1.1. Параметры и характеристики транзистора в схеме оэ.
В большинстве электрических схем транзистор используется в качестве четырехполюсника, то есть устройства, имеющего два входных и два выходных вывода. Очевидно, что, поскольку транзистор имеет только три вывода, для его использования в качестве четырехполюсника необходимо один из выводов транзистора сделать общим для входной и выходной цепей. Соответственно различают три схемы включения транзистора: схемы с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором(ОК). Следует отметить, что токи транзистора обозначаются одним индексом, соответствующим названию электрода, во внешней цепи которого протекает данный ток, а напряжения между электродами обозначаются двумя индексами, причем вторым указывается индекс, соответствующий названию общего электрода. Схема с ОЭ- см.рис.
Далее выходные (а) и входные (б) характеристики транзистора, ключенного по схеме с ОЭ
В схеме с ОЭ влияние тока IКБО и сопротивления rк диф на коллекторный ток увеличивается в 1+β раз по сравнению со схемой ОБ. Коэффициенты β и α зависят от тока, протекающего через транзистор. Эта зависимость во многом определяется технологией, по котрой изготовлен конкретный транзистор, и обусловлена процессами рекомбинации в области р-n- перехода, в базе и приповерхностных областях у эмиттерного перехода.
Эквивалентные схемы:
Упрощенные эквивалентные схемы p-n-p-транзисторов, включенных по схемам ОЭ:
Малосигнальные эквивалентные схемы транзистора при включении по схемам ОЭ:
1.2. Эквивалентные схемы биполярных транзисторов.
1) Эквивалентные схемы с h-параметрами.
h11 → входное сопротивление;
h12 → коэффициент ОС по переменному напряжению;
h21 → коэффициент передачи тока;
h22 → выходная проводимость.
Эквивалентная схема:
Для схемы с ОЭ → hij э
Для схемы с ОБ → hij б
Б и Э – для больших сигналов.
2) Гибридная п-образная эквивалентная схема.
(для схемы ОЭ)
(постоянная составляющая коллекторного тока).
т.б1 находится внутри объемной базы;
rб1б → сопротивление (объемное базы);
rб1к → влияние модуляции эффективной толщины базы;
Сэ → эмиттерная ёмкость (барьерная и диффузионная), в основном вторая.
предельная
частота передачи тока в схеме с ОЭ.
Ск → коллекторная ёмкость. Барьерная. 0,15÷2пФ.
rкэ → сопротивление внешней утечки между коллектором и Э.
генератор тока → связывает выходной ток с напряжением на эмиттерном переходе.
3) Эквивалентная схема идеализированного транзистора.
p-n → диоды;
αNI1 → коллекторный ток;
α1I2 → эмиттерный ток.
2. Усилительный каскад по схеме ои. Параметры и характеристики усилительного каскада
Рис. 1. Схема каскада с общим истоком
Краткие теоретические сведения |
Каскады на полевых транзисторах получили в настоящее время широкое распространение. Объясняется это следующими преимуществами полевого транзистора перед биполярным: – большее входное сопротивление, что упрощает его согласование с высокоомным источником сигнала; – как правило, меньший коэффициент шума, что делает его более предпочтительным при усилении слабых сигналов; – большая собственная температурная стабильность режима покоя. Вместе с тем каскады на полевых транзисторах обычно обеспечивают получение меньшего коэффициента усиления по напряжению. Наиболее часто используется каскад с общим истоком, схема которого приведена на рис.1. Назначение элементов каскада. Для задания режима по постоянному току на практике широко используется введение в каскад последовательно-последовательной (последовательной по току) ООС за счет введения резистора R3. Резистор R1 в цепи затвора обеспечивает в режиме покоя приблизительное равенство потенциалов затвора и общей точки усилительного каскада. Резистор R2, включенный в цепь стока, служит для выделения усиленного сигнала. Резистор R3, включенный в цепь истока, создает необходимое падение напряжения смещения между затвором и истоком в режиме покоя UЗ0. Конденсаторы С1 и С2 разделяют по постоянному току от каскада, соответственно, источник сигнала и нагрузку. Конденсатор С3 устраняет последовательную по входу и по выходу отрицательную обратную связь по переменному току в рабочем диапазоне частот.
Коэффициент усиления тока в таких каскадах не рассматривается. Коэффициент усиления напряжения определяется формулой , где при UСИ=const – крутизна характеристики передачи, при UЗИ=const – дифференциальное сопротивление стока транзистора. Входное сопротивление каскада ОИ определяется сопротивлением в цепи затвора R1, поскольку входное сопротивление самого полевого транзистора очень велико (порядка 108 Ом). Обычно входное сопротивление таких каскадов составляет приблизительно 106 Ом. |
Основные свойства каскада ОИ |
1. Каскад инвертирует фазу входного сигнала, если нагрузка включена так, как показано на рис.1. 2. Каскад не инвертирует фазу входного сигнала, если нагрузка включена так, как показано на рис.2.
Рис. 2. Схема включения нагрузки, когда каскад ОИ не инвертирует сигнал 3. Каскад усиливает напряжение и мощность. По сравнению с каскадами с общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ) каскад ОИ имеет наибольший коэффициент усиления мощности при прочих равных условиях. 4. Каскад имеет большое входное сопротивление RВХ (обычно около 1 МОм. 5. Выходное сопротивление каскада составляет обычно единицы кОм. 6. При прочих равных условиях каскад ОИ имеет более узкую полосу пропускания, чем каскад ОС или каскад ОЗ. |
Основные формулы каскада |
Коэффициент усиления тока в таких каскадах не рассматривается. Коэффициент усиления напряжения определяется формулой , где при UСИ=const – крутизна характеристики прямой передачи транзистора, при UЗИ=const – дифференциальное сопротивление стока транзистора, . Но поскольку сопротивление Ri значительно больше, чем R¢Н, то можно считать что
Входное сопротивление каскада ОИ определяется сопротивлением в цепи затвора R1, поскольку входное сопротивление самого полевого транзистора очень велико (порядка 108 Ом). Обычно входное сопротивление таких каскадов составляет приблизительно 106 Ом. Следовательно, можно считать . |
БИЛЕТ № 19
1. ВАХ биполярного транзистора в схеме ОБ. Эквивалентные схемы.
2. Усилительный каскад по схеме ОС. Параметры и характеристики усилительного каскада.
3. Файл A_UOB1-005.CIR.