823

входного и выходного сигналов, как и в схеме на рис. 2.32, а общей шиной, как и в двух предыдущих схемах включения, будет шина (-) источника питания. Входным током в этой схеме является ток базы, а выходным - ток

эмиттера, поэтому коэффициент передачи тока базы у = — . Если выра7б

зить этот коэффициент через а и р , как это было выполнено в схеме с ОЭ, получим

схему часто называют эмиттерным повторителем (повторяет входной сиг­ нал по напряжению).

Коэффициент усиления по мощности КР =уКи » 1, так как Ки * 1, а у » 1 .

2.2.4.Сравнительный анализ трех схем включения

Схема с ОБ имеет следующие достоинства: хорошие частотные свой­ ства (предельные частоты в десятки, сотни раз выше, чем в других схемах включения), слабая зависимость параметров и характеристик от темпера­ туры, очень незначительная зависимость тока от напряжения коллектор -

база, малое остаточное напряжение в ключевых режимах работы. Основ­ ным недостатком этой схемы является большой входной ток (ток эмиттера больше, чем ток коллектора), а следовательно, малое входное сопротивле­ ние такой схемы, что существенно ограничивает возможности ее примене­ ния.

Схема с ОЭ обладает следующими преимуществами: большое вход­ ное сопротивление по сравнению со схемой с ОБ, высокий коэффициент усиления по всем трем величинам (ток, напряжение, мощность). К недос­ таткам этой схемы включения следует отнести: сильную зависимость па­ раметров и характеристик от температуры, худшие частотные свойства (предельные частоты в десятки, сотни раз меньше, чем в схеме с ОБ), большую зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе.

Схема с ОК в сравнении со схемой с ОБ и ОЭ имеет несравнимо большее входное и меньшее выходное сопротивление, высокие стабильные характеристики и параметры, слабую температурную зависимость. Однако эта схема не может усиливать входной сигнал по напряжению, что значи­ тельно ограничивает область ее применения. В основном эта схема вклю­ чения используется для согласования низкоомного сопротивления нагруз­ ки с высокоомным выходным сопротивлением усилителя с ОБ и ОЭ или с высокоомным внутренним сопротивлением датчиков.

Л е к ц и я 10

2.2.5. Статические вольт-амперные характеристики биполярного транзистора

Поскольку у транзистора два /?-и-перехода, то различают два вида ста-

отсутствие добавочных сопротивлений в коллекторной и эмиттерной це­ пях транзистора (RK= О, Кэ = 0). Для того чтобы найти математическое вы­ ражение для построения ВАХ, воспользуемся эквивалентной схемой тран­ зистора (рис. 2.34). Это идеальная схема замещения, так как в ней не учте­ ны сопротивление базы и зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе. Такое допущение незначительно искажает реальную картину, но делает анализ более простым и наглядным.

В схеме замещения влияние двух переходов друг на друга проявляет­ ся при включении генераторов тока (Х/ / 2 и адг/ь где 1\ - входной ток или

a N - коэффициент передачи эмитгерного тока в нормальном (усилитель­ ном) режиме работы; / 2 - ток коллектора, соответствующий инверсному режиму работы транзистора, когда коллекторный переход открыт, а эмиттерный закорочен. В этом случае коэффициент передачи коллекторного тока обозначается а / (индекс I отражает инверсное включе ние транзистора).

Таким образом, эмиттерный и коллекторный ток имеет две состав­ ляющие: инжектируемую и собирающую (соответственно инжектируемые

где / 'о - обратный (тепловой) ток эмитгерного перехода при закорочен­ ном коллекторном переходе ( UK_ б = 0 )',ГК0 - тепловой ток коллекторного перехода при закороченном эмиттерном переходе (£/э _б =0). В справоч­ никах тепловой ток транзистора 1К0 дается при /э = 0 , а не при t/ 3 _ 5 = О Поэтому желательно найти связь между Гк 0 и 1К0 . Эта связь может быть найдена из уравнений (2.5) и (2.8).

Для построения ВАХ выразим ток эмиттера и ток коллектора через напряжения U3_ б и UK_ б- Для этого подставим в формулы (2.5) и (2.6) зна­

Эти уравнения, получившие название формул Молла - Эберса, позволяют построить входные и выходные характеристики транзистора в схеме с ОБ. Формула (2.11) определяет зависимость тока эмиттера от напряжения эмиттер - база и коллектор - база и позволяет нам построить входную ВАХ транзистора. Если принять С/к_ к = 0, то

h= 4 о ( ^ " б/фт -l)>

иэто будет ВАХ р-л-перехода при прямой полярности с учетом того, что тепловой ток равен Гэ о . Если же С/к_ б ^ 0, то, как видно из анализа фор­

мулы (2.11), при U3_ б = 0 ток /э, учитывая, что е“^ к~б/фт « 1 , будет ра­ вен а ; / ^ 0, тогда

^э = 4 о И - б/фт- 1 ) + а Л .о .

