🗊Презентация БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР КАК УСИЛИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции носителей заряда – электронов и «дырок». Переходы транзистора образованы тремя областями с чередующимися типами проводимости.

Хотя простейшая модель транзистора изображается как соединение двух диодов, но получить транзисторный эффект, т.е. эффект усиления по мощности слабых сигналов в схеме с двумя отдельными диодами невозможно. Хотя простейшая модель транзистора изображается как соединение двух диодов, но получить транзисторный эффект, т.е. эффект усиления по мощности слабых сигналов в схеме с двумя отдельными диодами невозможно. Работа биполярного тран-зистора основана на взаимодействии двух p-n-переходов;

это обеспечивается тем, что толщина b средней области транзистора – базы выбира-ется меньше длины свобод-ного пробега L (диффузи-онной длины) носителей заряда в этой области (обычно b << L). это обеспечивается тем, что толщина b средней области транзистора – базы выбира-ется меньше длины свобод-ного пробега L (диффузи-онной длины) носителей заряда в этой области (обычно b << L).

Часть инжектированных в область базы электронов рекомбинирует с основными для этой области носителями заряда – дырками, образуя ток базы Iб. Часть инжектированных в область базы электронов рекомбинирует с основными для этой области носителями заряда – дырками, образуя ток базы Iб. Большая часть инжектированных в базу электронов под воздействием электрического поля, создава-емого Екб, подвергается экстракции во вторую n-область транзистора – коллектор, образуя коллек-торный ток Iк. Ток коллектора Iк немного меньше тока эмиттера Iэ, Iк = α • Iэ, где: α = Iк / Iэ = 0,96 ÷ 0,99 – статический коэффициент передачи тока эмиттера

Можно также записать: Iб = Iэ – Iк; Можно также записать: Iб = Iэ – Iк; или: Iб = (Iк /α) - Iк = Iк •(1 – α) / α , где: Iк / Iб = α /(1 - α ) = β >>1 – статический коэффициент передачи тока базы. При значении статического коэффициента α = 0,99 коэффициент β = 0,99 / (1 - 0,99) = 99. Из этих выражений следует, что транзистор представляет собой управляемый элемент, поскольку значение его выходного коллекторного тока Iк зависит от значений входного тока эмиттера Iэ или тока базы Iб. При этом значение тока Iк существенно зависит от эффективности взаимодействия двух p-n-переходов, которое, в свою очередь, обеспечивается очень тонкой областью базы (толщина области базы b составляет единицы или доли микрон)

Зависимость коэффициентов передачи тока (α, β) от технологического параметра – толщины области базы – приводит к большому разбросу коэффициентов передачи даже для транзисторов из одной партии, изготовленных в едином техноло-гическом процессе. Зависимость коэффициентов передачи тока (α, β) от технологического параметра – толщины области базы – приводит к большому разбросу коэффициентов передачи даже для транзисторов из одной партии, изготовленных в едином техноло-гическом процессе. Поэтому на заводе после изготовления транзисторов производят контроль коэффициентов передачи и разделяют все изготовленные транзисторы по подгруппам (различные подгруппы маркируются разными буквами в конце обозначения транзистора). Но даже для транзисторов из одной подгруппы коэффициент передачи β может различаться в 2÷3 раза.

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ТРАНЗИСТОРА В декабре 1947 г. трое сотрудников Bell Laboratories в Мюррей Хилл (Нью Джерси) – Джон Бардин (John Bardeen), Уолтер Бреттен (Walter Brattain) и Уильям Шокли (William Shockley) – открыли транзисторный эффект и изготовили первое действующее устройство. Соответствующий патент под номером 02 569 347 был выдан 25 сентября 1951 г., а спустя еще пять лет двое изобретателей – Бардин и Шокли – стали лауреатами Нобелевской премии по физике.

