Схема с общим эмиттером – схемы включения. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером

Содержание

схемы включения. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером

Одним из типов трехэлектродных полупроводниковых приборов являются биполярные транзисторы. Схемы включения зависят от того, какая у них проводимость (дырочная или электронная) и выполняемые функции.

Классификация

Транзисторы разделяют на группы:

  1. По материалам: чаще всего используются арсенид галлия и кремний.
  2. По частоте сигнала: низкая (до 3 МГц), средняя (до 30 МГц), высокая (до 300 МГц), сверхвысокая (выше 300 МГц).
  3. По максимальной мощности рассеивания: до 0,3 Вт, до 3 Вт, более 3 Вт.
  4. По типу устройства: три соединенных слоя полупроводника с поочередным изменением прямого и обратного способов примесной проводимости.

Как работают транзисторы?

Наружные и внутренний слои транзистора соединены с подводящими электродами, называемыми соответственно эмиттером, коллектором и базой.

Эмиттер и коллектор не отличаются друг от друга типами проводимости, но степень легирования примесями у последнего значительно ниже. За счет этого обеспечивается увеличение допустимого выходного напряжения.

База, являющаяся средним слоем, обладает большим сопротивлением, поскольку сделана из полупроводника со слабым легированием. Она имеет значительную площадь контакта с коллектором, что улучшает отвод тепла, выделяющегося из-за обратного смещения перехода, а также облегчает прохождение неосновных носителей – электронов. Несмотря на то что переходные слои основаны на одном принципе, транзистор является несимметричным устройством. При перемене мест крайних слоев с одинаковой проводимостью невозможно получить аналогичные параметры полупроводникового устройства.

Схемы включения биполярных транзисторов способны поддерживать его в двух состояниях: он может быть открытым или закрытым. В активном режиме, когда транзистор открыт, эмиттерное смещение перехода сделано в прямом направлении. Чтобы наглядно это рассмотреть, например, на полупроводниковом триоде типа n-p-n, на него следует подать напряжение от источников, как изображено на рисунке ниже.

Граница на втором коллекторном переходе при этом закрыта, и через нее ток протекать не должен. Но на практике происходит обратное из-за близкого расположения переходов друг к другу и их взаимного влияния. Поскольку к эмиттеру подключен «минус» батареи, открытый переход позволяет электронам поступать в зону базы, где происходит их частичная рекомбинация с дырками – основными носителями. Образуется базовый ток Iб. Чем он сильней, тем пропорционально больше ток на выходе. На этом принципе работают усилители на биполярных транзисторах.

Через базу происходит исключительно диффузионное перемещение электронов, поскольку там нет действия электрического поля. Благодаря незначительной толщине слоя (микроны) и большой величине градиента концентрации отрицательно заряженных частиц, почти все из них попадают в область коллектора, хотя сопротивление базы достаточно велико. Там их втягивает электрическое поле перехода, способствующее их активному переносу. Коллекторный и эмиттерный токи практически равны между собой, если пренебречь незначительной потерей зарядов, вызванных рекомбинацией в базе: Iэ = Iб + Iк.

Параметры транзисторов

  1. Коэффициенты усиления по напряжению Uэк/Uбэ и току: β = Iк/Iб (фактические значения). Обычно коэффициент β не превышает значения 300, но может достигать величины 800 и выше.
  2. Входное сопротивление.
  3. Частотная характеристика – работоспособность транзистора до заданной частоты, при превышении которой переходные процессы в нем не успевают за изменениями подаваемого сигнала.

Биполярный транзистор: схемы включения, режимы работы

Режимы работы отличаются в зависимости от того, как собрана схема. Сигнал должен подаваться и сниматься в двух точках для каждого случая, а в наличии имеются только три вывода. Отсюда следует, что один электрод должен одновременно принадлежать входу и выходу. Так включаются любые биполярные транзисторы. Схемы включения: ОБ, ОЭ и ОК.

1. Схема с ОК

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором: сигнал поступает на резистор RL, который входит также в коллекторную цепь. Такое подключение называют схемой с общим коллектором.

Этот вариант создает только усиление по току. Преимущество эмиттерного повторителя состоит в создании большого сопротивления входа (10-500 кОм), что позволяет удобно согласовывать каскады.

2. Схема с ОБ

Схема включения биполярного транзистора с общей базой: входящий сигнал поступает через С1, а после усиления снимается в выходной коллекторной цепи, где электрод базы является общим. В таком случае создается усиление по напряжению аналогично работе с ОЭ.

Недостатком является небольшое сопротивление входа (30-100 Ом), и схема с ОБ применяется как генератор колебаний.

3. Схема с ОЭ

Во многих вариантах, когда применяются биполярные транзисторы, схемы включения преимущественно делаются с общим эмиттером. Питающее напряжение подается через нагрузочный резистор RL, а к эмиттеру подключается отрицательный полюс внешнего питания.

Переменный сигнал со входа поступает на электроды эмиттера и базы (Vin), а в коллекторной цепи он становится уже больше по величине (VCE). Основные элементы схемы: транзистор, резистор RL и цепь выхода усилителя с внешним питанием. Вспомогательные: конденсатор С1, препятствующий прохождению постоянного тока в цепь подаваемого входного сигнала, и резистор R1, через который транзистор открывается.

В коллекторной цепи напряжения на выходе транзистора и на резисторе RL вместе равны величине ЭДС: VCC = ICRL + VCE.

Таким образом, небольшим сигналом Vin на входе задается закон изменения постоянного напряжения питания в переменное на выходе управляемого транзисторного преобразователя. Схема обеспечивает возрастание входного тока в 20-100 раз, а напряжения — в 10-200 раз. Соответственно, мощность также повышается.

Недостаток схемы: небольшое сопротивление входа (500-1000 Ом). По этой причине появляются проблемы в формировании каскадов усиления. Выходное сопротивление составляет 2-20 кОм.

