Схемы включения транзисторов

В зависимости от того, какой из электродов транзистора является общим для его входной и выходной цепи, различают три схемы включения (рис. 3.2)

(Рис. 3.2, стр. 55, Федотов)

Рассмотрим особенности каждой схемы. На рис. 3.2а представлена схема с общей базой. В данной схеме входным током является ток эмиттера , а выходным- ток коллектора . Напряжение между эмиттером и базой является входным , а напряжение между коллектором и базой- выходным . Входным сопротивлением является сопротивление между эмиттером и базой . Поскольку эмиттерный переход находится в открытом состоянии, входное сопротивление схемы с общей базой мало (единицы- десятки Омов).

Рассмотрим усилительные свойства данной схемы.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления тока)

<1

Следовательно, схема с общей базой не обладает усилением по току. Коэффициент усиления напряжения

Поскольку отношение значительно больше входного сопротивления, схема с общей базой способна усиливать входное напряжение.

Коэффициент усиления мощности определим как отношение мощностей

Из полученного выражения также следует, что схема с общей базой обладает некоторым усилением по мощности, так как > . Отсутствие усиления тока, малый коэффициент усиления по мощности, а также небольшое входное сопротивление ограничивают применение данной схемы. Малое входное сопротивление не позволяет осуществлять каскадное включение, так как малое входное сопротивление последующего каскада оказывает шунтирующее действие на выход предыдущего каскада, в результате чего резко снижается усиление всего усилителя.

На рис. 3.2,б представлена схема с общим эмиттером. В данной схеме входным током является базовый ток , а выходным током- коллекторный .

Входное сопротивление примерно на два порядка больше, чем в схеме с общей базой, так как

.

Увеличение входного сопротивления позволяет собирать многокаскадные усилители, у которых каждый каскад собран по схеме с общим эмиттером.

Схема с общим эмиттером обладает усилением тока

β>1.

Коэффициент усиления напряжения в схеме с общим эмиттером такой же, как и в схеме с общей базой:

Однако схема с общим эмиттером кроме усиления изменяет форму выходного напряжения на 180°.

Поскольку схема обладает усилением по току и по напряжению, она имеет наибольший коэффициент усиления мощности:

Схема с общим коллектором представлена на рис. 3.2,в. В этой схеме входным является базовый ток

Выходным током служит ток эмиттера . Схема с общим коллектором обладает наибольшим усилением по току:

Входное сопротивление схемы с общим коллектором значительно превышает входное сопротивление рассмотренных выше схем:

Схема с общим коллектором не обладает усилением напряжения, так как

Схему с общим коллектором часто называют эмиттерным повторителем, так как нагрузка включена в цепь эмиттера. Коэффициент усиления напряжения равен примерно единице и выходное напряжение совпадает по фазе с входным.

Эмиттерный повторитель используется как каскад согласования между отдельными каскадами или между выходом усилителя и его нагрузкой. Коэффициент усиления мощности в схеме с общим эмиттером примерно равен коэффициенту усиления тока:

.

Из выше сказанного следует, что любая из схем включения обладает усилением мощности. Это подтверждает то, что транзистор является активным (усилительным) прибором.

Статические вольт- амперные характеристики транзистора

Вольт-амперные характеристики представляют собой графики зависимости токов от напряжений, действующих в цепях транзистора. Различают входные и выходные характеристики.

Входные характеристики показывают зависимость входного тока от входного напряжений при неизменном напряжении на коллекторе.

Выходные характеристики характеризуют зависимость выходного тока от напряжения на коллекторе при неизменной величине входного тока или напряжения. В соответствии с тремя схемами включения транзистора различают характеристики для схемой с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.

Полевые транзисторы,

Принцип действия, устройство. Статические характеристики полевых транзисторов

Различают полевые транзисторы с управляющим р-п переходом и на

основе конструкции металл—диэлектрик—полупроводник или МДП-транзисторы.

А. Полевые транзисторы с управляющим р-п переходом. Рассмот­рим принцип работы полевого транзистора с управляющим р-п пере­ходом (рис. 5.1).

Между двумя электродами, называемыми истоком И и стоком С, расположен «-канал из полупроводника «-типа. Если между истоком и стоком включен источник с ЭДС £₍, положительным полюсом к стоку, то в я-канале есть ток проводимости , значение которого зависит от сопротивления канала. В свою очередь сопротивление и-канала зависит от его ширины, которую в полевых транзисторах мож­но изменять. Для этого между третьим электродом, называемым за­твором 3, и истоком включен источник ЭДС £\, отрицательным полю­сом к затвору, так что р-п переход между и-каналом и полупровод­ником р-типа, который находится у затвора, включен в обратном направлении. Ширина обедненного подвижными носителями р-п перехо­да влияет на ширину «-канала и тем самым на его проводимость.

