Три схемы включения транзистора

Условные графические обозначения биполярных транзисторов представлены на рис. 3.3: а — интегральный (бескорпусной) п-р-п транзистор; б — интегральный (бескорпусной) р-п-р транзистор; в — корпусной п-р-п транзистор; в — корпусной р-п-р транзистор.

Рис. 3.3. Условные графические обозначения биполярных транзисторов.

В разделе 3.3 была рассмотрена схема включения транзистора с общей базой (ОБ), однако она является не только единственно возможной, но даже не самой распространенной на практике, в частности из-за отсутствия усиления по току. Всего существует три схемы включения транзистора (рис. 3.4): с общей базой (а); с общим эмиттером (ОЭ) (б); с общим коллектором (ОК) (в), каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Все схемы имеют различные коэффициенты усиления по току и напряжению: схема с ОБ не усиливает сигнал по току, но хорошо усиливает по напряжению; схема с ОЭ усиливает по току и по напряжению; схема с ОК не усиливает сигнал по напряжению, но имеет самый высокий коэффициент усиления по току. Наиболее часто встречается схема включения транзистора с ОЭ.

Рис. 3.4. Схемы включения биполярных транзисторов.

Названия схемы включения транзистора получили в зависимости от того, какой из трех выводов транзистора является общим для входа и выхода полученного четырехполюсника: в схеме с ОБ общим выводом является база, в схеме с ОЭ — эмиттер, в схеме с ОК — коллектор (это хорошо видно на рис. 3.4).

Вольт-амперные характеристики транзистора в схеме включения с общей базой

Статические характеристики выражают функциональную связь между токами и напряжениями транзистора. В зависимости от того, какие токи и напряжения принимаются за независимые переменные, возможны различные системы функциональной связи и соответствующие им семейства характеристик. Рассмотрим семейство входных и выходных вольт-амперных характеристик, хотя есть и переходные характеристики и характеристики обратной связи ВАХ.

Входная вольт-амперная характеристика транзистора в схеме включения с общей базой — это зависимость входного тока от входного напряжения /_вх = / (?/_вх) при U_Bblx = const или иначе 1_Э = / (и_эб) при U_k6 = const (рис. 3.5).

Это характеристика открытого эмиттерного перехода, на которую влияет напряжение на коллекторном р-п-переходе: чем больше на нем напряжение, тем левее сдвигается входная вольт-амперная характеристика транзистора. Это происходит в результате модуляции толщины базы (эффект Эрли). Если база уменьшается по толщине, то ее сопротивление увеличивается.

Рис. 3.5. Входная характеристика транзистора в схеме с общей базой.

В схеме с ОБ при и_кб = 0 значительная часть тока эмиттера ответвляется в базовый вывод. В результате этого падение напряжения на зажимах эмиттер-база существенно возрастает за счет падения напряжения при протекании тока базы по омическому сопротивлению базовой области.

При включении источника напряжения между выводами базы и коллектора токораспределение изменяется: ток коллектора возрастает, а ток базы уменьшается. Соответственно уменьшается падение напряжения на омическом сопротивлении базы, а следовательно, и напряжение между внешними выводами эмиттера и базы транзистора.

Выходная вольт-амперная характеристика — это зависимость выходного тока от выходного напряжения /_вых =/ (Н_вых) при 1_ВХ = const (рис. 3.6). Семейство выходных характеристик — это характеристики закрытого коллекторного р-п-перехода. Здесь 1_К0 — тепловой коллекторный ток насыщения. С увеличением входного тока выходной ток пропорционально возрастает (/_э4 > 4з > 1_Э2 > hi > 0). Выходной коллекторный ток практически не зависит от выходного напряжения U_k6.

Особенностью выходных характеристик является то, что из них ясно видны два режима работы транзистора: активный режим, соответствующий значениям U_k6 > 0, и режим насыщения — U_k6 < 0, в котором коллекторный переход тоже включен в прямом направлении. Активный режим является основным в усилительной технике, его и будем рассматривать. Диапазон значений напряжения при и_кб < 0 будем считать нерабочим. При значении U_k6 = 0 коллекторный ток в выходной цепи обусловлен наличием электрического поля высокоомной базы, разность потенциалов которой аналогична разности потенциалов рассматриваемого ранее р-п-перехода, которая и движет носители заряда из эмиттера в коллектор.

Рис. 3.6. Выходные вольтамперные характеристики транзистора в схеме с ОБ.

Параметры схемы с общей базой:

а = — коэффициент прямой передачи транзистора по току при.

U_k6=const;

р = ^^эб — коэффициент обратной связи по напряжению. Отметим, dU_K6

что коэффициент обратной связи — это отношение входного напряжения к выходному в отличие от коэффициента усиления по напряжению, т. е. отношения выходного напряжения к входному;

г_э' — объемное сопротивление базы (зависит от концентрации носителей в базе);

г_э" — диффузионное сопротивление базы;

г_э = -^С^^эб — дифференциальное сопротивление эмиттерного пере;

dl₃

хода при U_k6 = const;

г_к = ^^кб — дифференциальное сопротивление коллекторного пере;

dI_K

хода при /_э = const.