Основи електроніки (стр. 10 )

Беручи до уваги малий ступінь рекомбінації дірок з електронами в області бази, можна вважати струм колектора Iк приблизно рівним струму емітера Іе:

Ті дірки, які все ж рекомбінують в області бази з електронами, беруть участь у створенні струму бази Іб, що проходить у ланцюзі: + Е1, міліамперметр mА1, емітер, база, міліамперметр mА2, ключі В2 і В1, - Е1. Отже, струм бази дорівнює різниці струмів емітера і колектора:

Неважко помітити також, що струм емітера, вимірюваний міліамперметром mА1, дорівнює сумі струмів бази і колектора, вимірюваних відповідно приладами mА2 і mA3

Необхідно звернути увагу на те, що, хоча електрони і дірки рухаються в протилежних напрямках, струми в ланцюгах транзистора проходять в одному напрямку, що збігається з напрямком руху носіїв заряду позитивної полярності - дірок. Це неважко зрозуміти, якщо врахувати, що протилежний напрямок руху електронів і дірок компенсується їх протилежним знаком.

Для оцінки впливу рекомбінації носіїв заряду в базі на підсилювальні властивості транзистора використовується коефіцієнт переносу носіїв у базі, який показує, яка частина інжектованих емітером дірок досягає колекторного переходу. Цей коефіцієнт можна визначити за формулою

Коефіцієнт перенесення δ тим ближче до одиниці, чим менше товщина бази і концентрація електронів в базі в порівнянні з концентрацією дірок в емітері.

Одним з основних параметрів транзистора є коефіцієнт передачі струму емітера, який дорівнює відношенню приросту струму колектора до приросту струму емітера при незмінній напрузі на колекторному переході:

Цей коефіцієнт може бути виражений через величини γ і δ таким співвідношенням:

Так як γ і δ менше одиниці, то коефіцієнт передачі струму емітера α також не перевищує одиниці. Зазвичай α = 0,95:0,99. Чим більший коефіцієнт α, тим менше відрізняються між собою струми колектора і емітера, тим більш ефективно можуть бути використані підсилювальні властивості транзистора.

Оскільки в ланцюзі колектора, крім струму, обумовленого екстракцією дірок з бази в колектор, протікає зворотний струм колекторного переходу ІКБО, то повний струм колектора дорівнює

Однак, враховуючи, що струм ІКБО за величиною незначний, можна прийняти

З виразу випливає, що транзистор являє собою керований прилад, так як величина його колекторного струму залежить від величини струму емітера.

В залежності від полярності напруг, прикладених до емітерного і колекторного переходів транзистора, розрізняють чотири режими його роботи:

Активний режим. На емітерний перехід подано пряму напругу, а на колекторний - зворотню. Цей режим є основним режимом роботи транзистора. Внаслідок того, що напруга в ланцюзі колектора значно перевищує напругу, підведену до емітерного переходу, а струми в ланцюгах емітера і колектора практично рівні, слід очікувати, що потужність корисного сигналу на виході схеми (в колекторному ланцюзі) може виявитися набагато більшою, ніж у вхідному (емітерному) ланцюзі транзистора. Саме ця гіпотеза може бути прийнята в якості робочої для подальшого дослідження підсилювальних властивостей транзистора.

Режим відсічення. До обох переходів підводяться зворотні напруги. Тому через них проходить лише незначний струм, обумовлений рухом неосновних носіїв заряду. Практично транзистор в режимі відсічення виявляється замкненим.

Режим насичення. Обидва переходи перебувають під прямою напругою. Струм у вихідному ланцюгі транзистора максимальний і практично не регулюється струмом вхідного ланцюга. В цьому режимі транзистор повністю відкритий.

Інверсний режим, до емітерного переходу підводиться зворотна напруга, а до колекторного - пряма. Емітер і колектор міняються своїми ролями - емітер виконує функції колектора, а колектор - функції емітера. Цей режим, як правило, не відповідає нормальним умовам експлуатації транзистора.

