Параметры транзисторов делятся на электрические и предельные эксплуатационные

 Входной сигнал прикладывается  к выводам эмиттера и базы, а источник питания U_K и нагрузка R_H  включены между выводами коллектора и базы. Усилительный каскад, собранный по схеме с ОБ обладает малым входным сопротивлением (единицы Ом) и большим выходным сопротивлением   (1-10 МОм).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1 схема  с ОБ

 

При отсутствии переменного входного сигнала (U_ВХ =0) через транзистор текут токи покоя  -Iоэ, Iок, т.к базо-эмиттерный переход открыт напряжением смещения Е_см, на делителе напряжения R_б1 и  R_б2 (статический режим работы) 

При подаче на вход транзистора последовательно  с напряжением E_см переменного входного напряжения U_вx ток I_э становится также переменным, повторяющим по форме входное напряжение.

При этом будет изменяться количество электронов вводимых из эмиттера в базу (для транзистора n-p-n), а следовательно, и ток коллектора 1_К в цепи коллектора .

Этот ток, проходя по сопротивлению нагрузки R_H, создает на нем переменное напряжение, также повторяющее по форме входной сигнал .

 Переменная составляющая  выходного напряжения U_H отделяется с помощью конденсатора С от постоянной составляющей и подается на выход усилителя (переменное напряжение Uвых).

В схеме с ОБ полярности входного и выходного сигналов совпадают.

 

Коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности схемы с ОБ были рассмотрены выше.

7. 2 Схема с общим коллектором (ОК)

В схеме с ОК (рис.2)   входным током является I_б, а выходным током, протекающим по нагрузке – I_Э.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                      Рис.2 Схема с ОК

 

В отличие от схемы с ОБ, схема с ОК усиливает сигнал по току.

Коэффициент усиления по току (в системе h-параметров - h_21к) для этой схемы равен:

 

             К_I =DI_э/DI_б =DIэ/(DI_э-DI_к)=1/(1-DI_к/DI_э)=1/(1-a) > 10                        (1)

 

Входное  сопротивление   R_вх   схемы  с  ОК очень велико (десятки - сотни кОм),

а выходное   R_вых - мало (десятки -  сотни Ом)

 

Коэффициент усиления по напряжению К_и < 1 (0,9 - 0,95); 

Коэффициент усиления по мощности К_Р порядка 10-100.

 

Схема применяется в основном для  согласования сопротивлений между  отдельными каскадами усилителя или между выходом усилителя и низкоомной нагрузкой.

Схема с ОК не изменяет полярности выходного сигнала.

7.3. Схема с общим эмиттером ОЭ

Наиболее распространенная схема  включения БТ (рис.3).

Входной сигнал прикладывается к выводам  эмиттера и базы, а источник питания коллектора, и последовательно соединенное с ним R_H,  включены между выводами эмиттера и коллектора.

Таким образом, эмиттер является общим  электродом для входной и выходной цепей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                       Рис.3 Схема с ОЭ

 

Особенностью схемы с ОЭ является то, что входным током является I_Б. Поэтому входное сопротивление каскада с ОЭ R_6X значительно выше, чем входное сопротивление каскада с ОБ, и составляет сотни Ом.

Выходное сопротивление R_ВЫХ в схеме с ОЭ также достаточно велико - десятки кОм.

Важнейшим достоинством схемы с  ОЭ является большое усиление по току (10-100):

 

                                             КI = DIк/DI_б                                      (2)

 

 Обычно КI обозначают буквой b (в системе h- параметров - h_21Э).

 

                 b=DIк/DI_Б=DIк/(DI_Э-DIк)=1/(DI_Э/DI_К)-1                          (3)

 

помня, что a =DI_К/DI_Э

                                                      b =a/1-a                                      (4)

 

Коэффициент усиления по напряжению для схемы с ОЭ имеет приблизительно такую же величину, как и в схеме ОБ

 

                     DU_вых= DI_K R_н

                     K_U = DI_K R_н/ DU_ВХ                                      (5)

 

Чем больше коэффициент a, тем ближе по своей величине 1_К к Iэ и выше усиление по напряжению. Коэффициент усиления по мощности для схемы с ОЭ равен:

 

                         K_P = K_I K_U = b K_U                                      (6)

 

оказывается значительно выше, чем  для схемы с ОБ и может достигать  величины нескольких тысяч (до 10000).

