Схема включения с общей базой

Усилитель с общей базой.

• Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.
• Коэффициент усиления по току: I _вых/ I _вх = I _к/ I _э = α [α<1].
• Входное сопротивление R _вх = U _вх/ I _вх = U _эб/ I _э.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства

• Хорошие температурные и частотные свойства.
• Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой

• Малое усиление по току, так как α < 1
• Малое входное сопротивление
• Два разных источника напряжения для питания.

Схема включения с общим эмиттером

I _вых = I _к
I _вх = I _б
U _вх = U _бэ
U _вых = U _кэ

• Коэффициент усиления по току: I _вых/ I _вх = I _к/ I _б = I _к/(I _э-I_к) = α/(1-α) = β [β>>1].
• Входное сопротивление: R _вх = U _вх/ I _вх = U _бэ/ I _б.

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.

Схема с общим коллектором

I _вых = I _э
I _вх = I _б
U _вх = U _бк
U _вых = U _кэ

• Коэффициент усиления по току: I _вых/ I _вх = I _э/ I _б = I _э/(I _э-I_к) = 1/(1-α) = β [β>>1].
• Входное сопротивление: R _вх = U _вх/ I _вх = (U _бэ + U _кэ)/ I _б.

Достоинства

• Большое входное сопротивление.
• Малое выходное сопротивление.

Недостатки

• Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры

• Коэффициент передачи по току.
• Входное сопротивление.
• Выходная проводимость.
• Обратный ток коллектор-эмиттер.
• Время включения.
• Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
• Обратный ток коллектора.
• Максимально допустимый ток.
• Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

• коэффициент усиления по току α;
• сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току r _э, r _к, r _б, которые представляют собой:
• r _э — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
• r _к — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
• r _б — поперечное сопротивление базы.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h -параметров

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h ₁₁ = U _m1/ I _m1, при U _m2 = 0.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h ₁₂ = U _m1/ U _m2, при I _m1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h ₂₁ = I _m2/ I _m1, при U _m2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h ₂₂ = I _m2/ U _m2, при I _m1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

U _m1 = h ₁₁ I _m1 + h ₁₂ U _m2;

I _m2 = h ₂₁ I _m1 + h ₂₂U_m2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: I _m1 = I _mб, I _m2 = I _mк, U _m1 = U _mб-э, U _m2 = U _mк-э. Например, для данной схемы:

h _21э = I _mк/ I _mб = β.

Для схемы ОБ: I _m1 = I _mэ, I _m2 = I _mк, U _m1 = U _mэ-б, U _m2 = U _mк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h -параметрами, например для схемы ОЭ: ;

;

;

.

С повышением частоты вредное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода C _к. Сопротивление ёмкости уменьшается, снижается ток через сопротивление нагрузки и, следовательно, коэффициенты усиления α и β. Сопротивление ёмкости эмиттерного перехода C _э также снижается, однако она шунтируется малым сопротивлением перехода r _э и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме импульс тока коллектора начинается с запаздыванием на время задержки τ_з относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τ_ф. Временем включения транзистора называется τ_вкл = τ_з + τ_ф.

Применение транзисторов

• Усилители, каскады усиления
• Генератор сигналов
• Модулятор
• Демодулятор (Детектор)
• Инвертор
• Микросхемы на транзисторной логике

 

 

Полевой транзистор.

Мощный полевой транзистор с каналом N-типа

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, через который протекает поток основных носителей зарядов, регулируемый поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным между затвором и стоком или между затвором и истоком.

Так как принцип действия полевых транзисторов основан на перемещении основных носителей заряда одного типа (электронами или дырками), такие приборы ещё называют униполярными, тем самым противопоставляя их биполярным.