Схема с общим эмиттером, параметры и характеристики транзистора
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Принцип работы, характеристики и параметры биполярных транзисторов удобно рассматривать на примере широко используемой на практике схемы включения транзистора с общим эмиттером (рис. 6.3).

 Эта схема дает наибольшее усиление по току, напряжению и мощности. На схеме показаны включенные в цепь базы источник питания Еб с резистором Rб для задания режима работы транзистора по постоянному току и источник питания Ек цепи коллектора с нагрузочным резистором Rк. В зависимости от того, какие напряжения действуют на переходах, различают 3 режима работы транзистора:

– активный режим, или режим усиления, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном;

– режим насыщения, когда оба перехода смещены в прямом направлении;

– режим отсечки, когда оба перехода смещены в обратном направлении.

Принцип работы биполярного транзисторазаключается в том, что незначительный по величине ток базы Iб, возникающий при подаче прямого напряжения Uбэ на переход эмиттер – база, вызывает значительные изменения тока эмиттера Iэ и тока коллектора Iк. Это обусловлено сильной инжекцией электронов из эмиттера, которые втягиваются полем обратно смещенного коллекторного перехода. Ток коллектора при этом определяется выражением Iк= βст·Iб, где βст – статический коэффициент передачи тока базы, значительно превышающий по величине единицу.

Ток коллектора Iк связан с напряжением Uбэ на переходе база – эмиттер уравнением Эберса – Молла:

где Iк0 – обратный ток коллекторного перехода, jТ – температурный потенциал, составляющий для кремния при температуре Т = 300 К примерно 26 мВ. Токи эмиттера, коллектора и базы транзистора связаны соотношением

Зависимость между входными и выходными токами и напряжениями в транзисторах определяется семействами входных и выходных статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) (рис. 6.4). Входные характеристики Iб = f(Uбэ)|Uкэ (рис. 6.4, а) снимаются при постоянных выходных напряжениях коллектор-эмиттер Uкэ = const (постоянные параметры отделены знаком | ). При Uкэ = 0 характеристика идет из начала координат, так как при отсутствии напряжения отсутствует и ток. При Uкэ > 0 характеристика сдвигается вправо на величину так называемого порогового напряжения Uбэ.пор, различающегося у германиевых и кремниевых транзисторов. Семейство выходных ВАХ Iк = f(Uкэ)|Iб (рис. 6.4, б) снимается при различных токах базы Iб = const.

На вольт-амперных характеристиках выделены области, соответствующие работе транзистора в активном режиме, в режимах насыщения и отсечки. Биполярные транзисторы характеризуются большим числом различных параметров (статических, дифференциальных, физических) и соответствующих им линейных и нелинейных эквивалентных схем. Одним из широко используемых на практике параметров БТ является определенный выше статический коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером βст=Iк/Iб.

В соответствии со схемой рис. 6.4 могут быть построены и измерены динамические входные и выходные характеристики каскада Iк = f(Uкэ)|Ек = = const, Iб = f(Uбэ)|Ек = const. Выходная динамическая характеристика описывается уравнением Iк = (Ек – Uкэ)/Rк и называется также нагрузочной прямой или нагрузочной характеристикой (рис. 6.4, б). Динамические характеристики используются для выбора режима работы транзистора по постоянному току и графического определения значений его токов и напряжений при приложении входного переменного напряжения или тока.

Схема с общей базой

 Характеризуется отсутствием усиления по току (коэффициент передачи близок к единице, но меньше единицы), высоким коэффициентом усиления по напряжению и средним (по сравнению со схемой с общим эмиттером) коэффициентом усиления по мощности. Входной сигнал подаётся на эмиттер, а выходной снимается с коллектора. При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико. Фазы входного и выходного сигнала совпадают.

Особенностью схемы с общей базой является минимальная среди трёх типовых схем усилителей «паразитная» обратная связь с выхода на вход через конструктивные элементы транзистора. Поэтому схема с общей базой наиболее часто используется для построения высокочастотных усилителей, особенно вблизи верхней границы рабочего диапазона частот транзистора. Достоинствами схемы являются стабильные температурные и частотные свойства, то есть параметры схемы (коэффициент усиления напряжения, тока и входное сопротивление) остаются неизменными при изменении температуры окружающей среды. Недостатками схемы являются малое входное сопротивление и отсутствие усиления по току.