Он состоял из двух золотых электродов, прижатых клиновидным фрагментом изолятора к поверхности пластины из полупроводникового материала германия, покоящейся на металлическом основании. Он состоял из двух золотых электродов, прижатых клиновидным фрагментом изолятора к поверхности пластины из полупроводникового материала германия, покоящейся на металлическом основании. Точки контакта электродов с германием, между которыми происходило усиление сигнала, разделяло очень маленькое расстояние, составляющее несколько тысячных долей дюйма. В своем первозданном виде эта конструкция отличалась сложностью изготовления и так и не получила широкого распространения, уступив место более практичным типам транзисторов.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА Каждый переход биполярного транзистора можно включить в прямом (токопроводящем) или обратном (нетокопроводящем) направлении. В зависимости от этого различают четыре режима работы транзистора. АКТИВНЫЙ РЕЖИМ – на эмиттерно-базовый переход подано прямое напряжение (превышающее порог Ферми), а на коллекторно-базовый переход – обратное (или прямое, но не превышающее порог Ферми). Именно этот режим работы транзистора используется для усиления сигналов или генерации переменного напряжения.

РЕЖИМ НАСЫЩЕНИЯ – на оба перехода (эмиттерно-базовый и коллекторно-базовый) подано прямое напряжение, превышающее порог Ферми. РЕЖИМ НАСЫЩЕНИЯ – на оба перехода (эмиттерно-базовый и коллекторно-базовый) подано прямое напряжение, превышающее порог Ферми. РЕЖИМ ОТСЕЧКИ – оба перехода находятся в нетокопроводящем состоянии, т.е. к ним подведены обратные напряжения или прямое напряжение с уровнем, не превышающим порог Ферми. Режим насыщения и отсечки являются основными режимами цифровых логических схем. ИНВЕРСНЫЙ РЕЖИМ – этот режим является противоположным активному – на коллекторно-базовый переход подано прямое напряжение (превышающее порог Ферми), а на эмиттерно-базовый переход – обратное (или прямое, но не превышающее порог Ферми).

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ Биполярный транзистор, как усилительное устройство, может быть представлен в виде четырехполюсника. В зависимости от того, какой из трех выводов является общим для входа и выхода, а также в зависимости от того на какой вывод подается входной сигнал, а с какого – снимается выходной, можно нарисовать шесть схем включения транзистора. Но на практике применяются только три схемы: с общим эмиттером – ОЭ, с общей базой – ОБ и с общим коллектором – ОК. На схемах не показаны цепи питания и цепи смещения переходов транзистора (поэтому аналогичные схемы справедливы и для транзисторов структуры p-n-p).

В схеме с ОЭ входное переменное напряжение подается на переход эмиттер-база (входной ток втекает в базу), В схеме с ОЭ входное переменное напряжение подается на переход эмиттер-база (входной ток втекает в базу), а выходное напряжение снимается с выводов эмиттер-коллектор (усиленный выходной переменный ток выте-кает из коллектора).

В схеме с ОБ входное напряжение также подается на переход эмиттер-база (но входной ток втекает в эмиттер), В схеме с ОБ входное напряжение также подается на переход эмиттер-база (но входной ток втекает в эмиттер), а выходное напря-жение снимается с выводов база-кол-лектор (выходной переменный ток вы-текает из коллек-тора).

В схеме с ОК входное напряжение подается на переход база-коллек-тор (входной ток втекает в базу), В схеме с ОК входное напряжение подается на переход база-коллек-тор (входной ток втекает в базу), а выходное напряжение снимается с выводов эмиттер-коллектор (усиленный выходной переменный ток вытекает из эмиттера).

Для правильного понимания последующего материала необходимо четко определиться: Для правильного понимания последующего материала необходимо четко определиться: биполярный транзистор – это токовый прибор, он усиливает или передает на выход именно ток; входное воздействие – это изменение входного тока, которое численно равно: ΔIвх = ΔUвх / Rвх – приращению входного напряжения, деленному на величину дифференциального входного сопротивления; выходной отклик на входное воздействие – это изменение выходного тока, а выходной эффект в виде изменения выходного напряжения численно равен: ΔUвых = ΔIвых • Rнагр – произведению приращения выходного тока на величину сопротивления нагрузки.

