Основни параметри на схемите с биполярни транзистори

[Goro]

Цел на настоящия материал е да даде кратки и лесно запомнящи се формули за бързо и ориентировъчно изчисление на трите основни схеми на включване при биполярните транзистори: обща база (ОБ), общ емитер (ОЕ) и общ колектор (ОК).
Предварителни понятия:
Топлинен потенциал Ut [V]
Ut = k.T/q където:
к = 1,38.10^(-23) константа на Болцман
Т - абсолютна температура – градуса Келвин
0 ºC = 273.15 ºK
q = 1,602.10^(-19) заряд на електрона
При стайна температура 295 К , Ut = 1,38.10^(-23).295 / 1,602.10^(-19) = 0,0254 V
Стръмност на транзистора S [A/V]
S = Ic . So
So = 1.10^(-3) / Ut = 1.10^(-3) / 0,0254 = 0,0394 A / V стръмност при 1 ма колекторен ток
Rg – генераторно съпротивление - ома
Rin – входно съпротивление - ома
R out – изходно съпротивление - ома
RL – товарно съпротивление - ома
µ – максимална стойност на коефициента на усилване по напрежение, аналогичен на този при лампите и също не зависи от колекторния ток.
µ = 3000 – 7500 за n-p-n транзистори
µ = 1500 - 5500 p-n-p транзистори

СХЕМА ОБЩА БАЗА
1. Входно съпротивление на транзистора - Rin
Rin = 1 / S - ома
2. Коефициент на усилване по напрежение Ku
Ku = S . RL
RL – е паралелната комбинация от колекторното съпротивление, входното съпротивление на следващото стъпало и изходното съпротивление на транзистора. Последното обикновенно е много по-голямо и се пренебрегва.
3. Изходно съпротивление на транзистора - Rout
Rout = µ / S - ома
4. Коефициент на 2-ри хармоник в изходния сигнал [%]
Kx2 = 100 . Um out / ( 4. S .RL. Ut ) [%]
Um out – максимална стойност на амплитудата на изходното напрежение, която е 1,41 пъти по-голяма от ефективната стойност (тази която измерваме при синусоидален сигнал).

Пример:
Стъпало с колекторен ток Ic = 3 ма, товарно съпротивление RL = 3,3 к и изходна амплитуда Uout = 0,5 V (Um out = 1,41 .0,5 = 0,707 V).
S = 3 . 0,0394 = 0,1182 [A/V]
Rin = 1 / 0,1182 = 8,46 ома
Ku = 0,1182 . 3300 = 390 пъти ( 51,8 dB)
Rout = 5000 / 0,1182 = 42300 ома
Kx2 = 100 . 0,707 / ( 4 . 0,1182 .3300 . 0,0254 ) = 1,78 %

СХЕМА ОБЩ ЕМИТЕР
1. Входно съпротивление на транзистора - Rin
Rin = β / S - ома т.е. β-пъти по-голямо от схема О.Б.
2. Коефициент на усилване по напрежение Ku
Ku = S . RL
Също както при схема О.Б.
3. Изходно съпротивление на транзистора - Rout
Rout = µ / S - ома
Също както при схема О.Б., макар че реално е по-малко поради вътрешната обратна вртзка.
4. Коефициент на 2-ри хармоник в изходния сигнал [%]
Kx2 = 100 . Um out / ( 4. S .RL. Ut ) [%]
Също колкото схема О.Б.

Пример: Същия режим както при сх. О.Б. Коефициент на усилване по ток β =110
S = 3 . 0,0394 = 0,1182 [A/V]
Rin = 110 / 0,1182 = 931 ома
Ku = 0,1182 . 3300 = 390 пъти ( 51,8 dB)
Rout = 5000 / 0,1182 = 42300 ома
Kx2 = 100 . 0,707 / ( 4 . 0,1182 .3300 . 0,0254 ) = 1,78 %

СХЕМА ОБЩ КОЛЕКТОР
1. Входно съпротивление Rin
Rin = β . (RL + 1 / S) - ома
2. Коефициент на усилване по напрежение Ku
Ku = S . RL / ( 1 + S . RL )
3. Изходно съпротивление Rout
Rout = Rg / β + 1 / S - ома
4. Коефициент на 2-ри хармоник в изходния сигнал [%]
Kx2 = 100 . Um out / [( 4 . S . RL . Ut) . (1 + S . RL)] [%]

Пример: Същия режим както в предния пример и генераторно съпротивление Rg = 2500 ома.
Rin = 110 . ( 3300 + 1 / 0,1182 ) = 364 килоома
Ku = 0,1182 . 3300 / ( 1 + 0,1182 . 3300 ) = 0,9974
Rout = 2500 / 110 + 1 / 0,1182 = 31,2 ома
Kx2 = 100 . 0,707 / [( 4 . 0,1182 .3300 . 0,0254) . (1 + 0,1182 . 3300)] = 0,0046 %
Някои интересни зависимости:
Изкривяванията са толкова %, колкото миливолта е променливото напрежение база – емитер.
Коефициента на усилване по напрежение е равен на отношението на напрежението върху колекторния резистор разделено на топлинния потенциал 0.026 (във волта).
Ето как бихме могли на ум да преценим едно стъпало. Разделяме постоянното напрежението върху колекторния резистор на топлинния потенциал (0.026 V) и получаваме усилването по напрежение. Разделяме изходното променливо напрежение на коефициента на усилване и получаваме напрежението Б-Е във V. Колкото миливолти е то, толкова процента е клирфактора. А входното съпротивление също елементарно се изчислява. При ОЕ то е β-пъти по-голямо от ОБ. Про ОК е β-пъти по-голямо от емитерния резистор. По-неточно е изчислението на изходното съпротивление на схемите ОЕ и ОБ.
_________________
"Не съм достатъчно млад за да знам всичко" Б. Шоу