загрузка...
 
3.5. Схемы включения транзисторов
Повернутись до змісту

3.5. Схемы включения транзисторов

В электронных схемах могут применяться три основные схемы включения транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), с общей базої) (ОБ) и с общим коллектором (ОК). Во всех схемах включения один из электродов является общим для входа и для выхода усилительного каскада. Входной усиливаемый сигнал подается на управляющий электрод транзистора относительно общего электрода и снимается с выходного электрода относительно этого же электрода. Свойства этих схем различны, и поэтому рассмотрим их по отдельности.

 

 


Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ). Эта схема (на рис. 3.11 цепи, обеспечивающие режим работы транзистора по постоянному току, в схеме не указаны) является наиболее распро^ страненной, так как усиливает и по напряжению и по току, а также дает наибольшее усиление по мощности.

Как следует из рис. 3.11, эмиттер является общей точкой для входа и выхода схемы. На базу подано положительное напряжение смещения Цсш при этом в цепи базы протекает некоторый постоянный ток. С целью устранения потерь части выходного напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания источник Еп зашунтирован конденсатором С большой емкости. На самой низкой частоте усиливаемого сигнала сопротивление этого конденсатора должно быть существенно меньше сопротивления нагрузки RH. При анализе схем с целью упрощения шунтирующие конденсаторы указываются не всегда, так как считается, что они имеются внутри самих источников.

Коэффициент усиления по напряжению определяется как отношение выходного напряжения (амплитудных или действующих значений) к входному:

к=иЛЫХ/ивх = и„/и6у.

Входным является переменное напряжение база-эмиттер а выходным - переменное напряжение, определяемое сопротивлением наГрузки #н, по абсолютной величине равное напряжению между коллектором и эмиттером і/ю. Обычно напряжение между базой и эмиттером не превышает десятых долей вольта, а выходное напряжение при соответствующем сопротивлении нагрузки RH может достичь единиц и десятков вольт. Поэтому коэффициент усиления по напряжению такого каскада больше единицы, т. е. К> (от десятков до сотен).

Коэффициент усиления по току Kt каскада с общим эмиттером представляет собой отношение переменных составляющих токов (действующих или амплитудных значений) коллектора и базы:

 

Так как ток коллектора значительно больше тока базы, то /^также больше единицы (составляет десятки и сотни единиц). В предельном случае, когда сопротивление нагрузки близко к нулю, коэффициент усиления по току транзистора при таком включении приближается к значению коэффициента передачи транзистора р (в справочниках этот параметр представляется через А2із)-

Поскольку коэффициенты усиления и по току и по напряжению больше единицы, то следует, что коэффициент усиления по мощности Кр -ККі получается существенно больше единицы (тысячи или даже десятки тысяч единиц).

Входное сопротивление транзистора, включенного по схеме ОЭ, определяется отношением амплитуды напряжения между базой и эмиттером к амплитуде тока базы: RBX = um^JIm6. Это сопротивление может быть от сотен Ом до тысячи Ом, т.е. входное сопротивление получается сравнительно малым. Относительно небольшое входное сопротивление является существенным недостатком биполярных транзисторов.

Выходное сопротивление транзистора, включенного по схеме ОЭ, составляет от единиц до десятков тысяч Ом.

Каскад усиления по схеме с общим эмиттером переворачивает фазу напряжения усиливаемого сигнала. Это значит, что между входным и выходным напряжениями имеется фазовый сдвиг 180°. Такой сдвиг фазы происходит за счет уменьшения напряжения на коллекторе транзистора при увеличении напряжения на его базе. Действительно, при увеличении напряжения между базой и эмиттером увеличивается ток базы, следовательно, увеличивается и ток коллектора. Увеличение тока коллектора приводит к росту падения напряжения на сопротивлении нагрузки RH. Так как сопротивление нагрузки и транзистор (переход коллектор-эмиттер) соединены последовательно, выходное напряжение, т.е. напряжение между коллектором и эмиттером транзистора уменьшается: UK.3 = Еп - /КЯ„. Например, при подаче на базу транзистора положительной полуволны переменного напряжения ток базы увеличивается, в результате возрастает ток коллектора (эмиттера также), а, следовательно, увеличивается падение напряжения на сопротивлении нагрузки и уменьшается напряжение на коллекторе транзистора, что соответствует отрицательной полуволне переменного напряжения. Таким образом, при подаче на вход (на базу) транзистора положительной полуволны напряжения на выходе каскада получается отрицательная, а при подаче отрицательной полуволны - положительная полуволна напряжения на выходе транзистора.

Достоинством данной схемы является то, что она усиливает сигнал как по напряжению, так и по току и имеет самый большой коэффициент усиления по мощности, а также «средние» значения выходного и входного сопротивлений. Недостатки схемы с общим эмиттером - несколько худшие по сравнению со схемой с общей базой частотные и температурные свойства.

