Учебники

Базовая электроника – Конфигурации транзисторов

Транзистор имеет 3 клеммы, эмиттер, базу и коллектор. Используя эти 3 клеммы, транзистор может быть подключен в цепи с одной клеммой, общей для обоих входов и выходов в 3 различных возможных конфигурациях.

Три типа конфигураций – это конфигурации Common Base, Common Emitter и Common Collector . В каждой конфигурации эмиттерный контакт смещен в прямом направлении, а коллекторный контакт – в обратном направлении.

Общая база (CB) Конфигурация

Само название подразумевает, что базовая клемма используется как общая клемма для входа и выхода транзистора. Общее базовое соединение для транзисторов NPN и PNP показано на следующем рисунке.

Конфигурация CB

Для понимания рассмотрим NPN-транзистор в CB-конфигурации. Когда на эмиттер подается напряжение, поскольку оно смещено в прямом направлении, электроны от отрицательного вывода отталкивают электроны эмиттера, и ток течет через эмиттер и основание к коллектору, чтобы внести ток коллектора. Напряжение коллектора V CB поддерживается постоянным на протяжении всего этого.

В конфигурации CB входной ток – это ток эмиттера I E, а выходной ток – ток коллектора I C.

Коэффициент усиления тока (α)

Отношение изменения тока коллектора ( DeltaIC) к изменению тока эмиттера ( DeltaIE), когда напряжение коллектора V CB поддерживается постоянным, называется коэффициентом усиления тока . Обозначается через α.

 alpha= frac DeltaIC DeltaIEatконстантаVCB

Выражение для тока коллектора

Имея идею выше, давайте попробуем нарисовать некоторое выражение для тока коллектора. Наряду с протекающим током эмиттера существует некоторое количество базового тока IB, который протекает через базовый вывод из-за рекомбинации электронных дырок. Поскольку соединение коллектор-база имеет обратное смещение, существует другой ток, который протекает из-за неосновных носителей заряда. Это ток утечки, который можно понимать как утечка . Это связано с меньшим количеством носителей заряда и, следовательно, очень мало.

Ток эмиттера, который достигает коллектора, равен

 mathbf mathit alphaIE

Общий ток коллектора

IC= alphaIE+Iутечка

Если напряжение на базе эмиттера V EB = 0, то даже тогда протекает небольшой ток утечки, который можно назвать I CBO (ток на базе коллектора с открытым выходом).

Следовательно, ток коллектора может быть выражен как

IC= alphaIE+ICBO

IЕ=IC, +IB,

IC,= альфа(IC, +IB) +IСВО

IC(1 alpha)= alphaIB+ICBO

I_ {C} \: = \: (\ frac {\ alpha} {1 \: – \: \ alpha}) \: I_ {B} \: + \: (\ frac {I_ {CBO}}} { 1 \: – \: \ альфа})

IC=( frac alpha1 alpha)IB+( frac11 альфа)IСВО

Следовательно, полученное выше выражение является выражением для тока коллектора. Значение тока коллектора зависит от тока базы и тока утечки, а также от коэффициента усиления тока используемого транзистора.

Характеристики конфигурации CB

  • Эта конфигурация обеспечивает усиление напряжения, но не дает усиления по току.

  • При постоянном значении V CB при небольшом увеличении напряжения на базе эмиттера V EB ток эмиттера I E увеличивается.

  • Ток эмиттера I E не зависит от напряжения коллектора V CB .

  • Напряжение коллектора V CB может влиять на ток коллектора I C только при низких напряжениях, когда V EB поддерживается постоянным.

  • Входное сопротивление ri – это отношение изменения базового напряжения эмиттера ( DeltaVEB) к изменению тока эмиттера ( DeltaIE) при постоянном базовом напряжении коллектора V CB .

     ETA= гидроразрыва DeltaVЕВ DeltaIЕвконстантаVCB

  • Поскольку входное сопротивление имеет очень низкое значение, достаточно небольшого значения V EB , чтобы создать большой ток тока эмиттерного тока I E.

  • Выходное сопротивление r o – это отношение изменения базового напряжения коллектора ( DeltaVCB) к изменению тока коллектора ( DeltaIC) при постоянном токе эмиттера I Э.

    ro= frac DeltaVCB DeltaICatconstantlE

  • Поскольку выходное сопротивление имеет очень высокое значение, большое изменение V CB приводит к очень небольшому изменению тока коллектора I C.

  • Эта конфигурация обеспечивает хорошую стабильность против повышения температуры.

  • Конфигурация CB используется для высокочастотных применений.

Эта конфигурация обеспечивает усиление напряжения, но не дает усиления по току.

При постоянном значении V CB при небольшом увеличении напряжения на базе эмиттера V EB ток эмиттера I E увеличивается.