Приведенные схемы демонстрируют, как работает биполярный транзистор. Если не принять дополнительных мер, на их работоспособность будут сильно влиять внешние воздействия, например перегрев и частота сигнала. Также заземление эмиттера создает нелинейные искажения на выходе. Чтобы повысить надежность работы, в схеме подключают обратные связи, фильтры и т. п. При этом коэффициент усиления снижается, но устройство становится более работоспособным.

Режимы работы

На функции транзистора влияет значение подключаемого напряжения. Все режимы работы можно показать, если применяется представленная ранее схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.

1. Режим отсечки

Данный режим создается, когда значение напряжения VБЭ снижается до 0,7 В. При этом эмиттерный переход закрывается, и коллекторный ток отсутствует, поскольку нет свободных электронов в базе. Таким образом, транзистор заперт.

2. Активный режим

Если на базу подать напряжение, достаточное, чтобы открыть транзистор, появляется небольшой входной ток и повышенный на выходе, в зависимости от величины коэффициента усиления. Тогда транзистор будет работать как усилитель.

3. Режим насыщения

Режим отличается от активного тем, что транзистор полностью открывается, и ток коллектора достигает максимально возможного значения. Его увеличения можно достигнуть только за счет изменения прикладываемой ЭДС или нагрузки в цепи выхода. При изменении базового тока коллекторный не меняется. Режим насыщения характеризуется тем, что транзистор предельно открыт, и здесь он служит переключателем во включенном состоянии. Схемы включения биполярных транзисторов при объединении режимов отсечки и насыщения позволяют создавать с их помощью электронные ключи.

Все режимы работы зависят от характера выходных характеристик, изображенных на графике.

Их можно наглядно продемонстрировать, если будет собрана схема включения биполярного транзистора с ОЭ.

Если отложить на осях ординат и абсцисс отрезки, соответствующие максимально возможному коллекторному току и величине напряжения питания VCC, а затем соединить их концы между собой, получится линия нагрузки (красного цвета). Она описывается выражением: IC = (VCC — VCE)/RC. Из рисунка следует, что рабочая точка, определяющая ток коллектора IC и напряжение VCE, будет смещаться по нагрузочной линии снизу вверх при увеличении тока базы IВ.

Зона между осью VCE и первой характеристикой выхода (заштрихована), где IВ = 0, характеризует режим отсечки. При этом обратный ток IC ничтожно мал, а транзистор закрыт.

Самая верхняя характеристика в точке А пересекается с прямой нагрузки, после которой при дальнейшем увеличении IВ коллекторный ток уже не изменяется. Зоной насыщения на графике является заштрихованная область между осью IC и самой крутой характеристикой.

Как ведет себя транзистор в разных режимах?

Транзистор работает с переменными или постоянными сигналами, поступающими во входную цепь.

Биполярный транзистор: схемы включения, усилитель

Большей частью транзистор служит в качестве усилителя. Переменный сигнал на входе приводит к изменению его выходного тока. Здесь можно применить схемы с ОК или с ОЭ. В выходной цепи для сигнала требуется нагрузка. Обычно используют резистор, установленный в выходной коллекторной цепи. Если его правильно выбрать, величина выходного напряжения будет значительно выше, чем входного.

Работу усилителя хорошо видно на временных диаграммах.

Когда преобразуются импульсные сигналы, режим остается тем же, что и для синусоидальных. Качество преобразования их гармонических составляющих определяется частотными характеристиками транзисторов.

Работа в режиме переключения

Транзисторные ключи предназначены для бесконтактной коммутации соединений в электрических цепях. Принцип заключается в ступенчатом изменении сопротивления транзистора. Биполярный тип вполне подходит под требования ключевого устройства.

Заключение

Полупроводниковые элементы используются в схемах преобразования электрических сигналов. Универсальные возможности и большая классификация позволяют широко применять биполярные транзисторы. Схемы включения определяют их функции и режимы работы. Многое также зависит от характеристик.

Основные схемы включения биполярных транзисторов усиливают, генерируют и преобразуют входные сигналы, а также переключают электрические цепи.

fb.ru

Лекция 12 микроэлектроника

6.2 Включение
транзистора по схеме с общим эмиттером

Схема
включения биполярного транзистора с
общим эмиттером приведена на рис. 6.13:

Лучше
с землей и двумя источниками

Рис.
6.13. Схема включения транзистора с
общим эмиттером

В
транзисторе, включенном по схеме с общим
эмиттером, имеет место усиление не
только по напряжению, но и по току.
Входными параметрами для схемы с общим
эмиттером будут ток базы IБ,
и напряжение на базе относительно
эмиттера UБЭ,
а выходными характеристиками будут ток
коллектора IК
и напряжение на коллекторе UКЭ.
Для любых напряжений:

Отличительной
особенностью режима работы с ОЭ является
одинаковая полярность напряжения
смещения на входе (базе) и выходе
(коллекторе): отрицательный потенциал
в случае pnp-транзистора
и положительный в случае npn-транзистора.
При этом переход база-эмиттер смещается
в прямом направлении, а переход
база-коллектор – в обратном.

Ранее при анализе
биполярного транзистора в схеме с общей
базой была получена связь между током
коллектора и током эмиттера в следующем
виде:.
В схеме с общим эмиттером дляpnp-транзистора
(в соответствии с первым законом Кирхгофа)
(6.1):
,
отсюда получим:

.

(6.36)

После перегруппирования
сомножителей получаем:

.

(6.37)

Коэффициент
α/(1-α)
называется коэффициентом
усиления по току биполярного транзистора
в схеме с общим эмиттером
.
Обозначим этот коэффициент знаком β,
итак:

.

(6.38)

Коэффициент
передачи
тока для транзистора, включенного по
схеме с общим эмиттером β
показывает, во сколько раз изменяется
ток коллектора IК
при изменении тока базы IБ.
Поскольку величина коэффициента передачи
α
близка к единице (α<1),
то из уравнения (6.38) следует, что
коэффициент усиления β
будет существенно больше единицы (β>>1).
При значениях коэффициента передачи
α=0,98÷0,99
коэффициент усиления тока базы будет
лежать в диапазоне β=50÷100.

