Схемы включения и статические параметры

 

Существуют три основные схемы включения транзисторов:

1) - ОЭ

2) - ОБ

3) - ОК

1) Схема с общим эмиттером применяется наиболее часто.

В этой схеме управляющее напряжение прикладывается к участку Б-Э, выходной сигнал снимается с резистора нагрузки, включенного в коллекторную цепь (потенциал эмиттера фиксирован).

 

Рис.5. Включение транзистора по схеме с ОЭ (а) и эквивалентная схема (б) для данного случая.

 

Вольт - амперные характеристики и режимы работы транзистора в данном случае приведены на рис.5.2.

Входные характеристики приведены на Рис.6а, выходные - на Рис.6б.

 

а) б)

Рис.6. Входные и выходные вольт - амперные характеристики транзистора включенного по схеме с ОЭ.

 

На семействе выходных характеристик выделяют три области:

1) Область линейного усиления;

2) Область наыщения:

3) Область отсечки.

В соответствии с этим транзистор может работать в трех режимах.

Ё В области линейного усиления, увеличение тока базы приводит к пропорциональному изменению тока коллектора, при этом динамическое сопротивление участка К-Э стремится к Ґ

rкэ = vUк / vIк;

Ё В области насыщения, изменение тока коллектора не приводит к существенному изменению напряжения на коллекторе. Динамичнское сопротивление участка К-Э стремится к 0.

Ё В области отсечки Iк = Iкбо» 0. Динамическое сопротивление сопротивление участка К-Э стремится к Ґ.

Величина Iк сверху ограничена допустимой рассеиваемой мощностью на участке К-Э. Превышение предельного тока Iк max ведет к разрушению транзистора, поэтому необходимо обеспечить схемные средства ограничения Iк. В простейшем случае это резистор в коллекторной (или эмиттерной) цепи фиксирующий ток коллектора на уровне Iк max = Eп / Rк. Но, в этом случае, потенциал коллектора изменяется при изменении тока коллектора (т.е. Uк = f (Iк)). Эта зависимость определяется так называемой нагрузчной прямой, отсекающей на осях координат два отрезка:

1) на оси абсцисс напряжение питания Еп при Iк = 0;

2) на оси ординат Iк max = Eп / Rк.

Пересечение нагрузочной прямой и выходной характеристики при конкретном токе базы дает, так называемую, рабочую точку.

Т.о. транзистор может работать в одном из следующих режимов (для n-p-n):

1) нормальный активный режим: Uбэ>0, Uкб>0

2) инверсный активный режим: Uбэ<0, Uкб<0

3) режим насыщения: Uбэ>0, Uкб<0

4) режим отсечки: Uбэ<0, Uкб>0

Нормальный активный режим.

В этом режиме переход Б-Э смещен в прямом направлении, а Б-К - в обратном.

При анализе основных схем включения транзисторов (здесь ОЭ, а далее ОБ и ОК) воспользуемся упрощенным (эквивалентным) представлением биполярного транзистора для низких частот, изображенном на рис.5. б.

Входная цепь представлена динамическим входным сопротивлением rбэ, а в коллекторной цепи использован управляемый источник тока коллектора (Iк = S Ч Uбэ),

где

 

 

При этом внутреннее динамическое сопротивление включено параллельно этому источнику тока, как и следует из теории электрических цепей (Теорема Теверена об эквивалентном генераторе). При определении основных характеристик и параметров схемы здесь и далее будем считать, что идеальные источники напряжений питания (Еп) и входного сигнала (Uвх).

Ток коллектора

 

1) Iк = a / 1 - a Ч Iб + 1/1 - a Ч Iкбо = b Ч Iб + (1+b) Ч Iкбо» b Ч Iб,

 

где: a - коэфициент передачи по току (т.е. коэфициент передачи тока из эмиттерной цепи в коллекторную) в схеме с ОЭ. Т. к. b>>1, то в схеме с ОЭ возможно усиление по току (потому, что Iб<<Iк!).

2) Ток базы закрытого транзистора. При Uбэ = 0 (транзистор закрыт) Iб» Iкбо, т.е. из базы вытекает ток,»обратному тепловому току перехода К-Б.

3) Входное сопротивление

 

 

Тогда ток базы, который также зависит и от Uбэ можно примерно определить так:

 

Iб = Iк Ч b, где b = h_{21 э}

 

4) Коэфициент усиления по напряжению

 

 

5) Коэфициент усиления по току

 

 

6) Выходное сопротивление

 

 

Режим насыщения

В этом режиме оба перехода смещены в прямом направлении.

Внешним проявлением режима насыщения является отсутствие зависимости Iк от Iб. Для схемы с ОЭ существует некоторый “граничный” ток Iбн, при котором достигается насыщение коллекторного тока

Iкн = b Ч Iбн

При дальнейшем увеличении тока базы ток коллектора не увеличивается и может быть введен некоторый коэфициент, характеризующий:

1) Степень насыщения

 

N = Iб / Iбн Ю Iкн = N Ч Iк

 

2) Входное сопротивление

 

Rвх_н = Rвх / b,

 

где Rвх - входное сопротивление в активной линейной области.

3) Выходное напряжение

 

Uвых = Uкэн» Uбэ

 

Это так называемое остаточное напряжение на участке К - Э, слабо зависящее от величины коллекторного тока.

4) Выходное сопротивление

 

Rвых» rкэ» Rвых / b» Rк / b,

 

где Rвых - выходное сопротивление в активной линейной области.

Режим отсечки

В этом режиме оба перехода смещены в обратном направлении.

1) Iэ» 0

2) Iк» Iкбо

3) Iб» - Iкбо

Границей режима отсечки является обратное напряжение (напряжение отсечки) на переходе Б-Э (Uбэ_обр), при котором Iэ = 0!

В большинстве цифровых схем Uбэ_обр такое, при котором Iб уменьшается в 100-200 раз!!

Схема с общей базой

В этой схеме управляющее напряжение прикладывается к участку Э-Б, а входной сигнал снимается с резистора нагрузки, вкюченного в коллекторную цепь. Потенциал базы при этом фиксирован, а потенциал Э должен быть меньше потенциала Б, если переход Б-Э смещен в прямом направлении.

 

а) б)

Рис.7

 

На рис.7 показана схема включения транзистора с ОБ и ее эквивалентная схема на низких частотах.