СХЕМА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ Эта схема получила наибольшее распространение, благодаря максимальному коэффициенту усиления по мощности входного сигнала. На входной Вольт-Амперной характеристике (ВАХ) кремниевого биполярного транзистора, т.е. зависимости входного базового тока от приложенного напряжения база-эмиттер, выделим три области: левее точки а – область отсечки; через переход база-эмиттер протекает очень маленький (доли микроАмпер) тепловой ток неосновных носителей – Iкб0; нелинейный участок между точками а и б – квадратичный участок (в некоторых книгах он называется – экспоненциальный участок); относительно линейный участок (выше точки б), на котором ток базы резко возрастает при увеличении напряжения Uбэ.

Прямая ветвь входной ВАХ транзистора, включенного по схеме с ОЭ, очень напоминает прямую ветвь p-n-перехода Прямая ветвь входной ВАХ транзистора, включенного по схеме с ОЭ, очень напоминает прямую ветвь p-n-перехода При подаче обратного напряжения на базо-эмит-терный переход многие кремниевые транзисторы работают в режиме Зенеро-вского пробоя с напряж-ением стабилизации от 6 до 10 В.

По входной ВАХ можно определить статическое и дифференциальное входное сопротивление усили-тельного каскада с общим эмиттером. По входной ВАХ можно определить статическое и дифференциальное входное сопротивление усили-тельного каскада с общим эмиттером. Статическое входное сопротивление Rвх_стат численно равно котангенсу угла наклона прямой, проведенной из центра координат к точке на ВАХ (например, к точке б). Дифференциальное входное сопротивление Rвх_диф в этой точке значительно меньше и равно котангенсу угла наклона касательной. Статическое и дифференциальное входные сопротивления имеют максимальное значение при минимальных токах базы и уменьшаются по мере увеличения этого тока.

Выходная Вольт-Амперная характеристика для транзистора, включенного по схеме с ОЭ, - это зависимость коллекторного тока Iк от напряжения Uкэ (в качестве переменного параметра на графиках указаны дискретные значения тока базы транзистора Iб). Выходная Вольт-Амперная характеристика для транзистора, включенного по схеме с ОЭ, - это зависимость коллекторного тока Iк от напряжения Uкэ (в качестве переменного параметра на графиках указаны дискретные значения тока базы транзистора Iб). На этом рисунке штриховыми линиями выделена РАБОЧАЯ ОБЛАСТЬ, ограниченная: сверху – максимальным током коллектора – Iк_макс; справа – максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер –Uкэ_макс; а также ограниченная гиперболой максимально допустимой мощности рассеивания – Рк_макс. (Формула для построения этой гиперболы: Iк = Рк_макс / Uкэ).

По выходной ВАХ мож-но определить статиче-ский коэффициент уси-ления по току β = Iк / Iб. По выходной ВАХ мож-но определить статиче-ский коэффициент уси-ления по току β = Iк / Iб. Для этого необходимо значение тока коллек-тора на одной из линий ВАХ поделить на ток базы, указанный для этой линии. β = 6 / 0,1 = 60.

Статический и диффе-ренциальный коэффи-циенты усиления тока базы зависят от режима работы транзистора, т.е. от величины тока коллектора. Статический и диффе-ренциальный коэффи-циенты усиления тока базы зависят от режима работы транзистора, т.е. от величины тока коллектора. На рис. показана типич-ная зависимость диффе-ренциального коэффи-циента усиления h21 от тока коллектора.

По выходной Вольт-Амперной характеристике можно рассчитать выходное дифференциальное сопротивление Rвых транзистора в схеме с ОЭ. По выходной Вольт-Амперной характеристике можно рассчитать выходное дифференциальное сопротивление Rвых транзистора в схеме с ОЭ. Для этого выбирают две точки на почти горизонтальной линии графика и для этих точек рассчитывают: Rвых = ΔUкэ / ΔIк. В схеме с ОЭ выходное сопротивление транзистора может быть от десятков до сотен килоОм.