Напряжение р-п перехода вдоль канала непостоянное

и имеет отрицательное значение, т. е. переход на всем протяжении вклю­чен в обратном направлении. Наибольшего абсолютного значения напря­жение достигает у стока, где перекрытие канала будет максимальным (показано заштрихованной областью на рис. 10.19).

Работу полевого транзистора с управляющим р-п переходом опре­деляют статические стоковые ^р(^_си) и = const (Р^ис<0 и стоко-затворные ^_с(и_з]Л)_и =_const (рис. 7.2,6) характеристики. Чрезмерное увеличение напряжения £/_си вызывает лавинный пробой между затвором и стоком.

При напряжении £/₃И' меньшем напряжения отсечки ^₃Иотс' ^канал закрыт (/„ = —/~). Изменение полярности напряжений £/,,„ или £/дц

нарушает работу затвора.

В рассмотренном случае (рис. 10.19) полевой транзистор включен по схеме с общим истоком (ОИ). Возможно включение полевого тран­зистора также по схеме с общим стоком (ОС) и общим затвором (03). Однако две последние разновидности схем включения приме­няются редко и здесь не будут рассматриваться.

Рассматривая полевой транзистор с ОИ как нелинейный трехполю-сник, включенный по схеме на рис. 6.12, опишем аналогично (6.7)

его работу в режиме малого сигнала системой линейных уравнений:

Iз=Y₁₁Uзи + Y₁₂Uси

Iс=Y₁₁Uзи + Y₁₂Uси

где Y₁₁ = [d i_з / d U_зи] _Uси=const = Yвх =1/Rвх –входная проводимость транзистора

Y₁₂ = [d i_з / d U_си] _Uзи=const = обратная крутизна

Y₂₁ = [d I_с / d U_зи ] _Uси=const = S крутизна [ма/мв]

Y₂₂ = [d I_с / d U_си ] _Uзи=const = Yвых =1/Rвых–выходная проводимость транзистора

— параметры полевого транзистора. Они определяются из опыта или по статическим характеристикам имеют типовые зна­чения

Y₁₁₌10^{-7 ÷} 10^-9 См ; Y₁₂₌10^{-9 ÷} 10^-11См ;

Y₂₁₌10^{-3 ÷} 10^-4 См ; Y₂₂₌10^{-5 ÷} 10^-6См ;

Полевой транзистор прибор, управляемый напря­жением, в отличие от биполярного транзистора, управляемого током базы. Величина S ~ называется крутизной стоко-затворной характеристики.

Б. Полевые МДП-транзисторы. Полевые МДП-транзисторы отличают­ся от полевых транзисторов с управляющим р-п переходом тем, что в них электрод затвора изолирован от канала слоем диэлектрика. В ка­честве диэлектрика обычно используется окисел SiO₂.

6. Полупроводниковые усилители

[2] Электронным усилителем называют устройство, в котором входной сигнал напряжения или тока используется для управления током (следовательно и мощностью), поступающим от источника питания в нагрузку.

Источниками сигналов могут быть различные устройства, преобразующие неэлектрическую энергию в электрическую. Например: микрофоны, пьезоэлементы, датчики и т.д.

Нагрузкой усилителей могут быть различные устройства, преобразующие электрическую энергию в неэлектрическую, например, громкоговорители, индикаторные устройства, осветительные, нагревательные и другие приборы.

Классификация усилителей, основные характеристики

Усилители можно разделить по многим признакам: виду используемых усилительных элементов, количеству усилительных каскадов, частотному диапазону усиливаемых сигналов, выходному сигналу, способам соединения усилителя с нагрузкой и др. по типу используемых элементов усилители делятся на ламповые, транзисторные и диодные. По количеству каскадов усилители могут быть однокаскадными, двухкаскадными и многокаскадными. По диапазону частот усилители принято делить на низкочастотные, высокочастотные, полосовые, постоянного тока (или напряжения).

Связь усилителя с нагрузкой может быть выполнена:

а) непосредственно (гальваническая),

б) через разделительный конденсатор (емкостная)

с) через трансформатор (трансформаторная).

Все характеристики можно разделить на три группы: входные, выходные и передаточные. К входным относятся: допустимые значения входного и выходного напряжения или тока, входное сопротивление и входная емкость.

Основной передаточной характеристикой усилителя является его коэффициент усиления. Так же к техническим показателям усилителей относятся ширина полосы пропускания , чувствительность, выходная мощность , искажения вносимые усилителем. Различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности.

Коэффициент усиления в общем случае является комплексной величиной, т.е. он зависит от частоты входного сигнала и характеризуется не только изменением амплитуды выходного сигнала с изменением частоты, но и его задержкой во времени, т.е изменением его фазы.

[5] Если в усилителе имеются несколько каскадов усиления с коэффициентами то коэффициент усиления усилителя

в современных усилителях коэффициент усиления очень большой, поэтому его выражают в логарифмических единицах (в Дб):

;