Вопрос 22. Активный режим работы бт с об, входные и выходные характеристики и параметры.

Схема с ОБ.

Входная характеристика: iЭ = f (UЭБ) при UКБ = const(рисунок 7).

При UКБ1 = 0 входная характеристика представляет собой обычную ВАХ прямосмещенного p-nперехода. При UКБ ≠ 0: когдаUЭБ = 0. т.е. ЕЭ = 0 имеем следующие процессы. В выходной цепи существует ток. Неосновные носители заряда проходя через узкую и достаточно длинную n-область создают разность потенциалов, который обеспечивает начальный ток эмиттера, т.е. при UКБ2 ≠ 0 происходит смещение ВАХ вверх по оси токов. С увеличением UКБсмещение будет увеличиваться, т.к. будет возрастать начальный ток эмиттера.

Выходная характеристика: iК = f (UКБ) при IЭ = const(рисунок 8).

При IЭ = 0 входная цепь разорвана и выходная ВАХ представляет собой ВАХ обратносмещенного p-nперехода.

При увеличении IЭ. При подключении ЕЭ и отсутствии ЕК IK создается основными носителями заряда инжектированными эмиттером. При подключении ЕК ток начнет увеличиваться из-за неосновных носителей базы. Но есть еще одно обстоятельство. При увеличении ЕК, коллекторный переход, находящийся под обратным смещением начнет уменьшаться. А значит дырке из эмиттера нужно пройти меньшее расстояние, чтобы попасть из базы вp-область, т.е. уменьшается вероятность ее рекомбинации – эффект модуляции тока. За счет этой составляющей коллекторный ток также увеличивается.

В сочетании с нагрузочной прямой по ВАХ можно получить реальный режим работы. При увеличении тока эмиттера увеличивается ток коллектора и уменьшается напряжение на нем. Существуют предельные значения напряжения UКБ и IК. Следовательно, существует и предельно допустимая мощность, выражаемая гиперболой. Этими границами руководствуются при выборе нагрузки, т.к. нагрузочная прямая не должна лежать за пределами границ.

Вопрос 23. Активный режим работы бт с оэ, входные и выходные характеристики и параметры.

Схема с ОЭ.

Входная характеристика: iБ = f(UБЭ) при UКЭ = const (рисунок 9).

При UКЭ1 = 0 входная характеристика представляет собой обычную ВАХ прямосмещенногоp-n-перехода (эмиттерного, т.к.UКЭ=0).

При увеличении UКЭ2 IКБ0<0, т.к. ток протекает в направлении противоположном протеканию тока в нормальном активном режиме. Поэтому ВАХ смещается вниз по оси токов.

Выходная характеристика: iК = f (UКЭ) при IБ = const(рисунок 10).

При IБ = 0. В этом случае имеем два встречно соединенных p-n-перехода: 1- смещен в обратном направлении, 2 – в прямом. При обратном смещении сопротивление перехода велико, поэтому ток будет определяться обратносмещенным переходом. Поэтому в нашем случае, выходная ВАХ представляет собой ВАХ коллекторного перехода при обратном смещении. При IБ ≠ 0 : когда UКЭ = 0 IK < 0.

Примечание к 22-23

Рис. 1 - Схема включения транзистора с общим эмиттером

Усилительные свойства транзистора характеризует один из главных его параметров - статический коэффициент передачи тока базы или статический коэффициент усиления по току β. Поскольку он должен характеризовать только сам транзистор, его определяют в режиме без нагрузки (Rк = 0). Численно он равен:

при Uк-э = const

Этот коэффициент бывает равен десяткам или сотням, но реальный коэффициент ki всегда меньше, чем β, т. к. при включении нагрузки ток коллектора уменьшается.

Коэффициент усиления каскада по напряжению ku равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение uб-э, а выходным - переменное напряжение на резике, или что то же самое, напряжение коллектор-эмиттер. Напряжение база-эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное достигает единиц и десятков вольт (при достаточном сопротивлении нагрузки и напряжении источника E2). Отсюда вытекает, что коэффициент усиления каскада по мощности равен сотням, тысячам, а иногда десяткам тысяч.

