Zijn bipolaire transistoren. Schakelcircuits zijn afhankelijk van het soort geleidbaarheid dat ze hebben (gat of elektronisch) en de functies die ze vervullen.

Classificatie

Transistors zijn onderverdeeld in groepen:

1. Op materialen: galliumarsenide en silicium worden het meest gebruikt.
2. Op signaalfrequentie: laag (tot 3 MHz), gemiddeld (tot 30 MHz), hoog (tot 300 MHz), ultrahoog (boven 300 MHz).
3. Bij maximaal dissipatievermogen: tot 0,3 W, tot 3 W, meer dan 3 W.
4. Per type apparaat: drie verbonden lagen halfgeleider met afwisselende veranderingen in de directe en omgekeerde methoden van onzuiverheidsgeleiding.

Hoe werken transistoren?

De buitenste en binnenste lagen van de transistor zijn verbonden met voedingselektroden, respectievelijk emitter, collector en basis genoemd.

De emitter en collector verschillen niet van elkaar in soorten geleidbaarheid, maar de mate van dotering met onzuiverheden in de laatste is veel lager. Dit zorgt voor een verhoging van de toegestane uitgangsspanning.

De basis, de middelste laag, heeft een hoge weerstand omdat deze is gemaakt van een licht gedoteerde halfgeleider. Het heeft een aanzienlijk contactoppervlak met de collector, wat de verwijdering verbetert van de warmte die wordt gegenereerd als gevolg van de omgekeerde voorspanning van de junctie, en ook de doorgang van minderheidsdragers - elektronen vergemakkelijkt. Hoewel de overgangslagen op hetzelfde principe zijn gebaseerd, is de transistor een asymmetrisch apparaat. Wanneer de locaties van de buitenste lagen met dezelfde geleidbaarheid worden gewijzigd, is het onmogelijk om vergelijkbare parameters van het halfgeleiderapparaat te verkrijgen.

Schakelcircuits kunnen het in twee toestanden houden: het kan open of gesloten zijn. In de actieve modus, wanneer de transistor aan is, wordt de emittervoorspanning van de junctie in voorwaartse richting gemaakt. Om dit visueel te overwegen, bijvoorbeeld op een n-p-n-halfgeleidertriode, moet er spanning op worden toegepast vanuit bronnen, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

De grens bij de tweede collectorovergang is gesloten en er mag geen stroom doorheen stromen. Maar in de praktijk gebeurt het tegenovergestelde vanwege de nabijheid van de overgangen tot elkaar en hun wederzijdse beïnvloeding. Omdat de "min" van de batterij is verbonden met de emitter, zorgt de open overgang ervoor dat elektronen de basiszone kunnen binnendringen, waar ze gedeeltelijk recombineren met gaten - de meeste dragers. Er ontstaat een basisstroom I b. Hoe sterker het is, hoe proportioneel groter de uitgangsstroom. Versterkers die gebruik maken van bipolaire transistors werken volgens dit principe.

Alleen diffusiebeweging van elektronen vindt plaats door de basis, aangezien daar geen werking van het elektrische veld plaatsvindt. Vanwege de onbeduidende dikte van de laag (micron) en de grote omvang van de negatief geladen deeltjes vallen ze bijna allemaal in het collectorgebied, hoewel de basisweerstand vrij hoog is. Daar worden ze aangetrokken door het elektrische veld van de transitie, wat hun actieve overdracht bevordert. De collector- en emitterstromen zijn vrijwel gelijk aan elkaar, als we het kleine ladingsverlies veroorzaakt door recombinatie in de basis verwaarlozen: I e = I b + I c.

Transistorparameters

1. Versterkingscoëfficiënten voor spanning U eq /U be en stroom: β = I tot /I b (werkelijke waarden). Normaal gesproken overschrijdt de β-coëfficiënt de 300 niet, maar kan deze wel 800 of hoger bereiken.
2. Ingangsimpedantie.
3. Frequentierespons is de prestatie van een transistor tot een bepaalde frequentie, waarboven transiënte processen daarin geen gelijke tred houden met veranderingen in het geleverde signaal.

