6.3. Схемы включения биполярного транзистора и их основные параметры

Из рис. 6.2 видно, что транзистор включён выводом базы к общей точке источников питания. Можно к такой точке подключить также эмиттер или коллектор. По этому принципу различают схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).

В зависимости от схемы включения транзистора изменяются его параметры: коэффициент передачи по току K_I, коэффициент передачи по напряжению в режиме нагрузкиK_U, входноеr_вхи выходноеr_выхсопротивление, сдвиг фазы усиливаемого сигнала. В табл. 6.1 представлены схемы включения транзистора и их основные параметры.

Таблица 6.1

Схемы включения биполярного транзистора и их основные параметры

Параметр	Схема ОБ	Схема ОЭ	Схема ОК
KI	1		+1
KU	10…200	10…100	1
rвх	1…100 Ом	100…1000 Ом	Rн  (+1)
rвых	105106 Ом	104105 Ом	10…100
	0	180	0

6.4. Режимы работы транзистора

Полярность напряжений и направление токов на схемах в табл. 6.1 справедливы для нормального активного режимаработы транзистора. В этом режиме переход эмиттер-база открыт, а переход коллектор-база закрыт.

Различают ещё три режима работы транзистора: режим отсечки, режим насыщения и инверсный режим.

В режиме отсечкиоба перехода транзистора закрыты. Для перевода транзистора в этот режим изменяют полярность напряженияU_ЭБ, подключая минус к эмиттеру, а плюс – к базе. Через закрытые переходы протекают только малые обратные токиI_э0иI_к0. Эти токи создаются не основными носителями зарядов, а величина токов практически не зависит от напряженийU_ЭБиU_КБ.

В режиме насыщенияоба перехода транзистора открыты. Для перевода транзистора в этот режим изменяют полярность напряженияU_КБ, подключая плюс к коллектору, а минус – к базе. Напряжение на открытых переходах составляет 0,1…0,6 В. Не основные носители зарядов могут проходить через базу в обоих направлениях, а конкретное направление тока зависит от соотношенияU_ЭБиU_КБ.

В инверсном режимепереход эмиттер-база закрыт, а переход коллектор-база открыт. Для перевода транзистора в инверсный режим одновременно изменяют полярность источников питанияU_ЭБиU_КБ. Поскольку конструкция современных транзисторов несимметрична (толщина области коллектора больше толщины области эмиттера), на закрытый переход эмиттер-база нельзя подавать большое напряжение. ОбычноU_ЭБ5 В. В таком режиме коэффициенты передачи тока транзистора уменьшаются, поэтому инверсный режим в современной схемотехнике практически не используется.

Следует отметить, что зависимость тока коллектора от тока базы в схеме ОЭ и от тока эмиттера в схеме ОБ с учётом обратного тока закрытого коллекторного перехода I_к0отличается от основного уравнения токов транзистора (6.1) и определяются формулами:

для схемы ОЭ I_к=(I_б+I_к0); (6.5)

для схемы ОБ I_к=I_э+I_к0,

где I_к0 – обратный ток перехода база-коллектор при токе I_э = 0.

Рассмотрим пример, в котором учитывается эта зависимость.

Пример расчёта токов транзистора в нормальном активном режиме

Коэффициент передачи тока базы транзистора  = 50, обратный ток перехода коллектор-база I_к0 = 10 мкА. Рассчитать токи I_к, I_э, I_б при включении по схеме ОБ и ОЭ, если ток коллектора был одинаковый в обеих схемах, а соотношение токов I_э = 55I_б. Как изменится ток эмиттера в схеме ОЭ при изменении тока базы на 50 мкА?

Решение. Воспользуемся формулами (6.4) и (6.5).

В соответствии с условиями задачи можно записать:

;

I_к = (I_б + I_к0) = 50 (I_б + 10);

I_к=I_э+I_к0= 0,9855I_б+ 10;

или I_к = 50I_б + 500;

I_к= 54I_б+ 10.

Решая эту систему относительно тока базы, находим 4I_б = 490 мкА или I_б = 0,122 мА. Ток эмиттера в схеме ОБ I_э = 55I_б = 6,7 мА. Ток коллектора можно найти по любому уравнению I_к = (I_б + I_к0) = 50 (0,122 + 10) = 6,6 мА.

При изменении тока базы на I_б = 50 мкА ток коллектора изменится на

I_к = I_б = 5050 = 2500 мкА = 2,5 мА;

а изменение тока эмиттера равно сумме изменений этих токов

I_э = I_к + I_б = 2,55 мА.

Более подробные сведения о расчётах токов транзисторов приведены в литературе [20, 22].

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются полевые и биполярные транзисторы?

2. По каким параметрам классифицируются биполярные транзисторы?

3. Расшифруйте обозначение КТ315А, ГТ404Б.

4. Нарисуйте схемы включения ОБ и ОЭ биполярного транзистора структуры p-n-p, работающего в нормальном активном режиме. Укажите полярность питающих напряжений и направление токов.

5. Нарисуйте схемы включения ОБ и ОЭ биполярного транзистора структуры n-p-n, работающего в нормальном активном режиме. Укажите полярность питающих напряжений и направление токов. В чём отличие от аналогичных схем транзистора структуры p-n-p?

6. Охарактеризуйте состояние переходов транзистора (открыт, закрыт) в режимах отсечки, насыщения и инверсном.

7. Как влияет обратный ток закрытого коллекторного перехода на величину коэффициентов передачи тока эмиттера и тока базы транзистора? Отличаются ли значение коэффициентов А и , В ии почему?