Ток эмиттера I E не зависит от напряжения коллектора V CB .

Напряжение коллектора V CB может влиять на ток коллектора I C только при низких напряжениях, когда V EB поддерживается постоянным.

Входное сопротивление ri – это отношение изменения базового напряжения эмиттера ( DeltaVEB) к изменению тока эмиттера ( DeltaIE) при постоянном базовом напряжении коллектора V CB .

 ETA= гидроразрыва DeltaVЕВ DeltaIЕвконстантаVCB

Поскольку входное сопротивление имеет очень низкое значение, достаточно небольшого значения V EB , чтобы создать большой ток тока эмиттерного тока I E.

Выходное сопротивление r o – это отношение изменения базового напряжения коллектора ( DeltaVCB) к изменению тока коллектора ( DeltaIC) при постоянном токе эмиттера I Э.

ro= frac DeltaVCB DeltaICatconstantlE

Поскольку выходное сопротивление имеет очень высокое значение, большое изменение V CB приводит к очень небольшому изменению тока коллектора I C.

Эта конфигурация обеспечивает хорошую стабильность против повышения температуры.

Конфигурация CB используется для высокочастотных применений.

Конфигурация с общим эмиттером (CE)

Само название подразумевает, что клемма эмиттера используется как общая клемма для входа и выхода транзистора. Общее подключение эмиттера для транзисторов NPN и PNP показано на следующем рисунке.

Конфигурация CE

Как и в конфигурации CB, эмиттерный контакт смещен в прямом направлении, а коллекторный контакт – в обратном направлении. Поток электронов контролируется таким же образом. Входной ток – это базовый ток I B, а выходной ток – ток коллектора I C здесь.

Базовый коэффициент усиления тока (β)

Отношение изменения тока коллектора ( DeltaIC) к изменению базового тока ( DeltaIB) известно как коэффициент усиления базового тока . Обозначается через

 бета= гидроразрыва DeltaIC DeltaIB

Связь между β и α

Попробуем вывести соотношение между коэффициентом усиления базового тока и коэффициентом усиления тока эмиттера.

 бета= гидроразрыва DeltaIC DeltaIB

 альфа= гидроразрыва DeltaIC DeltaIЕ

IЕ=IB, +IC,

 DeltaIE= DeltaIB+ DeltaIC

 DeltaIB= DeltaIE DeltaIC

Мы можем написать

 beta= frac DeltaIC DeltaIE DeltaIC

Деление на $$

 beta= frac frac DeltaIC DeltaIE frac DeltaIE DeltaIE frac DeltaIC DeltaIE

 alpha= frac DeltaIC DeltaIE

У нас есть

 alpha= frac DeltaIC DeltaIE

Следовательно,

 бета= гидроразрыва альфа1 альфа

Из приведенного выше уравнения очевидно, что при приближении α к 1, β достигает бесконечности.

Следовательно, коэффициент усиления по току в соединении с общим эмиттером очень высок . По этой причине это схемное соединение в основном используется во всех транзисторных приложениях.

Выражение для тока коллектора

В конфигурации с общим эмиттером I B – входной ток, а I C – выходной ток.

Мы знаем

IЕ=IB, +IC,

А также

IC= alphaIE+ICBO

= alpha(IB+IC)+ICBO

IC(1 alpha)= alphaIB+ICBO

$$ I_ {C}, \: = \: \ гидроразрыва {\ альфа} {1- \ альфа} I_ {B} \ + \: \ гидроразрыва {1} {1- \ альфа} \: I_ {СВО} $ $

Если базовая цепь разомкнута, т.е. если I B = 0,

Коллектор эмиттер тока с открытой базой генерального директора

Iгенеральныйдиректор= гидроразрыва11 альфаIСВО

Подставляя значение этого в предыдущее уравнение, получим

IC,= гидроразрыва альфа1 альфаIB, +Iгенеральныйдиректор

IC= betaIB+ICEO

Отсюда получается уравнение для тока коллектора.

Колено Напряжение

В конфигурации CE, поддерживая постоянный ток I B базы, если V CE изменяется, I C увеличивается почти до 1 В от V CE и остается постоянным после этого. Это значение V CE, до которого ток коллектора I C изменяется с V CE , называется напряжением на колене . Транзисторы, работая в конфигурации CE, работают с напряжением выше колена.

Характеристики конфигурации CE

  • Эта конфигурация обеспечивает хорошее усиление тока и напряжения.

  • Сохраняя V CE постоянным, при небольшом увеличении V BE базовый ток I B увеличивается быстрее, чем в конфигурациях CB.

  • Для любого значения V CE выше напряжения колена I C приблизительно равно β I B.

  • Входное сопротивление r i представляет собой отношение изменения базового напряжения эмиттера ( DeltaVBE) к изменению базового тока ( DeltaIB) при постоянном напряжении эмиттера коллектора V CE .

