Общий коэффициент передачи тока эмиттера в цепь коллектора - Электроника и схемотехника аналоговых устройств

Для реальных структур

Сопротивление эмиттерного перехода мало (сотни омов), а сопротивление коллекторного перехода составляет сотни килоом.

Допустим, в коллекторную цепь последовательно включено сопротивление нагрузки

,

Оно не повлияет на режим работы транзистора, но на сопротивлении можно снять большое напряжение.

Включение в цепь эмиттера источника переменного сигнала Ес вызывает изменение числа инжектируемых в базу неосновных носителей заряда и соответствующее изменение тока эмиттера и коллектора в такт с Ес. На нагрузке будет выделяться усиленное напряжение с частотой, равной частоте входного сигнала, но при этом напряжение выходного сигнала намного больше входного сигнала Ес. Таким вот образом происходит усиление сигнала.

По первому закону Кирхгофа для транзистора (рисунок 5.4) ток эмиттера равен сумме тока базы и тока коллектора

,

Где - ток эмиттера;

- ток базы. Этот ток составляет не более 1% от тока эмиттера;

- тепловой ток коллекторного перехода.

Ток коллектора равен

, где.

Отсюда.

Таким образом, в схемах с транзистором имеются две цепи: входная, в которую включается источник усиливаемых колебаний, и выходная, в которую включается нагрузочное сопротивление. Ток эмиттера здесь является управляющим током, ток коллектора - управляемым, а ток базы - их разностью.

Модуляция толщины базы w представляет собой зависимость толщины базы w от напряжения на коллекторе

.

Так как ширина эмиттерного перехода мала, изменения не влияют на ее значение. Коллекторный же переход из-за обратного смещения большой и сосредоточен в базе. При изменении изменяется ширина коллекторного перехода и, следовательно, толщина базы w тоже. Это приводит:

А) к зависимости коэффициента передачи тока от коллекторного напряжения

Например, если возрастает напряжение коллектора, уменьшается толщина базы w, увеличивается коэффициент переноса, то есть увеличивается число электронов, избежавших рекомбинации;

    Б) к барьерной емкости коллекторного перехода добавляется диффузионная емкость, так как происходит изменение заряда вблизи перехода; В) к изменению частотных свойств транзистора: если увеличивается, уменьшается толщина базы w, уменьшается время пролета электронов в базе и увеличивается граничная частота транзистора; Г) к тому, что при увеличении, если постоянно, увеличивается, так как уменьшение толщины базы ведет к увеличению градиента концентраций носителей, от которого пропорционально зависит ток эмиттера; Д) к тому, что при увеличении и постоянном при уменьшении толщины базы и неизменном градиенте концентраций носителей уменьшается.

В зависимости от того, какой из выводов транзистора является общим между источником сигнала на входе и выходной цепью транзистора, существуют три основные схемы включения транзистора в электрическую цепь: с общей базой (ОБ, рисунок 5.5,а), с общим эмиттером (ОЭ, рисунок 5.5,б), с общим коллектором (ОК, рисунок 5.5,в).

Основные параметры транзистора по схеме с общей базой:

А) коэффициент усиления по току

Ток не усиливается, IВЫХ < I вх, что является недостатком схемы;.

Б) коэффициент усиления по напряжению

Так как всегда можно подобрать

, то >>1,

Усиление по напряжению в сотни раз;

    В) коэффициент усиления по мощности - десятки - сотни; Г) входное сопротивление

Десятки и сотни омов, малое входное сопротивление является недостатком схемы, так как оно закорачивает источник сигнала, т. е. требуется большой входной ток;

Д) выходное сопротивление

От сотен килоом до единиц мегом;

Е) фазовый сдвиг выходного напряжения равен нулю.

Основными вольт-амперными характеристиками транзистора являются входная и выходная характеристики. ВАХ снимают в режиме по постоянному току и представляют собой зависимости постоянных токов и напряжений. Характеристики обычно снимаются при нескольких постоянных значениях IЭ и UКБ. При этом получается семейство статических характеристик:

А) входной характеристикой для схемы с общей базой является зависимость входного тока IЭ от входного напряжения UЭБ при фиксированном выходном напряжении UКБ IЭ = f(UЭБ) при UКБ=const (рисунок 5.6).