Входное переменное напряжения в схеме с ОЭ подводится к базо-эмиттерному переходу. Входное переменное напряжения в схеме с ОЭ подводится к базо-эмиттерному переходу. На графиках изобра-жены входная ВАХ и источник перемен-ного синусоидаль-ного напряжения.

Изменение входного напряжения ΔUвх (диапазон изменения входного напряжения указан на рис. вертикальными пунктирными линиями) можно пересчитать в изменение входного базового тока: ΔIб = ΔUвх / Rвх_диф = ΔUбэ / Rвх_диф. Изменение входного напряжения ΔUвх (диапазон изменения входного напряжения указан на рис. вертикальными пунктирными линиями) можно пересчитать в изменение входного базового тока: ΔIб = ΔUвх / Rвх_диф = ΔUбэ / Rвх_диф. На следующем рис. график переменного базового тока Iб наложен на область параметров выходной Вольт-Амперной характеристики схемы с ОЭ. На этом графике указана величина питающего коллекторного напряжения Ек и наклонная «нагрузочная прямая». Котангенс угла наклона нагрузочной прямой определяется номиналом нагрузочного резистора Rк в выходной цепи коллектора.

Диапазон изменения выходного коллекторного тока (на рис. показан горизонтальными пунктирными линиями) равен: ΔIк = ΔIб • h21. Диапазон изменения выходного коллекторного тока (на рис. показан горизонтальными пунктирными линиями) равен: ΔIк = ΔIб • h21.

Диапазон изменения выходного напряжения (на рис. показан вертикальными пунктирными линиями) равен: ΔUкэ = ΔIк • Rк. Диапазон изменения выходного напряжения (на рис. показан вертикальными пунктирными линиями) равен: ΔUкэ = ΔIк • Rк. Обратите внимание на то, что фаза выходного синусоидального напряжения Uкэ противоположная фазе входного напряжения Uбэ. Схема усилителя с ОЭ инвертирует входной сигнал, т.е. изменяет фазу сигнала на 180о. Коэффициент усиления по напряжению в схеме с ОЭ равен:

В большинстве случаем следующим усилительным каскадом также является схема с ОЭ. В большинстве случаем следующим усилительным каскадом также является схема с ОЭ. Поэтому параллельно коллекторному сопротив-лению Rк по переменному току включено входное сопротивление Rвх_диф следующего каскада. Учитывая, что Rк >> Rвх_диф, можно считать, что нагрузкой предыдущего каскада является входное сопротивление следующего. А коэффициент усиления по напряжению в схеме с ОЭ примерно равен: kU = h21 (Rвх_диф / Rвх_диф) ≈ h21. Коэффициент усиления по мощности в схеме с ОЭ равен: kP = kU • kI ≈ (h21)2.

На основе анализа графиков можно сделать вывод о том, что рабочую точку транзистора (или точку покоя) необходимо выбирать так, чтобы напряжение Uкэ было равно (или немного меньше) половины напряжения источника коллекторного питания Ек, На основе анализа графиков можно сделать вывод о том, что рабочую точку транзистора (или точку покоя) необходимо выбирать так, чтобы напряжение Uкэ было равно (или немного меньше) половины напряжения источника коллекторного питания Ек, т.е. падение напряжения на транзисторе – Uкэ должно быть равно (или немного меньше) падения напряжения на коллекторном резисторе: Uкэ ≤ URк.

СХЕМА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ Основное преимущество этой схемы – самая широкая полоса усиливаемых частот. Поэтому схему с ОБ применяют в высокочастотных блоках радиоприемных устройств. Входная Вольт-Амперная характеристика усилитель-ного каскада с ОБ практически совпадает с аналогичной ВАХ для схемы с ОЭ, но вместо тока базы Iб необходимо подставить ток эмиттера Іэ, который больше в раз

Входные сопротивления: статическое Rвх_стат и дифференциальное Rвх_диф схемы с ОБ меньше аналогичных величин для схемы с ОЭ в γ раз. Входные сопротивления: статическое Rвх_стат и дифференциальное Rвх_диф схемы с ОБ меньше аналогичных величин для схемы с ОЭ в γ раз. Выходное дифференциальное сопротивление Rвых_диф схемы с ОБ примерно во столько же раз больше, чем выходное сопротивление в схеме с ОЭ. Коэффициент усиления тока в схеме с ОБ: kI =ΔIк / ΔIэ ≈ α = 0,96 ÷ 0,99 (т.е. почти равен 1). Поэтому схему с ОБ иногда называют повторите-лем тока.

