Схемы включения и основные параметры биполярных транзисторов

Итак, биполярный транзистор, независимо от его структуры, является трехэ лектродным прибором. Его электроды эмиттер, коллектор и база. Для использования транзистора в качестве усилителя напряжения, тока или мощности входной сигнал, который надо усилить, можно подавать на два каких либо электрода и с двух электродов снимать усиленный сигнал. При этом один из электродов обязательно будет общим. Он то и определяет название способа включения транзистора: по схеме общего эмиттера (ОЭ), по схеме общего коллектора (ОК), по схеме общей базы (ОБ).

Входной сигнал через конденсатор связи С_св подается к выводам базы и эмиттера, т.е. к участку база эмиттер транзистора, а усиленный сигнал снимается с выводов эмиттера и коллектора. Эмиттер, следовательно, при таком включении транзистора является общим для входной и выходной цепей.

Вспомни схемы и рисунки, которыми в этой беседе ты пользовался, заставляя транзистор работать в режимах усиления и переключения. Да, транзистор ты включал по схеме ОЭ. И это не случайно: транзистор, включенный таким способом, в зависимости от его усилительных свойств может дать 10 200 кратное усиление сигнала по напряжению и 20 100 кратное усиление сигнала по току. Благодаря этому способ включения транзистора по схеме ОЭ пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью.

Существенным недостатком усилительного каскада на транзисторе, включенном по такой схеме, является его сравнительно малое входное сопротивление всего 500 1000 Ом, что усложняет согласование усилительных каскадов, транзисторы которых включают по такой же схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттерный р п переход транзистора включен в прямом, т.е. пропускном, направлении. А сопротивление пропускного перехода, зависящее от прикладываемого к нему напряжения, всегда мало. Что же касается выходного сопротивления такого каскада, то оно достаточно большое (2 20 кОм) и зависит от сопротивления нагрузки R_к и усилительных свойств транзистора.

Включение транзистора по схеме ОК ты видишь на рис. 90, б. Входной сигнал подается на базу и эмиттер через эмиттерный резистор R_э, который является частью коллекторной цепи. С этого же резистора, выполняющего функцию нагрузки транзистора, снимается и выходной сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи является общим для входной и выходной цепей, поэтому и название способа включения транзистора ОК. Каскад с транзистором, включенным по такой схеме, по напряжению дает усиление меньше единицы. Усиление же по току получается примерно такое же, как если бы транзистор был включен по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивление такого каскада может составлять 10 500 кОм, что хорошо согласуется с большим выходным сопротивлением каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ. По существу, каскад не дает усиления по напряжению, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транзисторы, включаемые по такой схеме, называют также эмиттерными повторителями. Почему эмиттерными? Потому что выходное напряжение на эмиттере транзистора практически полностью повторяет входное напряжение.

Почему каскад не усиливает напряжение? Давай соединим резистором цепь базы транзистора с нижним (по схеме) выводом эмиттерного резистора R_э, как показано на рис. 90,6 штриховыми линиями. Этот резистор эквивалент внутреннего сопротивления источника входного сигнала R_вх, например микро фона или звукоснимателя. Таким образом, эмиттерная цепь оказывается связанной через резистор R_вх, с базой. Когда на вход усилителя подается напряжение сигнала, на резисторе R_э, являющемся нагрузкой транзистора, выделяется напряжение усиленного сигнала, которое через резистор R_вх, оказывается приложенным к базе в противо-фазе. При этом между эмиттерной и базовой цепями возникает очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по напряжению. А по току усиления получается такое же, как и при включении транзистора по схеме ОЭ.

Теперь о включении транзистора по схеме ОБ (рис. 90, в). В этом случае база через конденсатор C₆ по переменному току заземлена, т.е. соединена с общим проводником питания. Входной сигнал через конденсатор C_св подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и с заземленной базы. База, таким образом, является общим электродом входной и выходной цепей каскада. Такой каскад дает усиление по току меньше единицы, а по напряжению такое же, как транзистор, включенный по схеме ОЭ (10 200). Из за очень малого входного сопротивления, не превышающего нескольких десятков ом (30 100 Ом), включение транзистора по схеме ОБ используют главным образом в генераторах электрических колебаний, в сверхгенеративных каскадах, применяемых, например, в аппаратуре радиоуправления моделями, о чем у нас разговор впереди.

Ты чаще всего будешь пользоваться включением транзистора по схеме ОЭ, реже по схеме ОК. Но это только способы включения. А режим работы транзистора как усилителя определяется напряжениями на его электродах, токами в его цепях и, конечно, параметрами самого транзистора.

Качество и усилительные свойства биполярных транзисторов оценивают по нескольким электрическим параметрам, которые измеряют с помощью специальных приборов. Тебя же, с практической точки зрения, в первую очередь должны интересовать три основных параметра: обратный ток коллектора I_КБО статический коэффициент передачи тока h_21э (читают так: аш два один э) и граничная частота коэффициента передачи тока f_гр.

Обратный ток коллектора I_КБО это неуправляемый ток через коллекторный р n переход, создающийся неосновными носителями тока транзистора. Он характеризует качество транзистора: чем численное значение параметра I_КБО меньше, тем выше качество транзистора. У маломощных низкочастотных транзисторов, например, серий МП39 МЁ42, I_КБО не должен превышать 30 мкА, а у маломощных высокочастотных 5 мкА. Транзисторы с большими значениями I_КБО в работе неустойчивы.

Статический коэффициент передачи тока h_21э характеризует усилительные свойства транзистора. Статическим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неизменных токах в его цепях. Большая (заглавная) буква Э в этом выражении указывает на то, что при измерении транзистор включают по схеме ОЭ. Коэффициент h_21э характеризуется отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор эмиттер и токе эмиттера. Чем больше численное значение коэффициента h_21э тем большее усиление сигнала может обеспечить данный транзистор.

Граничная частота коэффициента передачи тока f_гр выраженная в килогерцах или мегагерцах, позволяет судить о возможности использования транзистора для усиления колебаний тех или иных частот. Граничная частота f_гр транзистора МП39, например, 500 кГц, а транзисторов П401 П403 больше 30 МГц. Практически транзисторы используют для усиления частот значительно меньше граничных, так как с повышением частоты коэффициент h_21э транзистора уменьшается.

При конструировании радиотехнических устройств надо учитывать и такие параметры транзисторов, как максимально допустимое напряжение коллектор эмиттер U_{КЭ max} максимально допустимый ток коллектора I_{K max} а также максимально допустимую рассеиваемую мощность коллектора транзистора P_{K max} мощность, превращающуюся внутри транзистора в тепло.

Основные сведения о параметрах биполярных транзисторов широкого применения ты найдешь в приложении 7.

Теперь настало время поговорить о полевом транзисторе.