17.5. Коэффициент передачи тока эмиттера биполярного транзистора в схеме с об

Итак, для улучшения работы транзистора необходимо стремиться к тому, чтобы коэффициенты γ и β_n были близки к единице. Однако их нельзя измерить, а можно только рассчитать теоретически. Поэтому для расчетов вводят коэффициент передачи тока эмиттера (статический)

(17.8)

где I_Kр - дырочный ток коллектора, I_Э — ток эмиттера. Этот коэффициент можно измерить, а его значение равно

Сучетом (17.8)

(17.9)

(17.10)

Из (17.9) видно, что, изменяя ток эмиттера, можно управлять током коллектора.

При работе транзистора на переменном токе вводят понятие диф­ференциального коэффициента усиления тока, который определяется через приращения токов входной и выходной цепей транзистора. Для схемы с ОБ дифференциальный коэффициент усиления тока

(17.11)

Если (17.9) продифференцировать по I_Э, то получим

Зависимость тока коллектора от тока эмиттера в активном режиме практически линейна, поэтому можно считать, что дифференциальный и статический коэффициенты усиления тока приблизительно равны. Если зависимость между коллекторным и эмиттерным токами нели­нейна, то α_ст ≠ α_диф.

17.6. Коэффициент передачи тока базы биполярного транзистора в схеме с оэ

В схеме с ОЭ входным является ток базы I_Б, а выходным — ток коллектора I_K. Определить коэффициент передачи тока базы можно из соотношения I_К = α_стI_Э + I_Ко, если подставить в него I_Э=I_Б+I_К. Тогда откуда

— статический коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ, выраженный через статический коэффициент передачи тока эмиттера в схеме с ОБ;

(17.15)

— обратный ток коллекторного перехода в схеме с ОЭ. Значение β_ст можно получить из (17.13) и (17.15):

(17.16)

По аналогии с α_диф (17.11), дифференциальный коэффициент передачи тока базы

(17.17)

Из уравнения (17.13) имеем

(17.18)

Если (dβ_cт/dI_Б) = 0, то β_диф = β_ст. В дальнейшем будем считать β_ст = β_диф = β. Коэффициент β является важнейшим параметром тран­зисторов.

Из уравнения (17.14) следует, что схема с ОЭ обеспечивает большое усиление по току. Так, если α = 0,985, то β = 66; при α = 0,990 β = 99.

17.7. Усилительные свойства биполярного транзистора

Биполярный транзистор обладает свойством усиливать электрический входной сигнал, благодаря чему его можно использовать в качестве активного элемента. Под усилением сигнала обычно подразумевается усиление мощности полезного сигнала, которое можно наблюдать при изменении или тока, или напряжения, или того и другого. В зависимости от схемы включения (ОБ, ОЭ, ОК) транзистор усиливает либо ток, либо напряжение, либо то и другое.

Схема с ОБ. В такой схеме значение тока коллектора близко к значению тока эмиттера, т. е. усиления по току не происходит. Однако в этом случае имеется усиление по напряжению и, следовательно, по мощности. Покажем это. В активном режиме коллекторный переход смещен в обратном направлении, его потенциальный барьер высок, поэтому инжекция дырок из коллектора в базу невозможна. Чтобы инжекция не происходила и при включении в коллекторную цепь резистора нагрузки с высоким сопротивлением R_K, необходимо, чтобы при этом не изменился знак потенциала коллектора.

Поскольку сопротивления эмиттерного и коллекторного переходов, а также нагрузки включены последовательно и ток через них почти одинаков, небольшое изменение тока эмиттера вызовет небольшое изме­нение напряжения в эмиттерной цепи, тогда как в коллекторной цепи это изменение будет весьма значительным, если R_K велико. В этом случае напряжение, а следовательно, и мощность возрастут во много раз. В самом деле, изменение напряжения на эмиттере на ΔU_Э вызовет изме­нение эмиттерного тока на ΔI_Э = ΔU_Э/R_Э. Ток коллектора изменится практически на такое же значение: ΔI_K = ΔU_Э, а напряжение на нагрузке изменится на ΔU_K = R_KΔI_K ≈ R_KΔI_Э. Если подставить в ΔU_К значение ΔI_Э, то ΔU_K = R_KΔU_Э/R_Э, откуда видно, что приращение напряжения на R_K больше приращения напряжения в эмиттерной цепи в R_K/R_Э раз. А так как R_K >> R_Э, то ΔU_К >> ΔU_Э.

Приращение входной мощности ΔР_ВХ = R_ЭΔI_Э², а приращение выходной мощности ΔР_вых = R_KΔI_K² ≈ R_KΔI_Э² = R_K*ΔP_вх/R_Э, т. е. оно больше ΔР_вх в R_K/R_Э раз. Следовательно, ΔP_вых >> ΔP_вх.

При работе транзистора в усилительном режиме на его вход по­дается переменный сигнал, который нужно усилить. Напряжение источника питания постоянно, но переменное напряжение, подаваемое на коллектор (даже малое), приводит к большим изменениям (колеба­ниям) переменного напряжения сигнала на резисторе R_K, т. е. в схеме происходит усиление малого переменного входного сигнала.

Схема с ОЭ. Здесь происходит усиление и по току, и по напря­жению. Входным током является ток базы, значительно меньший тока эмиттера. Изменяя входное напряжение, меняем высоту потенциального барьера и число основных носителей заряда эмиттера через базу и соответственно через коллектор. Так как в базу от источника поступает меньше носителей, чем инжектируется из эмиттера в базу и коллектор, то незначительное увеличение тока во входной цепи вызывает сущест­венное изменение тока в выходной цепи.

Таким образом, транзистор, включенный по схеме с ОЭ, характе­ризуется большим усилением по току. При этом имеется и усиление по напряжению: так как выходное сопротивление велико, в цепь коллектора можно включить резистор R_K с большим сопротивлением, напряжение на котором будет больше, чем входное. Соответственно происходит и усиление по мощности.

В схеме с ОК происходит усиление по току и по мощности, усиления по напряжению нет.