Важной характеристикой является входное сопротивление Rвх, которое определяется по закону Ома:

и составляет обычно от сотен Ом до единиц килоом. Входное сопротивление транзистора при включении по схеме ОЭ, как видно, получается сравнительно небольшим, что является существенным недостатком. Важно также отметить, что каскад по схеме ОЭ переворачивает фазу напряжения на 180°

К достоинствам схемы ОЭ можно отнести удобство питания ее от одного источника, поскольку на базу и коллектор подаются питающие напряжения одного знака. К недостаткам относят худшие частотные и температурные свойства (например, в сравнении со схемой ОБ). С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается. К тому же, каскад по схеме ОЭ при усилении вносит значительные искажения.

Схема с общей базой (ОБ). Схема ОБ изображена на рисунке 2.

Рис. 2 - Схема включения транзистора с общей базой

Такая схема включения не дает значительного усиления, но обладает хорошими частотными и температурными свойствами. Применяется она не так часто, как схема ОЭ.

Коэффициент усиления по току схемы ОБ всегда немного меньше единицы:

т. к. ток коллектора всегда лишь немного меньше тока эмиттера.

Статический коэффициент передачи тока для схемы ОБ обозначается α и определяется:

при uк-б = const

Этот коэффициент всегда меньше 1 и чем он ближе к 1, тем лучше транзистор. Коэффициент усиления по напряжению получается таким же, как и в схеме ОЭ. Входное сопротивление схемы ОБ в десятки раз ниже, чем в схеме ОЭ.

Для схемы ОБ фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует, то есть фаза напряжения при усилении не переворачивается. Кроме того, при усилении схема ОБ вносит гораздо меньшие искажения, нежели схема ОЭ.

24. Схема включения биполярного транзистора в режиме усиления тока (эмиттерный повторитель). Особенности работы.

Вопрос 25. Принцип работы биполярного транзистора с общей базой при подаче синусоидального напряжения.

Будем считать, что источник сигнала по отношению к транзистору является генератором тока  i_Г  I_Гm sin  t, где I_Гm=E_Гm/R_Г.Тогда полный входной ток транзистора можно считать известным . (3.43)

Сопротивление нагрузки будем считать большим R_Н >> R_К.

Для описания работы транзистора воспользуемся семейством выходных характеристик (рис. 3.31) i_К=f(i_Б,u_КЭ). Учитывая, что характеристика резистора R_К подчиняется закону Ома, получим: ,

где ( E_К - u_КЭ) - падение напряжения на резисторе R_К. Это уравнение называется уравнением нагрузочной линии. Ее график имеет вид прямой линии, проходящей через точку E_К на оси абсцисс и через точку E_К /R_К, на оси ординат. Чем меньше R_К, тем более круто проходит нагрузочная линия. Поскольку через транзистор и R_К протекает один и тот же ток i_К, то его величина и напряжение u_КЭ могут быть найдены путем решения системы уравнений:

. (3.44)

Эта система уравнений может быть решена графически, путем нахождения точек пересечения нагрузочной линии с графиками выходных характеристик транзистора. Для определения параметров режима по постоянному току примем e_Г =0. Тогда значения постоянной составляющей тока коллектора I_К (0) и напряжения U_КЭ (0) определяются пересечением нагрузочной линии и статической характеристики транзистора, снятой при i_Б =I_Б (0), - см. рис. 3.31, точка А.

 

При подаче на вход каскада напряжения e_Г ток базы будет изменяться относительно I_Б (0) по синусоидальному закону с амплитудой

и рабочая точка будет перемещаться по нагрузочной линии между точками B и C. Соответственно будет изменяться ток коллектора с амплитудой I_Кm около значения I_К (0) и напряжение на коллекторе с амплитудой U_Кm около значения U_КЭ (0). При этом ток коллектора i_К будет находиться в фазе с током базы i_Б, а выходное напряжение u_КЭ в противо-фазе. ( Увеличению тока базы соответствует увеличение тока коллектора и уменьшение напряжения на коллекторе. См. рис. 3.31).