Выходной сигнал схемы с ОЭ имеет  противоположную полярность по отношению к входному.

 

 

Сравнительные характеристики для различных схем включения БТ

 

	KU	KI	KP	Rвх	Rвых
ОЭ	>1	>1	>>1	<ОК >ОБ	>ОК <ОБ	Инвертируют Основная схема усиления
ОК	<1	>1	>1	велико	мало	Не инвертируют (эмитерный повторитель) Используется как устр-во согласовани Z
ОБ	>1	<1	>1	мало	велико	Не инвертируют (токовый повторитель)

8. Статические характеристики для схемы с ОЭ

8.1 Входная характеристика

Зависимость I_Б = f(U_Б) при U_K = const. Ее называют еще базовой

характеристикой (рис.4).

 

                    

             Рис.4 Входная статичкеская характеристика, схемы с ОЭ

 

С   ростом   напряжения   U_K  ток  I_Б уменьшается. Это объясняется тем, что при увеличении U_K растет напряжение, приложенное к коллекторному переходу в обратном направлении, уменьшается вероятность рекомбинации носителей в базе, т.к. почти все носители быстро втягиваются в коллектор.

8.2  Выходная характеристика

Зависимость Iк = f(Uк) при Iб = const (рис.5)

 

              

                 Рис.5 Выходная характеристика, схемы с ОЭ

 

Напряжение, приложенное к коллекторному  переходу равно U_КЭ - U_БЭ, т.к. эти напряжения, включенные между точками коллектор - база оказались включенными встречно (рис.6).

Поэтому при U_KЭ <U_БЭ   напряжение на коллекторном переходе оказывается включенным в прямом направлении. Это приводит к тому, что крутизна  выходных  характеристик на начальном  участке  от   Uкэ = 0   до U_KЭ = U_БЭ  велика и зависимость тока от напряжения на коллекторе практически линейная.

На участке U_KЭ >U_БЭ   крутизна характеристик уменьшается, они идут почти параллельно оси абсцисс. Положение каждой из выходных характеристик зависит, главным образом, от I_Б.

                             

                             

               Рис.6

9. Системы малосигнальных параметров БТ

Эти параметры используются при  расчете усилительных устройств.

Под малым сигналом понимают такое, например синусоидальное напряжение сигнала 

    Uс = sin(wt), величина амплитуды напряжения которого значительно меньше постоянных напряжений смещения на электродах транзистора.

В пределах изменения напряжения малого сигнала статические характеристики транзистора считаются линейными.

Для анализа работы транзистора  пользуются его эквивалентными схемами. Транзистор в них рассматривается как устройство, имеющее два входных и два выходных зажима и обладающие способностью усиливать мощность подводимых к нему колебаний.

 

В электротехнике такое устройство получило название активного четырехполюсника.

 

 

                    

 

Рис.7 Представление транзистора активным четырехполюсником.

 

Из курса электротехники известно, что линейный четырехполюсников может быть описан системой 2-х линейных уравнений параметров.

 

 

Наиболее удобными для рассмотрения транзисторных схем являются:

      1. Система z-параметров (параметры z имеют размерности сопротивлений)

 

                                                         (7)

 

2. Система y-параметров, или параметров короткого замыкания (параметры y имеют размерности проводимостей)

 

                                                      (8)

 

      3. Система h-параметров, смешанная система параметров, получившая наибольшее распространенеие

 

                                                                 (9)

 

При практическом определении  h-параметров могут быть использованы действующие и максимальные значения входных токов и напряжений или их приращения.

