Схема включения транзистора с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

U_б=U_э+0,6

Коэффициент усиления по напряжению стремится к единице (но всегда меньше).

Коэффициент усиления по току:

K_u= =

R_вх = (R_э+r_эо)(h21+1) - высокое за счет глубокой последовательности ООС в эмиттерной цепи

I_бR_вх=I_э(R_э+rэо)

 

- мало за счет того, что ООС по напряжению

φ = 0;

Достоинства: отсутствие эффекта Миллера, отсутствие зависимости К от R_н.

Высокое входное и низкое выходное сопротивление

Большое усиление по току

Отсутствие сдвига фаз между входным и выходным R

Недостатки: отсутствие усиления по напряжению.

Используется во входных каскадах для согласования с высоким сопротивлением источника сигнала; в промежуточных каскадах для согласования, особенно с высоким выходным сопротивлением источников тока, в выходных каскадах для согласования с низким сопротивлением нагрузки и потому, что его коэффициент не зависит от сопротивления нагрузки.(R2).

!! Каскад с ОС охвачен последовательной ООС по напряжению, что увеличивает входное и уменьшает выходное сопротивление !!

4. Каскад с ОБ: схема включения, значения параметров Rвх, Rвых, Ku, Ki, φ. Достоинства, не достатки и применение.

Общая база имеет низкое Rвх, обусловленное высоким сопротивлением эммитерного перехода и отсутствием стабилизирующих ОС, высокое Rвых обусловлено большим сопротивлением закрытого коллекторного p-n перехода. , т.к.

,

Используется в качестве каскадных схем, а также в выходных каскадах Uвч, Свч усилителях, т.к. в этой схеме отсутствует эффект Миллера, вызывающий уменьшение усиления на высоких частотах.

Достоинства: Отсутствие фазового сдвига и эффекта Миллера, достаточное Ku.

Недостатки: Высокое Rвых, низкое Rвх, отсутствие усиления по току.

Сравнительный анализ схем включения транзистора

Параметр	ОЭ	ОБ	ОК
Rвх	100Ом – 1кОм	1 – 10Ом	10 – 100кОм
Rвых	1 – 10кОм	100кОм – 1Мом	100Ом – 1кОм
Кi	10 – 100	<1(близко)	10 – 100
КU	10 – 100	10 – 100	<1(близко)
Кp	100 – 10000	10 – 100	10 – 100
Φ	π

 

5. Статические характеристики биполярных транзисторов, h- параметры, схемы замещения транзисторов.

Статические характеристики:

Параметр ы транзисторов являются величинами, характеризующими их свойства.

Все параметры можно разделить на собственные (первичные) и вторичные.

Собственные параметры характеризуют свойства самого транзистора независимо от схемы его включения. К ним относятся: r э – сопротивление эмиттера, r к – сопротивление коллектора, r б – сопротивление базы. Значения сопротивлений рассматриваются по отношению к переменной составляющей.

С учетом этих параметров транзистор, включенный по схеме с ОЭ, может быть представлен эквивалентной схемой.

Схема замещения:

Генератор тока отражает усилительные свойства схемы, а уменьшение коллекторного сопротивления на 1-α – тот факт, что к эмиттерному переходу прикладывается часть напряжения Uкэ.

Статическими характеристиками транзисторов называют графики, выражающие функциональную зависимость между токами и напряжениями транзистора.

Статическими характеристиками являются статический коэффициент передачи тока эмиттера α и статический коэффициент передачи тока базы β.

С точки зрения системы вторичных параметров транзистор рассматривают как некоторый четырехполюсник со следующей схемой замещения.

Эквивалентная схема с h-параметрами:

1) Входное сопротивление при коротко замкнутом выходе при , к.з. на выходе по переменному току, .

2) Коэффициент обратной связи по напряжению при х.х. на входе, . Этот коэффициент показывает, какая доля выходного переменного напряжения передается на вход транзистора вследствие отрицательной обратной связи в нем. (Эффект Эрли, бэ=-0,01 кэ [ Iк=const])

3) Коэф.усиление тока при к.з. на выходе по переменному току , при , . Показывает коэффициент усиления переменного тока транзистором в режиме работы без нагрузки.

4) Выходная проводимость при х.х. на входе , при , – часто используют выходное сопротивление.

Представляет собой внутреннюю проводимость для переменного тока между выходными зажимами транзистора.

6. Транзисторный источник тока. Транзисторный источник тока с заземленной нагрузкой. Недостатки.

 

Мы выбираем сопротивление делителя в 10 раз меньше, чем входное сопротивление усилителя. Независимо от R_н, ток на R_н будет равен 1мА.

Используются для:

1. задания неизменных режимов работы транзисторных каскадов, особенно в ОУ

2. в качестве эмиттерной нагрузки дифференциальных каскадов с целью их симметрирования

3. в качестве коллекторной нагрузки каскада с общим эмиттером с целью увеличения коэффициента усиления.

