5.2. Схемы включения транзистора

Различают три схемы включения транзистора в зависимости от того, какой из электродов транзистора является общим для входного и выходного сигналов (рис. 5.4): с общей базой (ОБ); с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК). Первый закон Кирхгофа применительно к транзистору дает равенство

, (5.1)

то есть ток эмиттера в транзисторе распределяется между базой и коллектором.

В этих схемах источники постоянного напряжения и резисторы нагрузки обеспечивают режимы работы транзисторов по постоянному току.

Рис. 5.4. Основные схемы включения транзисторов

Входные сигналы переменного тока создаются источниками U_вх. Они изменяют ток эмиттера транзистора, а соответственно и ток коллектора, и ток базы согласно уравнению (5.1), то есть

. (5.2)

Если из равенства (5.2) вычесть равенство (5.1), получим

. (5.3)

Тогда

. (5.3,а)

Транзистор в любой схеме применения характеризуется коэффициентом прямой передачи по току, который определяет отношение приращения выходного тока к вызвавшему его приращению входного тока при постоянном напряжении в выходной цепи, то есть

при . (5.4)

Для схем с ОБ входным током является ток эмиттера, выходным – ток коллектора. Так как эмиттерный переход находится в открытом состоянии, то входное сопротивление схемы – сопротивление эмиттер–база (R_вх = U_вх / I_вх) будет малым (единицы – десятки Ом).

Тогда для этой схемы включения транзистора коэффициент прямой передачи по току

. (5.5)

Следовательно, схема с общей базой не обладает усилительными свойствами.

Коэффициент усиления по напряжению на малом сигнале для этой схемы можно определить как

, (5.6)

где r_э – дифференциальное сопротивление перехода эмиттер–база. Так как отношение R_н / r_э значительно больше входного сопротивления, то схема с ОБ может усиливать входное напряжение.

Коэффициент усиления по мощности

. (5.7)

Так как отношение R_н/r_э >  ², то можно утверждать, что схема с ОБ обладает некоторым усилением по мощности. Например, теоретические расчеты показали, что для схемы с ОБ при  = 0,98 коэффициент усиления по напряжению К_U может быть равен 196, а по мощности К_P = 192.

Для схемы с ОЭ входным током является базовый ток, а выходным током коллекторный. Входное сопротивление в этой схеме будет примерно на два порядка больше, чем в схеме с ОБ:

. (5.8)

Коэффициент прямой передачи по току в схеме с ОЭ равен:

, (5.9)

то есть эта схема обладает усилением по току. Из этой формулы видно, что чем больше будет коэффициент , тем больше будет величина . Например, при  = 0,96 получим  = 24, при  = 0,99 имеем  = 99.

Коэффициент усиления по напряжению

(5.10)

такой же, как и в схеме с общей базой.

Так как схема с ОЭ обладает усилением по току и по напряжению, то величина коэффициента усиления по мощности будет наибольшей

, (5.11)

где К_P(об) – коэффициент усиления по мощности в схеме с ОБ.

Для схемы с ОК входным током является ток базы, а выходным током служит ток эмиттера. Тогда коэффициент усиления по току К_I = I_э/[I_э(1–)] = 1/(1–) будет наибольший. Входное сопротивление транзисторов в схеме с ОК

(5.12)

значительно превышает входное сопротивление транзисторов в схемах с ОБ и ОЭ. Коэффициент усиления по напряжению равен

. (5.13)

Так как R_н >> r_э, то в схеме с ОК К_U  1.

Коэффициент усиления по мощности в схеме с ОК равен К_P = К_IК_U  1/(1–), т.е. приблизительно равен коэффициенту усиления по току. Обобщенные данные по параметрам для различных схем включения транзистора представлены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Параметры для схем включения транзистора

Параметр	Обозначение	Схема включения транзистора
		ОБ	ОЭ	ОК
Усиление по току	KI	менее 1	(10 -250)	(10 -250)
Усиление по напряжению	KU	Среднее (30 - 300)	Высокое (50 - 2000)	менее 1
Усиление по мощности	KP	Среднее (30–300)	Высокое более 1000	Среднее (10–250)
Входное сопротивление	Rвх	Низкое (20 – 120) Ом	Среднее (150 Ом -1,5кОм)	Высокое (10 - 500 кОм)
Выходное сопротивление	Rвых	Высокое (1 - 1,5 МОм)	Среднее (10 - 100 кОм)	Низкое (10 - 100 Ом)

Практические схемы включения транзистора отличаются от приведенного на рис. 5.4 добавлением радиокомпонентов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей и др.) для задания рабочего режима, нагрузки, разделения постоянной и переменной составляющих.

Таким образом, для всех схем включения транзистора общим является усиление по мощности.

Необходимо обратить внимание на то, что при обрыве базового вывода при подключенных к транзистору источниках питания, коллекторный ток в зависимости от конструкции транзистора (в первую очередь от толщины базы) может резко возрасти, что приведет к выходу транзистора из строя. Поэтому при работе с транзисторами рекомендуется базовый вывод всегда подключать к схеме первым и отключать последним.