    Rя= гидроразрыва DeltaVBE DeltaIВвпостояннаяVCE

  • Поскольку входное сопротивление имеет очень низкое значение, достаточно небольшого значения V BE , чтобы создать большой ток базового тока I B.

  • Выходное сопротивление r o представляет собой отношение изменения напряжения эмиттера коллектора ( DeltaVCE) к изменению тока коллектора ( DeltaIC) при постоянной I B.

    RO= гидроразрыва DeltaVCE DeltaICвконстантаIB,

  • Поскольку выходное сопротивление цепи CE меньше, чем сопротивление цепи CB.

  • Эта конфигурация обычно используется для методов стабилизации смещения и применения звуковых частот.

Эта конфигурация обеспечивает хорошее усиление тока и напряжения.

Сохраняя V CE постоянным, при небольшом увеличении V BE базовый ток I B увеличивается быстрее, чем в конфигурациях CB.

Для любого значения V CE выше напряжения колена I C приблизительно равно β I B.

Входное сопротивление r i представляет собой отношение изменения базового напряжения эмиттера ( DeltaVBE) к изменению базового тока ( DeltaIB) при постоянном напряжении эмиттера коллектора V CE .

Rя= гидроразрыва DeltaVBE DeltaIВвпостояннаяVCE

Поскольку входное сопротивление имеет очень низкое значение, достаточно небольшого значения V BE , чтобы создать большой ток базового тока I B.

Выходное сопротивление r o представляет собой отношение изменения напряжения эмиттера коллектора ( DeltaVCE) к изменению тока коллектора ( DeltaIC) при постоянной I B.

RO= гидроразрыва DeltaVCE DeltaICвконстантаIB,

Поскольку выходное сопротивление цепи CE меньше, чем сопротивление цепи CB.

Эта конфигурация обычно используется для методов стабилизации смещения и применения звуковых частот.

Конфигурация Common Collector (CC)

Само название подразумевает, что клемма коллектора используется как общая клемма для входа и выхода транзистора. Подключение общего коллектора для транзисторов NPN и PNP показано на следующем рисунке.

Конфигурация CC

Как и в конфигурациях CB и CE, эмиттерный контакт смещен в прямом направлении, а коллекторный контакт – в обратном направлении. Поток электронов контролируется таким же образом. Входной ток – это базовый ток I B, а выходной ток – это ток эмиттера I E.

Коэффициент усиления тока (γ)

Отношение изменения тока эмиттера ( DeltaIE) к изменению базового тока ( DeltaIB) известно как коэффициент усиления тока в конфигурации с общим коллектором (CC) , Обозначается через γ .

 Gamma= гидроразрыва DeltaIЕ DeltaIB

  • Коэффициент усиления по току в конфигурации CC такой же, как в конфигурации CE.

  • Коэффициент усиления по напряжению в конфигурации CC всегда меньше 1.

Коэффициент усиления по току в конфигурации CC такой же, как в конфигурации CE.

Коэффициент усиления по напряжению в конфигурации CC всегда меньше 1.

Связь между γ и α

Попробуем нарисовать некоторую связь между γ и α

 Gamma= гидроразрыва DeltaIЕ DeltaIB

 альфа= гидроразрыва DeltaIC DeltaIЕ

IЕ=IB, +IC,

 DeltaIE= DeltaIB+ DeltaIC

 DeltaIB= DeltaIE DeltaIC

Подставляя значение I B , получаем

 gamma= frac DeltaIE DeltaIE DeltaIC

Деление на  DeltaIE

 gamma= frac frac DeltaIE DeltaIE frac DeltaIE DeltaIE frac DeltaIC DeltaIE

 гидроразрыва11 альфа

 Gamma= гидроразрыва11 альфа

Выражение для тока коллектора

Мы знаем

IC= alphaIE+ICBO

IE=IB+IC=IB+( alphaIE+IСВО)

IЕ(1 альфа)=IB, +IСВО

IЕ= гидроразрываIB,1 альфа + гидроразрываIСВО1 альфа

IC, CongIЕ=( бета +1)IB, +( бета +1)IСВО

Выше приведено выражение для тока коллектора.

Эта конфигурация обеспечивает усиление по току, но без усиления по напряжению.

В конфигурации CC входное сопротивление высокое, а выходное сопротивление низкое.

Усиление напряжения, обеспечиваемое этой схемой, составляет менее 1.

Сумма тока коллектора и тока базы равна току эмиттера.

Входные и выходные сигналы находятся в фазе.

Эта конфигурация работает как выход неинвертирующего усилителя.

Эта схема в основном используется для согласования импедансов. Это означает, что необходимо управлять нагрузкой с низким импедансом от источника с высоким импедансом.