При расчете коэффициента усиления по напряжению для схемы с ОБ будем учитывать: При расчете коэффициента усиления по напряжению для схемы с ОБ будем учитывать: ΔUвх = ΔIвх • Rвх_диф = ΔIэ • Rвх_диф; ΔUвых = ΔIк • Rк ≈ ΔIэ • Rк, потому что: Iк ≈ Iэ; kU = ΔUвых / ΔUвх ≈ Rк / Rвх_диф. Учитывая очень малую величину Rвх_диф, можно утверждать, что схема с ОБ имеет наибольший коэффициент усиления по напряжению (среди трех известных схем). Коэффициент усиления по мощности в схеме с ОБ: kP = kU • kI – меньше аналогичного коэффициента для схемы с ОЭ.

При увеличении входного напряжения в схеме с ОБ запирается входной базо-эмиттерный переход и уменьшается ток: Iэ ≈ Iк, При увеличении входного напряжения в схеме с ОБ запирается входной базо-эмиттерный переход и уменьшается ток: Iэ ≈ Iк, т.е. уменьшается падение напряжения на сопротивлении нагрузки Rк. Это приводит к увеличению выходного напряжения на коллекторе транзистора: Uк = Ек – Ік • Rк. Поэтому схема с ОБ усиливает входное переменное напряжение без инверсии.

СХЕМА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ Основное преимущество этой схемы – минимальное выходное сопротивление Rвых_диф и максималь-ное входное сопротивление Rвх_диф (среди трех известных схем). Коэффициент передачи по напряжению kU в схеме с ОК близок к единице, в результате чего выходной сигнал по величине и фазе повторяет входной: Uвых ≈ Uвх. Поэтому каскад с ОК называют повторителем напряжения (или эмиттерным повторителем, потому что выходной сигнал снимают с эмиттера).

Каскады с ОК используют как согласующие или разделительные, обеспечивающие без заметных ослаблений передачу э.д.с. сигнала от высокоомных источников к низкоомным цепям и каскадам. Каскады с ОК используют как согласующие или разделительные, обеспечивающие без заметных ослаблений передачу э.д.с. сигнала от высокоомных источников к низкоомным цепям и каскадам. Коэффициент усиления по току в схеме с ОК равен: kI =ΔIэ / ΔIб ≈ γ = β + 1 (знак приблизительного равенства указывает на то, что статические коэффициенты передачи тока γ и β почти равны аналогичным дифференциальным коэффициентам).

Входное сопротивление каскада с ОК определяется по формуле: Входное сопротивление каскада с ОК определяется по формуле: Rвх_диф ≈ Rэ • γ = Rэ •(β + 1). (Параллельно Rэ может быть включено сопро-тивление нагрузки, которое нужно учесть по формуле параллельного соединения резисторов). Выходное сопротивление каскада с ОК равно: Rвых_диф ≈ Rвн / γ, где: Rвн – внутреннее сопротивление источника сигнала или выходное сопротивление предыдущего каскада.

ВЫБОР РАБОЧЕЙ ТОЧКИ ТРАНЗИСТОРА Выбор рабочей точки транзистора рассмотрим на примере схемы с ОЭ. Исходные данные для выбора рабочей точки или точки покоя (т.е. режима транзистора при отсутствии сигнала): напряжение коллектор-эмиттер Uкэ примерно равно (или немного меньше) падения напряжения на коллекторном резисторе URк; ток покоя коллектора равен: Iк = URк / Rк; ток покоя базы равен: Iб = Iк / β. по входной ВАХ транзистора определяется напряжение покоя Uбэ, соответствующее базовому току покоя Iб.

