Включение транзистора с общей базой (ОБ)

На рис. 6 приведена схема включения транзистора с общей базой.

В схеме с общей базой семейство входных статических характеристик – это зависимости I_Э = f(U_ЭБ), при U_КБ = const

Рис. 7 – Семейство входных характеристик транзистора, включенного по схеме с общей базой.

Типичное семейство входных характеристик для маломощного n-p-n транзистора показано на рис. 7. Отрицательные значения напряжения U_ЭБ соответствуют прямому включению эмиттерного перехода. Характеристика для U_КБ = 0 практически совпадают с характеристикой p-n перехода. В активном режиме (U_ЭБ < 0, U_КБ > 0) сдвиг характеристик при изменении напряжения на коллекторе обусловлен эффектом Эрли: с ростом U_КБ при постоянном токе I_Э прямое напряжение эмиттерного перехода снижается и характеристика сдвигается влево. В режиме насыщения (U_ЭБ < 0, U_КБ < 0) кроме тока инжекции через эмиттерный переход течёт встречный ток электронов, инжектированных в базу из коллектора. При постоянном напряжении U_ЭБ с ростом по модулю напряжения U_КБ встречный ток увеличивается, а полный эмиттерный ток уменьшается, то есть при U_КБ < 0 характеристики сдвигаются вниз относительно характеристики U_КБ = 0.

Выходные характеристики – это зависимости выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе. Для схемы с общей базой семейство выходных характеристик n-p-n транзистора представлено на рис. 8; здесь параметром служит ток эмиттера:

I_K = f(U_КБ), при I_Э = const

Область характеристик при U_КБ > 0 соответствует активному режиму, где I_К ≈ αI_Э, так как α = 1, то I_К ≈ I_Э. Область характеристик при U_КБ < 0 относится к режиму насыщения, где с ростом прямого напряжения коллекторного перехода экспоненциально возрастает его ток инжекции, направленный противоположно току коллектора, поэтому полный ток I_К уменьшается и может даже изменить направление.

При больших напряжениях U_КБ ток резко увеличивается вследствие пробоя коллекторного перехода. Для коллекторного перехода характерен лавинный пробой, что объясняется низкой концентрацией примесей в коллекторе.

В семействе выходных характеристик для транзистора, включённого по схеме с общей базой, нет характеристики соответствующей I_Э = 0. При I_Э = 0 в базу из эмиттера не поступают дырки и в цепи коллектора протекает только обратный ток I_КБ0, который настолько мал, что сливается с горизонтальной осью.

Слабая зависимость тока коллектора от коллекторного напряжения свидетельствует об очень высоком выходном сопротивлении транзистора подключённого по схеме с общей базой:

, при I_Э = const.

Для транзисторов малой мощности R_вых.б имеет порядок сотен тысяч Ом, а для некоторых типов транзисторов может даже превышать 1 МОм.

Из характеристик рис. 7 видно, что малые изменения эмиттерного напряжения вызывают значительные приросты тока эмиттера. Это говорит о том, что транзистор, включённый по схеме с общей базой, имеет малое входное дифференциальное сопротивление.

, при U_КБ = const

Для транзисторов малой мощности R_вх.б составляет единицы – десятки Ом.

Транзистор, включённый по схеме с общей базой, характеризуется также дифференциальным коэффициентом передачи тока эмиттера(просто коэффициент передачи):

, при U_КБ = const

Поскольку всегда ΔI_K < ΔI_Э, α < 1 (α = 0,96…0,99), то есть транзистор, включённый по схеме с общей базой, не даёт усиления по току. Но в то же время он обладает способностью усиления по напряжению и мощности. Это может быть объяснено следующим образом. Входное сопротивление транзистора мало. Поэтому с помощью малого прироста входного напряжения ΔU_ЭБ можно получить значительный прирост тока ΔI_Э. Этот прирост тока почти полностью передаётся в коллекторную цепь: ΔI_K ≈ ΔI_Э. Благодаря тому, что выходное сопротивление транзистора велико и напряжение коллекторного источника Е_К >> Е_Э (Е₂>>Е₁), в коллекторную цепь можно включить нагрузочное сопротивление R_K, во много раз превышающее входное сопротивление транзистора, от этого прирост коллекторного тока практически не уменьшается. Прирост коллекторного тока ΔI_K создаст прирост падения напряжения на нагрузочном резисторе примерно во столько же раз больший, чем прирост входного напряжения, во сколько раз R_K> R_вх.б. При этом возникает такой же по величине, но с обратным знаком прирост падения напряжения на коллекторе = ΔI_KR_K.

Коэффициент усиления по напряжению определяется соотношением:

К_Uб =

Таким образом, транзистор даёт возможность перейти от цепи малым сопротивлением к цепи с большим сопротивлением, но практически с тем же приростом тока, т.е. транзистор как бы преобразует сопротивление цепи. Наличие усиления по напряжению при ΔI_K ≈ ΔI_Э означает, что транзистор вносит также усиление по мощности.

Выводы:

1. В схеме с общей базой входная характеристика представляет собой характеристику p-n перехода при прямом включении.
2. Входное дифференциальное сопротивление транзистора в схеме с общей базой мало, т.к. малые изменения напряжения на эмиттере вызывают значительные приросты тока эмиттера.
3. В схеме с общей базой коллекторное напряжение влияет на ток эмиттера. Причём с повышением (по абсолютному значению) коллекторного напряжения ток эмиттера увеличивается (входная характеристика сдвигается влево).
4. У транзисторной схемы с общей базой ток коллектора очень слабо зависит от коллекторного напряжения. Это означает что выходное сопротивление транзисторной схемы с общей базой очень велико.
5. Транзистор, включённый по схеме с общей базой, вносит усиление по напряжению и мощности.
6. Схема не даёт усиления по току.
7. из-за малого входного сопротивления схема включения транзистора с общей базой потребляет относительно большой ток от источника сигнала.
8. Чрезмерное большое выходное сопротивление затрудняет согласование с нагрузкой.