и эмиттерный переходы I_кэо будет примерно в b раз

больше тока I_кбо, то есть у того же транзистора, что

использовался в схеме с ОБ, при изменении температуры на те же +50 ^о

С произойдет увеличение тока неосновных носителей I_кэо до 16

мА, а коллекторного тока со 100 мА до

116 мА. Такое изменение тока коллектора основательно повлияет на режим

транзистора и на его основные характеристики.

С повышением частоты усилительные свойства транзистора ухудшаются по двум

причинам:

1) влияние диффузионной и барьерной емкостей эмиттерного и коллек-

торного переходов;

2) появление фазового сдвига между переменными составляющими тока эмиттера и

коллектора. Период подводимых колебаний становится соизмеримым со временем

пролета носителей, в базе происходит накопление объемного заряда, за счет

которого затруднена инжекция носителей в базу из эмиттера, так как на

рассасывание заряда требуется определенное время. Коэффициент передачи тока

эмиттера уменьшается и становится комплексной величиной.

Для характеристики частотных свойств транзистора вводятся параметры:

предельная частота транзистора f_пр - это такая частота, на

которой статический коэффициент передачи тока эмиттера a уменьшается в Ö2

раз по сравнению с «a», измеренном на частоте 1000Гц;

граничная частота транзистора f_гр - это такая частота, на

которой модуль коэффициента передачи тока базы становится равным единице. На

любой частоте в диапазоне 0,1f_гр < f < f_гр

модуль коэффициента передачи тока базы изменяется в два раза при изменении

частоты в два раза;

максимальная частота генерации - наибольшая частота, при которой

транзистор способен работать в схеме автогенератора при оптимальной обратной

связи. Приближенно эта частота соответствует выражению

где f_гр - граничная частота в МГц; t_к = r

^’_бС_к - постоянная времени цепи обратной связи,

определяющая устойчивость усилительного каскада к самовозбуждению; r^’

_б - распределенное омическое сопротивление базовой области; С_к

- емкость коллекторного перехода.