Основы электронной техники (стр. 24 )

Рис. 21.10. Передаточная характеристика транзистора.

22

Усилитель с общим эмиттером

Прежде чем использовать транзистор в качестве усилителя, на него нуж­но подать правильные напряжения смещения (задать режим работы по постоянному току), как показано на рис. 22.1(а) для прп-транзистора. Два напряжения смещения — VBE (обеспечивающее прямое смеще­ние эмиттерного перехода) и VCB (обеспечивающее обратное смещение коллекторного перехода) — подаются от последовательно соединенных источников. Эти источники можно заменить делителем напряжения R1 – R2, как показано на рис. 22.l(б). Теперь можно обойтись одним источником питания постоянного тока с напряжением VCC. Отношение сопротивлений резисторов R1 и R2 выбирается таким, чтобы на базе тран­зистора устанавливалось требуемое значение напряжения смещения.

Протекание тока покоя Is = VCC / (R1 – R2) через цепь смещения R1 – R2 связано с потреблением дополнительной мощности от источни­ка питания. Для уменьшения тока покоя применяются высокоомные резисторы R1 – R2. Однако, как будет показано далее, очень большое сопротивление R1 приводит к снижению стабильности транзистора по постоянному току.

Потенциал базы транзистора отсчитывается относительно провода с нулевым потенциалом или шасси (поэтому допустимо говорить «напряжение на базе») и, следовательно, равен падению напряжения на резисторе R2.

Рис. 22.1. Базовое смещение прп-транзистора.

Рис. 22.2. Базовое смещение рпр-транзистора.

Потенциал базы

Например, при VСС = 10 В, R1 = 15 кОм, R2, = 1 кОм получаем

Изменяя номиналы резисторов R1 и R2, можно изменять напряжение на базе.

Тот же самый способ смещения применяется и для рпр-транзистора (рис. 22.2). В этом случае используется источник питания с напряжением отрицательной полярности (-VСС). Делитель напряжения R1 – R2 выполняет ту же функцию, что и в случае прп-транзистора. Тот факт, что питающее напряжение отрицательно, нужно обязательно принимать во внимание, но в расчетах можно не учитывать. Таким образом,

Напряжение на базе равно -0,625 В.

Для получения прямого смещения эмиттерного перехода потенции базы должен быть «выше» потенциала эмиттера, т. е. быть более положительным, чем эмиттер в прп-транзисторе, и более отрицательным в рпр-транзисторе. Вообще, независимо от типа используемого транзистор потенциал базы всегда выше потенциала эмиттера, но ниже потенциал коллектора.

Как объяснялось в предыдущем разделе, величина тока, протекающего через транзистор, определяется напряжением прямого смещения эмиттерного перехода, т. е. разностью потенциалов базы и эмиттера VBE = Vb – Ve. Изменение потенциалов базы или эмиттера приводит к изменению тока транзистора. В рассматриваемой транзисторной схеме эмиттер имеет потенциал шасси, следовательно, изменяться может толь­ко потенциал базы. При этом

.

Например, если потенциал базы Vb возрастает относительно потенциала эмиттера (становится более положительным для npn-транзистора или бо­лее отрицательным для pnp-транзистора), то разность потенциалов VBE увеличивается, что приводит к увеличению тока транзистора. Уменьше­ние потенциала базы Vb относительно потенциала эмиттера сопровожда­ется уменьшением величины VBE и, следовательно, уменьшением тока транзистора.

Коллекторный (нагрузочный) резистор

Чтобы снять выходное напряжение с коллектора, в цепь коллектора включается нагрузочный резистор R3, называемый также коллекторным резистором (рис. 22.3). Коллекторный ток Ic, протекая через коллектор­ный резистор R3, создает на нем падение напряжения. Следовательно,

Так как все напряжения измеряются относительно шасси или потенци­ала земли, то коллекторное напряжение VCE есть разность потенциалов между коллектором и шасси. Как видно из схемы,

где VCC — напряжение источника питания, следовательно, VCE = VCC – VR3. Для типичных величин, указанных на схеме, получаем

(приблизительно),

VCE = VCC – VR3, = 10 – 4 = 6 В.

