Биполярный транзистор в качестве усилителя тока, напряжения, мощности

Транзистор может служить усилителем тока, когда приращение тока управляемой цепи (той, где включен источник ЭДС Е_н) во много раз больше приращения тока управляющей цепи (той, где включен источник ЭДС Е_у). Из трех схем на рис. 15.21 в качестве усилителя тока могут быть использованы две: схема с общим эмиттером (см. рис. 15.21, б) и схема с общим коллектором (см. рис. 15.21, в). В обеих схемах током управления является ток базы i₆. Током управляемой цепи в схеме с общим эмиттером является ток коллектора i_K, а в схеме с общим коллектором — ток эмиттера i₃.

Так как i_K = ai₃ (см. параграф 15.29) и i₃=i_K + Д, то Д = i₃ — i_K = (1 — а) Д.

При нахождении связи между малыми приращениями токов можно в первом приближении принять, а = const. Тогда Ai_K = aАД; AД = (1 — - а) A i₃.

Коэффициент усиления по току Д равен отношению приращения тока на выходе к приращению тока на входе. Для схемы с общим эмиттером.

для схемы с общим коллектором.

Так как коэффициент а = 0,95 + 0,99, то Д ~ 20 -s-100.

При работе транзистора в качестве усилителя напряжения важно, чтобы приращение напряжения на нагрузке Ли_вых, включенной в выходную цепь, было больше приращения напряжения на входе управляющей цепи Ди_вх.

Коэффициент усиления по напряжению к_и = Аи_вых/Лн_вх. При использовании транзистора в качестве усилителя напряжения его включают по схеме с общей базой (см. рис. 15.21, а) или по схеме с общим эмиттером (см. рис. 15.21, б).

Для схемы с общей базой к_и составляет несколько сотен, для схемы с общим эмиттером — несколько десятков или сотен.

Усиление по мощности достигается во всех схемах включения на рис. 15.21. Коэффициент усиления по мощности к_р равен отношению приращения мощности в нагрузке АР_н к приращению мощности на входе транзистора АР_у.

Наибольшее усиление по мощности достигается в схеме с общим эмиттером. Для нее к_р может достигать значений 10⁴ и более.

Связь между приращениями входных и выходных величин биполярного транзистора

Напряжение на входных и₁ и напряжение на выходных и₂ зажимах являются функциями входного Д и выходного i₂ токов, т. е.

Условимся исходные значения токов и напряжений обозначать большими буквами (СУ, I), а приращения — малыми (Ап, Ai). Пусть токи получили малые приращения АД и Ai₂ и стали равными Д + АД и /₂ + АД.

При этом напряжения также получили приращения и стали равными и_г + Ащ и U₂ + Аи₂. Следовательно,.

Найдем связь между приращениями напряжений Ащ и Аи₂ и приращениями токов Ai₂ и Az₂. С этой целью разложим правые части равенств (15.44) и (15.45) в ряд Тейлора для функции от двух переменных по степеням приращений Ai_a и Д?₂ и воспользуемся тем, что в силу малости приращений можно пренебречь слагаемыми, содержащими Aij и А?₂ в степенях выше первой. В результате получим.

где.

Обратим внимание на то, что Я₂₁ Ф К₁₂.

Значения R_u, R_u, R₂₁, R₂₂ могут быть найдены графически из характеристик транзистора или опытным путем, поэтому в дальнейшем будем полагать их известными. Если из (15.44) вычесть (15.42), а из (15.45) — (15.43), то получим.

Из (15.46) и (15.47) следует, что по отношению к малым приращениям транзистор можно заменить эквивалентной линейной схемой замещения.