Материал: Москатов Электроника 2010
71 Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru
вующего каскада с нагрузкой. Каскад с транзистором, включѐнным по схеме с общим коллектором, не усиливает напряжение, но усиливает ток (обычно в 10 … 100 раз). Фаза входного напряжения сигнала, подаваемого на каскад, совпадает с фазой выходного напряжения, т.е. отсутствует его инверсия. Именно из-за сохранения фазы входного и выходного сигнала каскад с общим коллектором носит другое название – эмиттерного повторителя. Температурные и частотные свойства эмиттерного повторителя хуже, чем у каскада, в котором транзистор подключѐн по схеме с общей базой.
4.4.3.Схема включения транзистора с общей базой
Вкаскаде, собранном по схеме с общей базой, напряжение входного сигнала подают между эмиттером и базой транзистора, а выходное напряжение снимают с выводов коллектор-база. Включение транзистора p-n-p структуры по схеме с общей базой приведено на рис. 4.6.
Рис. 4.6. Включение транзистора по схеме с общей базой В данном случае эмиттерный переход компонента открыт и велика
его проводимость. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни ом, что относят к не-
72 Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru
достатку описываемого включения транзистора. Кроме того, для функционирования каскада с транзистором, включѐнным по схеме с общей базой, необходимо два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы. Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз.
К достоинствам нужно отнести возможность функционирования каскада на существенно более высокой частоте по сравнению с двумя другими вариантами включения транзистора, и слабое влияние на работу каскада флюктуаций температуры. Именно поэтому каскады с транзисторами, включѐнными по схеме с общей базой, часто используют для усиления высокочастотных сигналов.
4.5. Биполярные фототранзисторы
Фототранзистором называют транзистор, чувствительный к облучающему его световому потоку. Обычно дискретный фототранзистор по конструкции похож на дискретный транзистор, с тем отличием, что в герметичном корпусе фототранзистора есть окно, например, из стекла или прозрачной специальной пластмассы, через которое излучение попадает на область базы фототранзистора. Включение фототранзистора в электрическую цепь таково, что к эмиттеру подключают положительный полюс внешнего источника питания, к коллектору подсоединяют нагрузочный резистор, к которому в свою очередь подключают отрицательный полюс источника питания. При облучении области базы происходит генерация носителей зарядов. Наибольшая концентрация основных носителей заряда будет в базе, что приведѐт к открытию фототранзистора, а неосновные носители заряда будут мигрировать в коллекторный переход. Следовательно, облучение фототранзистора приводит к увеличению тока его коллектора. Чем больше будет освещѐнность области базы, тем существенней станет ток коллектора фототранзистора.
73 Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru
Таким образом, фототранзистором можно управлять и как обычным биполярным транзистором, варьируя током базы, и как светочувствительным прибором. К важным параметрам фототранзистора относят темновой ток, ток при освещении и интегральную чувствительность. Темновой ток – это ток коллектора при отсутствии облучения. Ток при освещении – ток коллектора при наличии облучения. Интегральная чувствительность – это отношение силы тока коллектора у подключѐнного фототранзистора к величине светового потока [39, с. 202].
Фототранзисторы применяют в оптронах, устройствах автоматики и телеуправления, в приборах уличного освещения и пр.
4.6. Влияние частоты на усилительные свойства биполярных транзисторов
Известно, что чем выше частота сигнала, поступающего на вход транзисторного каскада, тем меньше коэффициент усиления по току. Основной вклад в снижение усилительных свойств нужно отнести к барьерной ѐмкости и отставанию переменных токов коллектора от эмиттера на время, необходимое для диффузии носителей заряда в области базы [39, с. 191]. Кроме того, ѐмкости между корпусом и выводами транзистора пагубно влияют на усилительные свойства прибора.
Коллекторный переход транзистора обладает высоким сопротивлением. Повышение частоты приводит к снижению реактивной ѐмкости коллекторного перехода, что приводит к его существенному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада
[169, с. 64].
Носители заряда преодолевают область базы и рекомбинируют за небольшой конечный интервал времени, исчисляемый десятками наносекунд. Чем выше будет частота, тем существенней станет за-
74 Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru
паздывание носителей заряда. На постоянном токе сдвиг фаз между токами коллектора и эмиттера транзистора равен нулю, а полный ток базы минимален. На высокой частоте между переменными токами коллектора и эмиттера транзистора возникнет сдвиг фаз, которого не было на постоянном токе. При этом полный ток базы транзистора на высокой частоте много больше полного тока базы на низкой частоте и, тем более, на постоянном токе. Повышение тока базы для получения заданного фиксированного тока коллектора означает уменьшение коэффициента усиления транзистора по току.
Чтобы повысить граничную частоту усиления транзистора, необходимо выполнить область базы как можно меньшей толщины, повысить скорость прохождения через неѐ неосновных носителей зарядов, уменьшить ѐмкость корпуса и выводов транзистора и прочее.
4.7. Влияние температуры на режимы работы биполярных транзисторов
Чтобы германиевый транзистор не вышел из строя, температура его кристалла должна быть меньше примерно 70 °C, кремниевого транзистора – меньше 125 … 150 °C, а арсенид-галлиевого транзистора – меньше 150 … 200 °C. Введение легирующих добавок несколько корректирует максимально допустимую температуру кристалла, а некоторые специально сконструированные транзисторы выдерживают и более высокую температуру. Так, согласно справочным данным, кремниевый биполярный транзистор КТ921В был разработан для применения в геофизической аппаратуре при температуре корпуса компонента не более +200 °C. При существенно более высокой температуре транзистора он испортится из-за необратимой перестройки кристаллической решѐтки. Нагрев биполярных транзисторов вызывает увеличения проводимости области базы и обратного тока коллектора. При повышении температуры корпуса транзистора
75 Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru
от 20 °C до 60 °C обратный ток коллектора обычно может возрасти до шести раз. Следовательно, флюктуации температуры оказывают очень существенное влияние на функционирование транзисторного каскада, вызывая значительные изменения режима его работы. Чтобы флюктуация температуры не привела, допустим, к возникновению автогенерации каскада, предназначенного для усиления, или другим вредным последствиям, необходимо применять цепи термостабилизации режимов работы транзисторов.