Читать онлайн «Электроника в вопросах и ответах». Страница 19

По приведенной на рис. 4.11 характеристике можно простым способом определить коэффициент передачи тока h21Б как отношение приращения тока коллектора ΔIк к приращению тока эмиттера ΔIэ при постоянном напряжении коллектор-база (Uкб = const). Для ΔUкб = 0

Из этих характеристик можно также определить параметр h22б или выходную проводимость схемы ОБ, а именно:

Рис. 4. 11. Статические выходные характеристики транзистора в схеме ОБ

Схема ОЭ наиболее часто используется на практике, особенно при работе транзистора в качестве усилителя. В этой схеме входной сигнал подводится между базой и эмиттером, а нагрузка включается между коллектором и эмиттером (рис. 4.12, а). Наиболее часто используемой физической моделью или эквивалентной схемой для транзистора ОЭ является П-образная гибридная схема, представленная на рис. 4.12, б, которая отражает малосигнальные свойства транзистора в достаточно широком интервале изменений условий работы и частоты. Некоторые из элементов этой модели такие же как и для схемы ОБ. Проводимость gб'к совместно с емкостью Сб'к определяет обратную связь с выхода на вход схемы. Проводимость gкэ определяет выходное сопротивление схемы. Параметр S называется внутренней крутизной транзистора или взаимной проводимостью и выражается зависимостью

S = Δiк/Δuбэ

Внутренняя крутизна S обычно равна нескольким десяткам миллиампер на вольт.

Предельная частота fгр схемы ОЭ определяет ту частоту, на которой коэффициент h21э уменьшается на 3 дБ

fгр = fh11·(1 — h21б) = fh11/(1 + h21э)

Схема ОЭ в виде четырехполюсника с h-параметрами представлена на рис. 4.12, в. Если известны h-параметры для схемы ОБ, то можно путем пересчета получить h-параметры для схемы ОЭ:

h11э ~= h21э·h11б; h21э = h21б/(1 — h21б); h22э = h21э·h22б

Рис. 4.12. Транзистор в усилительной схеме ОЭ (а), физическая модель транзистора, работающего в схеме ОЭ (б) и схема ОЭ в виде четырехполюсника с h-параметрами (в)

Для определения параметров схемы ОЭ, используемой в качестве усилителя, возбуждаемого от источника сопротивлением Rг и нагруженного сопротивлением Rк (рис. 4.12, а), воспользуемся следующими соотношениями:

uбэ = h11б·iэ = (1 + h21э)·h11б·iб;

uкэ = iк·Rк

Тогда усиление по напряжению

КUЭ = uкэ/uбэ = h21э·Rк/h11э ~= Rк/h11б

а усиление по току, как уже было известно, равно КIЭ = h21э

Входное сопротивление

rвх ~= (1 + h21э)·h11б ~= h11э

включено параллельно Rб.

Основные свойства схемы ОЭ в сравнении со схемами ОБ и ОК можно свести к следующим: большое усиление по напряжению (возможно не менее 1000), большое усиление по току (возможно не менее 30), очень большое усиление по мощности (возможно не менее 30 000), среднее входное сопротивление (около 2 кОм), среднее или большое выходное сопротивление (примерно 100 кОм).

Типичными статическими характеристиками транзистора в схеме ОЭ являются: выходная характеристика рис. 4.13, а — зависимость тока коллектора Iк от напряжения при постоянном напряжении Uбэ или токе Iб[12] и входная характеристика (рис. 4.13, б) — зависимость тока базы Iб от напряжения Uбэ при постоянном напряжении Uкэ, выбранном в качестве параметра.

Рис. 4.13. Статические характеристики транзистора в схеме ОЭ:

а — выходные; б — входные

Как видно из выходных характеристик, ток коллектора начинает появляться уже при очень небольших значениях напряжения Uкэ, смещающего коллекторный переход в запирающем направлении, и быстро достигает значения, выше которого возрастает уже незначительно. При токе базы, равном нулю, в цепи коллектора протекает обратный ток коллектора

Iкэо = Iкбо/(1 — h21б)

Из выходной характеристики можно легко определить коэффициент передачи по току в схеме ОЭ h21э как отношение приращения тока коллектора ΔIк к приращению тока базы ΔIб при постоянном напряжении коллектор — эмиттер (Uкэ = const), т. е. для ΔUкэ = 0. Получим

Из характеристики транзистора, работающего в схеме ОЭ, можно также определить h11э и h22э:

Транзисторную схему с общим коллектором (ОК) часто называют эмиттерным повторителем. Входной сигнал подводится между базой и коллектором, а нагрузка включается между эмиттером и коллектором (рис. 4.14, а). Физическая модель (эквивалентная схема ОК) представлена на рис. 4.14, б. Для эмиттерного повторителя справедливы следующие соотношения:

h11к = h11э; h12к ~= 1; h21к = — h21э; h22к ~= h22э ~= h21э·h22б;

Рис. 4.14. Транзистор в усилительной схеме ОК (а) и физическая модель транзистора, работающего в схеме ОК (б)

Основные свойства схемы ОК по сравнению со схемами ОБ и ОЭ сводятся к следующему: большое усиление по току (возможно примерно 30), усиление по напряжению меньше единицы, малое усиление по мощности (примерно 30), очень большое входное сопротивление (возможно 2 МОм), очень малое выходное сопротивление (не более 200 Ом).

Схемы ОБ, ОЭ, ОК отличаются входным и выходным сопротивлениями, усилением по напряжению, току и мощности. Численное значение каждого из этих параметров зависит от типа транзистора и условий его работы. Наибольшее усиление по мощности в каждой из схем достигается при согласовании транзистора, с одной стороны, с источником сигнала и, с другой стороны, — с нагрузкой.

Наибольшее входное сопротивление достигается в схеме с ОК, наименьшее в схеме ОБ. Что касается выходного сопротивления, то ситуация обратная: наибольшее сопротивление можно получить в схеме ОБ, наименьшее — в схеме ОК. Коэффициент усиления по напряжению в схемах ОБ и ОЭ почти одинаков (возможно 1000), а в схеме ОК он меньше единицы. Наибольшее усиление по мощности достигается в схеме ОЭ (можно получить несколько десятков тысяч), наименьшее — в схеме ОК (несколько десятков). Наибольшую рабочую частоту для данного транзистора можно получить в схеме ОБ. Она определяется частотой fh11 и в h21э раз больше предельной частоты fгр схемы ОЭ.

Существенной особенностью схемы ОЭ является переворачивание фазы сигнала. Это основано на том факте, что в случае нагрузки схемы резистором фаза выходного сигнала перевернута на 180 относительно фазы входного. В схемах ОБ и ОК переворачивание фазы сигнала отсутствует.

Это уравнение прямой, выражающее зависимость тока коллектора от напряжения на нем при определенных значениях напряжения источника питания и сопротивления нагрузки. По характеристике можно определить мгновенные значения напряжений и токов при возбуждении входной цепи управляющим сигналом.