Основи електроніки (стр. 7 )

Тоді

. (4.8)

Кофіцієнт підсилення струму в схемі з СБ дорівнює диференціальному коефіцієнту передачі струму a.

Коефіцієнт підсилення напруги в схемі

. (4.9)

Перемноживши (4.8) на (4.9), отримаєм коефіцієнт підсилення потужності

. (4.10)

Для визначення вхідного опору RвхБ транзисторного каскаду з СБ скористуємось Т-подібною еквівалентною схемою для такого увімкнення (рис. 4.5).

Опори re,, rб і rк на еквівалентній схемі рис. 4.5 відтворюють той фізичний факт, що емітерний і колекторний переходи, так як і тонкий шар бази, мають деякі визначені опори. У сучасних транзисторів у підсилювальному режимі роботи велична re складає десятки Ом, rб – сотні Ом, rк – сотні тисяч Ом. Генератор струму aІе в еквівалентній схемі відображає підсилювальні властивості транзистора. Із схеми 4.5 видно, що

=.

звідки

. (4.11)

Так як величини опорів re і rб незначні, вхідний опір схеми з спільною базою, у відповідності з виразом (4.11), є невеликим – десятки Ом. Фактично цей опір дорівнює опору rе емітерного переходу:

(4.12)

Низький вхідний опір схеми з СБ є її суттєвим недоліком, так як в багатокаскадних цей опір спричиняє шунтування попереднього каскаду і різко знижує його підсилення по напрузі і потужності. Так як Rн дорівнює звичайно кільком кілоомам, то відповідно з виразом (4.9) КUБ < 1000 .

В схемі з спільним емітером (рис. 4.4, б) вхідним струмом є незначний по величині струм бази. Вхідним струмом в цій схемі, як і в схемі з СБ, є струм колектора. Отже, коефіцієнт підсилення струму в схемі з СЕ:

(4.13)

де b - коефіцієнт передачі струму для схеми з СЕ. Виконаємо деякі перетворення в (4.13)

(4.14)

Формула (4.14) показує зв’язок між коефіцієнтом передачі струму b в схемі з СЕ і коефіцієнтом передачі струму в схемі з СБ.

Приклад 4.2. Визначити b транзистора, якщо a=0.98.

Рішення: За формулою (4.14) маємо

.

Таким чином, в схемі з СЕ можна отримати коефіцієнт підсилення струму порядка кількох десятків. Для сучасних транзисторів b=20-300.

Коефіцієнт підсилення напруги

(4.15)

Коефіцієнт підсилення потужності для схеми з СЕ

(4.16)

Для визначення вхідного опору RвхЕ каскада з спільним емітером скористаємося спрощеною Т-подібною еквівалентною схемою транзистора для схеми з СЕ (рис. 4.6)

(4.17)

або .

Звідси

(4.18)

З останнього виразу видно, що

тобто вхідний опір каскада з СЕ набагато вищий за вхідний опір схеми з СБ і складає сотні Ом. Перевагою схеми з СЕ також слід вважати можливість її живлення від одного джерела напруги, поскільки на базу і на колектор подаються напруги одного знаку. Однак температурна стабільність схеми з СЕ виявляється гіршою, ніж в схемах з СБ.

Для схеми увімкнення з спільним колектором (рис.4.4, в) вхідний сигнал подається на ділянку база-колектор. Вхідним струмом є струм бази, а вихідним – струм емітера. Тому коефіцієнт підсилення струму КІК для схеми з СК є

(4.19)

Коефіцієнт підсилення напруги (4.20)

Кофіцієнт підсилення потужності в схемі з СК:

(4.21)

Для визначення вхідного опору схеми увімкнення з спільним колектором розглянемо її еквівалентну Т-подібну схему заміщення (рис. 4.7).

Із схеми рис. 4.7 видно, що вхідна напруга для каскаду дорівнює:

звідки вхідний опір схеми з СК:

. (4.22)

Якщо Rн дорівнює кілька кОм, то вхідний опір схеми з СК складає десятки – сотні кОм. Підставивши значення RвхК з (4.22) в вираз (4.20), побачили, що КU < 1, тобто коефіцієнт підсилення напруги схеми з СК при всяких значеннях b і Rн залишається меншим одиниці. Порівнювальні властивості схем увімкнення транзисторів в підсилювальному режимі приведені в табл. 4.1.

Залежність між струмами і напругами на вході і виході транзистора в різних схемах увімкнення відображаються статичними

Таблиця 4.1 Орієнтовні показники схем увімкнення транзисторів

Тип схеми	Підсилення	Вхідний опір, Ом
	КI	КU	КP
СБ	1	до 1000	до 1000	Одиниці-десятки
СЕ	10-100	100	до 10000	Сотні
СК	10-100	1	до 100	Десятки тисяч

характеристиками транзистора, які наводяться для кожного типу транзистора в довідниковій літературі. Використовуються два види характеристик: вхідні і вихідні, які наводяться в більшості для двох схем увімкнення – з спільним емітером і спільною базою (СЕ і СБ).