3.3 Схеми включення транзистора

Розрізняють три можливі схеми включення транзистора (рис. 10.9): з загальною базою (ОБ), із загальним емітером (ОЕ) і з загальним колектором (ОК). Така термінологія вказує, який з електродів транзистора є спільним для його вхідного і вихідного ланцюгів.

3

На рис. 3, а показана схема з загальною базою, яка по суті не відрізняється від схеми, наведеної на рис. 1. Різниця полягає лише в тому, що зі схеми виключені міліамперметри і ключі, а у вхідний (емітерний) ланцюг послідовно з джерелом живлення Е1 включене джерело вхідного сигналу, що виробляє деяку змінну напругу Uвх.

Звернемо увагу на те, що в цій схемі через джерело вхідного сигналу (точніше, через внутрішній опір цього джерела) проходить струм емітера Іе. Струм, що проходить через джерело вхідного сигналу, називають вхідним струмом. Отже, для схеми із загальною базою

Вихідним струмом у цій схемі є струм колектора

Якщо під впливом Uвх струм емітера зросте на деяку величину , то відповідно зростуть і інші струми транзистора:

Незалежно від схеми включення транзистор характеризують диференціальним коефіцієнтом прямої передачі струму, який представляє собою відношення вихідного струму до визвавшого його приросту вхідного струму при постійній напрузі у вихідному ланцюзі.

Для схеми із загальною базою таким коефіцієнтом може служити коефіцієнт передачі струму емітера.

Оскільки струм емітера - найбільший з усіх струмів транзистора, то схема з загальною базою має малий вхідний опір для змінної складової струму сигналу. Фактично цей опір дорівнює опору rе емітерного переходу, включеного в прямомe напрямку, т. е.

Низький вхідний опір схеми із загальною базою (одиниці - десятки ом) є її істотним недоліком, тому що в багатокаскадних схемах цей опір чинить шунтуючі дії на опір навантаження попереднього каскаду і різко знижує посилення цього каскаду по напрузі і потужності.

В схемі з загальним емітером, показаної на рис. 3, б, вхідний сигнал також прикладається до виводів емітера і бази, а джерело живлення колектора включене між виводами емітера і колектора. Таким чином, емітер є загальним електродом для вхідного і вихідного ланцюгів.

Основною особливістю схеми із загальним емітером є те, що вхідним струмом в ній є не струм емітера, а малий по величині струм бази. Вихідним струмом у цій схемі, як і в схемі з загальною базою, є струм колектора. Отже, коефіцієнт прямої передачі струму для схеми з загальним емітером дорівнює

Знайдемо співвідношення між α і β.

Якщо, наприклад, α = 0,98, то β= 49. Таким чином, в схемі з загальним емітером можна отримати коефіцієнт прямої передачі струму порядку декількох десятків.

Вхідний опір транзистора в схемі із загальним емітером значно більший, ніж у схемі із загальною базою. Це випливає з очевидної нерівності

Перевагою схеми із загальним емітером слід також вважати можливість живлення її від одного джерела напруги, оскільки на базу і на колектор подаються напруги живлення одного знака. Тому схема із загальним емітером в даний час є найбільш поширеною.

Слід зазначити, що температурна стабільність схеми із загальним емітером виявляється дещо гіршою, ніж схемв із загальною базою.

Це можна довести таким чином.

Повний струм колектора

Ця формула фактично характеризує зв'язок між вихідним і вхідним струмом транзистора для схеми із загальною базою. Знайдемо тепер аналітичної вираз, що характеризує зв'язок вихідного струму (Ік) з вхідним (Іб) для схеми з загальним емітером. Перетворюючи наведений вище вираз, одержимо

Доданок зазвичай позначають ІКБО і називають початковим

колекторним струмом. Отже,

У схемі із загальним колектором (рис. 3, в) вхідний сигнал подається на ділянку база - колектор. Вхідним струмом є струм бази, а вихідним - струм емітера. Тому коефіцієнт прямої передачі струму для цієї схеми дорівнює

Незалежно від порівняно великого значення коефіцієнта прямої передачі струму і вхідного опору, схема зі спільним колектором практично не дозволяє отримати підсилення по напрузі і тому використовується значно рідше чим дві попередні.