Bipolaire transistor: schakelcircuits, bedrijfsmodi

De werkingsmodi verschillen afhankelijk van hoe het circuit is samengesteld. Het signaal moet telkens op twee punten worden aan- en afgevoerd en er zijn slechts drie terminals beschikbaar. Hieruit volgt dat één elektrode tegelijkertijd tot de ingang en uitgang moet behoren. Dit is hoe alle bipolaire transistors worden ingeschakeld. Schakelschema's: OB, OE en OK.

1. Schema met OK

Verbindingscircuit met een gemeenschappelijke collector: het signaal wordt toegevoerd aan een weerstand RL, die ook in het collectorcircuit is opgenomen. Deze verbinding wordt een gemeenschappelijk collectorcircuit genoemd.

Deze optie produceert alleen stroomversterking. Het voordeel van een emittervolger is het creëren van een hoge ingangsweerstand (10-500 kOhm), waardoor de trappen gemakkelijk op elkaar afgestemd kunnen worden.

2. Schema met OB

Verbindingscircuit voor een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke basis: het binnenkomende signaal komt binnen via C 1 en wordt na versterking verwijderd in het uitgangscollectorcircuit, waar de basiselektrode gemeenschappelijk is. In dit geval wordt een spanningsversterking gecreëerd die vergelijkbaar is met het werken met OE.

Het nadeel is de lage ingangsweerstand (30-100 Ohm) en de schakeling met OB wordt gebruikt als oscillator.

3. Schema met OE

In veel gevallen, wanneer bipolaire transistors worden gebruikt, worden de schakelcircuits overwegend gemaakt met een gemeenschappelijke emitter. De voedingsspanning wordt geleverd via de belastingsweerstand RL en de negatieve pool van de externe voeding is verbonden met de emitter.

Het wisselsignaal van de ingang arriveert bij de emitter en de basiselektroden (V in), en in het collectorcircuit wordt het groter in waarde (V CE). De belangrijkste elementen van het circuit: een transistor, een weerstand RL en een versterkeruitgangscircuit met externe voeding. Hulp: condensator C 1, die de doorgang van gelijkstroom in het circuit van het geleverde ingangssignaal verhindert, en weerstand R 1, waardoor de transistor opent.

In het collectorcircuit zijn de spanningen aan de uitgang van de transistor en aan de weerstand RL samen gelijk aan de waarde van de EMF: V CC = I C R L + V CE.

Een klein signaal Vin aan de ingang bepaalt dus de wet van het veranderen van de directe voedingsspanning in wisselspanning aan de uitgang van de bestuurde transistoromzetter. Het circuit zorgt voor een toename van de ingangsstroom met 20-100 keer en de spanning met 10-200 keer. Dienovereenkomstig neemt ook het vermogen toe.

Nadeel van de schakeling: lage ingangsweerstand (500-1000 Ohm). Om deze reden ontstaan ​​er problemen bij de vorming van de uitgangsimpedantie van 2-20 kOhm.

De volgende diagrammen laten zien hoe een bipolaire transistor werkt. Als er geen aanvullende maatregelen worden genomen, zullen hun prestaties sterk worden beïnvloed door externe invloeden, zoals oververhitting en signaalfrequentie. Bovendien zorgt het aarden van de emitter voor niet-lineaire vervorming aan de uitgang. Om de betrouwbaarheid van de werking te vergroten, zijn feedback, filters, enz. Op het circuit aangesloten. In dit geval neemt de versterking af, maar wordt het apparaat efficiënter.

Bedrijfsmodi

De functies van de transistor worden beïnvloed door de waarde van de aangesloten spanning. Alle bedrijfsmodi kunnen worden weergegeven als het eerder gepresenteerde circuit voor het verbinden van een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke emitter wordt gebruikt.

1. Uitschakelmodus

Deze modus wordt gecreëerd wanneer de spanningswaarde VBE daalt tot 0,7 V. In dit geval sluit de emitterovergang en is er geen collectorstroom, omdat er geen vrije elektronen in de basis zijn. De transistor is dus uitgeschakeld.