Преобразуем это выражение. Разделив на / ' 0 левую и правую части уравнения, получим

А . _ а / ^ . + 1 = е{/з-б/<Рт5 1э.о 'э.о

В транзисторе всегда выполняется равенство а / / к о = ад?1Э0. С уче­ том адг « 1 получим

Л^э-б/фт _ Iэ

1Э.О

Проанализировав формулу (2.12), построим выходные характеристи­ ки. Для удобства построения ВАХ преобразуем эту формулу: выведем из

Поскольку тепловой ток /«.О зависит от температуры, то и ВАХ тоже зависит от температуры: с увеличением температуры при одном и том же токе эмиттера выходные ВАХ смещаются вверх на величину

А/к о = 1к.о(0 ” ^к.о9а входная ВАХ с учетом того, что ^Уэ —б "Фт

'э.о

смещается влево (уменьшение t/3_ 5 на рис. 2.35 показано пунктиром).

Статические ВАХ для схемы с ОЭ отличаются от статических ВАХ для схемы с ОБ: в схеме с ОЭ напряжение питания прикладывается к двум

больше, чем больше ток эмиттера. Следовательно, режим насыщения в схеме с ОЭ происходит при отрицательном напряжении UK_ э и выходные

ВАХ расположены в первом квадранте координат / к , UK_ 3 . Для их по­

г* - дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме с О Э,гкФ= гк( 1 - а ) = ^ .

Анализируя формулу (2.16), можно сделать вызод, что тепловой ток в схеме с ОЭ /* 0 значительно больше, чем в схеме с ОБ, а следовательно, выходные ВАХ значительно чувствительней к изменению температуры.

Дифференциальное сопротивление значительно меньше, чем в схеме с

ОБ, а следовательно, ток коллектора в большей степени зависит от изме­ нения f/K_ э . Объясняется это тем, что часть напряжения UK_ э приклады­ вается к эмитгерному переходу, смещая его в прямой полярности.

Внешний вид этих ВАХ пред­ ставлен на рис. 2.39. Все семейство ВАХ на начальном участке практиче­ ски сливается в одну линию, которая носит название линии насыщения. Область, расположенная между лини­ ей насыщения и осью /ю называется областью насыщения. Активный (уси­ лительный) режим ВАХ расположен правее линии насыщения, в области пологой части выходных характери­ стик. Поскольку к переходу база - эмиттер, как и в схеме с ОБ, прило­

жено прямое напряжение, то входная ВАХ в схеме с ОЭ при UK_ э = 0 бу­ дет иметь такой же внешний вид, как и в схеме с ОБ, однако количествен­ но она будет сильно отличаться, поскольку ток базы в (р + 1 ) меньше тока эмиттера.

Если UK_ э ф 0, то входная ВАХ сместится вниз, так как при Щ _э = О через базу будет протекать обратный ток / Л 0 (рис. 2.40). Графическое изо­ бражение входных ВАХ показано на рис. 2.41.

Поскольку схема с ОК в статическом режиме (R3 = 0) ничем не отли­ чается от схемы с ОЭ, то и ВАХ такие же, как и в схеме с ОЭ.

2.2.6. Эквивалентная схема замещения транзистора

Для усилительного режима, когда С/э _ б > 0, a UK_ б < 0, схема заме­ щения транзистора (см. рис. 2.34) выглядит так, как показано на рис. 2.42. Такая схема удобна для расчета усилителя, когда на вход приходят боль­ шие сигналы (например элек­ тронный ключ). В усилителях

Д£/э -биА£ Ас-б изменяются незначительно, и в этом слу­

dl.

‘э точке покоя. При таких изменениях можно считать,

что А/ко = 0. Следовательно, для малосигнальных параметров схему можно линеаризировать, т.е. использовать схему замещения транзистора для малых сигналов (рис. 2.43). В эту схему включено дифференциальное

также барьерная емкость Ск коллекторного перехода и диффузионная ем­ кость Сэ эмиттерного перехода. В этом случае схема замещения выглядит так, как показано на рис. 2.43.

В схеме замещения а - коэффициент передачи т(Л& эмиттера,

а; гэ - дифференциальное сопротивление эмитгерного пе*

лекторного перехода, учитывающее модуляцию базы, гк = dU.

d/„ / 3=const

Рз _ к - коэффициент внутренней обратной связи по напряжению, учиты-

тивление базы, зависит от геометрии базы и при расчетах принимается

генераторы тока и ЭДС.

Малосигнальная схема замещения для схемы с общим эмиттером представлена на рис. 2.44. В этой схеме замещения Гб, гэ и Сэ имеют те же

гк