6.2.1 Статические
вольт-амперные характеристики транзистора,
включенные по схеме с общим эмиттером

Рассмотрим ВАХ
pnp-транзистора
в режиме ОЭ (рис. 6.13, 6.14).

Рис.
6.13. Выходные
ВАХ ОЭ

Рис.
6.14. Входные ВАХ ОЭ

Входные ВАХ.

Рекомбинационный
ток базы составляет часть тока эмиттера:

(6.36)

При UКЭ=0
.
Сувеличением
напряжения UБЭ
концентрация
на переходе ЭБ растет(рис. 6.15,а),
градиент концентрации инжектированных
дырок растет, диффузионный ток дырок,
как и в прямо смещенном pn-переходе,
растет экспоненциально (т. А) и отличается
от тока эмиттера только масштабом
(6.36).

При обратных
напряжениях на коллекторе и фиксированном
напряжении на ЭП |UБЭ|
(рис. 6.15,б) постоянной будет и концентрация
дырок в базе вблизи эмиттера. Увеличение
напряжения UКЭ
будет сопровождаться расширением ОПЗ
коллекторного перехода и уменьшением
ширины базы (эффект Эрли) и, следовательно,
уменьшением общего количества дырок,
находящихся в базе.

а

б

UКЭ=const,UБЭ
переменное

UБЭ=const,UКЭ
переменное

Рис.
6.15 Распределение неосновных носителей
в базе pnp-транзистора
при включении в схеме с ОЭ

При этом градиент
концентрации дырок в базе будут расти,
что приводит к дальнейшему уменьшению
их концентрации. Поэтому число рекомбинаций
электронов и дырок в базе в единицу
времени уменьшается (возрастает
коэффициент переноса
).
Так как электроны для рекомбинации
приходят через базовый вывод, ток базы
уменьшается и входные
ВАХ смещаются вниз
.

При UБЭ=0
и отрицательном напряжении на коллекторе
(Uкб<<0)
ток через эмиттерный переход равен
нулю, в базе транзистора концентрация
дырок меньше равновесной, так как у КП
эта концентрация равна нулю, а у ЭП ее
величина определяется равновесным
значением. Через коллекторный переход
протекает ток экстрагированных из
коллектора дырок IКЭ0.

В базе, как и в
pn-переходе
при обратном смещении, процесс тепловой
генерации будет преобладать над процессом
рекомбинации. Генерированные электроны
уходят из базы через базовый вывод, что
означает наличие электрического тока,
направленного в базу транзистора (т.
В). Это –
режим отсечки,
он характеризуется сменой направления
тока базы.

Выходные ВАХ.

В активном
режиме
(|UКЭ|>|UБЭ|>0)
поток инжектированных эмиттером дырок
p
экстрагируется коллекторным переходом
также, как и в режиме ОБ, с коэффициентом
.
Часть дырок(1-α)
p
рекомбинирует в базе в электронами,
поступающими из омического контакта
базы.

При увеличении
тока базы отрицательный заряд электронов
уменьшает потенциальный барьер
эмиттерного перехода, вызывая
дополнительную инжекцию дырок в базе.

Проанализируем,
почему малые изменения тока базы IБ
вызывают значительные изменения
коллекторного тока IК.
Значение коэффициента β,
существенно большее единицы, означает,
что коэффициент передачи α
близок к единице. В этом случае коллекторный
ток близок к эмиттерному току, а ток
базы (по физической природе рекомбинационный)
существенно меньше и коллекторного и
эмиттерного тока. При значении коэффициента
α
= 0,99 из 100 дырок, инжектированных через
эмиттерный переход, 99 экстрагируются
через коллекторный переход, и лишь одна
прорекомбинирует с электронами в базе
и даст вклад в базовый ток.

Увеличение
базового тока в два раза (должны
прорекомбинировать две дырки) вызовет
в два раза большую инжекцию через
эмиттерный переход (должно инжектироваться
200 дырок) и соответственно экстракцию
через коллекторный (экстрагируется 198
дырок). Таким образом, малое изменение
базового тока, например, с 5 до 10 мкА,
вызывает большие изменения коллекторного
тока, соответственно с 500 мкА до 1000 мкА.
Ток базы стократно вызывает увеличение
тока коллектора.

По
аналогии с (6.34)
можно записать:

(6.37)

Учитывая
(6.1):
,
получим:

Учитывая, что

где
— сквозной тепловой ток отдельно взятого
коллекторногоpn-перехода
в режиме оторванной базы (при
,
т. С, режим отсечки).
За счет прямого смещения базового
перехода (рис. 6.16) ток
много больше теплового тока коллектора
Iк0.

Рис.
6.16 UБЭ=const,UКЭ
переменное

В режиме насыщения
база должна
быть обогащена неосновными носителями.
Критерием этого режима является
равновесная концентрация носителей на
КП (UКБ=0).
В силу уравнения UКЭ=UКБ+UБЭ,
равенство напряжения на коллекторном
переходе нулю может иметь место при
небольших отрицательных напряжениях
между базой и эмиттером. При UКЭ0
иUБЭ<0,
оба перехода смещаются в прямом
направлении, их сопротивление падает.
При
малых напряжениях на коллекторе (UКЭ<UБЭ)
UКБ
меняет
свой знак, сопротивление коллекторного
перехода резко уменьшается, коллектор
начинает инжектировать дырки в базу.
Поток дырок из коллектора компенсирует
поток дырок из эмиттера. Ток коллектора
меняет свой знак (на выходных ВАХ эта
область обычно не показывается).

При больших
напряжениях на коллекторе возможен
пробой коллекторного перехода за счет
лавинного умножения носителей в ОПЗ
(т. D).
Напряжение пробоя зависит от степени
легирования областей транзистора. В
транзисторах с очень тонкой базой
возможно расширение ОПЗ на всю базовую
область (происходит прокол базы).