Эта характеристика при Uкб=0 подобна вольт-амперной характеристике полупроводникового диода, смещенного в прямом направлении. При подаче положительного коллекторного напряжения Uкб>0 характеристика смещается влево. Это свидетельствует о наличии в транзисторе внутренней обратной связи, возникающей по ряду причин. Например, увеличение коллекторного напряжения вызывает уменьшение толщины базы, из-за чего увеличивается градиент концентрации основных носителей, что вызывает увеличение тока эмиттера и веерообразное смещение входных характеристик влево. При увеличении Iэ характеристика спрямляется;

Б) выходными характеристиками транзистора по схеме с ОБ являются зависимости выходного тока коллектора Iк от выходного напряжения Uкб при постоянном входном токе Iэ

Iк =f(U кб)|Iэ =const.

При Iэ =0 характеристика совпадает с обратной ветвью диода, течет тепловой ток коллекторного перехода Iк0. Как видно из рисунка 5.7, при Uкб=0 и Iэ > 0 ток коллектора Iк ? 0, т. к. основные носители области эмиттера, инжектированные в базу, дрейфуют через коллекторный p-n-переход в область коллектора. Ток коллектора Iк (ток неосновных носителей) обращается в ноль только при некотором напряжении обратной полярности (при прямом смещении коллекторного перехода), когда дрейфовый поток электронов из базы в коллектор компенсируется диффузионным потоком электронов из коллектора в базу (режим двойной инжекции).

Незначительный наклон выходных характеристик указывает на высокое омическое сопротивление коллекторного перехода в закрытом состоянии, достигающий десятков и даже сотен кОм;

В) характеристика прямой передачи тока представляет собой зависимость выходного тока коллектора Iк от входного тока эмиттера IЭ при постоянном значении выходного напряжения

Uкб IК = f(Iэ)|Uкб

Так как б < 1, то угол отклонения характеристики от оси абсцисс меньше. При Uкб > 0 характеристика отклоняется к биссектрисе угла, т. к. в результате модуляции базы ток коллектора Iк при постоянном токе эмиттера Iэ увеличивается из-за уменьшения толщины базы.

Недостатки схемы включения с ОБ:

    А) нет усиления по току (б < 1); б) мало входное сопротивление rвх; в) большая разница между входным и выходным сопротивлениями, вследствие чего невозможно построение многокаскадной схемы с об.

Достоинства:

    А) высокий коэффициент усиления по напряжению и по мощности; Б) более высокие рабочие частоты, меньше частотные искажения; В) меньше температурная нестабильность; Г) высокая линейность характеристик.

Схема с ОБ применяется в стабилизаторах тока и в схемах с более высокой рабочей частотой.

Наиболее часто на практике применяют схему включения транзистора с общим эмиттером ОЭ. При таком включении входным электродом является база, эмиттер заземляется (общий электрод), а выходным электродом по-прежнему является коллектор (рисунок 5.5,б).

В схеме с общим эмиттером:

А) коэффициент усиления по току

|Uкэ=const

Равен нескольким десяткам и единицам сотен, Параметр в связан с коэффициентом передачи тока эмиттера соотношением

;

;

Б) коэффициент усиления по напряжению

,

Так как Rн>>Rвх, в>>1, то Ku>>1 (сотни);

    В) коэффициент усиления по мощности - десятки тысяч; Г) входное сопротивление - сотни омов и единицы килоом. Входное сопротивление схемы с общим эмиттером больше входного сопротивления схемы с общей базой; Д) выходное сопротивление

Десятки килом.

Таким образом, R вых оэ < R вых об, R вх оэ > R вх об;

Е) фазовый сдвиг выходного напряжения ц =р.

Похожие статьи




Общий коэффициент передачи тока эмиттера в цепь коллектора - Электроника и схемотехника аналоговых устройств

Предыдущая | Следующая