2.2.3. Схемы включения транзистора

В зависимости от требований, предъявляемым к усилителям, возможны три варианта (три схемы включения) транзистора: схема с общей базой (ОБ), схема с общим эмиттером (ОЭ), схема с общим коллектором (ОК). Рассмотрим подробнее эти три варианта включения и дадим их сравнительный анализ.

2.2.3.1. Схема включения транзистора с об

Эта схема представлена на рис. 2.28. Как видно из рис. 2.28, в этой схеме база является общей для входного и выходного сигнала, это и дало название данной схеме.

В схеме с ОБ входным током является ток эмиттера, а выходным – ток коллектора. Отношение называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Эта величина меньше единицы, но близка к единице (  0,98–0,999). Коэффициент  может задаваться не только в производных от тока, но и как отношение абсолютных величин и. Строго говоря, эти коэффициенты различны, но в большинстве случаев можно считать, что интегральный и дифференциальный коэффициенты равны и тогдаи, т.е. зная входной ток или его изменение (), всегда можно найти выходной ток или его изменение (). Величина находится по справочным данным. Коэффициент усиления по напряжению, как было показано для этой схемы, значительно больше единицы (составляет десятки и сотни единиц). Коэффициент усиления по мощноститакже значительно больше единицы.

5. Статические характеристики в схеме с ОБ.

Реальные ВАХ имеют небольшое увеличение тока при увеличении . Это объясняется явлением, получившим название модуляции базы. Суть модуляции базы в следующем. При увеличении обратного напряжения на коллекторном переходе увеличивается ширина обедненного слояp-n-перехода в основном за счет базовой области, при этом ширина базы (l₁) уменьшается (рис. 2.35), а, следовательно, уменьшается время пробега электрона по базе от эмиттера к коллектору, что снижает вероятность рекомбинации электронов в базе и приводит к увеличению тока коллектора. Однако это увеличение не может быть большим, поскольку ток базы имеет величину менее 2 % от тока эмиттера. С учетом модуляции базы реальные выходные ВАХ в режиме усиления могут быть построены, используя следующее уравнение

, (2.15)

где – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, которое количественно учитывает эффект модуляции базы. Величина этого сопротивления единицы, десятки мегом.

Используя уравнение (2.15), можно построить реальные выходные ВАХ транзистора (рис. 2.36).

На рис. 2.36 пунктиром показаны предельно допустимая мощность рассеивания на коллекторе и предпробойное состояние коллектор-базового перехода. Как видно, с увеличением тока коллектора допустимое напряжение на коллекторе уменьшается.

Поскольку тепловой ток I_ко зависит от температуры, то и характеристики тоже зависят от температуры. С увеличением температуры при одном и том же токе эмиттера выходные ВАХ смещаются вверх на величину , а входная ВАХ с учетом того, чтосмещается влево (уменьшение, показано пунктиром на рис. 2.33).

6. Статические характеристики в схеме с ОЭ.

Статические ВАХ для схемы с ОЭ отличаются от статических ВАХ в схеме с ОБ и это отличие связано с тем, что в схеме с ОЭ напряжение питания прикладывается к двум переходам: коллекторному и эмиттерному.

, поэтому выходные ВАХ по сравнению со схемой с ОБ сдвигаются вправо на величину, которая тем больше, чем больше ток эмиттера. Следовательно, режим насыщения в схеме с ОЭ происходит при отрицательном напряжениии выходные ВАХ расположены в первом квадранте координат,. Для их построения воспользуется формулой (2.15), заменивсуммой+и опустив индексN в коэффициенте передачи тока эмиттера. Тогда

.

Преобразуем эту формулу для того, чтобы найти зависимость тока коллектора от входного тока в схеме с ОЭ – тока базы.

.

Разделим на (1 – ), получим

,

или

, (2.16)

где – сквозной (тепловой) ток в схеме с ОЭ;– дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме с ОЭ.

Анализируя формулу (2.16), можно сделать вывод, что тепловой ток в схеме с ОЭ значительно больше, чем в схема с ОБ, а следовательно, выходные ВАХ значительно чувствительней к изменению температуры. Дифференциальное сопротивлениезначительно меньше, чем в схеме с ОБ, а следовательно ток коллектора в большей степени зависит от измененияU_кэ, а объясняется это тем, что часть напряжения U_кэ приложено к эмиттерному переходу, смещая этот переход в прямой полярности.

Внешний вид этих характеристик представлен на рис. 2.37. Все семейство ВАХ на начальном участке практически сливаются в одну линию, которая носит названия линии насыщения. Область, расположенная между линией насыщения и осью I_к носит название области насыщения. Активный (усилительный) режим ВАХ расположен правее линии насыщения, в области пологой части выходных характеристик. Поскольку к база-эмиттерному переходу, как и в схеме с ОБ, приложено прямое напряжение, то входная ВАХ в схеме с ОЭ при U_кэ = 0 будет иметь такой же внешний вид, как и в схеме с ОБ, однако количественно она сильно отличается, поскольку ток базы в ( + 1) меньше тока эмиттера.

Если U_кэ  0, то входная ВАХ сместиться вниз, т.к. при U_бэ = 0 через базу будет протекать обратный ток I_ко (рис. 2.38). Графическое изображение входных ВАХ показано на рис. 2.39.

Поскольку схема с ОК в статическом режиме (R_э = 0) ничем не отличается от схемы с ОЭ, то и ВАХ такие же, как у схемы с ОЭ.

7. Три схемы включения транзистора. ОБ, ОК, ОЭ. Сравнение по Кj,Ku,Kp.