Принцип работы биполярного p - n - p транзистора при схеме с общей базой в активном режиме

 

В активном режиме эмиттерный переход открыт прямым напряжением Uэб, а коллекторный – закрыт обратным напряжением Uкб. Дырки эмиттера легко переходят в базу за счёт диффузии, создавая входной ток эмиттера Iэ. В базе большая часть дырок (98 – 99%) ускоряется за счёт внутреннего электрического поля закрытого коллекторного перехода и попадает в коллектор, создавая выходной коллекторный ток Iк.

Часть дырок успевает прорекомбинировать с электронами в базе, вызвав приток электронов от источника – ток базы Iб. По I закону Кирхгофа, токи биполярного транзистора в активном режиме связаны следующим соотношением: Iэ = Iб + Iк.

В схеме с общей базой напряжение входного сигнала подаётся между эмиттером и базой. Между коллектором и базой подаётся напряжение питания. Сопротивление закрытого коллекторного перехода больше, чем открытого эмиттерного. Поэтому напряжение между коллектором и базой получается усиленным.

Чтобы транзистор обладал хорошими усилительными свойствами Iб должен быть как можно меньше. Для этого база делается самым узким слоем, коллекторный переход делается больше эмиттерного, а в дрейфовых транзисторах ещё и делают неравномерной концентрацию примесей в базе.

Схема с общей базой

 

Транзистор в активном режиме в схеме с общей базой и его ВАХ:

- I_Э – ток эмиттера – входной ток;

- I_К – ток коллектора – выходной ток;

- U_ЭБ – напряжение «эмиттер – база» – входное напряжение;

- U_КБ – напряжение «коллектор – база» – выходное напряжение.

Для того, чтобы транзистор мог усиливать сигнал, к нему нужно подключить: источник сигнала Uвх, коллекторную нагрузку Rк и источник питания Eк. Схема транзистора с общей базой с нагрузкой и её временные характеристики:

Свойства схемы с общей базой:

1) Выходное сопротивление Rвых больше входного Rвх (так как на выходе – закрытый коллекторный переход, а на входе – открытый эмиттерный).

2) Схема хорошо усиливает сигнал по напряжению U (так как Rвых > Rвх).

3) Схема не усиливает сигнал по току I (так в активном режиме Iэ = Iк + Iб, поэтому выходной коллекторный ток не может превышать входной эмиттерный).

4) Схема хорошо усиливает сигнал по мощности P (так как P = U ⋅ I, усиление по напряжению U – большое, а по току I – чуть меньше 1).

5) Схема почти не искажает форму входного сигнала (благодаря линейности ВАХ).

6) Температура слабо влияет на свойства схемы.

7) Схема одинаково хорошо усиливает сигналы разных частот.

8) Схема не меняет фазу входного сигнала.

 

Схема с общим эмиттером

 

Транзистор в активном режиме в схеме с общим эмиттером и его ВАХ:

- I_Б – ток базы – входной ток;

- I_К – ток коллектора – выходной ток;

- U_БЭ – напряжение «база – эмиттер» – входное напряжение;

- U_КЭ – напряжение «коллектор – эмиттер» – выходное напряжение.

Схема с общим эмиттером с нагрузкой и её временные характеристики:

Свойства схемы с общим эмиттером:

1) Выходное сопротивление Rвых больше входного Rвх (на выходе – закрытый коллекторный переход + открытый эмиттерный, а на входе – открытый эмиттерный).

2) Схема хорошо усиливает сигнал по напряжению U (так как Rвых > Rвх).

3) Схема хорошо усиливает сигнал по току I (так как ток Iк значительно больше Iб).

4) Схема хорошо усиливает сигнал по мощности P (так как P = U ⋅ I, а усиления по напряжению U и току I – большие).

5) Схема искажает форму входного сигнала на участках нелинейности ВАХ.

6) Температура сильнее влияет на свойства схемы, чем в схеме с общей базой.

7) Частотные свойства хуже, чем в схеме с общей базой.

8) Схема меняет фазу входного сигнала на 180° (так как токи Iк и Iб противонаправлены). Поэтому на временной характеристике Uвх и Uвых не совпадают по фазе.

 

Схема с общим коллектором

 

Транзистор в активном режиме в схеме с общим коллектором и его ВАХ:

 

- I_Б – ток базы – входной ток;

- I_Э – ток эмиттера – выходной ток;

- U_КБ – напряжение «коллектор – база» – входное напряжение;

- U_КЭ – напряжение «коллектор – эмиттер» – выходное напряжение.

Схема с общим коллектором с нагрузкой и её временные характеристики:

Резистор Rк должен подключаться к коллектору, поэтому выход параллелен ему.

Свойства схемы с общим коллектором:

1) Выходное сопротивление Rвых меньше входного Rвх (на выходе – Rк, а на входе – Rк + закрытый коллекторный переход).

2) Схема не усиливает сигнал по напряжению U (так как Rвых < Rвх).

3) Схема хорошо усиливает сигнал по току I, так как ток Iэ значительно больше Iб.

4) Схема хорошо усиливает сигнал по мощности P (так как P = U ⋅ I, усиление по напряжению U – чуть меньше 1, а по току I – большое).

5) Схема искажает форму входного сигнала на участках нелинейности ВАХ.

6) Температура сильнее влияет на свойства схемы, чем в схеме с общей базой.

7) Частотные свойства хуже, чем в схеме с общей базой.

8) Схема не меняет фазу входного сигнала.