Файл: Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольных работ Для студентов зф всех специализаций и направлений подготовки.docx

Особенностями схемы с общим эмиттером является:

• 
  возможность питания ее от одного источника питания (на коллектор и базу подаются питающие напряжения одного и того же знака);
  
• 
  высокий коэффициент усиления по мощности;
  
• 
  наличие фазового сдвига на 180^о между входным и выходным напряжением (инвертирует сигнал);
  
• 
  высокая зависимость характеристик транзистора от частоты и температуры.
  

Первые два параметра делают эту схему наиболее приемлемой для широкого применения.

Схема с общим коллектором




Рис. 5 Схема с общим коллектором



В схеме с общим коллектором (Рис. 5) входным током является ток базы I_б, обусловленный напряжением запертого перехода U_бк. Выходным током является ток эмиттера I_э, а выходным напряжением U_эк.

В
Рис. 5
ыходной ток транзистора:

I_э =I_к + I_б = I_б + (+1)I_КБО + I_б ; (8)

I_э = (+1)I_б +(+1) I_КБО (9)

Особенностями схемы с общим коллектором является:

• 
  сильное влияние выходного напряжения на входное (сильная отрицательная обратная связь);
  
• 
  малый коэффициент усиления по мощности;
  
• 
  большое входное сопротивление (за счет большого сопротивления обратно смещенного коллекторного перехода);
  
• 
  нулевой фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением.
  

На практике схему с общим коллектором обычно называют эмиттерным повторителем. Эмиттерным потому, что сопротивление нагрузки включается в цепь эмиттера. А выходное напряжение повторяет форму входного.

Статические характеристики и параметры

О свойствах транзистора при различных способах его включения можно судить по взаимной зависимости всех его токов (I_э, I_к, I_б) и напряжений (U_эб,U_бк, U_эк). Такие зависимости, полученные для установившихся режимов и без учета влияния предыдущих и последующих участков цепи, называются статическими характеристиками. Очевидно, что, используя различные комбинации токов и напряжений, выбранных в качестве аргументов, функций или сопутствующих параметров, можно получить большое количество разнообразных семейств статических характеристик.

---

Различают входные, выходные и проходные статические характеристики транзистора. Для их определения в зависимости от проводимости и схемы включения используют представление транзистора в виде четырехполюсника. Например, для транзистора структуры n-p-n, включенного по схеме с общим эмиттером имеем (Рис. 6):


Рис. 6 Схема с общим эмиттером
Следовательно, входной статической характеристикой биполярного транзистора структуры n-p-n, включенного по схеме с общим эмиттером будет называться зависимость тока базы I_б от напряжения база – эмиттер U_бэ при постоянном напряжении коллектор – эмиттер U_кэ.

Статической выходной характеристикой биполярного транзистора структуры n-p-n, включенного по схеме с общим эмиттером называется зависимость тока коллектора I_к от напряжения коллектор – эмиттер U_кэ при постоянном напряжении база - эмиттер U_бэ.

Статической проходной характеристикой биполярного транзистора структуры n-p-n, включенного по схеме с общим эмиттером называется зависимость тока коллектора I_к от напряжения база – эмиттер U_бэ при постоянном напряжении коллектор – эмиттер U_кэ.
В ходная характеристика имеет вид, показанный на рисунке (Рис. 7)


Рис. 7 Входная характеристика


При напряжении U_кэ = 0 оба перехода транзистора открыты и через них электроны инжектируются из эмиттера и коллектора в базу. С изменением положительного напряжения U_бэ (при U_кэ = 0) токи переходов изменяются по экспоненциальному закону.

Поэтому же закону изменяется и количество рекомбинирующих подвижных носителей зарядов, которые и определяют ток базы.

Увеличение напряжения на коллекторе приводит к так называемому эффекту модуляции базы. Суть этого явления заключается в том, что при изменении U_кэ изменяется толщина запирающего слоя коллекторного перехода. Это приводит к изменению объема базы, в котором протекают рекомбинационные процессы, определяющие ток базы. Другими словами ток базы уменьшается.