2. Actieve modus

Als een spanning die voldoende is om de transistor in te schakelen op de basis wordt aangelegd, verschijnt er een kleine ingangsstroom en een verhoogde uitgangsstroom, afhankelijk van de grootte van de versterking. Dan zal de transistor als versterker werken.

3. Verzadigingsmodus

De modus verschilt van de actieve doordat de transistor volledig opent en de collectorstroom de maximaal mogelijke waarde bereikt. De toename ervan kan alleen worden bereikt door de toegepaste EMF of belasting in het uitgangscircuit te veranderen. Wanneer de basisstroom verandert, verandert de collectorstroom niet. De verzadigingsmodus wordt gekenmerkt door het feit dat de transistor extreem open is en hier dient hij als schakelaar in de aan-stand. Circuits voor het inschakelen van bipolaire transistoren bij het combineren van afsnij- en verzadigingsmodi maken het mogelijk om met hun hulp elektronische schakelaars te creëren.

Alle bedrijfsmodi zijn afhankelijk van de aard van de uitgangskarakteristieken die in de grafiek worden weergegeven.

Ze kunnen duidelijk worden gedemonstreerd als een circuit voor het inschakelen van een bipolaire transistor met een OE wordt samengesteld.

Als u op de ordinaat- en abscis-as de segmenten uitzet die overeenkomen met de maximaal mogelijke collectorstroom en de waarde van de voedingsspanning V CC, en vervolgens hun uiteinden met elkaar verbindt, krijgt u een belastingslijn (rood). Het wordt beschreven door de uitdrukking: I C = (V CC - V CE)/R C. Uit de figuur volgt dat het werkpunt, dat de collectorstroom IC en de spanning VCE bepaalt, langs de belastingslijn van onder naar boven zal verschuiven naarmate de basisstroom IV toeneemt.

Het gebied tussen de VCE-as en de eerste uitgangskarakteristiek (gearceerd), waarbij I B = 0, karakteriseert de uitschakelmodus. In dit geval is de tegenstroom I C verwaarloosbaar en is de transistor gesloten.

De bovenste karakteristiek op punt A kruist de directe belasting, waarna bij een verdere toename van I B de collectorstroom niet meer verandert. De verzadigingszone in de grafiek is het gearceerde gebied tussen de IC-as en de steilste karakteristiek.

Hoe gedraagt ​​een transistor zich in verschillende modi?

De transistor werkt met variabele of constante signalen die het ingangscircuit binnenkomen.

Bipolaire transistor: schakelcircuits, versterker

De transistor fungeert voor het grootste deel als versterker. Een wisselsignaal aan de ingang zorgt ervoor dat de uitgangsstroom verandert. Hier kunt u schema's met OK of met OE gebruiken. Het signaal vereist een belasting in het uitgangscircuit. Meestal wordt een weerstand gebruikt in het uitgangscollectorcircuit. Als deze correct wordt gekozen, zal de uitgangsspanning aanzienlijk hoger zijn dan de ingang.

De werking van de versterker is duidelijk zichtbaar in de timingdiagrammen.

Wanneer pulssignalen worden omgezet, blijft de modus hetzelfde als voor sinusvormige signalen. De kwaliteit van de conversie van hun harmonische componenten wordt bepaald door de frequentiekarakteristieken van de transistors.

Werking in schakelmodus

Ontworpen voor het contactloos schakelen van verbindingen in elektrische circuits. Het principe is om de weerstand van de transistor stapsgewijs te veranderen. Het bipolaire type is redelijk geschikt voor de vereisten van het sleutelapparaat.

Conclusie

Halfgeleiderelementen worden gebruikt in circuits voor elektrische signaalconversie. Universele mogelijkheden en grote classificatie maken het mogelijk dat bipolaire transistors op grote schaal worden gebruikt. Schakelcircuits bepalen hun functies en bedrijfsmodi. Veel hangt ook af van de kenmerken.

De basisschakelcircuits van bipolaire transistors versterken, genereren en converteren ingangssignalen, en schakelen ook elektrische circuits.

