Конфигурации транзисторов

Любой транзистор имеет три вывода, emitter, то base, а collector. Используя эти 3 вывода, транзистор можно подключить в схему с одним общим выводом для входа и выхода в трех различных возможных конфигурациях.

Три типа конфигураций: Common Base, Common Emitter а также Common Collectorконфигурации. В любой конфигурации эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный переход - в обратном.

Общая базовая конфигурация (CB)

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

Для понимания рассмотрим транзистор NPN в конфигурации CB. Когда на эмиттер подается напряжение, поскольку оно смещено в прямом направлении, электроны с отрицательного вывода отталкивают электроны эмиттера, и ток течет через эмиттер и базу к коллектору, внося вклад в ток коллектора. Напряжение коллектора V CB все время остается постоянным.

В конфигурации CB входным током является ток эмиттера. IE а выходной ток - это ток коллектора IC.

Текущий коэффициент усиления (α)

Отношение изменения тока коллектора (ΔI C ) к изменению тока эмиттера (ΔI E ), когда напряжение коллектора V CB поддерживается постоянным, называется какCurrent amplification factor. Обозначается онα.

$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $ при постоянном V CB

Выражение для тока коллектора

С учетом вышеизложенной идеи давайте попробуем изобразить ток коллектора.

Наряду с текущим током эмиттера существует некоторое количество базового тока. IBкоторый протекает через базовый терминал из-за рекомбинации электронных дырок. Поскольку переход коллектор-база имеет обратное смещение, возникает еще один ток, протекающий из-за неосновных носителей заряда. Это ток утечки, который можно понимать какIleakage. Это связано с неосновными носителями заряда и, следовательно, очень маленькими.

Ток эмиттера, который достигает клеммы коллектора, равен

$$ \ alpha I_E $$

Полный ток коллектора

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {утечка} $$

Если напряжение эмиттер-база V EB = 0, даже в этом случае протекает небольшой ток утечки, который можно обозначить как I CBO (ток коллектор-база при открытом выходе).

Следовательно, ток коллектора можно выразить 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 для тока коллектора. Величина тока коллектора зависит от тока базы и тока утечки, а также от коэффициента усиления этого транзистора.

Характеристики конфигурации CB

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

  • Поскольку V CB является постоянным, с небольшим увеличением напряжения эмиттер-база 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 напряжения эмиттер-база (ΔV EB ) к изменению тока эмиттера (ΔI E ) при постоянном напряжении базы коллектора V CB .

$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {EB}} {\ Delta I_E} $ при постоянном V CB

  • По мере того как входное сопротивление имеет очень низкое значение, малая величина V EB достаточно для производства большого тока эмиттерного тока I Е .

  • Выходное сопротивление Ro- отношение изменения напряжения коллекторной базы (ΔV CB ) к изменению тока коллектора (ΔI C ) при постоянном токе эмиттера IE.

$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CB}} {\ Delta I_C} $ при константе I E

  • Поскольку выходное сопротивление имеет очень высокое значение, большое изменение в V CB производит очень небольшое изменение в ток коллектора I C .

  • Эта конфигурация обеспечивает хорошую устойчивость к повышению температуры.

  • Конфигурация CB используется для высокочастотных приложений.

Конфигурация общего эмиттера (CE)

Само название подразумевает, что Emitterклемма принимается как общая клемма как для входа, так и для выхода транзистора. Общее соединение эмиттера для транзисторов NPN и PNP показано на следующем рисунке.

Как и в конфигурации CB, эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный переход - в обратном. Таким же образом регулируется и поток электронов. Входной ток - это базовый токIB а выходной ток - это ток коллектора IC Вот.

Коэффициент усиления базового тока (β)

Отношение изменения тока коллектора (ΔI C ) к изменению тока базы (ΔI B ) известно какBase Current Amplification Factor. Обозначается он β.

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$

Связь между β и α

Попробуем найти связь между коэффициентом усиления тока базы 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

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$

Разделив 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, когда α приближается к 1, β достигает бесконечности.

Следовательно, the current gain in Common Emitter connection is very high. Это причина того, что такое подключение схемы в основном используется во всех транзисторных приложениях.

Выражение для коллекторного тока

В конфигурации с общим эмиттером I B - это 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 - генеральный директор

$$ I_ {CEO} = \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$

Подставляя значение этого в предыдущее уравнение, мы получаем

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + I_ {CEO} $$

$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$

Таким образом получается уравнение для тока коллектора.

Колено напряжение

В конфигурации CE, поддерживая постоянным базовый ток I B , при изменении V CE I C увеличивается почти до 1 В от V CE и после этого остается постоянным. Это значение V CE, до которого ток коллектора I C изменяется в зависимости от V CE , называетсяKnee Voltage. Транзисторы, работая в конфигурации CE, работают с напряжением выше этого излома.

Характеристики конфигурации CE

  • Эта конфигурация обеспечивает хорошее усиление по току и напряжению.

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

  • При любом значении V CE выше колена напряжения, я С приблизительно равна βI B .

  • Входное сопротивление Riпредставляет собой отношение изменения напряжения базы-эмиттера (ΔV BE ) к изменению тока базы (ΔI B ) при постоянном напряжении V CE коллектора-эмиттера .

$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $ при постоянном V CE

  • По мере того как входное сопротивление имеет очень низкое значение, малая величина V BE достаточно для производства большого тока базового тока I B .

  • Выходное сопротивление Roэто отношение изменения в напряжение коллектор - эмиттер ( & Dgr ; v СЕ ) к изменению тока коллектора ( & Dgr ; I C ) при постоянном I B .

$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $ при константе I B

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

  • Эта конфигурация обычно используется для методов стабилизации смещения и приложений звуковой частоты.

Конфигурация общего коллектора (CC)

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

Как и в конфигурациях CB и CE, эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный переход - в обратном. Таким же образом регулируется и поток электронов. Входной ток - это базовый токIB а выходной ток - это ток эмиттера IE Вот.

Текущий коэффициент усиления (γ)

Отношение изменения тока эмиттера (ΔI E ) к изменению тока базы (ΔI B ) известно какCurrent Amplification factorв конфигурации с общим коллектором (CC). Обозначается через γ.

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$

  • Текущее усиление в конфигурации CC такое же, как и в конфигурации CE.
  • Коэффициент усиления по напряжению в конфигурации CC всегда меньше 1.

Связь между γ и α

Попробуем установить 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

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$

Разделив 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.

Характеристики конфигурации CC

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

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

  • Коэффициент усиления по напряжению, обеспечиваемый этой схемой, меньше 1.

  • Сумма тока коллектора и тока базы равна току эмиттера.

  • Входные и выходные сигналы синфазны.

  • Эта конфигурация работает как неинвертирующий выход усилителя.

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