Недостаток:

При заданном I_к, U_бэ базы – эмиттер и h₂₁ эмиттер несколько изменяются при изменении U_кэ. Кроме того, они зависят от температуры F(t). При увеличении напряжения на коллекторе на 1В ток коллектора изменяется так, как будто напряжение на базе уменьшилось на 1 миливольт.

ΔU_бэ=-0.001ΔU_кэ – эффект Эрли.

Каскадный источник тока.

Источником тока является VT2, включенный по схеме с ОЭ. VT1, включенный по схеме с ОБ, передаёт этот ток в нагрузку (КI=1), изменяя на ней напряжение таким образом, чтобы ток через Rэ оставался неизменным при изменении величины Rн. Изменение величины Uк2=Uб1-0,65 остаётся неизменным при изменении Rн, что позволяет подавить эффект Эрли.

Чтобы подавить эффект Эрли нужно каким-либо способом зафиксировать напряжение на коллекторе транзистора, задающего ток, а необходимое изменение U_н на R_н при изменении величины последней (с целью поддержания неизменного на ней тока) осуществлять с помощью другого транзистора.

Uб→Uэ→Iэ→Iк→Uк

7. Схема расщепления фазы (фазоинвертор) с единичным коэффициентом усиления. Применение.

Используется для управления двухтактовыми каскадами на транзисторах одной проводимости

8. Модель Эмберса-Молла.

1.

 

2.

 

3.

4.ТКU _бэ = -2,1mВ/°С.

5.ΔU _бэ =-0,001ΔU _кэ

Пример:

ΔT=30C ̊ ΔU _бэ =63mB

 

9. Схемы задания общей точки. Недостатки. Применение.

Недостаток:

Зависимость I_ко от температуры и от h₂₁(безразмерный коэффициент передачи тока) конкретного транзистора

Достоинства:

Простота(малое количество деталей)

Используются:

Редко и при малых изменениях температуры, и для конкретного транзистора.

Пример:

VT открылся и закрылся так, чтобы U_бэ=0,6, считая что ток через резисторы R₂, R₃ неизменим можно утверждать, что U_к=11U_бэ т.к. R₂=10R₃

R₂ обеспечивает параллельную ООС по напряжению, которая термостабилизирует рабочую точку и уменьшает выходное (хорошо) и входное (плохо) сопротивление.

Уменьшение входного сопротивления можно устранить небольшими изменениями в схеме.

R₃ может и отсутствовать, т.к. схема охвачена ООС и она самобалансируется по постоянному току.

Основной схемой задания смещения является схема с делителем напряжения в цепи базы и токостабилизирующим рез-ром в эмиторной цепи. (ОЭ)

 

10. Токовые зеркала (эффект Эрли). Недостатки. Применение.

Используются в качестве коллекторной нагрузки, дифференциальных усилителях и дифференциальных входных каскадов, операционных усилителях, что позволяет увеличивать их К_u даже в большей степени, чем при использовании коллекторной нагрузки источника тока.

Они строятся на одинаковых транзисторах, расположенных на одном кристалле в непосредственной близости друг от друга.

Задавая Iк VT1, мы задаем U_бэ, а значит I_к. Если транзисторы одинаковые и находятся при одинаковой температуре (I_эо1=I_эо2), например на одном кристалле вблизи друг друга, то I_к1 будет равен I_к2.

Недостатки: выходной ток несколько изменяется при изменении выходного напряжения, т.е. при изменении R_н, из-за эффекта Эрли

ΔU_бэ=-0.001ΔU_кэ.

Можно уменьшить эффект Эрли введением в эмиттерную цепь R, осуществляющее местную связь ООС, либо использование токового зеркала Уилсона.

 

Благодаря VT3, U_к VT1 фиксирован и на 2U_бэ меньше U_пит, что позволяет подавить эффект Эрли VT1. VT3 передает выходной ток нагрузке. VT3 включен по схеме с ОБ.

11. Отражатели тока.

Iк=Iэ(е^Uбэ/φт-1)

12. Режимы работы транзисторов: активный (усилительный), инверсный, насыщения.

Существует 4 режима работы транзистора: активный (усилительный), инверсный, насыщения и отсечки.

Активный (усилительный): эмиттерный переход смещен в прямом направлении (открыт), коллекторный – в обратном (закрыт). Характеризуется высоким h₂₁ и Uкэ max. Основной режим.

Инверсный: коллекторный переход смещен в прямом направлении, эмиттерный – в обратном. Характеризуется невысоким значением h₂₁ ((безразмерный коэффициент передачи тока)из-за малой степени легирования коллектора) и невысоким Uкэ max (из-за высокой степени легирования эмиттера). Используется редко (в быстродействующих переключателях с малым напряжением освещения ключа).

Насыщения: оба перехода открыты.

Отсечки: оба перехода закрыты.

Чередование режимов насыщения и отсечки позволяет увеличить КПД усилителей класса D до 95-98%