Вхідні характеристики для схеми з спільною базою приведені на рис. 4.8, а . Вони показують залежність вхідного струму емітера Іе від напруги Uеб між емітером і базою при постійній величині напруги між колектором і базою Uкб :

З рис. 4.8, а видно, що вхідні характеристики аналогічні вольт-амперній характеристиці pn-переходу для прямого увімкнення. Величина напруги Uкб слабо впливає на струм емітера, тому що електричне поле, що створюється цією напругою, повністю зосереджено в колекторному переході і чинить незначний вплив на проходження зарядів через емітерний перехід. Вхідні характеристики, зняті при Uкб ¹ 0, практично зливаються. По цій причині в довідниках наводять, найчастіше, тільки дві вхідні характеристики для даного типу транзистора – одну, зняту при Uкб = 0, і іншу, зняту, наприклад, при Uкб = -5 В.

Вихідні характеристики для схеми з спільною базою наведені на мал. 4.8, б і відображають залежність струму колектора Ік від напруги на колекторі при постійних значеннях емітерного струму:

.

З рис. 4.8, б видно при робочій полярності напруги Uкб , коли колекторний перехід працює в зворотному включенні, вихідні характеристики уявляють собою майже прямі лінії, які проходять з дуже невеликим нахилом. Тому величина колекторного струму визначається, головним чином, величиною струму емітера і слабо залежить від напруги Uкб на колекторному переході. Навіть при Uкб = 0 за рахунок явища екстракції Ік може мати достатньо велике значення, яке залежить від величини струму емітера.

При Іе = 0 в колі колектора проходить зворотний струм колектора ІКБ0, транзистор працює в режимі відсічки. Струм ІКБ0 є некерованим і представляє собою один з параметрів транзистора. На вихідних характеристиках видно також, що при Uкб < 0 струм колектора ІК різко зменшується і досягає нуля при значеннях Uкб порядка десятих долей вольта. Колекторний перехід при цьому зміщений в прямому напрямку, і при подальшому зменшенні Uкб струм різко зростає в напрямку, оберненому нормальному робочому струмові, що може привести до теплового пробою транзистора.

Вхідні і вихідні статичні характеристики транзистора для схеми з спільним емітером зображені на мал. 4.9, а, б.

Вхідні характеристики транзистора для схеми з спільним емітером (рис. 4.9, а) показують графіки залежності струму бази Іб від напруги Uбе при постійному значенні напруги Uке :

З рис.4.9, а видно, що з ростом напруги Uке струм Іб зменшується. Це пояснюється тим, що при зростанні Uке росте напруга, прикладена до колекторного переходу в зворотному напрямку, при цьому рекомбінація носіїв заряду в базі зменшується, так як всі носії швидко втягуються колектором.

Вихідні характеристики (рис.4.9,б) на відміну від схеми з СБ мають нахил, який збільшується з ростом Іб . При ½Uке ½<½Uбе ½напруга на колекторному переході виявляється увімкненою в прямому напрямку. Це приводить до того, що крутизна характеристик на початковій ділянці від Uке = 0 до ½Uке ½= ½Uбе ½велика. На ділянці ½Uке ½> ½Uбе ½крутизна характеристик зменшується, вони йдуть майже паралельно осі абсцис і положення кожної з них залежить, головним чином, від величини струму бази.

Статичні характеристики зняті при відсутності опору навантаження в вихідному колі. В практичних випадках вихідне коло містить опір навантаження. Режим роботи транзистора з навантаженням називають динамічним. В цьому режимі струми і напруги на електродах транзистора не залишаються постійними, а безперервно змінюються. Розглянемо динамічний режим роботи транзистора, увімкненого по найбільш розповсюдженій схемі з спільним емітером (рис. 4.10, а)

В цьому режимі зміни колекторного струму при Ек = const і Rк = const залежить не тільки від зміни базового струму, але й від зміни напруги на колекторі, яка визначається з наступного рівняння :

(4.23)

Останній вираз уявляє собою рівняння динамічного режиму для вихідного кола, зміна напруги Uвх на вході транзистора викликає зміну струму бази Іб, а значить і відповідну зміну струму колектора у вихідному колі. Це приводить до зміни напруги на опорові Rн, в результаті чого змінюється і напруга Uке. Початкове значення струму бази Іб0 визначається при відсутності вхідного сигналу Uвх величиною опору Rб в колі бази. Цьому струмові відповідають струм колектора Ік0 і напруга на колекторі Uкер на вихідній динамічній характеристиці (рис. 4.10, б), побудованій на відповідності з рівняння (4.23). Точка з координатами (Uкр, Ікр) називається робочою.

Динамічна характеристика (пряма АВ на родині статичних вихідних характеристик на рис. 4.10, б) легко може бути побудована по двом точкам А і В. Для цього рівняння (4.23) потрібно зобразити у вигляді

(4.24)

Точка А відповідає значенню Uке = 0 і визначається з (4.24), як

Точка В відповідає значенню Ік = 0, при цьому Uке = Ек.

Приклад 4. 3 . Для схеми на рис.4.10, а визначити Uке , якщо Rб = 510 кОм, Rн=1кОм, b = 60, Ек=15В.

Рішення: За формулою (4.23) маємо . Колекторний струм дорівнює Ік = b·Іб. Так як Іб протікає через перехід база-емітер і резистор Rб, і порогова напруга відкривання переходу емітер-база Uбеп = 0.7В , то Іб=(Ек-Uбеп)/Rб=(15-0.7)/100 кОм =0.143мА.