Сравнивая выходные
ВАХ транзистора, включенного по схеме
с ОЭ и ОБ (рис.
6.17), можно
заметить две наиболее существенные
особенности: во-первых, характеристики
в схеме с ОЭ имеют больший наклон,
свидетельствующий об уменьшении
выходного сопротивления транзистора
и, во-вторых, переход в режим насыщения
наблюдается при отрицательных напряжениях
на коллекторе.

Рост тока коллектора
с увеличением UКЭ
определяется
уменьшением ширины базы. Коэффициенты
переноса æ
и передачи
тока эмиттера α
растут, но коэффициент передачи тока
базы в схеме с ОЭ
растет
быстрееα.
Поэтому при постоянном токе базы ток
коллектора увеличивается сильнее, чем
в схеме с ОБ.

Рис.
6.23 Выходные
характеристики pnp-транзистора

а
– в схеме с ОБ, б – в схеме с ОЭ

6.3 Включение
транзистора по схеме с общим коллектором

Если входная и
выходная цепи имеют общим электродом
коллектор (ОК) и выходным током является
ток эмиттера, а входным ток базы, то для
коэффициента передачи тока справедливо:

(6.42)

Вв таком включении
коэффициент передачи тока несколько
выше, чем во включении ОЭ, а коэффициент
усиления по напряжению незначительно
меньше единицы, так как разность
потенциалов между базой и эмиттером
практически не зависит от тока базы.
Потенциал эмиттера практически повторяет
потенциал базы, поэтому каскад, построенный
на основе транзистора с ОК, называют
эмиттерным
повторителем
.
Однако этот тип включения используется
сравнительно редко.

Сопоставляя
полученные результаты, можно сделать
выводы:

  1. Схема с ОЭ обладает
    высоким усилением как по напряжению,
    так и по току, У нее самое большое
    усиление по мощности. Отметим, что схема
    изменяет фазу выходного напряжения на
    180.
    Это самая распространенная усилительная
    схема.

  2. Схема с ОБ усиливает
    напряжение (примерно, как и схема с ОЭ),
    но не усиливает ток. Фаза выходного
    напряжения по отношению к входному не
    меняется. Схема находит применение в
    усилителях высоких и сверхвысоких
    частот.

  3. Схема с ОК
    (эмиттерный повторитель) не усиливает
    напряжение, но усиливает ток. Основное
    применение данной схемы — согласование
    сопротивлений источника сигнала и
    низкоомной нагрузки.

studfiles.net

Расчет усилителя с общим эмиттером

В прошлой статье мы с вами говорили о самой простой схеме смещения транзистора. Эта схема (рисунок ниже) зависит от коэффициента бета, а он в свою очередь зависит от температуры, что не есть гуд. В результате на выходе схемы могут появиться искажения усиливаемого сигнала.

Чтобы такого не произошло, в эту схему добавляют еще парочку резисторов и в результате получается схема с 4-мя резисторами:

Резистор между базой и эмиттером назовем Rбэ , а резистор, соединенный с эмиттером, назовем Rэ. Теперь, конечно же, главный вопрос: «Зачем они нужны в схеме?»

Начнем, пожалуй, с Rэ.

Как вы помните, в предыдущей схеме его не было. Итак, давайте предположим, что по цепи +Uпит—->Rк ——> коллектор—> эмиттер—>Rэ —-> земля бежит электрический ток, с силой в несколько миллиАмпер (если не учитывать крохотный ток базы, так как Iэ = Iк + Iб ) Грубо говоря, у нас получается вот такая цепь:

Следовательно, на каждом резисторе у нас будет падать какое-то напряжение. Его величина  будет зависеть от силы тока в цепи, а также от номинала самого резистора.

Чуток упростим схемку:

Rкэ  — это сопротивление перехода коллектор-эмиттер. Как вы знаете, оно в основном зависит от базового тока.

В результате, у нас получается простой делитель напряжения, где

Мы видим, что  на эмиттере уже НЕ БУДЕТ напряжения в ноль Вольт, как это было в прошлой схеме. Напряжение на эмиттере уже будет  равняться падению напряжения на резисторе Rэ .

А чему равняется падение напряжения на Rэ ? Вспоминаем закон Ома и высчитываем:

Как мы видим из формулы, напряжение на эмиттере будет равняться произведению силы тока в цепи на номинал сопротивления резистора Rэ . С этим вроде как разобрались. Для чего вся эта канитель, мы разберем чуть ниже.

Какую же функцию выполняют резисторы Rб и Rбэ ?

Именно эти два резистора представляют из себя опять же простой делитель напряжения. Они задают определенное напряжение на базу, которое будет меняться, если только поменяется +Uпит, что бывает крайне редко.  В остальных случаях напряжение на базе будет стоять мертво.

Вернемся к Rэ .

Оказывается, он выполняет самую главную роль в этой схеме.

Предположим, у нас из-за нагрева транзистора начинает увеличиваться ток в этой цепи.

Теперь разберем поэтапно, что происходит после этого.

а) если увеличивается ток в этой цепи, то следовательно увеличивается и падение напряжения на резисторе Rэ .

б) падение напряжения на резисторе Rэ  — это и есть напряжение на эмиттере Uэ.  Следовательно, из-за увеличения силы тока в цепи Uэ стало чуток больше.

в) на базе у нас фиксированное напряжение Uб , образованное делителем из резисторов Rб  и Rбэ

г) напряжение между базой эмиттером высчитывается по формуле Uбэ = Uб — Uэ . Следовательно, Uбэ станет меньше, так как Uэ увеличилось из-за увеличенной силы тока, которая увеличилась из-за нагрева транзистора.

д) Раз Uбэ уменьшилось, значит и сила тока Iб , проходящая через базу-эмиттер  тоже уменьшилась. 

е) Выводим из формулы ниже Iк

Iк =β х Iб

Следовательно, при уменьшении базового тока, уменьшается и коллекторный ток 😉 Режим работы схемы приходит в изначальное состояние. В результате схема у нас получилась с отрицательной обратной связью, в роли которой выступил резистор Rэ . Забегая вперед, скажу, что Отрицательная Обратная Связь (ООС) стабилизирует схему, а положительная наоборот приводит к полному хаосу, но тоже иногда используется в электронике.

