Коэффициент усиления транзистора: методы измерения и расчета

Что такое коэффициент усиления транзистора. Как измерить коэффициент усиления транзистора по току. Какие существуют схемы и приборы для измерения коэффициента усиления транзисторов. Как рассчитать коэффициент усиления усилительного каскада на транзисторе.

Что такое коэффициент усиления транзистора

Коэффициент усиления транзистора по току (обозначается β или h21э) — это отношение изменения тока коллектора к вызвавшему его изменению тока базы при постоянном напряжении коллектор-эмиттер:

β = ΔIк / ΔIб

Коэффициент усиления является одним из важнейших параметров биполярного транзистора. Он показывает, во сколько раз ток коллектора больше тока базы. Типичные значения β для маломощных транзисторов составляют от 50 до 300.

Методы измерения коэффициента усиления транзистора

Существует несколько способов измерения коэффициента усиления транзистора по току:

• С помощью специальной функции мультиметра
• Расчетным методом по измеренным токам базы и коллектора
• С использованием специальных приборов — измерителей h21э
• Методом снятия входных и выходных характеристик транзистора

Измерение коэффициента усиления мультиметром

Многие цифровые мультиметры имеют встроенную функцию измерения h21э транзисторов. Для измерения необходимо:

1. Перевести мультиметр в режим измерения h21э
2. Вставить выводы транзистора в специальное гнездо на панели прибора
3. Считать показания с дисплея

Этот метод является наиболее простым, но имеет ограниченную точность. Погрешность измерения обычно составляет 20-30%.

Расчетный метод определения коэффициента усиления

Коэффициент усиления можно рассчитать по формуле β = Iк / Iб, измерив токи базы и коллектора. Для этого собирается простая схема:

• К базе подключается источник тока с миллиамперметром
• К коллектору — источник напряжения и миллиамперметр
• Эмиттер заземляется

Измеряются токи базы и коллектора, после чего вычисляется их отношение. Этот метод дает более точные результаты по сравнению с мультиметром.

Специализированные приборы для измерения h21э

Существуют профессиональные измерители коэффициента передачи тока транзисторов. Они позволяют получить наиболее точные результаты. Принцип работы таких приборов:

1. Задание фиксированного тока базы
2. Измерение тока коллектора
3. Автоматический расчет отношения токов
4. Вывод значения h21э на дисплей

Погрешность измерения h21э специализированными приборами составляет 2-5%.

Метод снятия характеристик транзистора

Коэффициент усиления можно определить графическим методом по семейству выходных характеристик транзистора. Для этого:

1. Снимаются выходные характеристики Iк = f(Uкэ) при разных Iб
2. На линейном участке характеристик выбирается рабочая точка
3. Определяется приращение тока коллектора ΔIк
4. Определяется вызвавшее его приращение тока базы ΔIб
5. Рассчитывается β = ΔIк / ΔIб

Этот метод позволяет оценить зависимость коэффициента усиления от режима работы транзистора.

Схемы для измерения коэффициента усиления транзистора

Рассмотрим несколько практических схем для измерения коэффициента усиления биполярных транзисторов:

Простая схема с двумя миллиамперметрами

Это базовая схема для измерения h21э расчетным методом:

• Источник тока базы с миллиамперметром PA1
• Источник напряжения коллектора с миллиамперметром PA2
• Резистор в цепи эмиттера для термостабилизации

Коэффициент усиления рассчитывается как β = IкPA2 / IбPA1.

Схема с операционным усилителем

Более точная схема с использованием ОУ в качестве преобразователя ток-напряжение:

• ОУ включен по схеме преобразователя ток-напряжение
• Ток базы задается резистором R1
• Ток коллектора преобразуется в напряжение на выходе ОУ

Коэффициент усиления определяется как β = Uвых / (IбR2).

Автоматический измеритель h21э

Схема на микроконтроллере для автоматического измерения коэффициента усиления:

• Микроконтроллер задает ток базы ЦАП
• АЦП измеряет напряжение, пропорциональное току коллектора
• Микроконтроллер вычисляет h21э и выводит на дисплей

Такая схема позволяет быстро и точно измерять коэффициент усиления различных транзисторов.

Факторы, влияющие на коэффициент усиления транзистора

На величину коэффициента усиления транзистора оказывают влияние следующие факторы:

• Тип и технология изготовления транзистора
• Рабочая точка (токи базы и коллектора)
• Температура кристалла
• Частота сигнала
• Напряжение коллектор-эмиттер

При измерениях важно учитывать эти факторы и обеспечивать стабильный тепловой режим транзистора.

Расчет коэффициента усиления каскада на транзисторе

Коэффициент усиления каскада по напряжению KU связан с коэффициентом усиления транзистора по току β следующим образом:

KU = β * Rк / (rэ + Rэ)

Где: Rк — сопротивление в цепи коллектора rэ — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода Rэ — сопротивление в цепи эмиттера

Зная β транзистора, можно рассчитать коэффициент усиления каскада и наоборот.

Типовые значения коэффициента усиления для разных транзисторов

Коэффициент усиления по току сильно различается для разных типов транзисторов:

• Маломощные низкочастотные транзисторы: 50-300
• Мощные низкочастотные транзисторы: 20-100
• Высокочастотные транзисторы: 10-150
• Составные транзисторы: 1000-5000
• Полевые транзисторы: 100-10000

При разработке схем важно учитывать разброс β в партии и выбирать транзисторы с запасом по коэффициенту усиления.