Тепловой пробой

Как уже отмечалось, неосновные носители образуют так называемый ток утечки обратносмещенного перехода. Ток утечки ICB0 (часто называе­мый обратным коллекторным током) протекает через обратносмещенный коллекторный переход транзистора так, как показано на рис. 22.4. Этот ток усиливается точно так же, как входной (базовый) ток, с коэффици­ентом усиления β. При увеличении температуры транзистора ток утечки возрастает. Он усиливается транзистором и увеличивает коллекторный ток, что приводит к дальнейшему повышению температуры транзистора и, следовательно, тока утечки и т. д. Описанный процесс, называемый тепловым пробоем, носит лавинообразный характер, и если его оставив без контроля, может привести к разрушению транзистора.

Рис. 22.3. Нагрузочный резистор R3.

Рис. 22.4. Ток утечки ICB0.

Стабилизация рабочего режима по постоянному току

В усилителе с ОЭ наличие тока утечки коллекторного перехода приводит к нестабильности режима работы транзистора по постоянному току (статического режима). Эту нестабильность можно преодолеть, включи резистор R4 в эмиттерную цепь транзистора, как показано на рис. 22.5. Потенциал эмиттера в этом случае становится равным падению напряжения на резисторе R4, которое создается при протекании эмиттерного тока Ie через этот резистор. Таким образом, Ve = Ie·R4. Стабилизации режима по постоянному току осуществляется следующим образом.

Предположим, что из-за возрастания тока утечки увеличились токи Ic и Ie. Тогда вместе с ними увеличивается и потенциал эмиттера Ve. Поскольку VBE = Vb - Ve, то увеличение Ve приводит к уменьшению VBE. В результате уменьшается базовый ток, и величины токов Ic и Ie возвращаются к своим первоначальным значениям. С помощью эмиттерного резистора R4 вводится отрицательная обратная связь, обеспечивающая стабилизацию статического режима усилителя. Используя типичные номиналы резисторов, указанные на рис. 22.5, и принимая ток эмиттера Ie = 1,2 мА, получаем

Рис. 22.5. Стабилизация усили­теля с

общим эмиттером на прп-транзисторе с

помощью резистора R4 в цепи эмиттера.

Рис. 22.6. Усилитель с общим эмит­тером на рпр-транзисторе.

Применение рпр-транзисторов

На рис. 22.6 приведена схема усилителя на pnp-транзисторе. Пусть это будет кремниевый транзистор. Тогда его ток и напряжения на эмиттере, базе и коллекторе можно рассчитать следующим образом:

Из соотношения VBE = Vb – Ve следует Ve = Vb – VBE. Поскольку VBE = 0,6 В (кремниевый транзистор) и Vb = 1,5 В, то

Ve = 1,5 – 0,6 = 0,9 В.

Учитывая, что Ve = Ie·R4, получаем

,

,

,

Таким образом, статический режим работы транзистора определяется следующими условиями:

Ve = - 0,9 В, Vb = - 1,5 В, Vc = - 6,4 В, Ie = 1,1 мА.

Приведенные значения напряжений на эмиттере, базе и коллекторе типичны для однокаскадных усилителей — УПЧ или предоконечных каскадов. Напряжение на базе равно примерно 0,1 VСС, а на коллекторе — примерно 0,6 VСС. Видно, что для транзисторов того и другого типа наи­меньшим по абсолютной величине является напряжение на эмиттере, наибольшим — напряжение на коллекторе, а напряжение на базе при­мерно на 0,6 В (для кремниевого транзистора) «выше» напряжения на эмиттере.

Транзистор прп-типа в схеме усилителя с отрицательным напряжением питания

Можно использовать прп-транзистор в схеме усилителя, питаемого от ис­точника с отрицательным напряжением — VСС, как показано на рис. 22.7. В этом случае шасси играет роль положительной шины питания, и все напряжения в схеме отрицательны, поскольку они измеряются относи­тельно положительного шасси. Используя типичные величины, указан­ные на схеме, и учитывая, что напряжение на базе Vb равно падению напряжения на резисторе R1, а напряжение на коллекторе — падению напряжения на резисторе R3, получаем