Расчеты будем проводить для конкретного примера: Ек = 10 В; Rк = 2 кОм, Расчеты будем проводить для конкретного примера: Ек = 10 В; Rк = 2 кОм, кремниевый транзистор типа КТ315, коэффициент усиления тока базы β = 50. Напряжение Uкэ= URк = Ек / 2 = 5 В. Ток покоя коллектора: Iк = URк / Rк = 5 / 2 = 2,5 мА. Ток покоя базы: Iб = Iк / β = 2,5 / 50 = 0,05 мА. По входной ВАХ транзистора определяется напряжение покоя на базо-эмиттерном переходе: Uбэ = 0,6 В.

СХЕМА СМЕЩЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ С ДЕЛИТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ Схема обладает самой плохой термостабиль-ностью и очень чувствительная к изменению питающего напряжения Ек.

На эквивалентной схеме делитель напряжения в базовой цепи Rб1, Rб2 заменен эквивалентной схемой на основе теоремы Тевенена: На эквивалентной схеме делитель напряжения в базовой цепи Rб1, Rб2 заменен эквивалентной схемой на основе теоремы Тевенена: Есм = Uхх = Ек • Rб2 / (Rб1 + Rб2). т.е. Rэкв рассчитывается как параллельное соединение двух резисторов Rб1 и Rб2.

Недостатки этой схемы проявляются в том, что при изменении питаю-щего напряжения Ек – пропорционально из-меняется эквивалент-ное напряжение сме-щения Есм Недостатки этой схемы проявляются в том, что при изменении питаю-щего напряжения Ек – пропорционально из-меняется эквивалент-ное напряжение сме-щения Есм

Пунктирные наклонные прямые указывают на то, что при изменении питающего напряжения Ек (и пропорциональном изменении Есм) на 30% базовый ток покоя транзистора изменяется в 2÷3 раза, Пунктирные наклонные прямые указывают на то, что при изменении питающего напряжения Ек (и пропорциональном изменении Есм) на 30% базовый ток покоя транзистора изменяется в 2÷3 раза, что может привести к запиранию транзистора (Iб → 0) при уменьшении Ек, или, наоборот – к полному отпиранию двух переходов (т.е. к режиму насыщения) при увеличении Ек. Дополнительное изменение тока покоя базы Iб транзистора вызывается изменением температуры. Эти изменения показаны на рис. точками пересечения сплошной наклонной прямой и входными ВАХ при разных температурах транзистора (пунктирные кривые линии).

СХЕМА СМЕЩЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ С ТОКОЗАДАЮЩИМ РЕЗИСТОРОМ Эта схема обладает лучшей термостабиль-ностью и значительно меньше подвержена негативным последст-виям при изменении пи-тающего напряжения Ек.

Учитывая, что Ек >> Uбэ, можно записать: Учитывая, что Ек >> Uбэ, можно записать: Rб ≈ 2 • Rк • β. Т.е. номинал резистора Rб пропорционален коэффициенту усиления тока β. Реально это означает, что для каждого отдельного транзистора необходимо подбирать свой базовый токозадающий резистор Rб. При изменении питающего напряжения Ек – пропорционально ему изменяются токи покоя базы Iб и коллектора Iк, а напряжение Uкэ остается примерно равным половине напряжения источника питания Ек. При изменении температуры незначительно изменяется напряжение Uбэ (которое значительно меньше Ек), поэтому токи Iб, Iк и напряжение Uкэ существенно не изменяются.

Еще более стабильно работает схема смеще-ния рабочей точки с отрицательной обрат-ной связью (ООС) по напряжению Еще более стабильно работает схема смеще-ния рабочей точки с отрицательной обрат-ной связью (ООС) по напряжению

СХЕМА СМЕЩЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ С ОТРИ-ЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО ТОКУ Введение отрицательной обратной связи (ООС) по току через резистор Rэ обеспечивает лучшую стабильность рабочей точки и малую зависимость режима работы транзистора от параметра β. При расчете элементов цепи смещения задаются падением напряжения на резисторе обратной связи URэ = (0,15÷0,3) • Eк. Конкретное значение этого коэффициента выбирается на основе компромисса: чем больше этот коэффициент, тем лучше стабильность рабочей точки, но максимальная амплитуда переменного выходного сигнала будет меньше.