Ладно, ближе к делу. Наше техническое задание звучит так:

Рассчитать каскад на биполярном транзисторе КТ315Б с коэффициентом усиления равным KU =10Uпит = 12 Вольт.

1) Первым делом находим из даташита  максимально допустимую рассеиваемую мощность, которую транзистор может рассеять на себе в окружающую среду. Для моего транзистора это значение равняется 150 миллиВатт.  Мы не будем выжимать из нашего транзистора все соки, поэтому уменьшим нашу рассеиваемую мощность, умножив на коэффициент 0,8:

Pрас = 150х0,8=120 миллиВатт.

2) Определим напряжение на Uкэ . Оно должно равняться половине напряжения Uпит.

Uкэ = Uпит / 2 = 12/2=6 Вольт.

3) Определяем ток коллектора:

Iк = Pрас / Uкэ  = 120×10-3 / 6 = 20 миллиАмпер.

4) Так как половина напряжения упала на коллекторе-эмиттере Uкэ , то еще половина должна упасть на резисторах. В нашем случае 6 Вольт падают на резисторах Rк  и Rэ . То есть получаем:

Rк + Rэ  = (Uпит / 2) / Iк = 6 / 20х10-3 = 300 Ом.

Rк + Rэ  = 300, а Rк =10Rэ  , так как KU = Rк / Rэ , а мы взяли KU =10 ,

то составляем небольшое уравнение:

10Rэ + Rэ = 300

11Rэ = 300

Rэ = 300 / 11 = 27 Ом

Rк = 27х10=270 Ом

5) Определим ток базы Iбазы из формулы:

Коэффициент бета мы замеряли в прошлом примере. Он у нас получился около 140.

Значит,

Iб = Iк  / β = 20х10-3 /140 = 0,14 миллиАмпер

6) Ток делителя напряжения Iдел , образованный резисторами Rб  и Rбэ , в основном выбирают так, чтобы он был в 10 раз больше, чем базовый ток Iб :

Iдел = 10Iб = 10х0,14=1,4 миллиАмпер.

7) Находим напряжение на эмиттере по формуле:

Uэ= Iк Rэ= 20х10-3 х 27 = 0,54 Вольта

8) Определяем напряжение на базе:

Uб =  Uбэ + Uэ

Давайте возьмем среднее значение падения напряжения на базе-эмиттер Uбэ = 0,66 Вольт. Как вы помните — это падение напряжения на P-N переходе.

Следовательно, Uб =0,66 + 0,54 = 1,2 Вольта. Именно такое напряжение будет теперь находиться у нас на базе.

9) Ну а теперь, зная напряжение на базе (оно равняется 1,2 Вольта), мы можем рассчитать номинал самих резисторов.

Для удобства расчетов прилагаю кусочек схемы каскада:

Итак, отсюда нам надо найти номиналы резисторов. Из формулы закона Ома высчитываем значение каждого резистора.

Для удобства пусть у нас падение напряжения на Rб называется U1 , а падение напряжения на Rбэ будет U2 .

Используя закон Ома, находим значение сопротивлений каждого резистора.

Rб = U1 / Iдел = 10,8  / 1,4х10-3 = 7,7 КилоОм. Берем из ближайшего ряда 8,2 КилоОма

Rбэ = U2 / Iдел = 1,2 / 1,4х10-3 = 860 Ом. Берем из ряда 820 Ом.

В результате у нас будут вот такие номиналы на схеме:

Одной теорией и расчетами сыт не будешь, поэтому собираем схему в реале и проверяем ее в деле. У меня получилась вот такая схемка:

Итак, беру свой цифровой осциллограф и цепляюсь щупами на вход и выход схемы. Красная осциллограмма — это входной сигнал, желтая осциллограмма — это выходной усиленный сигнал.

Первым делом подаю синусоидальный сигнал с помощью своего китайского генератора частоты:

Как вы видите, сигнал усилился почти в 10 раз, как и предполагалось, так как наш коэффициент усиления был равен 10.  Как я уже говорил, усиленный сигнал по схеме с ОЭ находится в противофазе, то есть сдвинут на 180 градусов.

Давайте подадим еще треугольный сигнал:

Вроде бы гуд. Если присмотреться, то есть небольшие искажения. Дешевый китайский генератор частоты дает о себе знать).

Если вспомнить осциллограмму схемы с двумя резисторами

то можно увидеть существенную разницу в усилении треугольного сигнала

Что же можно еще сказать о схеме усилителя с ОЭ и с 4-мя резисторами?

Выходное сопротивление такой схемы в основном определяется номиналом резистора Rк . В данном случае это 270 Ом. Входное сопротивление Rвх примерно равняется: Rвх = Rэβ. В данном случае Rвх = 27х140=3780 Ом.

Схема с ОЭ во времена пика популярности биполярных транзисторов использовалась как самая ходовая. И этому есть свое объяснение:

Во-первых, эта схема усиливает как по току, так и по напряжению, а следовательно и по мощности, так как P=UI.

Во-вторых, ее входное сопротивление намного больше, чем выходное, что делает эту схему отличной малопотребляемой нагрузкой и отличным источником сигнала для следующих за ней нагрузок.

Ну а теперь немного минусов:

1) схема потребляет небольшой ток, пока находится в режиме ожидания. Это значит, питать ее долго от батареек не имеет смысла.

2) она уже морально устарела в наш век микроэлектроники. Для того, чтобы собрать усилитель, проще купить готовую микросхему и сделать на ее базе мощный и простой усилок.

 Продолжение——-> 

<——-Предыдущая статья

www.ruselectronic.com

Схема включения с общим эмиттером — Мегаобучалка

Введение

Современную жизнь трудно представить без хорошо развитой электроники.

