L_3 (Конспекты лекций), страница 2

Такой режим используется в линейных усилителях. Статический коэффициент передачи тока α n = 0,98…0,99._Еэ+IэIк+IбIкб0 Ек_Рис.3.5._+ЕэЕк_+Рис.3.6.82-й способ включения.Инверсное включение.При таком включении эмиттерный переход находится в обратносмещённом, а коллекторный в прямосмещённом состоянии (рис.3.6). Коллекторпоставлен в режим инжекции, а эмиттер ─ в режим экстракции. Инверсныйстатический коэффициент передачи тока α i = 0,5…0,7 (желательно подумать, почему α i < α n ).Инверсный режим используется в некоторых цифровых схемах.3-й способ включения.Режим двойной инжекции.При таком включении эмиттерный и коллекторный переходы находятсяв прямосмещённом состояниях (рис.3.7)._Еэ+_Ек+Еэ Iэб0_+Iкб0 Ек_+Рис.3.7. Режим двойной инжекцииРис.3.8. Режим отсечкиИнжекция носителей в базу идёт из эмиттера и коллектора.

В базе скапливается объёмный заряд, на рассасывание которого потребуется определённое время. Таким образом, транзистор становится инерционным прибором,скорость его переключения снижается, и чем глубже насыщение транзистора,тем хуже его переключающие свойства.Этот факт важно учитывать при проектировании транзисторных ключей,важным параметром которых является быстродействие.4-й способ включения.Режим отсечки.9При таком включении эмиттерный и коллекторный переходы находятсяв обратносмещённом состояниях (рис.3.8). Транзистор при таких условияхбудет закрыт (выключен), и через переходы будут течь лишь токи неосновных носителей (I эб0 и I кб0 ─ через эмиттерный и коллекторный переходы соответственно).Режимы отсечки и насыщения являются основными для ключевых и логических схем.4.

Схемы включения биполярного транзистора.Примечание. Переменные составляющие тока в схемах включениятранзистора (рис.3.9; 3.13; 3.16) обозначены через мгновенные значения (i э ;i к , i б ), а постоянные составляющие с индексом для тока покоя ─ I эп ; I кп ; I бп .В зависимости от того, какой из электродов транзистора будет общимдля входной и выходной цепей, различают три схемы включения:• с общей базой (ОБ);• с общим эмиттером (ОЭ);• с общим коллектором (ОК).4.1. Схема включения биполярного транзистора с ОБВ такой схеме включения (рис.3.9) база будет общей для входной (U эб ) ивыходной (U кб ) цепей.iэVTевхIэпЕсмIкпUэбUкб Сб2IбпiбСб1ЕкiкРис.3.9.10В отличие от предыдущих схем в данной схеме во входной цепи включен источник напряжения переменной ЭДС.е вх ─ генератор переменной ЭДС; в режиме усиления напряжение этогоисточника необходимо будет усилить.

В этой схеме усиления напряжения неможет быть: схема дана без нагрузки и потенциал коллектора по переменнойсоставляющей тока относительно базы («условной земли») равен нулю: засчёт конденсатора С б сопротивление источника Е к по переменной составляющей тока равняется нулю;Е см ─ источник напряжение смещения. Служит для того, чтобы задатьрабочую точку (РТ) на вольтамперной характеристике транзистора (ВАХ).Е см составляет доли вольта;I эп , I кп , I бп ─ постоянные составляющие тока в схеме (токи покоя);i э , i к , i б ─ переменные составляющие тока во входной и выходной цепях;Е к ─ напряжение питания коллекторной цепи (Е к составляет десяткисотни вольт);U кб ─ напряжение на выходных зажимах транзистора;U эб ─ напряжение на входных зажимах транзистора.С б1 , С б2 ─ конденсаторы, блокирующие источники постоянного напряжения по переменной составляющей тока и, таким образом, предотвращающие потери полезного выходного напряжения (в режиме усиления) на внутренних сопротивлениях этих источников;В течение времени с t 0 по t 1 (рис.3.10) транзистор находится в режимепокоя: генератор переменной ЭДС отключен, и во входной, и в выходной цепях действуют только источники постоянного напряжения.UэбeвхЕсмt0t1t2Рис.3.10.t3t11В этом режиме идёт речь о постоянных составляющих тока I эп = I бп +I кп , с помощью которых задаётся положение РТ транзистора (подготовкатранзистора к режиму усиления переменного сигнала).В предлагаемой схеме используется автономный источник напряжениясмещения (независимый) ─ Е см .С момента времени t 1 в схему подключается генератор переменнойЭДС.

На вход транзистора поступает напряжение сложной формы U эб(рис.3.10); с этого момента времени напряжение U эб складывается из напряжения переменной ЭДС и напряжения источника смещения Е см ._евх Uэб+Е+евх Uэб_Есмсма).б).Рис.3.11.В течение времени с t 1 по t 2 от генератора переменной ЭДС поступаетположительная полуволна напряжения е вх (рис.3.11а).Напряжение на входе U эб увеличивается, усиливается инжекция, ток вовходной цепи i э увеличивается, поэтому возрастает и ток в коллекторной цепи (i к = α i э )i + ∆i э = i к + ∆i к + i б + ∆i бэСледовательно, ∆iэ = ∆i к + ∆i б . Таким образом, между токами входной ивыходной цепей наблюдается практически пропорциональная зависимость, аэто значит, что если во входном токе будут иметь место нелинейные искажения, то они обязательно будут переданы на выход и полезный выходной сигнал (в режиме усиления) будет искажён.В течение времени с t 2 по t 3 от генератора переменной ЭДС поступаетотрицательная полуволна напряжения е вх (рис.3.11б).