Для нашего примера выбираем: Для нашего примера выбираем: URэ = 0,2 • Eк = 2 В;

Номинал резистора делителя напряжения выбирают из соотношения: Rб2 >> Rвх_диф. Номинал резистора делителя напряжения выбирают из соотношения: Rб2 >> Rвх_диф. Задаемся: Rб2 = 10 кОм. При этом ток делителя Iд равен: Iд = (URэ + Uбэ) / Rб2 = ( 2 + 0,65) В / 10 кОм = 0,265 мА. Через резистор Rб1 протекает сумма токов: Iд + Iб. Поэтому номинал резистора равен: Rб1 = (Ек – URэ – Uбэ) / (Iд+ Iб) = = (10 – 2 – 0,65) В / (0,265 + 0,04) мА = 24 кОм. В нашем примере ток делителя Iд >> Iб = Iк / β. Поэтому влияние коэффициента усиления тока базы транзистора β на режим работы по постоянному току незначительное.

Можно еще улуч-шить стабильность режима работы транзистора по постоянному току, если добавить ООС по напряжению Можно еще улуч-шить стабильность режима работы транзистора по постоянному току, если добавить ООС по напряжению

Введение ООС для стабилизации режима работы транзистора по постоянному току приводит к уменьшению коэффициента усиления каскада по переменному току или напряжению. Введение ООС для стабилизации режима работы транзистора по постоянному току приводит к уменьшению коэффициента усиления каскада по переменному току или напряжению.

Аналогичная схема смещения рабочей точки может быть использована и для каскада усиления с ОБ Аналогичная схема смещения рабочей точки может быть использована и для каскада усиления с ОБ

Схема смещения рабочей точки для каскада с ОК обладает высокой термостабильностью и малой зависимостью режима работы от параметра β вследствие 100%-ной отрицательной обратной связи по току. Схема смещения рабочей точки для каскада с ОК обладает высокой термостабильностью и малой зависимостью режима работы от параметра β вследствие 100%-ной отрицательной обратной связи по току.

СОСТАВНЫЕ СХЕМЫ НА ТРАНЗИСТОРАХ Если соединить транзисторы по схеме Дарлингтона то полученная схема будет работать как один транзистор, причем его коэффициент усиления по току β будет равен произведению коэффициентов β составляющих транзисторов VT1 и VT2.

Резистор R между выводами базы и эмиттера транзистора VT2 необходим для надежного запирания этого транзистора при высоких температурах. Резистор R между выводами базы и эмиттера транзистора VT2 необходим для надежного запирания этого транзистора при высоких температурах. Даже если на входные выводы эмиттер-база транзистора Дарлингтона подано нулевое напряжение, через этот резистор протекают тепловые токи неосновных носителей Iкб0 (первого и второго транзисторов). Значение этих токов увеличивается в два раза при увеличении температуры транзисторов на 10оС. Номинал резистора R – от одного до 10 кОм – обеспечивает падение напряжения не более потенциального барьера Ферми (0,5 В) за счет протекания этих токов при максимальной температуре транзистора.

Соединение транзисторов по схеме Шиклаи (Sziklai) также увеличивает коэффициент усиления по току β до величины, равной произведению коэффициентов β составляющих транзисторов VT1 и VT2. Соединение транзисторов по схеме Шиклаи (Sziklai) также увеличивает коэффициент усиления по току β до величины, равной произведению коэффициентов β составляющих транзисторов VT1 и VT2.

Схема дифференциального усилителя имеет два источника входных сигналов Uвх1, Uвх2 и два выхода Uвых1, Uвых2. Схема дифференциального усилителя имеет два источника входных сигналов Uвх1, Uвх2 и два выхода Uвых1, Uвых2. Постоянные питающие напряжения подаются отдельно: Е1 – для питания коллекторных цепей транзис- торов VT1, VT2 и Е2 – в цепь эмиттеров.

