Транзистор, як напівпровідниковий прилад, що має три електроди (емітер, базу, колектор), можна включити трьома основними способами (рис. 3.1 – 3.6). Як відомо, вхідний сигнал надходить на підсилювач по двох проводах; вихідний сигнал відводиться також по двох проводах. Отже, для трьох-електродного підсилювального приладу при подачі вхідного і зніманні вихідного сигналу по двом проводам один з електродів буде неодмінно загальним. Відповідно тому, який з електродів в схемі включення транзистора буде загальним, розрізняють три основні схеми включення: із загальним емітером (ОЕ), загальним колектором (ОК) і загальною базою (ПРО).

Рис. 3.1. Схема із загальним еммітер (ОЕ)

Рис. 3.2. Схема із загальним колектором (ОК)

Практичні варіанти схем включення транзисторів структури п-р-п і р-п-р наведено на рис. 3.1 – 3.6. Як випливає із зіставлення малюнків, схеми ці ідентичні і розрізняються лише полярністю напруги, що подається.

Для визначення вхідного (RBX.) і вихідного (RBbix.) опору кожної зі схем включення, а також коефіцієнтів підсилення по струму (К,), напрузі (Кі) і потужності (КР = К | ХКі)

розрахункові та експериментальні значення і формули наведені в таблицях 3.1 і 3.2. Таблиця з формулами наведена для наближених розрахунків, а для початкової, первинної оцінки та порівняння властивостей основних схем включення транзисторів призначена друга таблиця з чисельними оцінками.

Рис. 3.3. Схема з загальною базою (ПРО)

Позначення в таблиці наступні: RH – опір навантаження; R3 – опір емітера або відношення зміни напруги на емітерний перехід до зміни струму емітера в режимі короткого замикання в вихідний ланцюга по змінному струму; RB – опір бази або відношення зміни напруги між емітером і базою до зміни струму колектора в режимі холостого ходу вхідний ланцюга по змінному струму; а – коефіцієнт посилення по струму для схеми із загальною базою; р – коефіцієнт посилення по струму для схеми з загальним емітером.

Рис. 3.4. Схема із загальним еммітер (ОЕ)

Рис. 3.5. Схема із загальним колектором (ОК)

Рис. 3.6. Схема з загальною базою (ПРО)

Найбільш часто в практичних схемах використовують режим включення транзистора із загальним емітером (як що володіє найбільшим коефіцієнтом підсилення по потужності).

Емітерний повторювачі (схеми із загальним колектором) застосовують для узгодження високого вихідного опору джерела сигналу з низьким вхідним опором навантаження. Для побудови високочастотних підсилювачів (що мають низький вхідний опір) використовують схеми із загальною базою.

Залежно від наявності, полярності та величини потенціалів на електродах транзисторів розрізняють декілька режимів його роботи. Насичення – транзистор відкритий, напруга на переході К-Е мінімально, струм через переходи максимальний. Відсічення – транзистор закритий, напруга на переході К – Е максимально, струм через переходи мінімальний. Активний – проміжний між режимом насичення і відсічення. Інверсний – характеризується подачею на електроди транзистора зворотної (інверсної) полярності робочої напруги.

У перемикальні-комутуючих схемах, що мають тільки два стани: включено (опір ключового елемента близько до нуля) і вимкнене (опір ключового елемента прагне до нескінченності), використовуються режими насичення і відсічення. Активний режим широко застосовують для посилення сигналів. Інверсний режим використовують досить рідко, оскільки поліпшити показники схеми при такому включенні транзистора не вдається.

Для того щоб без розрахунків спочатку оцінити величини RC-елементів, що входять до складу схем (рис. 3.1, 3.2, 3.4, 3.5), можна прийняти величину опору в колекторної (емітерний) ланцюга рівній декільком кОм, а величину опору в ланцюзі бази в 30 … 50 разів більшим. При цьому напруга на колекторі (емітер) має дорівнювати половині напруги живлення. Для схеми із загальною базою (Рис. 3.3, 3.6) величина опору R3, зазвичай не перевищує 0,1 … 1 кОм, величина опору R2 становить кілька кОм.

Величини реактивних опорів конденсаторів С1 – СЗ для найбільш низьких частот, які потрібно підсилити, повинні бути приблизно на порядок нижче з’єднаних з ними активних опорів R1 – R3 (рис. 3.1 – 3.6). В принципі, величини цих ємностей можна було б вибрати зі значним запасом, але в цьому випадку збільшуються габарити перехідних конденсаторів, їх вартість, струми витоку, тривалість перехідних процесів і т.д.

В якості прикладу наведемо таблицю 3.3 для швидкого визначення величини реактивного опору конденсаторів для декількох частот.

Нагадаємо, що реактивний опір конденсатора Хс, Ом, можна обчислити за формулою:

Для постійного струму реактивний опір конденсаторів прагне до нескінченності. Отже, для підсилювачів постійного струму (нижня гранична частота посилення дорівнює нулю) перехідні конденсатори не потрібні, а для поділу каскадів необхідно передбачати спеціальні заходи. Конденсатори в ланцюгах постійного струму рівносильні обриву ланцюга. Тому при побудові схем підсилювачів постійного струму використовують схеми з безпосередніми зв’язками між каскадами. Зрозуміло, в цьому випадку необхідно узгодження рівнів межкаскадних напруг.

При посиленні змінного струму в ланцюзі навантаження підсилювальних каскадів часто використовують індуктивні елементи. Відзначимо, що реактивний опір індуктивностей зростає із збільшенням частоти. Відповідно, із зміною опору навантаження від частоти, зростає і коефіцієнт підсилення такого каскаду.

Крім біполярних транзисторів широке поширення набули більш сучасні елементи – польові транзистори (рис. 3.7 – 3.9).

Рис. 3.7. Схема із загальним витоком (ОІ)

Рис. 3.8. Схема із загальним стоком (ОС)

За аналогією зі схемами вмикання біполярних транзісто рів польові включають із загальним витоком, загальним стоком і з об щим затвором.

Основні розрахункові співвідношення для цих схем включення польових транзисторів наведені в таблиці 3.4, де S – крутизна характеристики польового транзистора, мА / В; R, – внутрішнє опір транзистора.

Рис. 3.9. Схема із загальним затвором (03)

Основні розрахункові співвідношення для цих схем включення польових транзисторів наведені в таблиці 3.4, де S – крутизна характеристики польового транзистора, мА / В; R, – внутрішнє опір транзистора.

Орієнтовно величина R1 (рис. 3.7 – 3.9) може бути від декількох Ом до одиниць МОм R2 – кілька кОм. Відзначимо, що, як і для біполярних транзисторів, польові також допускають роботу з відсіченням, з насиченням; активний і інверсний режими.

Для збільшення коефіцієнта передачі по струму біполярного транзистора використовують «складові» транзистори, що включаються за схемою Дарлінгтона (рис. 3.10 – 3.13). Загальний їх коефіцієнт підсилення дещо відрізняється від добутку коефіцієнтів підсилення кожного з транзисторів. Одночасно погіршується температурна стабільність схеми.

Рис. 3.10

Рис. 3.11

Рис. 3.12

Рис. 3.13

   
Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книга 1), 2003 рік