Siberische Staatsautomobiel- en Snelwegacademie

Afdeling APP en E

CURSUSPROJECT

“BEREKENING VAN EEN TRANSISTORVERSTERKER

VOLGENS EEN GEMEENSCHAPPELIJK EMITTERSCHEMA”

in de discipline: “Elektrotechniek”

Optie-17

Voltooid: art. gr. 31AP

Tsigulev S.V.

Gecontroleerd door: Denisov V.P.

1. Basisconcepten

2. Doel van de elementen en werkingsprincipe van de versterkertrap volgens het circuit met OE

3. Werkopdracht

4. De procedure voor het berekenen van een transistorversterker volgens een circuit met OE

Bibliografie

1. Basisconcepten

Versterkers zijn een van de meest voorkomende elektronische apparaten die worden gebruikt in automatiseringssystemen en radiocircuits. Versterkers zijn onderverdeeld in voorversterkers (spanningsversterkers) en eindversterkers. Transistorvoorversterkers bestaan, net als buizenversterkers, uit één of meer versterkingstrappen. Bovendien hebben alle versterkertrappen gemeenschappelijke eigenschappen; het verschil daartussen kan alleen kwantitatief zijn: verschillende stromen, spanningen, verschillende waarden van weerstanden, condensatoren, enz.

Voor voorversterkertrappen zijn resistieve circuits (met reostatisch-capacitieve koppeling) het meest gebruikelijk. Afhankelijk van de methode voor het leveren van het ingangssignaal en het verkrijgen van het uitgangssignaal, kregen de versterkercircuits de volgende namen:

1) met een gemeenschappelijke OB-basis (Fig. 1, a);

2) met een gemeenschappelijke collector OK (emittervolger) (Fig. 1, b);

3) met een gemeenschappelijke zender - OE (Fig. 1, c).

De meest voorkomende is het OE-schema. Het circuit met OB in voorversterkers is zeldzaam. De emittervolger heeft de hoogste ingangsweerstand en de laagste uitgangsweerstand van alle drie de circuits, en wordt daarom gebruikt bij het werken met hoogohmige omzetters als eerste versterkertrap, maar ook bij het matchen met een belastingsweerstand met lage weerstand. In tabel 1 toont een vergelijking van verschillende transistorschakelcircuits.

Tabel 1

2. Doel van de elementen en werkingsprincipe van de versterkertrap volgens het circuit met OE

Er zijn veel opties voor het implementeren van een versterkertrapcircuit met behulp van een OE-transistor. Dit komt voornamelijk door de eigenaardigheden van het instellen van de rustmodus van de cascade. We zullen de kenmerken van versterkingstrappen bekijken aan de hand van het voorbeeld van het circuit in figuur 2, dat het meest wordt gebruikt bij het implementeren van een cascade met behulp van discrete componenten.

De belangrijkste elementen van het circuit zijn de voeding

, het bestuurde element is een transistor en een weerstand. Deze elementen vormen het hoofdcircuit van de versterkertrap, waarin, als gevolg van de stroom van de collectorstroom die door het basiscircuit wordt geregeld, een versterkte wisselspanning wordt gecreëerd aan de uitgang van het circuit. De overige elementen van de cascade spelen een ondersteunende rol. Condensatoren scheiden. De condensator elimineert het rangeren van het ingangscircuit van de cascade door het DC-ingangssignaalbroncircuit, wat het ten eerste mogelijk maakt om de stroom van gelijkstroom door de ingangssignaalbron langs het → → circuit uit te sluiten en, ten tweede, om ervoor te zorgen onafhankelijkheid van de interne weerstand van deze spanningsbron aan de basis in rustmodus. De functie van een condensator wordt beperkt tot het doorgeven van een wisselspanningscomponent aan het belastingscircuit en het behouden van een directe component.

Weerstanden

en worden gebruikt om de rustmodus van de cascade in te stellen. Omdat de bipolaire transistor wordt bestuurd door stroom, wordt de ruststroom van het bestuurde element (in dit geval stroom) gecreëerd door de overeenkomstige waarde van de rustbasisstroom in te stellen. Een weerstand is ontworpen om een ​​stroomcircuit te creëren. Samen met de weerstand levert deze de initiële spanning aan de basis ten opzichte van de “+” aansluiting van de stroombron.

