По материалу
и конструкции корпуса:
- металлостеклянный
- металлокерамический
- пластмассовый
2.2 Схемы включения биполярных
транзисторов
Для включения в схему транзистор должен
иметь четыре вывода - два входных и два
выходных. Но транзисторы всех разновидностей
имеют только три вывода. Для включения
трёхвыводного прибора необходимо один
из выводов объединить и поскольку таких
комбинаций может только три, то существуют
три базовых схем включения транзистора:
- с общим эмиттером (ОЭ) — осуществляет усиление как по току, так и по напряжению — наиболее часто применяемая схема;
- с общим коллектором (ОК) — осуществляет усиление только
по току — применяется для согласования высокоимпедансных источников сигнала с низкоомными сопротивлениями нагрузок;
с общей
базой (ОБ) — усиление
только по напряжению, в силу своих недостатков
в однотранзисторных каскадах усиления применяется редко (в основном в усилителях СВЧ), обычно в составных схемах.
2.3 Статистические
характеристики биполярного транзистора
Эти характеристики показывают графическую
зависимость между токами и напряжениями
транзистора и могут применяться для определения
некоторых его параметров, необходимых
для расчета транзисторных схем. Наибольшее
применение получили статические входные
и выходные характеристики.
Рисунок 2. Входные характеристики германиевого
транзистора типа p-n-p в схемах с ОБ (а) и
ОЭ (б).
Входные статические
характеристики представляют собой вольт-амперные характеристики
эмиттерного электронно-дырочного перехода.
Если транзистор включен по схеме с общей
базой, то это будет зависимость тока эмиттера Iэ от
напряжения на эмиттерном переходе UэБ .
При отсутствии коллекторного напряжения
(UКБ = 0) входная характеристика представляет
собой прямую ветвь вольт-амперной характеристики
эмиттерного ЭДП, такой же, как ВАХ диода.
Если на коллектор подать некоторое напряжение,
смещающее его в обратном направлении,
то коллекторный ЭДП расширится и толщина
базы вследствие этого уменьшится. В результате
уменьшится и сопротивление базы эмиттерному
току, что приведет к увеличению эмиттерного
тока, то есть характеристика пройдет
выше.
При включении транзистора по схеме с
общим эмиттером входной характеристикой
будет графическая зависимость тока базы IБ ОТ напряжения на эмиттерном переходе UБЭ.Так как эмиттерный переход и при таком
включении остается смещенным в прямом
направлении, то входная характеристика
будет также подобна прямой ветви вольт-амперной
характеристики эмиттерного ЭДП .
Выходные статические
характеристики биполярного транзистора — это вольт-амперные
характеристики коллекторного электронно-дырочного
перехода, смещенного в обратном направлении.
Их вид также зависит от способа включения
транзистора и очень сильно
от состояния, а точнее — режима работы,
в котором находится эмиттерный ЭДП.
Рисунок 3. Выходные характеристики германиевого
транзистора типа p-n-p в схемах с ОБ (а) и
ОЭ (б).
Если транзистор включен
по схеме с общей базой (ОБ)
и Iэ = 0, то есть цепь эмиттера оборвана, то
эмиттерный ЭДП не оказывает влияния на
коллекторный переход. Так как на коллекторный
ЭДП подано обратное напряжение, то выходная
характеристика, представляющая собой
зависимость тока коллектора Iк от
напряжения между коллектором и базойUКБ, будет подобна обратной ветви ВАХ диода
(нижняя кривая ). Если же на эмиттерный
ЭДП подать прямое напряжение
, то появится ток эмиттера Iэ,
который создаст почти такой же коллекторный
ток Iк. Чем больше прямое напряжение на эмиттерном
ЭДП, тем больше значения эмиттерного
и коллекторного токов и тем выше располагается
выходная характеристика.
Сказанное справедливо и при включении
биполярного транзистора по схеме с общим
эмиттером (ОЭ). Разница состоит лишь в
том, что в этом случае выходные характеристики
снимают не при постоянных значениях тока
эмиттера, а при постоянных значениях
тока базы IБ , и идут они более круто, чем выходные
характеристики в схеме с ОБ.
При чрезмерном увеличении коллекторного
напряжения происходит пробой коллекторного
ЭДП, сопровождающийся резким увеличением
коллекторного тока, разогревом транзистора
и выходом его из строя. Для большинства
транзисторов напряжение пробоя коллекторного
перехода лежит в пределах от 20 до 30 В.
Это важно знать при выборе транзистора
для заданного напряжения источника питания
или при определении необходимого напряжения
источника питания для имеющихся транзисторов.
Увеличение температуры вызывает возрастание
токов транзистора и смещение его характеристик.
Особенно сильно влияет температура на
выходные характеристики в схеме ОЭ .
Рисунок 4. Зависимость выходных статистических
характеристик транзистора от температуры
в схеме с ОБ (а) и ОЭ (б).
III УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ
НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
3.1 Режимы работы
Поскольку характеристики транзистора
существенно нелинейны, то в процессе
усиления входного сигнала имеют место
искажения, которые называют нелинейными.
Величина искажений в большой степени
зависит от выбора начальной рабочей точки
на линии нагрузки и от амплитуды входного
сигнала. В зависимости от этого различают
следующие основные режимы работы усилителя:
- режим класса A;
- режим класса B;
- режим класса AB;
- режим класса C;
- режим класса D.
Рассмотри подробнее некоторые
из них.
