Тема 8. Транзисторная схемотехника.

8.1 Транзистор в линейном режиме.

Рассмотрим три основные схемы включения транзисторов с учетом всех элементов, обеспечивающих режим по постоянному току и гальваническую развязку по переменному току . При этом ограничимся рассмотрением схем включения биполярных транзисторов: схемы включения полевых (канальных) транзисторов аналогичны схемам включения биполярных транзисторов и, если не учитывать некоторые нюансы, могут быть получены из последних "заменой электродов" - т. е. исток должен быть включен вместо эмиттера, затвор вместо базы, сток - вместо коллектора. В качестве транзисторов выберем приборы n-p-n-типа. В этом случае, как на коллектор, так и на базу следует подавать питающее напряжение положительной полярности и объяснение принципа действия схем становится проще. При этом включение транзисторов р-n-р-типа ничем, кроме полярности питающих напряжений, не отличаются от включений n-p-n-транзисторов.

Включение транзистора по схеме с общим эмиттером.

Схема принципиальная электрическая усилителя на транзисторе, включенном с общим эмиттером (ОЭ), изображена на рис. 2.1.

Входным электродом является база (точнее, входной сигнал приложен к переходу эмиттер-база, т. е. Uвх=U_бЭ=φ_б - φ_Э, где φ_б и φ_Э – соответственно потенциалы базы и эмиттера). Выходным электродом является коллектор, т. е. выходное напряжение Uвых равно падению

напряжения между коллектором и эмиттером Uкз: Uвых=Uкэ=φ_к - φ_э, где φ_к - потенциал коллектора.

Таким образом, эмиттер является "общим электродом" и для Uвх, и для Uвых, чем и объясняется название схемы. На рис. 2.1 эмиттер заземлен и φ_э=0. В большинстве случаев непосредственное соединение эмиттера с землей применяют редко, но здесь мы рассмотрим именно схему с заземленным эмиттером, так как наличие дополнительных элементов не изменяет основной принцип работы схемы с ОЭ, но сильно усложняет объяснение.

Разделительные конденсаторы Ср₁ и Ср₂ будем считать в диапазоне частот сигнала короткими замыканиями, а для постоянных питающих напряжений они, естественно, представляют собой разрывы. Впоследствии вклад Ср₁ и. Ср₂ в характеристики схемы и их назначение будут оговорены.

Для объяснения работы схемы используем известное из физики полупроводников явление: р-n-переход при подаче на р-полупроводник положительного потенциала (относительно потенциалаn-полупроводника) открывается и через переход течет ток; причем в определенных пределах ток прямо пропорционален разности потенциалов на переходе. К базе транзистора приложено постоянное положительное напряжение, определяемое значением напряжения источника питания Е и соотношением сопротивленийR_б1 иR_б2(R_б1 иR_б2называют базовым делителем), поэтому φ_бвсегда превышает φ_эи переход эмиттер-база открыт.

Если теперь учесть, что на базу транзистора кроме постоянного

положительного напряжения (Uвх₌)=Е(R_б2/(R_б1+R_б2)) поступает также переменный сигнал Uвх_≈ (дня простоты примем, что Uвх_≈ ^- гармонический сигнал), то в моменты, когда Uвх_≈ имеет положительную полярность, р-n-переход открывается еще больше и ток через него возрастает, а в моменты, когда Uвх_≈ имеет отрицательную полярность (но сохраняется Uвх₌ + Uвх_≈>0), переход частично закрывается и ток уменьшается.

Ток через р-п-переход эмиттер-база называют током эмиттера Iэ. Внутри транзистора он разделяется на небольшой ток базы I_б<<Iэ и ток коллектора Iк≈Iэ. В свою очередь, ток коллектора Iк течет через сопротивление Rк и создает на нем напряжение ΔU_RK=IкRк. Отсюда очевидно, что потенциал коллектора

φ_к=Е-ΔU_RK=E-IкRк=E-IэRк

зависит оттого, насколько открыт переход эмиттер-база, т. е. от Uвх.