Величины h-параметров зависят от схемы включения, поэтому в их обозначение вводится индекс, показывающий, для какой схемы они определены, например h_11б,  h_11э,  h_11к, 

В справочниках указываются преимущественно  значения параметров в типовой рабочей  точке. В других точках статических  характеристик h-параметры можно определить из семейств входных и выходных характеристик транзистора.

 

Для этого значения токов и напряжений представляют в виде конечных приращений

 

                                     

- определяется по входной статической  характеристике

 

- определяется совместно по  входной и выходной статическим характеристикам

- определяется по выходной статической  характеристике

10.  Динамические характеристики БТ

Режим работы транзистора с нагрузкой (ставится резистор в коллекторную цепь схемы ОЭ) называется динамическим. В этом режиме токи и напряжения на электродах транзистора непрерывно изменяются.

Наиболее часто используются выходные и входные динамические характеристики

10.1 Выходная динамическая характеристика (для схемы ОЭ)

Напряжение источника питания Ек распределяется между коллекторным переходом и нагрузочным сопротивлением R_H так, что напряжение на коллекторном переходе (рис. 9).

 

Замечание: cовокупность U_К=, I_КЭ= - напряжение и ток коллектора, или параметры по постоянному току (в отсутствии переменного входного сигнала) называется рабочей точкой транзистора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                  Рис.9 Схема с ОЭ

 

Изменения напряжения на входе транзистора  вызывают соответствующие изменения  тока 1_Э, а следовательно, и тока 1_К. Это приводит к изменению падения напряжения на R_H, в результате чего изменяется и напряжение Uкэ на коллекторном переходе

 

                                       U_кэ(I_к) = E_к – I_кR_н                                   (10)

 

Левая часть (10) это статическая выходная характеристика, правая - динамическая характеристика (нагрузочная прямая).

 

Выражение (10) является уравнением динамического режима для выходной цепи.

 Решить это нелинейное уравнение можно графически (рис.10)

 

На рисунке 10 изображены выходные статические характеристики транзистора и проведена динамическая характеристика - нагрузочная прямая (правая часть выражения 10), соответствующая сопротивлению нагрузки R_H. Положение нагрузочной прямой на статических характеристиках однозначно определяется напряжением источника питания Е_к и сопротивлением R_H.

                     

       

   Рис.10  Графическое решение уравнением динамического режима

 

Точка пересечения нагрузочной  прямой с осью напряжений совпадает с точкой, для которой напряжение на коллекторе равно Ек (случай, когда 1_К = 0).

 При этом ток в нагрузке  тоже отсутствует и падение  напряжения на R_H равно нулю.

Следовательно, все напряжение источника  питания Ек оказывается приложенным к коллектору.

Точка пересечения нагрузочной  прямой с осью токов совпадает с точкой, для которой удовлетворяется условие I_K =E_K/R_H, т.к. 1_К в случае, если бы транзистор можно было открыть полностью, ограничивался бы только величиной R_H.

Все промежуточные положения точек  на динамической прямой нагрузки (нагрузочной прямой) характеризуют возможные напряжения и токи, действующие на электродах транзистора с учетом R_H. Любому IБ соответствуют определенные значения 1_К и U_K.

10.2 Входная динамическая  характеристика

Входная  динамическая  характеристика (рис.11) представляет  собой  зависимость

входного тока от входного напряжения в динамическом режиме.

Чтобы  построить  входную  динамическую линию нагрузки, нужно для каждого U_K,

для которого имеется статическая  входная характеристика, определить по выходной динамической характеристике соответствующий этому напряжению (Uк) известному значению  коллекторного тока соответствующий ток базы IБ, а затем на выходных статических характеристиках отметить точки, которые соответствуют найденным значениям токов базы.

Однако, как правило, для упрощения  процесса расчета транзисторного каскада входную динамическую линию нагрузки обычно не строят, а принимают одну из статических характеристик, соответствующую наибольшему U_K, принимают за динамическую.

                                    

                    Рис. 11 Входная  динамическая  характеристика

11 Импульсный режим работы БТ (ключевой режим)

11.1. Транзистор в ключевом  режиме работы.