Выходная характеристика


Рис. 8 Выходная характеристика

---

Выходные (Рис. 8) характеристики показывают, что при увеличении напряжения U_кэ вначале ток коллектора резко возрастает, а затем изменяется не значительно. Действительно подача даже малой величины напряжения U_кэ приводит к тому, что в коллекторном переходе появляется ускоряющее поле, которое выводит экстрагированные подвижные основные носители заряда во внешнюю цепь. При дальнейшем увеличении напряжения U_кэ толщина базы уменьшается, следовательно, уменьшается и напряжение, прикладываемое к базе. Уменьшение U_бэ должно приводить к уменьшению и тока коллектора (за счет уменьшения тока базы). Для поддержания прежнего значения U_бэ его приходится увеличивать, увеличивая одновременно и ток эмиттера. В результате происходит взаимная компенсация тока базы током эмиттера.

По имеющимся статическим характеристикам можно определить статические параметры транзистора, как элемента радиоэлектронной цепи.
Статические параметры транзисторов.

Для определения статических параметров широко используют систему уравнений, которую называют уравнениями транзистора в h параметрах:

u_вх = h₁₁ i_вх + h₁₂ u_вых ; (10)

i_вых = h₂₁ i_вх + h₂₂ u_вых (11)
Используемые в (10), (11) h параметры имеют определенный физический смысл.

Параметр

(12)

представляет собой входное сопротивление транзистора, позволяющее оценить влияние прибора на предыдущие участки цепи.

Величина

(13)

является коэффициентом внутренней обратной связи, позволяющим оценить влияние выходного напряжения на входной ток по сравнению с влиянием на него входного напряжения.

Параметр

(14)

представляет собой коэффициент передачи по току. Значение этого коэффициента позволяет оценить усилительные свойства транзистора.

Коэффициент

(15)

характеризует собой выходную проводимость транзистора, позволяющей оценить шунтирующее влияние прибора на последующие участки цепи.

Режимы работы

---

Транзистор может работать в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах: активном, режиме отсечки и режиме насыщения. При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном обратное. Режим отсечки, или запирания, достигается подачей обратного напряжения на оба перехода. Если же на обоих переходах напряжение прямое, то транзистор работает в режиме насыщения. Активный режим является основным. Он используется в большинстве усилителей и генераторов. Режим отсечки и насыщения характерны для импульсной работы транзистора.

Выводы:

1. Биполярный транзистор представляет собой прибор, в котором управление током коллекторного перехода осуществляется током эмиттерного перехода.

2. Наиболее приемлемой в усилительных каскадах является схема с общим эмиттером. В каскадах, работающих на высокой частоте или в узлах, где требуется высокая температурная стабильность – схема с общей базой, в устройствах, где требуется исключить влияние последующего каскада на предыдущий – схема с общим коллектором.

3. Активный режим работы транзистора является основным режимом.

---

2.2.2 Полевые транзисторы.

Как мы с вами уже знаем, одним из основных недостатков биполярных транзисторов является его малое входное сопротивление. Полностью свободными от него удалось достичь в полевых транзисторах.

Устройство и принцип действия полевых транзисторов

Определение. Полевым транзистором называют полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда, протекающим через проводящий канал и управляемым электрическим полем. Его действие основано на движении носителей одного знака.

В современной электронике наибольшее распространение получили полевые транзисторы двух типов: полевой транзистор с управляющим p-n переходом и полевой транзистор с изолированным затвором. Рассмотрим их подробнее.

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом.

Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом, а также его условное графическое обозначение приведено на рисунке 9.


Рис. 9 Схема полевого транзистора с управляющим p-n переходом

Электрод, из которого в канал вытекают основные носители заряда, называется истоком (Source). Из канала носители проходят к электроду, который называется стоком (Drain). Исток и сток аналогичны катоду и аноду электронной лампы соответственно. Управляющий электрод, предназначенный для регулирования площади поперечного сечения канала, называется затвором (Gate).

Проводимость канала может быть электронной и дырочной. Если канал имеет электронную проводимость, то он называется n – каналом. Соответственно, каналы с дырочной проводимостью называют р каналами.

В рабочем состоянии на затвор полевого транзистора подают обратное напряжение, которое создает запирающий (обедненный) слой. Этот слой, конструктивно располагающийся в канале, меняет площадь его поперечного сечения, ограничивая тем самым поток основных носителей заряда. Если увеличивать напряжение затвора u_з-и, то запирающий слой p-n перехода становится толще и площадь поперечного сечения канала уменьшается. Следовательно, его сопротивление постоянному току

---