1. Коэффициент передачи по току:

2. Входное сопротивление:

3. Коэффициент передачи по напряжению:

4. Коэффициент передачи по мощности:

Схема с общим эммитером

У обоих рассмотренных схем включения есть существенный недостаток – малое входное сопротивление. Именно для преодоления этого недостатка, применяется схема включения с общим коллектором (рис. 6.6). Особенностью схемы ОК является то, что сопротивление нагрузки включено в цепь эмиттера и падение напряжения, возникающее на сопротивлении нагрузки, полностью передается на вход, т. е. существует сильная отрицательная обратная связь. Отсюда вытекает второе название данной схемы – эмиттерный повторитель. Входное напряжение схемы является суммой напряжений база–эмиттер и выходного напряжения. Входное сопротивление схемы ОК может достигать десятков – сотен килоом. Rвх = Uвх/Iб = (Uбэ+Uвых) / Iб. (6.8) Отношение Uбэ/Iб есть входное сопротивление схемы с общим эмиттером, которое может достигать значения единиц килоом. А так как выходное напряжение в десятки раз больше напряжения база-эмиттер, то и входное сопротивление в десятки раз превышает сопротивление схемы ОЭ. Коэффициент усиления по току схемы ОК почти такой же, как в схеме с ОЭ, т. е. равен нескольким десяткам. Действительно, для данной схемы можно записать ki = Iэ/Iб (6.9) Коэффициент усиления по напряжению близок к единице, но всегда меньше ее: KU = Uвых/(Uбэ + Uвых) < 1. (6.10)


 

8. Математическая модель транзистора (модель Эберса-Молла). Малосигнальные параметры транзистора (h -параметры).

Общая эквивалентная схема транзистора.

При описании транзистора как четырехполюсника один из его трех выводов — базы, коллектора или эмиттера — является общим для входного и выходного контуров. В наиболее распространенной схеме с общим эмиттером (рис. 14.1) напряжения двух других выводов отсчитываются относительно эмиттера — входным является напряжение между базой и эмиттером uб.э,выходным — напряжение uк.э между коллектором и эмиттером; соответственно входным током является ток базы iб, выходным — ток коллектора iк.

 

Связи между напряжениями и токами транзистора

uб.э = f1(iб, uк.э);

 iк= f2(iб, uк.э)

имеют нелинейный характер и выражаются семейством входных и выходных характеристик. Однако во многих транзисторных устройствах, например в усилителях, необходимо обеспечить пропорциональность изменения входных и выходных сигналов. Несмотря на нелинейность характеристик, это возможно при малых переменных составляющих токов Δi(t) и напряжений Δu(t), которые накладываются на относительно большие постоянные составляющие i0, u0 в рабочей точке A, создаваемые отдельными источниками питания, включенными в цепь. Для описания малых отклонений токов i = i0 + Δi и напряжений u = u0 + Δu от их значений в рабочей точке (Δi << i0, Δu << u0) возможна линеаризация характеристик в окрестности рабочей точки; тогда рассматриваемые отдельно малые сигналы Δu и Δi связаны линейными соотношениями:

 

Для синусоидальных сигналов эти уравнения можно записать в комплексной форме, используя индексацию входных и выходных величин, принятую в теории четырехполюсников: Δuб. э =U1 ; Δuк э =U2 ; Δiб = İ1; Δiк = İ2:

Отсюда следует, что частные производные, выражающие связи между малыми сигналами, представляют соответствующие H-параметры транзистора (малосигнальные парaметры). При рассмотрении малосигнального режима в окрестности фиксированной рабочей точки эти параметры они являются постоянными.

Из приведенных соотношений следует и способ определения гибридных параметров транзистора. В режиме короткого замыкания на выходе для переменной составляющей U2 или постоянства выходного напряжения uк. э = uк. э0 = const определяются параметры H11 и H21:

 Параметр h11 в схеме с общим эмиттером определяется как отношение приращения входного напряжения база-эмиттер к вызвавшему его приращению тока базы при фиксированном значении напряжения коллектор- эмиттер:

h11 = (ΔUбэ/ΔIб)|Uкэ = const.

 Он имеет смысл и размерность дифференциального входного сопротивления транзистора в режиме малого сигнала.

Параметр h21 в схеме с общим эмиттером определяется как приращение тока коллектора к вызвавшему его приращению тока базы при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер:

 h21 = (ΔIк/ΔIб)|Uкэ = const.

Он называется дифференциальным коэффициентом усиления транзистора по току или коэффициентом передачи по току. Значения дифференциального h21 и статического βст коэффициентов усиления по току достаточно близки.

Параметр h12 в схеме с общим эмиттером определяется как отношение приращения напряжения база-эмиттер к вызвавшему его приращению напряжения коллектор-эмиттер при фиксированном значении тока базы:

h12 = (ΔUбэ/ ΔUкэ)|Iб = const.

 Он характеризует влияние выходной цепи транзистора на входную цепь вследствие имеющейся внутренней обратной связи между ними и называется коэффициентом обратной связи по напряжению.

Параметр h22 в схеме с общим эмиттером определяется как отношение приращения тока коллектора к вызвавшему его приращению напряжения коллектор-эмиттер при фиксированном значении тока базы:

h22 = (ΔIк/ΔUкэ)|Iб = const.

 Он имеет смысл и размерность дифференциальной выходной проводимости, обратной выходному сопротивлению транзистора в режиме малого сигнала. Выходная проводимость H22 определяется в режиме холостого хода на выходе для I1 или iб = const.

Указанные параметры биполярных транзисторов могут быть определены на основе их ВАХ.

 


 



Дата: 2019-07-23, просмотров: 1983.