Стабилизатор тока J задает симметричные токи эмиттеров двух транзисторов: Iэ1 = Iэ2 = J / 2. Стабилизатор тока J задает симметричные токи эмиттеров двух транзисторов: Iэ1 = Iэ2 = J / 2. Токи коллекторов транзисторов почти равны токам эмиттеров, а базовые токи транзисторов VT1, VT2 равны: Iб1 = Iб2 = Iэ / γ = J / (2 • γ). Если входные сигналы равны нулю: Uвх1 = Uвх2 = 0, то на базах транзисторов будет нулевое напряжение. На входной ВАХ точка покоя (точка А) имеет нулевой потенциал, а отрицательное напряжение на эмиттерах транзисторов равно: – Uбэ0 ≈ – 0,65 В. При равных токах коллекторов: Iк1=Iк2 – постоянные выходные напряжения также равны: Uвых1 = Е1 – Iк1 • Rк = Uвых2 = Е1 – Iк2 • Rк. Разность постоянных выходных напряжений: Uвых1 – Uвых2 = 0.

Изменения входного напряжения ΔUвх1 приведут к изменению тока базы ΔIб1 первого транзистора VT1 и пропорциональному изменению тока эмиттера ΔIэ1. Изменения входного напряжения ΔUвх1 приведут к изменению тока базы ΔIб1 первого транзистора VT1 и пропорциональному изменению тока эмиттера ΔIэ1. Поскольку сумма токов эмиттеров двух транзис-торов постоянная и равна J, поэтому изменения тока эмиттера второго транзистора будут иметь противоположные значения: ΔIэ2 = – ΔIэ1. Например: увеличение тока эмиттера Iэ1 первого транзистора на 1 мА приведет к уменьшению тока эмиттера Iэ2 второго транзистора на 1 мА. При равенстве параметров транзисторов VT1, VT2 можно утверждать, что изменения токов коллекторов также будут иметь противоположные значения: ΔIк1 = ΔIэ1 • α1 = – ΔIк2 = – ΔIэ2 • α2.

Изменения выходных напряжений будут противоположными: Изменения выходных напряжений будут противоположными: ΔUвых1 = ΔIк1• Rк= – ΔUвых2 = – ΔIк2 • Rк. Поэтому: ΔUвых1 = ΔUвх1 • кU = – ΔUвых2 = – ΔUвх1 • кU , где: кU = h21 • Rк / (2 • Rвх_диф). Если изменяется не только входное напряжение ΔUвх1 но и ΔUвх2, то результирующие изменения выходных напряжений равны: ΔUвых1 = (ΔUвх2 – ΔUвх1) • кU ; ΔUвых2 = – ΔUвых1 = (ΔUвх1 – ΔUвх2) • кU . Зависимость выходного напряжения ΔUвых от разности входных сигналов (или от дифферен-циального сигнала) отразилось в названии: вычитающий усилитель или дифференциальный усилитель.

Эта схема хорошо подавляет синфазное напряжение, т.е. при одинаковых входных сигналах: ΔUвх1 = ΔUвх2 – выходное напряжение не изменяется. Эта схема хорошо подавляет синфазное напряжение, т.е. при одинаковых входных сигналах: ΔUвх1 = ΔUвх2 – выходное напряжение не изменяется. Симметрия схемы приводит к тому, что выходные на-пряжения не изменяются при изменении температуры. Разность выходных напряжений не зависит от измене-ния величины питающих напряжений Е1 и Е2. Большинство полезных сигналов являются дифференци-альными, а мешающие помехи, дрейфы (изменения параметров) проявляются как синфазные. Поэтому дифференциальный усилитель позволяет эффективно подавлять помехи и усиливать полезный сигнал. В простых схемах дифференциальных усилителей вместо стабилизатора тока J используют резистор. Это ухудшает некоторые параметры, в частности ухудшается подавление синфазного сигнала.