Схема включения транзистора с общей базой. Эта схема имеет меньший по сравнению со схемой ОЭ коэффициент усиления по мощности, самое маленькое входное и самое большое выходное сопротивление. Схема ОБ фазу сигнала не переворачивает и обладает лучшими по сравнению с другими схемами частотными свойствами.

Входным электродом является эмиттер, а общим - база транзи-стора (рис. 3.12). Усиливаемый сигнал подается относительно базы на эмиттер, т.е. входным напряжением является напряжение между эмиттером и базой. Так как входным током является ток эмиттера, то коэффигщент усиления по току каскада с ОБ всегда несколько меньше единицы. В практических расчетах считается, что этот коэффициент примерно равен единице, так как ток коллектора ненамного меньше тока эмиттера:

К =/тк /7тэ «1.

Для режима без нагрузки этот коэффициент равен статическому коэффициенту передачи по току транзистора для схемы ОБ - а. В справочниках этот коэффициент представляется как h2]^.

Подпись:

 

Рис. 3.12. Схема включения транзистора с общей базой

 

Входное сопротивление определяется как

 

Так как напряжение между базой и эмиттером одинаково для обоих схем (и для схемы ОЭ, и для схемы ОБ), то легко определить, во сколько раз входное сопротивление схемы ОБ меньше, чем входное сопротивление схемы ОЭ:

R*,s= (Л-б / ь = и,,, /(/к +16)« и,* /р-/Л=явхЭ/р.

где /?вчэ - входное сопротивление транзистора, включенного по схеме ОЭ; Р - коэффициент передачи транзистора, включенного по схеме ОЭ. Реальное значение входного сопротивления транзистора в схеме ОБ составляет от долей Ома до десятков Ом, т.е. оно получается в десятки и сотни раз меньшим, чем в схеме ОЭ.

Коэффициент усиления по напряжению получается таким же, как и в случае включения транзистора с общим эмиттером.

Схема включения транзистора по схеме с общим коллектором (ОК). В этой схеме (рис. 3. 13) общим электродом (общей точкой) для входа и выхода является коллектор, поскольку источник питания для переменного тока можно считать короткозамкнутым, так как он всегда зашунтирован конденсаторами большой емкости. На рис. 3.13 не показана цепь подачи напряжения смещения; подразумевается, что смещение тока базы обеспечивается одним из известных способов.

Из рис. 3.13 видно, что переменное входное напряжение равно сумме переменного напряжения база-эмиттер и выходного напряжения //UblN:

U\ " Н{) ^

Отсюда очевидно, что коэффициент усиления по напряжению около единицы, но всегда меньше ее:


K=UV

где ?/т вх, c7m Bb[X, L7m бэ - амплитудные значения соответствующих печ ременных напряжений.

Здесь /т к /Іт б есть коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером. 4

Коэффициент усиления по мощности Ар примерно равен коэффициенту усиления по току К.

Каскад с общим коллектором фазу сигнала не переворачивает, т.е. сдвига фазы между входным и выходным напряжениями нет. Таким образом, выходное напряжение почти равно входному и совпадает с ним по фазе, как бы повторяя входное напряжение. Поэтому каскад с общим коллектором обычно называют эмиттерным повторителем. Такое название каскада с ОК объясняется тем, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно корпуса (общего провода).

Эмиттерный повторитель обладает самым большим среди всех схем включения транзистора входным сопротивлением. Действительно,

Яв = Ьт вх //,Пвх = (^тб-э + ЦивыхУ Аіі б = ^вОЭ + ^н(Аи к+ Апб) /Амб =

= #зхОЭ + /?н(Р +1) = ^в.чОЭ + Л„ (А 2|э + 1) « Лн -/7 21Э,

где /?вчоэ т входное сопротивление транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером; R„ - сопротивление нагрузки эмиттерногс повторителя; h 2э - коэффициент передачи по току транзистора прЯ включении по схеме с общим эмиттером, численно равный коэффициенту р. Большое входное сопротивление эмиттерного повторителя дозволяет использовать его в качестве согласующего устройства между усилительным каскадом и высокоомным источником сигнала и т. д Это является важным свойством данной схемы.

Выходное сопротивление эмиттерного повторителя небольшое и зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала Лис. Значение этого сопротивления с достаточной для инженерных расчетов точностью можно определить по упрощенной формуле:

ЯвыхЭП ~ (У?ис + #вхОэУ^21Э-

Для удобства сравнения основные свойства схем включения транзисторов приведены в таблице 3.1.


Таблица 3.1.

При построении практических электронных устройств в большинстве случаев используется схема включения транзистора с общим эмиттером, поскольку она обладает наибольшим коэффициентом усиления по мощности. Включение транзисторов с общей базой используется в основном в усилителях сверхвысоких частот и в широкополосных усилителях. Эмиттерные повторители применяются в качестве согласующих каскадов и трансформаторов сопротивлений. Эмиттерный повторитель применяется также как усилитель тока в стабилизато* pax напряжения и в выходных каскадах систем передачи цифровых сигналов по двухпроводным линиям связи.

 



загрузка...