Weerstand

is een negatief feedbackelement dat is ontworpen om de rustmodus van de cascade te stabiliseren wanneer de temperatuur verandert. De temperatuurafhankelijkheid van de rustmodusparameters wordt bepaald door de afhankelijkheid van de restcollectorstroom van de temperatuur. De belangrijkste redenen voor deze afhankelijkheid zijn veranderingen in de temperatuur van de initiële collectorstroom, spanning en coëfficiënt. Temperatuurinstabiliteit van deze parameters leidt tot een directe afhankelijkheid van de stroom van de temperatuur. Bij afwezigheid van maatregelen om de stroom te stabiliseren, veroorzaken de temperatuurveranderingen ervan een verandering in de rustmodus van de cascade, wat kan leiden, zoals hieronder zal worden getoond, tot de werkingsmodus van de cascade in het niet-lineaire gebied van de transistorkarakteristieken en vervorming van de vorm van de uitgangssignaalcurve. De kans op vervorming neemt toe naarmate de amplitude van het uitgangssignaal toeneemt.

Manifestatie van negatieve feedback en het stabiliserende effect ervan op de stroom

Telkens wanneer een transistor op een circuit wordt aangesloten, vloeit de ingangs- en uitgangsstroom door een van zijn aansluitingen; deze aansluiting wordt gemeenschappelijk genoemd.

Er zijn drie schema's voor het inschakelen van een bipolaire transistor:

• met een gemeenschappelijke zender;
• met een gemeenschappelijke verzamelaar;
• met een gemeenschappelijke basis;

Laten we beginnen met een circuit met een gemeenschappelijke emitter.Het gemeenschappelijke emittercircuit heeft de volgende eigenschappen:

• hoge stroomversterking;

In alle oscillogrammen in het artikel is het eerste kanaal het ingangssignaal, het tweede kanaal het uitgangssignaal. Het ingangssignaal wordt na de koppelcondensator genomen, anders introduceert de condensator een faseverschuiving.
Het oscillogram laat zien dat de amplitude van het uitgangssignaal meerdere malen groter is dan de amplitude van het ingangssignaal, terwijl het uitgangssignaal wordt omgekeerd ten opzichte van het ingangssignaal, dit betekent dat wanneer het ingangssignaal toeneemt, de uitgang afneemt en omgekeerd. Het diagram toont een condensator met een stippellijn; deze kan worden aangesloten als u de versterking wilt vergroten. Laten we het verbinden.

We zien dat het uitgangssignaal ongeveer een orde van grootte is toegenomen, dat wil zeggen tien keer. Dit transistoraansluitcircuit wordt gebruikt in eindversterkers.
Toen de condensator werd ingeschakeld, nam de ingangsweerstand van de schakeling af, wat leidde tot vervorming van het generatorsignaal en bijgevolg van het uitgangssignaal.

Circuit met een gemeenschappelijke collector.

• het ingangssignaal wordt naar de basis gestuurd;
• het uitgangssignaal wordt verwijderd uit de zender;

Een gemeenschappelijk collectorcircuit heeft de volgende eigenschappen:

• hoge stroomversterking;
• ingangs- en uitgangssignaalspanningen verschillen ongeveer 0,6 V;

Laten we het hierboven getekende circuit samenstellen en kijken hoe het uitgangssignaal zal veranderen afhankelijk van de ingang.

Het oscillogram laat zien dat de amplitudes van de signalen gelijk zijn, omdat de oscilloscoop alleen de AC-component weergeeft; als je de oscilloscoop inschakelt om de DC-component weer te geven, zal het verschil tussen het signaal aan de ingang en de uitgang 0,6 V zijn. keert het signaal niet om en wordt gebruikt als buffer of voor de coördinatie van cascades.
In de elektronica is een buffer een circuit dat de belastingscapaciteit van een signaal vergroot, dat wil zeggen dat het signaal dezelfde vorm behoudt, maar in staat is meer stroom te leveren.

