Биполярные транзисторы – активные приборы, позволяющие усиливать, генерировать и преобразовывать электрические колебания в широком диапазоне частот и мощностей.

Усилительный каскад это минимальный функциональный блок, обеспечивающий усиление сигнала.

Важнейшей величиной, характеризующей усилительный каскад, является коэффициент усиления, равный отношению уровня выходного сигнала к уровню входного. Различают три коэффициента усиления–– коэффициент усиления по напряжению, току и мощности:

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.

Назначение элементов:

Сопротивление R1, R2 – образуют делитель напряжения, определяющий положение рабочей точки.

Rэ, Сэ – служит для температурной стабилизации. При увеличении температуры увеличивается ток эмитера, при этом возрастает падение напряжения на Rэ, что приводит к падению напряжения между базой и эмиттером: при ↓U _б,э= U _б - U _э = E_k ( R 1/[ R 1+ R 2]) – I _э R _э ↑

Сэ – шунтируя Rэ, исключает отрицательную обратную связь по переменному току.

Сэ = Xcэ = 1/ωc_э<< Rэ

С1, С2 – разделительные емкости, позволяющие отделить постоянный ток от генератора

(постоянную составляющую от переменной). Служат, чтобы не было связи с генератором

и с нагрузкой.

Rк – преобразует изменение тока коллектора в выходное напряжение. На выходе цепи включен резистор нагрузки Rн , с которого снимается усиленный сигнал.

Усилительный каскад с общим эмиттером работает следующим

образом:

1. При увеличении входного напряжения (UВХ ↑) ширина p − n перехода между коллектором и базой уменьшается, в результате возрастает ток в цепи эмиттера (IЭ↑), а выходное сопротивление транзистора (между коллектором и эмиттером) уменьшается (RВыхТр ↓), а следовательно уменьшается и падение напряжения на выходе транзистора (IЭRВыхТр = UВых ↓).

2.  При уменьшении входного напряжения (UВХ ↓) ширина p−n перехода между коллектором и базой увеличивается, в результате чего ток в цепи эмиттера уменьшается (IЭ ↓), а выходное сопротивление транзистора (между коллектором и эмиттером) увеличивается (RВыхТр ↑), следовательно, увеличивается и падение напряжения на выходе транзистора (IЭRВыхТр = UВых ↑).

Таким образом, усилительный каскад с общим эмиттером сдвигает фазу выходного сигнала, относительно входного, на 180.

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. 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.

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

Статический режим работы транзистора – режим работы при отсутствии нагрузки в выходной цепи.

Статические характеристики связывают постоянные токи электродов с постоянными напряжениями на них- это графически выраженные зависимости напряжения и тока входной цепи и выходной цепи (вольтамперные характеристики ВАХ).

Режим работы транзистора с нагрузкой называется динамическим. В этом режиме токи и напряжения на электродах транзистора не остаются постоянными, а непрерывно изменяются. Рас­смотрим работу транзистора, включенного по наиболее распространенной схеме с общим эмиттером, в динамическом режиме (рис. а). В этой схеме напряжение источника питания Еп распределяется между участком коллектор — эмиттер (выходом схемы) и нагрузочным сопротивлением Rн так, что напряжение

Это выражение представляет собой уравнение динамического режима для выходной цепи. Изменения напряжения на входе транзистора вызывают соответствующие изменения тока эмиттера, базы, а следовательно, и тока коллектора IК. Это приводит к изменению напряжения на Rн, в результате чего изменяется и напряжение UКЭ.

Режим отсечки — к обоим переходам подведены обратные напряжения. Так как выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, этот режим используется для размыкания цепей передачи сигналов.

Напряжение отсечки – напряжение, при котором оба p-n перехода закрыты.