Любой транзистор имеет три 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 трех 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.
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 (ΔI C ) к изменению тока эмиттера (ΔI E ), когда напряжение коллектора V CB поддерживается постоянным, называется коэффициентом усиления тока . Обозначается через α .
$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $ при постоянной V CB
Выражение для тока коллектора
Используя приведенную выше идею, давайте попробуем нарисовать некоторое выражение для тока коллектора.
Наряду с протекающим током эмиттера существует некоторая величина базового тока I B, 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
$$ \ alpha I_E $$
Общий ток коллектора
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {утечка} $$
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
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ I_E = I_C + I_B $$
$$ I_C = \ alpha (I_C + I_B) + I_ {CBO} $$
$$ I_C (1 — \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 — \ alpha} I_B + \ frac {I_ {CBO}} {1 — \ alpha} $$
$$ I_C = \ left (\ frac {\ alpha} {1 — \ alpha} \ right) I_B + \ left (\ frac {1} {1 — \ alpha} \ right) I_ {CBO} $$
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 R i представляет собой отношение изменения базового напряжения эмиттера (ΔV EB ) к изменению тока эмиттера (ΔI E ) при постоянном базовом напряжении коллектора V 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 R i представляет собой отношение изменения базового напряжения эмиттера (ΔV EB ) к изменению тока эмиттера (ΔI E ) при постоянном базовом напряжении коллектора V CB .
$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {EB}} {\ Delta I_E} $ при постоянной V CB
-
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 представляет собой отношение изменения базового напряжения коллектора (ΔV CB ) к изменению тока коллектора (ΔI C ) при постоянном токе эмиттера IE.
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 представляет собой отношение изменения базового напряжения коллектора (ΔV CB ) к изменению тока коллектора (ΔI C ) при постоянном токе эмиттера IE.
$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CB}} {\ Delta I_C} $ при постоянной I E
-
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.
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.
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 (ΔI C ) к изменению базового тока (ΔI B ) известно как коэффициент усиления базового тока . Обозначается через β.
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$
Связь между β и α
Попробуем вывести соотношение между коэффициентом усиления базового тока и коэффициентом усиления тока эмиттера.
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$
$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$
$$ I_E = I_B + I_C $$
$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$
$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E — \ Delta I_C $$
Мы можем написать
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E — \ Delta I_C} $$
Деление на ΔI E
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} — \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$
У нас есть
$$ \ alpha = \ Delta I_C / \ Delta I_E $$
Следовательно,
$$ \ beta = \ frac {\ alpha} {1 — \ alpha} $$
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
$$ I_E = I_B + I_C $$
А также
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ = \ alpha (I_B + I_C) + I_ {CBO} $$
$$ I_C (1 — \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 — \ alpha} I_B + \ frac {1} {1 — \ alpha} I_ {CBO} $$
Если базовая цепь разомкнута, т.е. если I B = 0,
Коллектор эмиттер тока с открытой базой генерального директора
$$ I_ {CEO} = \ frac {1} {1 — \ alpha} I_ {CBO} $$
Подставляя значение этого в предыдущее уравнение, получим
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 — \ alpha} I_B + I_ {CEO} $$
$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$
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 βI B.
-
Входное сопротивление R i представляет собой отношение изменения базового напряжения эмиттера (ΔV BE ) к изменению базового тока (ΔI B ) при постоянном напряжении эмиттера коллектора V 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 βI B.
Входное сопротивление R i представляет собой отношение изменения базового напряжения эмиттера (ΔV BE ) к изменению базового тока (ΔI B ) при постоянном напряжении эмиттера коллектора V CE .
$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $ при постоянной V CE
-
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 (ΔV CE ) к изменению тока коллектора (ΔI C ) при постоянной I B.
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 (ΔV CE ) к изменению тока коллектора (ΔI C ) при постоянной I B.
$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $ при постоянной I B
-
Поскольку выходное сопротивление цепи CE меньше, чем сопротивление цепи CB.
-
Эта конфигурация обычно используется для методов стабилизации смещения и применения звуковых частот.
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.
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 (I E ) к изменению базового тока (I B ) известно как коэффициент усиления тока в конфигурации с общим коллектором (CC). Обозначается через γ.
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$
- 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
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$
$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$
$$ I_E = I_B + I_C $$
$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$
$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E — \ Delta I_C $$
Подставляя значение I B , получаем
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E — \ Delta I_C} $$
Деление на ΔI E
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} — \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$
$$ = \ frac {1} {1 — \ alpha} $$
$$ \ gamma = \ frac {1} {1 — \ alpha} $$
Выражение для тока коллектора
Мы знаем
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ I_E = I_B + I_C = I_B + (\ alpha I_E + I_ {CBO}) $$
$$ I_E (1 — \ alpha) = I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_E = \ frac {I_B} {1 — \ alpha} + \ frac {I_ {CBO}} {1 — \ alpha} $$
$$ I_C \ cong I_E = (\ beta + 1) I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$
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.