Напряжение на входе12U эб уменьшится, инжекция уменьшается, ток во входной цепи i э уменьшается, следовательно, уменьшается и ток в коллекторной цепи.Проследив поведение транзистора в течение действия целого периоданапряжения переменной ЭДС, приходим к выводу, что под действием входного напряжения е вх происходит модуляция поперечного сечения базы, в результате изменяется уровень инжекции носителей со стороны эмиттера и,следовательно, меняются токи на входе и выходе. Ток коллектора следует завсеми изменениями тока эмиттера, следовательно, схема включения транзистора с ОБ ─ это схема с эмиттерным управлением.Выводы по схеме с ОБ.• Схема не усиливает по току (α < 1).• Схема имеет малое входное и большое выходное сопротивления, следовательно, схема с ОБ имеет плохие согласующие свойства.• Схема с ОБ имеет хорошие усилительные свойства по напряжению (врежиме усиления).• Транзистор в схеме с ОБ имеет хорошие температурные и частотныесвойства (эта тема будет дана чуть позже).4.2.

Схема включения биполярного транзистора с ОЭВ схеме с ОЭ (рис.3.12) входным током будет ток базы (вспоминаем ─наименьший ток в транзисторе), а выходным ─ ток коллектора (близкий повеличине току эмиттера). Следовательно, по отношению этих токов можносудить о неплохих усилительных свойствах схемы по току.Входным напряжением будет напряжение на участке «база-эмиттер»(U бэ ), а выходным ─ напряжение на участке «коллектор-эмиттер» (U кэ ).Передачу тока базы в цепь коллектора оцениваем дифференциальнымстатическим коэффициентом передачи тока базы ─ β оэ .β оэ =∆iк∆iкα==> 1.∆ i б ∆ i э − ∆i к 1 − α(3.1)Таким образом, транзистор в схеме с ОЭ обладает хорошими усилительными свойствами по току и чем больше α, тем больше β.13Для анализа тока неосновных носителей (I кэ0 ) в транзисторе с ОЭвоспользуемся пассивной схемой замещения транзистора эквивалентнымидиодами при отключённой базе (рис.3.13).IкпiбIбпUкэ Сб2евхIбп+UбэIэпЕ_смЕкК+_iкiэ+UобрIкпrб0UпрСб1_КПIкэ0Ек+ЭП Iкэ0_Рис.3.12.Рис.

3.13..Примечание.Пассивной схемой названа схема на рис.3.13 потому, что в ней не отражены активные (усилительные) свойства транзистора.Под действием источника напряжения Е к в цепи «коллектор-эмиттер»протекает ток неосновных носителей I кэ0 . Этот ток на своём пути создаёт падение напряжения на переходах транзистора. Но на ЭП падение напряженияоказывается «прямым», что вызовет, хоть и слабую, но инжекцию носителейиз эмиттера.

Следовательно, ток через переходы увеличится на величинудиффузионного тока (I кэ0 +I диф ). Падение напряжения на переходах увеличивается, в том числе и на ЭП. Процесс может принять лавинообразной характер и привести к гибели транзистора. Поэтому, в схеме с ОЭ необходимострого соблюдать последовательность подключения источников напряжения,а именно:• в первую очередь подаётся напряжение в цепь базы;• во вторую очередь ─ на коллектор;• отключать источники напряжения полагается в обратном порядке.Как видим, ток неосновных носителей в схеме с ОЭ оказывает влияниена процесс инжекции, поэтому этот ток в этой схеме значительно больше,чем в схеме с ОБ14Iкэо= ( β + 1) I кбо .(3.2)По этой причине температурные свойства транзистора в схеме с ОЭ значительно хуже, чем в схеме с ОБ.Выводы по схеме с ОЭ:• Транзистор в схеме с ОЭ хорошо усиливает по току.• В режиме усиления схема имеет хорошие усилительные свойства понапряжению.• Имея хорошие усилительные свойства по току и по напряжению, схема с ОЭ признана лучшим усилителем мощности.• Входное сопротивление у схемы с ОЭ больше, чем у схемы с ОБ, но,тем не менее, входное сопротивление всё же меньше, чем выходное.• Схема с ОЭ нуждается в элементах частотной и температурной коррекции, так как имеет плохие температурные и частотные свойства; эта тема будет рассмотрена несколько позже.4.3.

Схема включения биполярного транзистора с ОКНа рис.3.14 приведена схема включения транзистора с ОК.Входным током в такой схеме является ток базы, а выходным ─ токэмиттера. Таким образом, эта схема, как и схема с ОЭ, является схемой с базовым управлением.IэпIбпIкэ0IкпРис.3.1415Усиление по току определяем по отношению выходного эмиттерноготока (вспоминаем ─ наибольшего тока в транзисторе) ко входному базовому(наименьшему).ββокок=∆iэ∆iэ1==> 1.∆ i б ∆ i э − ∆i к 1 − α(3.3)= ( β оэ + 1).Например, при α = 0,99, β оэ = 99, β ок = 100.Нагрузка в схеме с ОК в режиме усиления включается в цепь эмиттера.За счёт усиления по току схема с ОК может использоваться в качествеусилителя мощности.Схема с ОК среди трёх схем включения имеет особенности:• Включение нагрузки в цепь эмиттера создаёт 100% отрицательную обратную связь (ООС) по переменной составляющей сигнала.• 100%-я ООС по переменной составляющей сигнала обеспечивает схеме большое входное сопротивление (а выходное сопротивление у схемы мало).• Имея большое входное сопротивление и малое выходное, схема с ОКуспешно применяется для согласования высокоомной нагрузки с низкоомной, например, во входных цепях измерительных вольтметров, осциллографов.• Вопрос согласования между усилителями рассмотрены подробно вразделе «Основы аналоговой схемотехники».