Усилительные свойства транзистора

Усилительные свойства транзистора рассмотрим на примере схемы включения транзистора с общей базой, рис.9.2

 

Рис.9.2

 

На вход транзистора, относительно перехода база-эмиттер, подаются два напряжения: постоянное напряжение смещения Е_Э и переменное напряжение подлежащее усилению U_вх, причем

 

U_вх<< Е_Э (9.1)

 

Соотношение источников питания Е_К и смещения Е_Э:

 

Е_Э < Е_К. (9.2)

 

В коллекторную цепь транзистора включа­ется сопротивление нагрузки R_H.

Т.к. выходное со­противление транзистора (транзистор, со стороны коллек­торного перехода является источником тока, его внутреннее сопротивление велико,1-10 МОм), то можно в цепь коллектора включать большие по номиналу сопротивления нагрузки, почти не влияя на величину коллекторного тока (R_H - единицы и десятки килоом).

 

Соответственно в цепи нагрузки может выделяться значительная мощность (переменной составляющей)

 

P_{вых ~} =1/2I_к²R_н (9.3)

 

Входное сопротивление схемы, напротив, весьма ма­ло (прямо смещенного эмиттерного перехода, единицы - десятки Ом). Соответственно

 

R_н >> R_вх, (9.4)

 

Поэтому при почти одинаковых токах коллектора и эмиттера I_к ~ I_э, (включение транзистора в схеме с общей базой) мощность, потребляемая в цепи эмиттера

 

P_{вх ~} =1/2I_э²R_вх (9.5)

 

оказывается несравненно меньше, чем выделяе­мая в цепи нагрузки.

 

P_вых/ P_вх ~ R_н / R_вх (9.6а)

 

Из (9.6) и (9.4) видно, что

 

P_вых>> P_вх (9.6б)

 

!!! Т.о транзистор способен усиливать мощность, т.е. он являет­ся усилительным прибором.

 

Показатели, характеризующие усилительные свойства транзистора

 

- коэффициент усиления по току;

- коэффициент усиления по напряжению;

- коэффициент усиления по мощности.

1. Коэффициент усиления по току:отношение изменения выходного тока DI к,к вызвавшего его изменение входного тока DIэ

К_I =DI_вых/DI_вх= DI_к/DI_э (9.7)

 

Для приведенной схемы K_I < 1 (типовые значения К_I = 0,9 - 0,95), т.е. ток I_Кв выходной цепи всегда несколько меньше тока Iэ, протекающего во входной цепи и транзистор, включенный по представленной выше схеме, уси­ления по току не дает.

 

Обычно отношение DI_к/DI_э обозначается a (в системе h параметров, см. п.3 “Для самостоятельного изучения“, для схемы с ОБ обозначается h_21б).

 

Чем больше коэффициент a, тем меньше отличаются между собой токи I_Ки I_Э, и соответственно, тем большими оказываются коэффициенты усиления транзистора по напряжению и по мощ­ности.

 

1. Коэффициент усиления по напряжению - отношение изменения выходного DU_вых переменного напряжения к входному DU_вx,:

K_U= DU_вых / DU_вx (9.8)

DU_вых= DI_K^.. R_н (9.9)

 

DU_вх =DI_вх r_эб, (9.10)

 

где r_эб сопротивление входной цепи транзистора (сопротивление участка эмиттер-база).

 

K_U = DI_K R_н/ DI_Э^. r_эб = a ^.R_н/ rэб (9.11а)

 

т.к I_э ~I_к, т.е. a~1 то

 

К_u ~ R_н/rэб (9.11б)

 

1. Коэффициент усиления по мощности транзистора: отношение выходной мощности (выделяющейся на нагрузке) к входной

 

К_Р~ = P_вых/ P_вх=0.5I_K² R_н/ 0.5I_Э^2.rэб= a ^.2 R_н/^.rэб = R_н/^.rэб (9.12)

 

причем

К_Р= K_U К_I (9.13)

 

Для данной схемы (ОБ) К_Р численно равен K_U (К_I < 1) и может достигать величины в несколько сотен.

 

Усиление сигнала с помощью транзистора происходит за счет потребления энергии от источника питания.

Сам транзистор выполня­ет функции своеобразного регулятора выходного тока, который под действием слабого входно­го сигнала, введенного в цепь с малым сопротивлением, изменяет ток в выход­ной цепи, обладающей большим сопротивлением.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор полупроводниковый прибор, ток которого изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным напряжением.

 

Полевые транзисторы (ПТ) в отличие от биполярных (БТ) ряд специфических особенностей:

- высокое входное сопротивление;

- малое потребление энергии по цепи управления

ПТ нашли широкое применение и как дискретные элементы схем, также они ши­роко используются в интегральных микросхемах (ИМС). Это объясняется простотой изготовления (в настоящее время) ПТ ИМС, по сравнению с БТ, малым потреблением энергии и высокой плотностью расположения элементов в ИМС.

 

 

Классификация полевых транзисторов (упрощенная)

ПТ

С изолированным

Затвором (МОП, МДП)

Металл -п/п с управляющим встроенный канал индуцированный канал

P-n переходом