Но современная аппаратура обеспечивается совокупностью электротехнических и электронных устройств различной сложности, состоящих из элементов, к которым приложены электрические напряжения или протекают электрические токи. Сколь угодно сложные электронные устройства, в конечном счете, состоят из разнообразных электронных приборов, обладающих вполне определенными свойствами. Таким образом, чтобы разрабатывать, изготавливать или эксплуатировать различную аппаратуру , следует, прежде всего, знать процессы, происходящие в электронных приборах при различных условиях, а также законы, которым подчиняются эти процессы, т.е. освоить основы электроники.

Транзистор представляет собой управляемый прибор, его коллекторный ток зависит от тока эмиттера, который в свою очередь можно изменять напряжением эмиттер – база, UЭБ. Поскольку напряжение в цепи коллектора, включенного в обратном направлении, значительно больше, чем в цепи эмиттера, включенного в прямом направлении, а токи в этих цепях практически равны, мощность, создаваемая переменной составляющей коллекторного тока в нагрузке, включенной в цепи коллектора, может быть значительно больше мощности, затрачиваемой на управление тока в цепи эмиттера, т. е. транзистор обладает усилительным эффектом.

Для усиления электрических сигналов применяются схемы с общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ). Работу биполярного транзистора по схеме с ОЭ определяют статические входные и выходные характеристики.

 

При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°. Усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.

Биполярные транзисторы управляются током. В схеме с ОЭ — током базы. Напряжение на переходе база-эмиттер при этом остаётся почти постоянным и зависит от материала полупроводника, для германия около 0,2 В, для кремния около 0,7 В, но на сам каскад подаётся управляющее напряжение. Ток базы, коллектора и эмиттера и другие токи и напряжения в каскаде можно вычислить по закону Ома и правилам Кирхгофа для разветвлённой многоконтурной цепи.

 

 

Режимы работы биполярного транзистора

 

Транзистором называют электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, пригодный для усиления мощности электрических сигналов и имеющий три или более выводов. По принципу действия транзисторы бывают биполярные и полевые.

Биполярный транзистор содержит три полупроводниковые области с чередующимися типами проводимости n-p-n или p-n-p, которые называют соответственно эмиттером, базой и коллектором.

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт) UЭБ>0;UКБ<0;

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).

Режим отсечки

В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты).

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор.

В таком включении транзистор представляет из себя диод, включенный последовательно с резистором.

Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, неразборчивостью к параметрам транзисторов.

Эмиттерный повторитель — частный случай повторителей напряжения на основе биполярного транзистора. Характеризуется высоким усилением по току и коэффициентом передачи по напряжению, близким к единице. При этом входное сопротивление относительно велико (однако оно меньше, чем входное сопротивление истокового повторителя), а выходное — мало.

В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором (ОК). То есть напряжение питания подаётся на коллектор, входной сигнал подаётся на базу, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100 % отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. Следует также отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Такая схема включения используется для построения входных усилителей, в случае если выходное сопротивление источника велико, и как буферный усилитель, а также в качестве выходных каскадов усилителей мощности.

 

Схемы включения

 

Схема включения с общим эмиттером

 

 

Iвых = Iк

Iвх = Iб

Uвх = Uбэ

Uвых = Uкэ

 

· Коэффициент усиления по току:

 

Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]

 

· Входное сопротивление:

 

Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб

 

Достоинства:

· Большой коэффициент усиления по току

· Большой коэффициент усиления по напряжению

· Наибольшее усиление мощности

· Можно обойтись одним источником питания

· Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

· Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

megaobuchalka.ru

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 R1R2, 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 / (R1R2) через цепь смещения R1R2 связано с потреблением дополнительной мощности от источни­ка питания. Для уменьшения тока покоя применяются высокоомные резисторы R1R2. 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 npn-транзистора.

 

Рис. 22.2. Базовое смещение pnp-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 R1R2 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= VbVe. Изменение потенциалов базы или эмиттера приводит к изменению тока транзистора. В рассматриваемой транзисторной схемеэмиттер имеет потенциал шасси, следовательно, изменяться может толь­ко потенциал базы. 

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 Vbотносительно потенциала эмиттера сопровожда­ется уменьшением величины VBEи, 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 VCEесть разность потенциалов между коллектором и шасси. Как видно из схемы,

где VCC — напряжение источника питания, следовательно, VCE= VCCVR3. 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 называе­мыйобратным 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 коэффици­ентомусиления 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= VbVe, 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                                                                      Рис. 22.6

общим эмиттером на прп-транзисторе с

помощью резистора R4 в цепи эмиттера.

В этом видео рассказывается о схеме включения транзистора с общим эмиттером:

Добавить комментарий

radiolubitel.net

Простейшие способы установки рабочей точки в схеме с общим эмиттером (ОЭ)

 

На рис. 3.3 приведена упрощенная схема включения биполярного транзистора \(n\)-\(p\)-\(n\)-типа с ОЭ, а на рис. 3.4 — семейства типичных статических характеристик этой схемы.

 


Рис. 3.3. Упрощенная схема включения биполярного транзистора n-p-n-типа с ОЭ

 


Рис. 3.4. Статические характеристики схемы с ОЭ

 

 

Внимательное рассмотрение этих характеристик позволяет сделать ряд полезных заключений о работе транзистора в анализируемой схеме. Естественно, рассматривать следует те участки характеристик, которые соответствуют активному режиму работы транзистора.

Во-первых, из входных характеристик (рис. 3.4,а) видно, что при достижении током базы \({I_Б}_0\) определенного уровня он практически перестает влиять на напряжение \({U_{БЭ}}_0\), а вот незначительное изменение этого напряжения может приводить к существенным колебаниям тока \({I_Б}_0\). Выходные характеристики (рис. 3.4,б) и характеристики передачи (рис. 3.4,в) позволяют сделать следующие заключения. Ток базы в активном режиме оказывает большое влияние на ток коллектора \({I_К}_0\) (естественно, и на ток эмиттера \({I_Э}_0\), поскольку \(I_Э \approx I_К\)), а тот одновременно незначительно зависит от колебаний напряжения \({U_{КЭ}}_0\).

