Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лен ск.Элементная база.doc
Скачиваний:
115
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
3.22 Mб
Скачать

1.5.2. Схемы включения и статические характеристики

биполярных транзисторов

Рис. 172

Как известно транзистор имеет три электрода, из которых в схеме включения один – входной, другой выходной, а третий – общий для цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой электрод является общим, возможны три схемы включения транзистора - с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Все схемы включения транзистора содержат две цепи – входную и выходную и соответственно два источника электрической энергии.

На практике наибольшее распространение получила схема включения VT с общим эмиттером ОЭ (рис.172).

Входная цепь в данном случае между эмиттером и базой – является управляющей. В нее последовательно с источником питания Еб включается источник слабых электрических колебаний Uвх, которые надо усилить. Электрические колебания, подаваемые во входную цепь, называют управляющим, или усиливаемым. сигналом.

Выходная цепь – между коллектором и эмиттером – является главной цепью. В эту цепь последовательно с источником Ек включается нагрузка, на которой надо получить усиленный сигнал.

Как видно на рис.172, в этой схеме общим электродом для входной и выходной цепей является эмиттер.

Наибольшее значение при применении транзисторов имеют два вида характеристик – входные и выходные.

В схеме с ОЭ входной ток – ток базы Iб , выходной ток – ток коллектора Iк, входное напряжение создается между базой и эмиттером Uбэ, а выходное – между коллектором и эмиттером Uкэ.

Выходной характеристикой (коллекторной) называют зависимость выходного тока Iк от выходного напряжения Uкэ при постоянном входном токе Iк0 (173, б).

Iк = f(Uкэ) при Iб = const.

а б

Рис. 173

Все коллекторные характеристики выходят из начала координат, т.е. при Uкэ = 0 ток Iк = 0, так как цепь коллектор – эмиттер закорочена. Коллекторная характеристика при Iб=0 называется начальной коллекторной характеристикой. При токе базы, равном нулю, начальный коллекторный ток Iк0 тоже маленькая величина, но с повышением температуры Iк0 увеличивается.

Чем больше ток базы Iб, тем выше располагается коллекторная характеристика. Это соответствует большему значению тока эмиттера, а следовательно, и тока коллектора.

На коллекторной характеристике видно, что изменение коллекторного напряжения (ΔUкэ) почти не влияет на величину тока коллектора (т.е. ΔIк мало), так как рабочий участок характеристики пологий. Следовательно,

выходное сопротивление транзистора Rвых.э = ΔUкэ/ ΔIк при Iб = const в схеме с общим эмиттером велико и составляет десятки – сотни килоом.

Входной характеристикой называют зависимость входного тока Iб от входного напряжения Uбэ при постоянном выходном напряжении Uкэ (рис.173, а, где Uкэ1= 0, Uкэ3 > Uкэ2).

Iб = f(Uбэ) при Uкэ = const.

При Uкэ = 0 характеристика имеет вид прямой ветви вольтамперной характеристики диода. С увеличением постоянного напряжения Uкэ она сдвигается вправо.

Входные характеристики начинаются (как и прямая ветвь ВАХ диода) не из начала координат, а при некотором значении напряжения базы, называемом пороговым.

Входное сопротивление транзистора можно определить используя входную и выходную характеристики Rвх.э = h11э= ΔUбэ/ ΔIб при Iкэ = const.

Величина этого сопротивления существенно зависит от мощности транзистора. Например, транзисторы большой и средней мощности имеют малое входное сопротивление, и которое с повышением тока коллектора резко уменьшается.

В этой схеме (ОЭ) входным током является ток базы Iб, а выходным – ток коллектора Iк. Отношение этих токов определяет коэффициент усиления по току h21Э схемы с ОЭ: h21Э = Iк/ Iб при Uкэ = const.

Так как ток базы имеет малое значение, то это и обусловило широкое применение подобной схемы, так как в этом случае можно получить большое усиление входного сигнала по току.

Поскольку ток коллектора гораздо больше тока базы, а создаваемое им напряжение на нагрузке Rнв высокоомной выходной цепи значительно превышает напряжение во входной цепи, то, значит, схема с ОЭ усиливает и ток, и напряжение и, следовательно, дает очень большое усиление мощности (Рк) входного сигнала.

Таким образом, анализ входных и выходных характеристик показывает, что ток эмиттера как прямой ток p-n перехода значительно изменяется Iбэ) при очень малых изменениях напряжения на эмиттерном переходеUбэ) и вызывает, соответственно, большие изменения тока коллектора Iк). На этом основаны усилительные свойства транзистора.