Regeling met een gemeenschappelijke basis.

• het ingangssignaal wordt naar de zender gestuurd;
• het uitgangssignaal wordt uit de collector verwijderd;

Een circuit met een gemeenschappelijke basis heeft de volgende eigenschappen:

• hoogspanningsversterking;
• de huidige versterking is bijna nul, de emitterstroom is groter dan de collectorstroom door de basisstroom;

Laten we het hierboven getekende circuit samenstellen en kijken hoe het uitgangssignaal zal veranderen afhankelijk van de ingang.

Het oscillogram laat zien dat de amplitude van het uitgangssignaal ongeveer tien keer groter is dan de amplitude van het ingangssignaal, en dat het uitgangssignaal niet wordt omgekeerd ten opzichte van het ingangssignaal. Dit transistorverbindingscircuit wordt gebruikt in radiofrequentieversterkers. Een common-base cascade heeft een lage ingangsimpedantie, waardoor het generatorsignaal vervormd is, en dus ook het uitgangssignaal.
De vraag rijst: waarom zouden we niet een gemeenschappelijk emittercircuit gebruiken om radiofrequenties te versterken, omdat dit de amplitude van het signaal vergroot? Het draait allemaal om de capaciteit van de basis-collectorovergang, deze wordt ook wel de Miller-capaciteit genoemd. Voor radiofrequenties heeft deze capaciteit een lage weerstand, zodat het signaal, in plaats van door de basis-emitterovergang te stromen, door deze capaciteit gaat en via de open transistor naar aarde stroomt. Hoe dit gebeurt, wordt weergegeven in de onderstaande figuur.

Misschien is dit alles wat ik je wilde vertellen over de transistorschakelcircuits.

Het OE-circuit heeft de hoogste vermogensversterking en blijft daarom de meest gebruikelijke oplossing voor hoogfrequente versterkers, GPS-, GSM- en WiFi-systemen. Momenteel wordt het meestal gebruikt in de vorm van kant-en-klare geïntegreerde schakelingen (MAXIM, VISHAY, RF Micro Devices), maar zonder de basisprincipes van de werking ervan te kennen, is het bijna onmogelijk om de parameters te verkrijgen die in de beschrijving van de microschakeling worden gegeven. Dat is de reden waarom bij het aannemen en zoeken naar werknemers de belangrijkste vereiste kennis is van de werkingsprincipes van versterkers met OE.

Een versterker, wat deze ook is (audioversterker, buizenversterker of radiofrequentieversterker) is een netwerk met vier aansluitingen waarin twee pinnen worden ingevoerd en twee pinnen worden uitgevoerd. Het blokschema van de versterker wordt getoond in Figuur 1.

Figuur 1 Blokschema van de versterker

Het hoofdversterkingselement, de transistor, heeft slechts drie aansluitingen, dus één van de transistoraansluitingen moet tegelijkertijd worden gebruikt om een ​​signaalbron aan te sluiten (als ingangsaansluiting) en om een ​​belasting aan te sluiten (als uitgangsaansluiting). Een gemeenschappelijk emittercircuit is een versterker waarbij de emitter van de transistor wordt gebruikt om zowel het ingangssignaal als de belasting aan te sluiten. Het functionele diagram van een versterker met een transistor aangesloten volgens een gemeenschappelijk emittercircuit wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2 Functioneel diagram van het verbinden van een transistor met een gemeenschappelijke emitter

In dit diagram toont de stippellijn de grenzen van de versterker zoals weergegeven in figuur 1. De transistorstroomcircuits worden niet weergegeven. Momenteel wordt het gemeenschappelijke emittercircuit praktisch niet gebruikt in audioversterkers, maar wordt het veel gebruikt in tv-signaalversterkercircuits, GSM-versterkers of andere hoogfrequente versterkers. Je kunt twee voedingen gebruiken om een ​​transistor in een gemeenschappelijk emittercircuit van stroom te voorzien, maar hiervoor zijn twee spanningsregelaars nodig. Bij apparatuur op batterijen kan dit problematisch zijn, daarom wordt meestal één enkele stroombron gebruikt. Om een ​​versterker met een gemeenschappelijke zender van stroom te voorzien, kan elk van de circuits die we hebben overwogen geschikt zijn:

• emitter-gestabiliseerd circuit.