Режим А:
Этот режим характеризуется
тем, что начальная рабочая точка, определяемая
смещением, находится в середине линейного
участка входной характеристики, а, следовательно,
и переходной . Амплитуда входного
сигнала здесь такова, что суммарное значение
не имеет отрицательных значений, а поэтому
базовый ток , а следовательно и коллекторный
ток нигде не снижаются
до нуля (рис. 5). Ток в выходной цепи протекает
в течение всего периода, а угол отсечки
равен . Транзистор работает
в активном режиме на близких к линейным
участках характеристик, поэтому искажения
усиливаемого сигнала здесь минимальны.
Однако из-за большого значения начального
коллекторного тока КПД такого усилителя
низкий (теоретически не более 25 %, а реальные
значения и того ниже), поэтому такой режим
применяют в маломощных каскадах предварительного
усиления.
Рисунок 5. Усиление в режиме
класса А.
Режим В:
Этот режим характеризуется
тем, что начальная рабочая точка находится
в начале переходной характеристики (рис.
6). Ток нагрузки протекает по коллекторной
цепи транзистора только в течение одного
полупериода входного сигнала, а в течение
второго полупериода транзистор закрыт,
так как его рабочая точка будет находится
в зоне отсечки. КПД усилителя в режиме
класса В значительно выше (до 70 %), чем
режиме класса А, так как начальный коллекторный
ток здесь значительно
меньше. Угол отсечки равен . Для того, чтобы
усилить входной сигнал в течение обоих
полупериодов, используют двухтактные
схемы усилителей, когда в течение одного
полупериода работает один транзистор,
а в течение другого полупериода – второй
транзистор в этом же режиме. Режим класса
В обычно используют в мощных усилителях.
Однако у усилителей класса В есть и существенный
недостаток – большой уровень нелинейных
искажений, вызванных повышенной нелинейностью
усиления транзистора, когда он находится
вблизи режима отсечки.
Рисунок 6. Усиление в режиме
класса В.
Для того чтобы усилить входной
сигнал в течение обоих полупериодов,
используют двухтактные схемы усилителей,
когда в течение одного полупериода работает
один транзистор, а в течение другого полупериода
- второй транзистор в этом же режиме. На
рис. 7. представлена схема двухтактного
эмиттерного повторителя на транзисторах
противоположного типа, но с идентичными
параметрами, образующих так называемую
комплементарную пару. Для питания коллекторной
цепи используется два одинаковых источника
питания и , которые создают
обратное включение коллекторных переходов.
Резисторы и одинаковы, при
они фиксируют потенциал баз транзисторов,
равный потенциалу корпуса.
Рисунок 7. Двухтактная схема
класса В с симметричным источником питания.
Режим класса В обычно используют
преимущественно в мощных двухтактных
усилителях, однако в чистом виде его применяют
редко. Чаще в качестве рабочего режима
используют промежуточный режим класса
AB.
3.2 Каскад с
общим эммитером
При схеме включения биполярного
транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал
подаётся на базу, а снимается с коллектора.
При этом выходной сигнал инвертируется
относительно входного (для гармонического
сигнала фаза выходного сигнала отличается
от входного на 180°). Каскад усиливает и
ток, и напряжение. Данное включение транзистора
позволяет получить наибольшее усиление
по мощности, поэтому наиболее распространено.
Однако, при такой схеме нелинейные искажения
сигнала больше, чем в схемах с общей базой
или с общим коллектором. Кроме того, при
данной схеме включения на характеристики
усилителя значительное влияние оказывают
внешние факторы, такие как напряжение
питания, или температура окружающей среды.
Обычно для компенсации этих факторов
применяют отрицательную обратную связь,
но она снижает коэффициент усиления.
Биполярные транзисторы
управляются током. В схеме с ОЭ — током
базы. Напряжение на переходе база-эмиттер
при этом остаётся почти постоянным и
зависит от материала полупроводника,
для германия около 0,2 В, для кремния около
0,7 В, но на сам каскад подаётся управляющее
напряжение. Ток базы, коллектора и эмиттера
и другие токи и напряжения в каскаде можно
вычислить по закону
Ома и правилам
Кирхгофа для разветвлённой
многоконтурной цепи.
Достоинства:
- Большой коэффициент усиления
по току
- Большой коэффициент усиления
по напряжению
- Наибольшее усиление мощности
- Можно обойтись одним источником
питания
- Выходное переменное напряжение
инвертируется относительно входного.
Недостатки:
- Худшие температурные и частотные
свойства по сравнению со схемой с общей
базой
3.3 Основные расчетные
формулы
Если , то
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе данной курсовой работы
были подробно изучены усилители и транзисторы,
их классификация и характеристики. С
помощью полученных знаний была собрана
схема каскадного усилителя с общим эмиттером
и построена ее АЧХ.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Листинг программы
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Результаты работы
программы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Гусев В.Г., Гусев Ю.М.
Электроника и микропроцессорная техника.
Учеб. для вузов.- 4-е издание.
- М.: Высшая школа, 2006 г
- Прянишников В.А. Электроника.
Полный курс лекций/ -4-е изд. -СПб: "КОРОНА- Принт", 2004 г.
- Полещук В.И. Задачник
по электротехнике и электронике: учебное
пособие для студентов – М.: Академия,
2006 г.
- Полупроводниковые
приборы. Транзисторы малой мощности:
Справочник/ Под ред. А.В. Голомедова. 2-е изд., стереотип. М.: Радио и связь, изд. фирма "Куб-ка", 1994. 384 с.