§ 44. Сравнение схем включения транзисторов

Схемы включения биполярных транзисторов. Сравнительные данные свойств транзисторов в схемах с ОБ, ОК и ОЭ (см. рис. 54) приведены в табл. 132. В схеме с общей базой эмиттерный переход включен в прямом направлении, поэтому при незначительных изме­нениях напряжения ДU_э сильно меняется ток ДI_э, вследствие чего входное сопротивление транзистора r_вх = ДU_э/ДIэ при U_K=const мало (десятки омов). Коллекторный переход включен в обратном направлении, поэтому изменения напряжения на этом переходе ДU_к незначительно влияют на изменения тока ДI_к, вследствие чего вы­ходное сопротивление г_вых = ДUк/ДIк при Iэ=const велико (до не­скольких мегаомов). Большое различие входных и выходных сопро­тивлений затрудняет согласование каскадов в многокаскадных уси­лителях.

Таблица 132

Параметры	Сравнительные показатели свойств транзисторов в схемах
	с общей базой	с,общим эмитте­ром	с общим коллек­тором
Коэффициенты;
передачи по току	0,6 — 0,95	Десятки — сотни	Больше, чем в схеме с ОЭ
усиления	Тысячи	Меньше, чем в	0,7 — 0,99
по напря- жению		схеме с ОБ
усиления	Менее чем а	Большое (ты-	Меньше, чем в
по мощности	схеме с ОЭ	сячи)	схеме с ОЭ
Сопротивление:
входное	Малое (едини- цы — десятки омов)	Большое (де- сятки — ты- сячи омов)	Большое (сот- ни килоомов)
выходное	Большое (ты- сячи омов - единицы мегаомов)	Сотни омов, — десятки ки лоомов	Единицы омов — десятки килоомов
Сдвиг фаз	0°	180°	0°

В схеме с ОБ входным (управляющим) является ток I_э, а выходным — ток Iк. Последний всегда меньше тока эмиттера, так как часть инжектируемых носителей заряда рекомбинирует в базе, по­этому а=ДI_к/ДIэ<1. Коэффициент усиления по напряжению Kн в схеме велик, поскольку изменения токов на входе ДI_э и выходе ДI_к почти одинаковы, а r_ВЫх>r_вх. Коэффициент усиления по мощности также велик (K_м=аK_н=1000). Эмиттерный переход включается в проводящем направлении, поэтому изменения тока 1₃, а следователь­но, и тока Iк происходят без фазового сдвига (Ф=0°).

В схеме с общим эмиттером управляющим служит ток базы Is — Is — Iк. Поскольку большинство носителей зарядов, инжектиру­емых эмиттером, достигает коллекторной области [I_к= (0,9 ч-0,99) I_э] и лишь незначительная часть рекомбинирует в базе, ток базы мал: Iб=(0,01-0,1) I_э. При этих условиях K_тэ = ДI_к/ДI_б>Kтб=ДI_к/ДIэ и составляет 10 — 150. Усиление по напряжению примерно такое же, как и в схеме с ОБ. Благодаря высокому коэффициенту передачи тока эта схема обеспечивает большое (Kм до 10000) уси­ление по мощности.

Напряжение в схеме с ОЭ на входе U₃ и выходе U_K одного по­рядка, поэтому г_Вх=ДUэ/ДIэ здесь больше, чем в схеме с ОБ, и до­стигает десятков — тысяч омов. В этой схеме напряжение коллектор­ного источника Е_к частично приложено к эмиттерному переходу, по­этому изменения ДU_к вызывают большие изменения тока ДI_к, вслед­ствие чего r_вых=ДUк/ДIк при Iб=const меньше, чем в схеме с ОБ, что облегчает согласование каскадов в многокаскадных усилителях.

В схеме с ОЭ положительные полуволны подводимого напряже­ния сигнала действуют в противофазе с напряжением смещения, по­этому ток I_э, а следовательно, и I_к уменьшаются; отрицательные полуволны сигнала действуют согласованно с напряжением смеще­ния, и токи 1д и Iк возрастают. В результате напряжение сигнала, снимаемое с нагрузки в выходной цепи, будет (по отношению к об­щей точке схемы) противофазным с напряжением подводимого сиг­нала (т. е. ф=180°).

В схеме с общим коллектором входным является ток I_б, а вы­ходным I_э. Так как во входной цепи проходит малый ток базы, входное сопротивление r_ВX=ДUвх/ДIвх достигает десятков килоомов, Выходное напряжение в схеме приложено к эмиттерному переходу, поэтому малые изменения этого напряжения вызывают большие изменения Iэ, вследствие чего r_Вых=ДUвых/ДIвых мало (десятки омов).

Напряжение подводимого сигнала U_вх и выходное напряжение U_вых в схеме действуют встречно, т. е. U₃₆ = Uвx — Uвых. Для полу­чения на эмиттерном переходе требуемого напряжения необходимо скомпенсировать выходное напряжение, что достигается при U_вх>Uвых. В этих условиях схема с ОК не дает усиления по напря­жению (K_н<1). Коэффициент передачи по току Kт=ДIэ/ДIб =ДI_э/(ДIэ — ДIк) = 1/(1 — а) здесь несколько больше, чем в схеме с ОЭ. Отсутствие усиления по напряжению приводит к снижению усиления по мощности против схем с ОБ и ОЭ.

