Исследование биполярного транзистора в схеме включения с общим

В схеме с общим эмиттером входной характеристикой называется зависимость тока базы 16 от входного напряжения U эб на эмиттерном переходе (рис 4.1.); ее снимают при постоянном значении напряжения Uэк между эмиттером и коллектором. Входные характеристики транзисторов аналогичны характеристикам диодов в прямом направлении с экспоненциальным
возрастанием тока при увеличении напряжения. Из рассмотрения этих характеристик следует, что при
увеличении входного напряжения Uэб происходит резкое возрастание, входного тока Iб и,

Рис. 4.1. Входные характеристики.

следовательно, тока эмиттера Iэ. От напряжения U эк ток базы зависит сравнительно мало. При этом с ростом напряжения U эк из-за модуляции ширины базы ее ток уменьшается. При понижении или повышении температуры переходов транзистора входные характеристики смещаются в область больших или меньших входных напряжений соответственно.

Рис. 4.2. Выходные характеристики

Выходной характеристикой называется зависимость выходного тока Iк от напряжения Uэк (рис. 4.2), ее снимают при постоянном значении выходного тока I6. Выходной ток Iк с ростом
выходного напряжения вначале резко увеличивается и достигает большого значения; при дальнейшем увеличении Uэк он достигает своего максимального значения (при U эк = 1÷ 2 В) , а затем практически перестает возрастать. Следовательно, в транзисторе довольно быстро возникает

насыщение: при определенном напряжении Uэк все носители электричества, проникающие в базу под действием заданного напряжения Uэб , достигают коллектора, и для дальнейшего увеличения тока Iк требуется увеличить напряжение Uэб, то есть ток Iэ , проходящий через эмиттерный переход. При токе базы равным нулю, в цепи коллектора небольшой ток Iко, который по своей природе аналогичен обратному току обычного полупроводникового диода и создается не основными носителями электричества, имеющимися в коллекторе (электроны) и в базе (дырки). Значение тока Iко желательно иметь минимальным, так как он ухудшает усилительные свойства транзистора.

Значительную крутизну выходной характеристики в начальной части можно определить следующим образом. При малых значениях коллекторного напряжения, когда Uэк< Uэб, встречное направление этих напряжений обуславливает открытое состояние обоих р-п- переходов. Суммарное сопротивление переходов при этом незначительно и малые приращения напряжения Uэк вызывают значительное увеличение тока.

При дальнейшем увеличении Коллекторного напряжения, когда Uэк > Uэб, крутизна выходной характеристики резко снижается. При этом напряжение Uэк воспринимается последовательно включенными эмиттерными и коллекторными переходами пропорционально их сопротивлениям. Так как сопротивление закрытого коллекторного перехода значительно больше, чем эмиттерного, на последнем падает лишь небольшая часть приложенного напряжения Uэк , Однако при увеличении Uэк падение напряжения на эмиттерного переходе растет , что вызывает его открытие и рост эмиттерного, а следовательно, и Коллекторного токов.

При напряжении Uкб выше определенной величины происходит пробой коллекторного перехода. При повышении температуры переходов выходные характеристики смещаются в область больших токов из-за увеличения обратного тока коллекторного перехода Iко.

Рис. 4. 3. Характеристика передачи по току

Характеристики передачи по току выражают зависимость тока коллектора от тока базы Iк = ƒ (I6 ) при Uкэ = const (рис. 4.3.). Они линейны лишь при небольших отрицательных напряжениях на коллекторе. При увеличении Uкэ коллекторный переход становится уже, ширина базы увеличивается, при этом меньшее количество носителей зарядов достигает коллектора, что снижает коэффициент передачи: линейная связь между токами коллектора и базы нарушается, характеристики искривляются. Характеристики обратной связи выражают зависимость Uкэ =ƒ ( Uбэ ) при 16 = const (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Характеристики обратной связи

При напряжении /Uкэ/ < /Uбэ/ коллекторный переход транзистора открыт и ток в базе обусловлен открытыми коллекторным и эмиттерным переходами. В этом режиме появляется взаимная связь между напряжениями базы и коллектора. Такому режиму соответствует начальный круто восходящий участок характеристик. При /Uкэ/ >/U бэ/ коллекторный переход закрывается, и обратная связь становится меньше.

Схема с общим эмиттером имеет следующие особенности:

ток эмиттера распределяется между базой и коллектором, причем ток Iк всегда меньше тока Iэ . Коэффициент передачи тока эмиттера α = ΔIк/Δiэ несколько меньше единицы /0,92 - 0,99/, а коэффициент передачи тока базы β = ΔIк I ΔIб достигает несколько десятков или сотен;

ток эмиттера определяется в основном напряжением U эв и очень мало зависит от напряжения U эк. Поэтому и ток коллектора I k мало зависит от напряжения Uэк; изменения входного тока базы Iб происходит в цепи с малым сопротивлением (эмиттерный переход включен в прямом направлении), а вызванные им изменения тока коллектора - в цепи с большим сопротивлением (коллекторный переход включен в обратном направлении). Следовательно, изменения малого напряжения U эб приводят к большим изменениям тока Iк в
цепи коллектора, то есть к большим изменениям выходного напряжения на

нагрузочном резисторе, включенном в выходную цепь, поэтому схема с общим эмиттером позволяет получить большие коэффициенты усиления по напряжению; мощность выделяемая на нагрузочном резисторе, значительно больше мощности, поступающей во входную цепь и затрачиваемой в цепи эмиттер; база для управления током коллектора. Следовательно, схема с большим эмиттером позволяет получить большие коэффициенты усиления мощности; входное сопротивления транзистора Rвх=ΔUэб/Iб сравнительно невелико, а выходное сопротивление R вых = ΔUэк/Iк значительно; если во входную цепь, кроме постоянного напряжения Uэб, подается
некоторый положительный сигнал, то результирующее входное напряжение уменьшается),тенциал базы становится менее отрицательным), что приводит к уменьшению коллекторного тока. В результате и уменьшается напряжение на нагрузочном резисторе, включенном в выходную цепь, то есть образуется отрицательный сигнал. Следовательно, при подаче на вход транзистора переменного напряжения U вх напряжение на выходе Uвых будет сдвинуто относительно него по фазе на 180° .

Схема с общим эмиттером является наиболее распространенной, так как она позволяет получить большие коэффициенты усиления по напряжению и мощности, обладает сравнительно большим входным сопротивлением и допускает питание всех цепей усилителя от одного общего источника, поскольку на коллектор и базу подаются питающие напряжения одного знака.