Laten we eens kijken naar een voorbeeld van een versterkercircuit met een gemeenschappelijke emitter en emitterstabilisatie van de bedrijfsmodus van de transistor. Figuur 3 toont een cascade op basis van een bipolaire NPN-transistor, ontworpen om audiofrequenties te versterken.

Figuur 3 Schematisch diagram van een versterkertrap met een gemeenschappelijke emitter

De berekening van de elementen van dit circuit voor gelijkstroom is te vinden in het artikel. Nu zullen we geïnteresseerd zijn in de parameters die zijn samengesteld volgens een circuit met een gemeenschappelijke emitter. De belangrijkste kenmerken zijn ingangs- en uitgangsimpedantie en vermogensversterking. Kortom, deze kenmerken worden bepaald door de parameters van de transistor.

Gemeenschappelijke emitteringangsimpedantie

In een gemeenschappelijk emittercircuit is de ingangsweerstand van de transistor gelijk aan: R De ingangs-HOE kan worden bepaald door zijn ingangskarakteristiek. Deze karakteristiek valt samen met de stroom-spanningskarakteristiek van de pn-overgang. Een voorbeeld van de ingangskarakteristiek van een siliciumtransistor (spanningsafhankelijkheid U b van de basisstroom I b) wordt weergegeven in Figuur 4.

Figuur 4 Ingangskarakteristiek van een siliciumtransistor

Zoals uit deze figuur blijkt, is de ingangsweerstand van de transistor R IOE is afhankelijk van de basisstroom I b0 en wordt bepaald door de volgende formule:

(1)

Hoe Δ te bepalen U b0 en Δ I b0 in de buurt van het werkpunt van de transistor in een circuit met een gemeenschappelijke emitter wordt getoond in figuur 5.

Figuur 5 Bepaling van de ingangsweerstand van een gemeenschappelijke emitterschakeling op basis van de ingangskarakteristiek van een siliciumtransistor

Het bepalen van de weerstand met behulp van formule (1) is de meest nauwkeurige manier om de ingangsweerstand te bepalen. Bij het berekenen van een versterker hebben we echter niet altijd de transistoren bij de hand die we gaan gebruiken, dus het zou leuk zijn om de ingangsweerstand op een analytische manier te kunnen berekenen. De stroom-spanningskarakteristiek van een pn-overgang wordt goed benaderd door een exponentiële functie.

(2)

Waar I b - basisstroom op het werkpunt;
U bе is de basisspanning op het werkpunt;
I s is de tegenstroom van de emitter-basisovergang;
— temperatuurpotentieel;
k— Boltzmann-constante;
Q— elektronenlading;
T— temperatuur uitgedrukt in graden Kelvin.

In deze uitdrukking is de coëfficiënt die de exponent normaliseert de stroom I s, dus hoe nauwkeuriger het wordt bepaald, hoe beter de overeenkomst tussen de werkelijke en geschatte ingangskarakteristieken van de transistor zal zijn. Als we de eenheid in uitdrukking (2) verwaarlozen, kan de spanning aan de basis van de transistor worden berekend met behulp van de volgende formule:

(3)

Uit uitdrukking (1) blijkt duidelijk dat de ingangsweerstand de afgeleide is van de spanning aan de basis van de transistor ten opzichte van de stroom. Laten we uitdrukking (3) differentiëren, waarna de ingangsweerstand van een circuit met een gemeenschappelijke emitter kan worden bepaald met de volgende formule:

(4)

De grafiek van de feitelijke ingangskarakteristiek van een transistor die is aangesloten in een gemeenschappelijke emitterschakeling verschilt echter van de exponentiële functie. Dit komt door het feit dat de ohmse weerstand van de halfgeleider in de basis van de transistor niet nul is, en daarom zal bij hoge basisstromen van de transistor in een circuit met een gemeenschappelijke emitter de ingangsweerstand ervan neigen naar de ohmse weerstand van de basisrbb".