Итоговый вывод следующий: при включении по схеме с ОЭ на положение рабочей точки биполярного транзистора (т.е. на ток коллектора \({I_К}_0\)), находящегося в режиме линейного усиления (активный режим), наибольшее влияние оказывает ток базы \({I_Б}_0\), который, в свою очередь, может сильно колебаться под воздействием изменений напряжения \({U_{БЭ}}_0\). Токи коллектора \({I_К}_0\) и эмиттера \({I_Э}_0\) практически полностью определяются током базы транзистора. Напряжение \(U_{{КЭ}_0}\) не оказывает существенного влияния на другие электрические показатели каскада и должно выбираться только из соображений обеспечения нахождения транзистора в области линейного усиления и непревышения предельных электрических режимов на электродах транзистора.

На практике получили распространение два способа обеспечения заданного положения рабочей точки по постоянному току: схема с фиксированным током базы (рис. 3.5) и схема эмиттерно-базовой стабилизации (рис. 3.6).

 


Рис. 3.5. Схема с фиксированным током базы

 


Рис. 3.6. Схема эмиттерно-базовой стабилизации

 

В первой схеме стабильность всех показателей каскада по постоянному току базируется на поддержании устойчивого значения тока базы транзистора \({I_Б}_0\). Достигается это созданием безальтернативной цепи протекания постоянного тока через резистор \(R_Б\) и эмиттерный переход транзистора \(VT1\). Поскольку сопротивление эмиттерного перехода мало, то ток \({I_Б}_0\) целиком определяется напряжением питания \(U_П\) и значением базового сопротивления \(R_Б\):

\({I_Б}_0 \approx \cfrac{U_П}{R_Б} {    } \Large \Rightarrow \normalsize {   } R_Б = \cfrac{U_П}{{I_Б}_0} \).

 

Стабильность тока базы в рассматриваемой схеме приводит к стабильности тока коллектора, поскольку

\({I_К}_0 = \beta_{ст} {I_Б}_0\),

где \(\beta_{ст}\) — статический коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ.

 

Но данная формула также демонстрирует и основной недостаток схемы с фиксированным током базы (рис. 3.5).

Дело в том, что при производстве биполярных транзисторов возникает большой разброс в возможных значениях коэффициента \(\beta_{СТ}\), т.е. для разных экземпляров приборов необходимо устанавливать разные токи базы \({I_Б}_0\), чтобы обеспечить требуемое значение тока коллектора \({I_К}_0\) (заметим, что в выборе этого параметра практически недопустимы никакие вольности, он определяет множество важнейших характеристик каскада, например, таких, как коэффициент усиления, линейность усиления, потребляемая мощность и т.п.). Таким образом, конкретная величина сопротивления \(R_Б\) будет определяться теми характеристиками, которые присущи именно конкретному экземпляру примененного в каскаде транзистора, а не всем приборам данной серии. Это крайне неудобно при серийном производстве, поэтому схема с фиксированным током базы не находит широкого применения, гораздо больше распространена схема эмиттерно-базовой стабилизации (рис. 3.6) и различные ее доработки.

Как следует из названия, в этой схеме положение исходной рабочей точки каскада стабилизируется за счет поддержания неизменного значения напряжения на переходе эмиттер—база транзистора. Простейший способ обеспечения данного режима состоит в применении подключенного к базе транзистора делителя напряжения на двух резисторах \(R1\), \(R2\), ток через который \({I_д}_0\) значительно превышает все возможные значения тока базы \({I_Б}_0\) (это гарантирует, что ток базы транзистора не будет оказывать сколь-либо существенного влияния на напряжение в средней точке делителя). Стабильное напряжение \({U_{БЭ}}_0\) на эмиттерном переходе автоматически стабилизирует ток коллектора \({I_К}_0\) транзистора. Действительно, ведь

\( {U_{БЭ}}_0 = {I_Б}_0 r_Б + {I_Э}_0 r_Э = {I_Б}_0 \left[ r_Б + (\beta_{СТ} + 1) r_Э \right] \approx {I_Б}_0 \beta_{СТ} r_Э = {I_К}_{0} r_Э\)

\( \Large \Downarrow \)

\( {I_К}_{0} \approx \cfrac{{U_{БЭ}}_0}{r_Э}\) 

Поскольку такой физический параметр транзистора, как сопротивление эмиттерной области \(r_Э\), остается достаточно стабильным при массовом производстве, то и отпадает необходимость подбирать элементы делителя напряжения под каждый конкретный прибор — достаточно лишь один раз произвести расчеты, учитывая типономинал применяемых транзисторов и требуемое значение тока коллектора (эмиттера). Таким образом, схема эмиттерно-базовой стабилизации оказывается гораздо более удобной при массовом производстве и поэтому используется гораздо чаще (у нее есть и другие достоинства, сделавшие ее столь популярной).

 


 

< Предыдущая   Следующая >

www.club155.ru

Схема с общим эмиттером

 

Семейство входных характеристик схемы с ОЭ представля­ет собой зависимости IБ = f(UБЭ), причем параметром является на­пряжение UКЭ (рисунок 3.6,а). Для p-n-p транзистора отрицательное напряжение UБЭ (UБЭ < 0) означает

а) б)
Рисунок 3.6 Рисунок 3.5 Входные (а) и выходные (б) характеристики БТ в схеме включения с ОЭ

 

прямое включение эмиттерного перехода, так как UЭБ = -UБЭ > 0. Если при этом UКЭ = 0 (потенциалы коллектора и эмиттера одинаковы), то и коллекторный переход бу­дет включен в прямом направлении: UКБ = UКЭ + UЭБ = UЭБ > 0. Поэто­му входная характеристика при UКЭ = 0 будет соответствовать ре­жиму насыщения (РН), а ток базы равным сумме базовых токов из-за одновременной инжекции дырок из эмиттера и коллектора. Этот ток, естественно, увеличивается с ростом прямого напряже­ния UЭБ, так как оно приводит к усилению инжекции в обоих перехо­дах (UКБ = UЭБ) и соответствующему возрастанию потерь на реком­бинацию, определяющих базовый ток.