Транзисторы могут работать в линейном и ключевом режимах.

Простейшая схема транзисторного ключа с общим эмиттером (отличающейся наибольшим усилением по мощности по сравнению с другими возможными схемами) изображена на рис.174, а. Работу схемы можно пояснить,

а б

Рис. 174

пользуясь коллекторными характеристиками транзистора (рис. 174, б) и нагрузочной прямой, построенной при заданных значениях сопротивления Rк и источника питания Ек.

Работа транзистора в режиме переключения (ключа) характеризуется быстрым переходом рабочей точки из области отсечки в область насыщения, т.е. из точки А в точку Б.

В области отсечки 1 оба перехода транзистора закрыты, что соответствует выключенному состоянию транзистора, так как на базу в этом случае подается запирающее напряжение При этом (коллекторный переход смещен в обратном направлении) через коллектор транзистора протекает незначительный ток и он близок к обратному току коллектора Iк0 ( iк =Iк0).

В области насыщения 3 транзистор находится во включенном состоянии (эмиттерный и коллекторный переходы смещены в прямом направлении). Для осуществления режима насыщения необходимо, чтобы входной ток базы iб был равен или превышал некоторую величину тока базы насыщения Iбн при которой коллекторный ток Iк достигает максимального значения насыщения

Iкн = Ек / Rк.

При этом напряжение на коллекторном переходе уменьшается до минимального остаточного напряжения Uкмин, которое часто называют напряжением насыщения транзистора Uк нас (его величина составляет примерно 1 В). При токе Iб = Iбн напряжение коллектор – база становится равным нулю Uк.б = 0. Величину Iбн можно определить из следующего выражения Iбн = Iкн/ h21Э.

При обеспечении обоих режимов амплитуда перепада коллекторного напряжения при переключении получается равной

ΔU = Ек Iк0RкUк нас .

Поскольку последние два слагаемых невелики, то практически можно считать ΔUЕк .

Величина перепада коллекторного тока также оказывается значительной и определяется внешними элементами – источником Ек и сопротивлением Rк

Iк = (Ек / Rк) ─ Iк0Ек / Rк .

При фазовом регулировании транзистор работает в так называемом ключевом режиме: при включении переходит из области отсечки в область насыщения, при выключении – наоборот.

Так как и режиме насыщения, и в режиме отсечки потери на транзисторе малы, то транзистор в схеме переключателя обладает хорошими ключевыми свойствами.

Время переключения транзистора зависит как от формы управляющего тока, так и от его частотных свойств.

Область 2 (между точками А и Б на рис. 174, б) называется активной или линейной и транзистор ведет себя как активный элемент.

При увеличении (или уменьшении) напряжения эмиттер - база ΔUэб (рис.174, а, б) приводит к соответствующему увеличению (уменьшению) тока базы Iб , а следовательно, к увеличению (уменьшению) тока эмиттера ∆ Iэ и тока коллектора ∆ Iк транзистора:

Iк = h21Э Iб; Iэ = (h21Э + 1)∆ Iб.

Изменение тока коллектора вызывает пропорциональное изменение напряжения на нагрузке и напряжения коллектор – эмиттер транзистор

ΔUкэ = ∆ Iк Rн.

Определив значения произведений Iк ΔUкэ и Iб ΔUэб и вычислив их отношение, нетрудно получить коэффициент усиления транзисторного каскада по мощности ( и использовав при этом подстановку ΔUкэ = ∆ Iк Rн)

КУ = (∆ Iк ΔUкэ)/(∆ Iб ΔUэб) = (∆ Iк /∆ Iб)×(∆ Iк Rн)/(∆ Iб h11Э) = h221Э(Rн /h11Э ), где h11Э = ΔUэб /∆ Iб – входное сопротивление транзистора.

Для мощных транзисторов при токах эмиттера, превышающих десятки-сотни миллиампер, h11Э составляет единицы – десятки Ом, для маломощных транзисторов увеличивается до сотен Ом.

При достаточно большом напряжении Ек ( Ек » Uэб) сопротивление нагрузки Rн может быть выбрано много большим h11Э, что при h21Э »1 обуславливает сравнительно большое усиление сигнала по мощности даже в рассматриваемом случае простейшего транзисторного каскада.

Пример. Пусть h21Э =10, h11Э =10 Ом. При Rн = 100 Ом коэффициент усиления рассматриваемого каскада (на одном транзисторе) по мощности составит Ку = 102 (100/10) = 1000.

Как уже было сказано ранее, транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером обладает наибольшим усилением по мощности, поскольку в нем происходит усиление входного сигнала как по напряжению, так и по току.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]