De ingangsstroom van een gemeenschappelijke emitterschakeling vloeit niet alleen door de ingangsweerstand van de transistor, maar ook door alle weerstanden van de spanningsvormende circuits aan de basis van de transistor. Daarom wordt de ingangsweerstand van een gemeenschappelijk emittercircuit gedefinieerd als een parallelle verbinding van al deze weerstanden. De ingangsstroompaden voor een gemeenschappelijk emittercircuit worden getoond in Figuur 6.

Figuur 6 De stroom vloeit door de ingangscircuits van een circuit met een gemeenschappelijke emitter

Het is veel eenvoudiger om dit circuit te analyseren met behulp van het equivalente circuit van het ingangscircuit, waarbij alleen die circuits worden getoond waardoor de ingangsstroom van de signaalbron vloeit. Het equivalente ingangscircuit van een gemeenschappelijk emittercircuit wordt getoond in figuur 7.

Figuur 7 Equivalent circuit van het ingangscircuit van een gemeenschappelijk emittercircuit

Dit circuit is gebouwd voor middenfrequenties met behulp van een transistorequivalentcircuit. Bij middenfrequenties heeft de ingangscapaciteit van de transistor geen effect, dus we geven deze niet weer op het equivalente circuit. De weerstand van condensator C3 bij middenfrequenties is bijna nul, dus er zijn geen R4C3-elementen in het circuit. Elementen R uit en H 21× i ingangen hebben geen invloed op het ingangscircuit en worden in het diagram weergegeven om de versterkende eigenschappen van de transistor weer te geven.

Ten slotte kunnen we de formule opschrijven voor de ingangsimpedantie van een gemeenschappelijk emittercircuit:

(5)

Na het vervaardigen van een versterker die is berekend met behulp van de bovenstaande methoden, is het noodzakelijk om de ingangsweerstand van het circuit te meten met een gemeenschappelijke emitter. Om de ingangsweerstand te meten, gebruikt u het circuit voor het meten van de ingangsweerstand van de versterker, weergegeven in Figuur 8. In dit circuit wordt voor het meten van de ingangsweerstand een wisselspanningsmeetgenerator en twee hoogfrequente AC-voltmeters gebruikt (u kunt gebruik er één en voer twee metingen uit).

Figuur 8 Circuit voor het meten van de ingangsimpedantie van de versterkertrap

In het geval dat de weerstand R en zal gelijk zijn aan de ingangsweerstand van de versterker, de spanning die de AC-voltmeter V2 zal weergeven zal de helft zijn van de spanning V1. Als het niet mogelijk is om de weerstand te veranderen R en bij het meten van de ingangsimpedantie kan de ingangsimpedantie van de versterker worden berekend met behulp van de volgende formule:

(6)

Uitgangsimpedantie van een gemeenschappelijk emittercircuit

De uitgangsweerstand van de transistor hangt af van de ontwerpkenmerken van de transistor, de dikte van de basis en de volumeweerstand van de collector. De uitgangsweerstand van een transistor die is aangesloten in een gemeenschappelijke emitterschakeling kan worden bepaald uit de uitgangskarakteristieken van de transistor. Een voorbeeld van de uitgangskarakteristieken van een transistor wordt getoond in Figuur 9.

Figuur 9 Uitgangskarakteristieken van een siliciumtransistor

Helaas worden de uitgangskarakteristieken meestal niet gegeven in de kenmerken van moderne transistors. Dit komt door het feit dat hun uitgangsweerstand vrij hoog is en dat de uitgangsweerstand van een transistortrap met een gemeenschappelijke emitter wordt bepaald door de belastingsweerstand. In het circuit getoond in Figuur 6 is dit de weerstand van weerstand R3.

Datum laatste bestandsupdate: 31-05-2018

Literatuur:

Lees samen met het artikel "Common-emitter circuit (common-emitter cascade)":

http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/KollStab/

http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/