Вторая характеристика на рисунке 3.6,а (UКЭ á0) относится к нормальному активному режиму, для получения которого напряжение UКЭ долж­но быть в p-n-p транзисторе отрицательным и по модулю превы­шать напряжение UЭБ. В этом случае (UКБ = UКЭ + UЭБ = UКЭ — UБЭ < 0. Формально ход входной характеристики в НАР можно объяснить с помощью выражения (3.14) или (3.17): IБ =(1 — a)IЭ — IКБО. При малом напряжении UБЭ инжекция носителей практически от­сутствует (IЭ = 0) и ток IБ = -IКБО, т.е. отрицателен. Увеличение пря­мого напряжения на эмиттерном переходе UЭБ = -UБЭ вызывает рост IЭ и величины (1 — a) IЭ. Когда (1 — a) IЭ = IКБО, ток IБ = 0. При дальнейшем роете UБЭ (1 — a) IЭ > IКБОи IБ меняет направление и становится положительным (IБ > 0) и сильно зависящим от напря­жения перехода.

Влияние UКЭ на IБ в НАР можно объяснить тем, что рост |UКЭ| означает рост |UКБ| и, следовательно, уменьшение ширины базо­вой области (эффект Эрли). Последнее будет сопровождаться снижением потерь на рекомбинацию, т.е. уменьшением тока базы (смещение характеристики незначительно вниз).

Семейство выходных характеристик схемы с ОЭ предста­вляет собой зависимости IК = f(UКЭ) при заданном параметре IБ (рисунок 3.6,б).

Крутые начальные участки характеристик относятся к режиму насыщения, а участки с малым наклоном — к нормальному актив­ному режиму. Переход от первого режима ко второму, как уже от­мечалось, происходит при значениях |UКЭ|, превышающих |UБЭ|. На характеристиках в качестве параметра берется не напряжение UБЭ, а входной ток IБ. Поэтому о включении эмиттерного перехода приходится судить по значению тока IБ, который связан с входной характеристикой на рисунке 3.6,а. Для увеличения IБ необходимо увеличивать |UБЭ|, следовательно, и граница между режимом на­сыщения и нормальным активным режимом должна сдвигаться в сторону больших значений.

Если параметр IБ = 0 (“обрыв” базы), то в соответствии с (3.22) IК = IКЭО = (b + 1 ) IКБО. В схеме с ОЭ можно получить (как и в схеме с ОБ) I = IКБО, если задать отрицательный ток IБ = -IКБО. Выходная ха­рактеристика с параметром IБ = -IКБО может быть принята за грани­цу между НАР и режимом отсечки (РО). Однако часто за эту грани­цу условно принимают характеристику с параметром IБ = 0.

Наклон выходных характеристик в нормальном активном режи­ме в схеме с общим эмиттером во много раз больше, чем в схеме с общей базой (h22Э » bh22Б) Объясняется это различным проявлени­ем эффекта Эрли. В схеме с общим эмиттером увеличение UКЭ, а следовательно и UКБ сопровождается уменьшением тока ба­зы, а он по определению выходной характеристики должен быть неизменным. Для восстановления тока базы приходится регули­ровкой напряжения UБЭ увеличивать ток эмиттера, а это вызывает прирост тока коллектора DIК, т.е. увеличение выходной проводимо­сти (в схеме с ОБ ток IЭ при снятии выходной характеристики поддерживается неизменным).

3.2.3 Влияние температуры на статические характеристики БТ

 

Влияние температуры на положение входной характеристики схемы с ОБ при поддержании неизменным ее параметра анало­гично ее влиянию на ВАХ полупроводникового диода. В нормаль­ном активном режиме ток эмиттерного перехода можно предста­вить формулой

.

С ростом температуры тепловой ток IЭО растет быстрее, чем убывает экспонента из-за увеличения jТ = kT/q. В резуль­тате противоположного влияния двух факторов входные характери­стики схемы с ОБ смещаются влево при выбранном токе IЭ на вели­чину DU » (1…2) мВ/°С (рисунок 3.7,а).

Начало входной характеристики в схеме с ОЭ определяется теп­ловым током коллекторного перехода IКБО который сильно зависит от температуры, так что начало характеристики при увеличении тем­пературы опускается (рисунок 3.7, б).

 

а) б)
Рисунок 3.7 Зависимость входных характеристик от температуры для схем ОБ (а) и ОЭ (б).

 

Влияние температуры на выходные характеристики схем с ОБ и ОЭ в НАР удобно анализировать по формулам (3.11) и (3.22):

и .

Снятие выходных характеристик при различных температурах должно проводиться при поддержании постоянства параметров (IЭ = const в схеме с ОБ и IБ = const в схеме с ОЭ). Поэтому в схеме с ОБ при IЭ = const рост IК будет определяться только увеличением IКБО (рисунок 3.8, а).

а) б)
Рисунок 3.8 Зависимость выходных характеристик БТ от температуры для схем включения с ОБ (а) и ОЭ (б).

Однако обычно IКБО значительно меньше aIЭ, изменение IК составляет доли процента и его можно не учитывать.

В схеме с ОЭ положение иное. Здесь парамет­ром является IБ и его надо поддерживать неизменным при измене­нии температуры. Будем считать в первом приближении, что коэф­фициент передачи b не зависит от температуры. Постоянство bIБ оз­начает, что температурная зависимость IК будет определяться сла­гаемым (b + 1)IКБО. Ток IКБО (как тепловой ток перехода) примерно удваивается при увеличении температуры на 10°С, и при b >> 1 при­рост тока (b + 1)IКБО может оказаться сравнимым с исходным значе­нием коллекторного тока и даже превысить его.

На рисунке 3.8,б показано большое смещение выходных характе­ристик вверх. Сильное влияние температуры на выходные характе­ристики в схеме с ОЭ может привести к потере работоспособности конкретных устройств, если не принять схемотехнические меры для стабилизации тока или термостатирование.

 

Похожие статьи:

poznayka.org