В схеме отрицательные полуволны подводимого напряжения сигнала U_вх действуют встречно напряжению смещения, поэтому результирующее прямое напряжение на эмиттерном переходе и ток I_э=Iб+Iк уменьшаются. При этом напряжение сигнала, снимаемое с нагрузки в цепи эмиттера, повторяет фазу напряжения подводи­мого сигнала, т. е. Ф=0 (эмиттерный повторитель).

Рис. 84. Схемы включения полевого транзистора: а — с общим истоком, б — с общим затвором, в — с общим стоком

Схемы включения полевых транзисторов. Полевые транзисторы с p-n-переходом включаются с общими истоком ОИ (рис. 84, а), затвором ОЗ (рис. 84, б) и стоком ОС (рис. 84, в).

Схема с ОИ является инвертирующим усилителем, способным усиливать сигналы по напряжению и току и обладает сравнительно небольшими междуэлектродными емкостями, (С_зи=1-20 пФ; С_зс=0,5-8 пФ; Сси<С_зи). Входная емкость С_Вх.и = С_зи+Сэ_С, проход­ная Спр.и = С_зс, выходная С_Вых.и=Сзс+С_Си. Крутизна S характе­ристики Iс=Ф(Uз) представляет собой внешнюю проводимость пря­мой передачи и для транзисторов малой мощности составляет 0,5 — 10 мСм. Выходное сопротивление сравнительно велико (обычно многократно превышает сопротивление нагрузки), поэтому коэф­фициент усиления каскада &»5R_н достигает десятков единиц. Вход­ное сопротивление (если пренебречь областями очень низких и вы­соких частот) .носит емкостной характер; входная емкость С_вх= — Сэя+SRнСзс. Поскольку междуэлектродные емкости малы, на па­раметры схемы существенно влияют емкости монтажа С_м= 1-5-3 пФ. Общая шунтирующая емкость С₀=С_Е1+С_м определяет частоту верхнего среза fв.ср=1/(2пС₀R_н).

Схема с ОЗ подобно схеме с ОБ не изменяет полярности сиг­нала и обеспечивает его-усиление по напряжению аналогично уси­лению сигнала в схеме с ОИ. Входное сопротивление г_вх= U_3m/Iит вследствие потребления от источника сигнала сравнительно боль­шого тока Iст=Iит=SU_зот оказывается незначительным. Выходное сопротивление r_вых~r_си(1+SR_и) из-за влияния отрицательной об­ратной связи по току (элементом которой является внутреннее со­противление источника сигнала R_И) велико. Влияние емкостной составляющей входной проводимости мало (так как она шунтиро­вана сравнительно большой активной проводимостью g_Вх=1/r_вх=S), поэтому каскад с ОЗ более широкополосен, чем схема с ОИ.

Схема с ОС не меняет фазу входного сигнала на выходе (истоковый повторитель), значительно усиливает ток (но не может усиливать напряжение), обладает высоким активным входным со­противлением, малой входной емкостью С_Вх = С_зс+С_3и(1 — K), где K. = U_cm/U_C3m=SRн/(1+SRн), и небольшим выходным сопротивле­нием r=l/S (близким к входному сопротивлению схемы с, ОЗ), большой широкополосностью благодаря малой входной емкости.

Рис. 85. Соединения составных транзисторов по схемам:

а — сдвоенного эмиттерного повторителя, б — усилителя на разноструктурных транзисторах, в — каскодной

Схемы составных транзисторов. Составной транзистор пред­ставляет собой комбинацию двух (и более) транзисторов, соеди­ненных таким образом, что число внешних выводов этой комбинированной схемы равно числу выводов одиночного транзистора. Составной транзистор, выполненный по схеме сдвоенного эмиттер-ного повторителя, (рис. 85, а), не изменяет полярности сигнала, об­ладает большим коэффициентом передачи тока hzi=hziVihziVz, име­ет большое входное и малое выходное сопротивления.

Составной транзистор в виде усилителя на разноструктурных (р-n-р и n-р-n) транзисторах (рис. 85, б) содержит два каскада с ОЭ с глубокой последовательной ООС по напряжению. Поскольку каждый каскад изменяет полярность сигнала, в целом схема пред­ставляет собой неинвертирующий усилитель. С выхода схемы напряжение подается на вход (эмиттер первого транзистора) в про-тивофазе с входным сигналом, подводимым к цепи базы. Приве­денный составной транзистор обладает свойствами эмиттерного повторителя. Его коэффициент усиления меньше единицы, а из-за ОС входное сопротивление велико, выходное мало. Точкой малого выходного сопротивления является коллектор транзистора V2, так как от него начинается цепь ОС по напряжению, поэтому вывод коллектора транзистора V2 играет роль эмиттера составного тран­зистора, а вывод эмиттера V2 — роль его коллектора. При выбранных структурах транзисторов, VI и V2 схема обладает свой­ствами р-n-р-транзистора.

Составной транзистор, выполненный по каскодной схеме (рис. 85, в), представляет собой усилитель, в котором транзистор VI включен по схеме с ОЭ, a V2 — по схеме с ОБ. Схема эквивалент­на одиночному транзистору, включенному по схеме с ОЭ с пара* метрами, близкими к параметрам транзистора VI. Последний обла­дает высоким выходным сопротивлением, что обеспечивает транзи« стору V2 получение широкой полосы частот,