42. Схемы включения биполярных транзисторов.

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

• Коэффициент усиления по току I_вых/I_вх.

• Входное сопротивление R_вх = U_вх/I_вх.

Схема включения с общей базой

Усилитель с общей базой. 

• Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.

• Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх = I_к/I_э = α [α<1].

• Входное сопротивление R_вх = U_вх/I_вх = U_эб/I_э.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства

• Хорошие температурные и частотные свойства.

• Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой

• Малое усиление по току, так как α < 1

• Малое входное сопротивление

• Два разных источника напряжения для питания.

Схема включения с общим эмиттером

I_вых = I_к I_вх = I_б U_вх = U_бэ U_вых = U_кэ

• Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх = I_к/I_б = I_к/(I_э-I_к) = α/(1-α) = β [β>>1].

• Входное сопротивление: R_вх = U_вх/I_вх = U_бэ/I_б.

Достоинства

• Большой коэффициент усиления по току.

• Большой коэффициент усиления по напряжению.

• Наибольшее усиление мощности.

• Можно обойтись одним источником питания.

• Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.

Схема с общим коллектором

I_вых = I_э I_вх = I_б U_вх = U_бк U_вых = U_кэ

• Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх = I_э/I_б = I_э/(I_э-I_к) = 1/(1-α) = β [β>>1].

• Входное сопротивление: R_вх = U_вх/I_вх = (U_бэ + U_кэ)/I_б.

Достоинства

• Большое входное сопротивление.

• Малое выходное сопротивление.

Недостатки

• Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем».

43. Однокаскадный усилитель с общим эмиттером.

При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°). Каскад усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако, при такой схеме нелинейные искажения сигнала больше, чем в схемах с общей базой или с общим коллектором. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления. В активном режиме транзистор VT1 открыт, напряжение на базе относительно эмиттера U_BE меняется слабо и составляет примерно 0,2 В для германиевых и 0,7 В для кремниевых транзисторов. Примерное постоянство напряжения U_BE объясняется тем, что зависимость U_BE(I_B) логарифмическая, и в широком диапазоне изменении тока базы I_B напряжение U_BE меняется очень мало.

С учётом этого в режиме напряжение на коллекторе при фиксированном R_С полностью определяется сопротивлением R_B:

где β — коэффициент усиления по току транзистора VT1 в схеме с общим эмиттером.

Таким образом, чтобы в режиме покоя обеспечить на коллекторе напряжение U_C, при известном R_C необходимо взять сопротивление в цепи базы R_B равным