Заключение

Коэффициент усиления является ключевым параметром биполярного транзистора. Его точное измерение необходимо для правильного расчета и оптимизации транзисторных схем. Существует несколько методов определения h21э, от простых до высокоточных. При измерениях важно учитывать влияние различных факторов на коэффициент усиления.

Схема для измерения коэффициент усиления транзистора – Telegraph

Схема для измерения коэффициент усиления транзистора

Скачать файл — Схема для измерения коэффициент усиления транзистора

Коэффициент hfe транзистора — это коэффициент усиления транзистора по току. Показывает во сколько раз ток коллектора больше тока базы. Для согласованной работы нескольких транзисторов в каскадах, их подбор часто начинают по коэффициенту усиления. Учитывая большой разброс параметров hfe, важно точно знать этот параметр у каждого транзистора. Коэффициент hfe маломощных транзисторов измеряется очень просто, для начала необходим мультиметр с возможностью измерения hfe, переводим прибор в необходимый режим измерения. Затем, зная структура транзистора и его цоколевку, подключаем транзистор в специальное гнездо на панели мультиметра. Необходимо правильно подсоединять транзистор, согласовывать выводы транзистора Б-К-Э , с надписями на панели. После подключения на дисплее появиться значение hfe. Если значение попадает в рамки указанные производителем, тогда такой транзистор можно считать рабочим. Во многих мультиметрах контактные площадки посажены очень глубоко, это совсем не помеха для нового транзистора. Но как, же измерить коэффициент усиления по току транзистора, если он был выпаян с платы и имеет недостаточно длинные выводы? Для этого можно использовать несколько удлинительных проводов, и подключить транзистор отдельно от мультиметра. Для наглядного теста произведена проверка hfe нескольких транзисторов, для двух разных типов: BC n-p-n транзистор, с заявленным параметром hfe Значение hfe колебалось от до , в зависимости от конкретного транзистора. КТБ p-n-p транзистор, с параметром hfe Показания прибора составили Оба вида транзисторов показали незначительный разброс коэффициента усиления, что позволяет их использовать в необходимых целях. Как проверять другие параметры транзисторов, а также их работоспособность, мы расскажем вам позже. Ремонт USB зарядки на основе ШИМ HT Ремонт USB зарядного устройства от прикуривателя. Ремонт китайского USB зарядного устройства от прикуривателя. Подбор аналога к редкому DC-DC конвертеру. Переделка БП на ШИМ ATA в зарядное устройство. Cхемы компьютерных блоков питания ATX. Типовые и распространенные схемы компьютерных блоков питания ATX. На данном этапе подборка не полная и будет постоянно пополняться. Главная Полезные схемы Блоки питания Зарядные устройства Усилители Передатчики Детекторы Светильники Полезные мелочи Схемы заводской радиоаппаратуры Советы и ремонт Как проверить? Ремонт разной техники Обзоры Инструмент Измерительные устройства Программы Кит наборы Разное Авто Теория ru en. Как измерить коэффициент усиления транзистора по току? Ремонт USB зарядки на основе ШИМ HT Простой ремонт зарядки на ШИМ HT, подбор аналога и замена на THXH. Ремонт USB зарядного устройства от прикуривателя Ремонт китайского USB зарядного устройства от прикуривателя. Переделка БП на ШИМ ATA в зарядное устройство Нюансы переделки БП на ШИМ ATA в зарядное устройство. Новое в подборках схем. Cхемы компьютерных блоков питания ATX Небольшая подборка. Последние заметки о ремонте.

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА

Прибор для определения коэффициента усиления по току биполярных транзисторов. Разместил OLDBO 3 марта Как написать статью для журнала Датагор. Обучалка работе в редакторе сайта. Как получить полный доступ к статьям? Куда заливать видео и файлы? Что и как писать в комментариях? Задать вопрос Главному редактору. Проект основан в г. Автор идеи, владелец домена datagor. Усилители на транзисторах Начинающим. На определенном этапе постижения темы усилителестроения я понял, что от двухтактных схем усилителей невозможно добиться высокого качества воспроизведения без тщательного подбора транзисторов в пары. Двухтакт изначально предполагает некую степень симметрии плеч, а, следовательно, ставить транзисторы в макет усилителя стоит только после того, как стало известно, какие параметры имеют транзисторы, которые вы держите в руках. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам. Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа. R1 — Ом, 0,25 Вт; R2 — 1к2, 0,2 5Вт; R3 — Ом, 0,25 Вт; R4 — Ом, 0,25 Вт; R5 — 91 Ом, 0,25Вт; R6 — 51 Ом, 1 Вт; R7 — 33 Ом, 1 Вт; R8 — 51 Ом, 1 Вт — 2 шт. С1 — ,0 nF, В; С2 — 6х,0 uF, 25 В; C3 — 10,0 uF, 35 В; C4 — 22,0 uF, 35 В. Tr1 — трансформатор ТПК7 мощностью 19Вт, с напряжением вторичной обмотки 2х6Вх1,7А при последовательном соединении вторичных обмоток напряжение холостого хода порядка 14 Вольт ; F1 — предохранитель на мА Монтаж деталей на плате. Мне 58 лет, и в настоящий момент я могу сделать для себя руками то, что раньше не мог. Основное хобби — гитаростроение. Процесс сложный технологически и не быстрый в освоении. В поисках нужного звука интересуюсь изготовлением усилителей, ламповых и транзисторных. Пока доведен до ума только повторитель для наушников И. Уважаю людей, достигающих практических результатов и публикующих информацию для начинающих. При наработке полезных сведений обязуюсь сам писать статьи. Первая статья про бетник. Полный усилитель на микросхемах. Усилитель в режиме ИТУН Незабываемый кадр из незабываемого фильма. Сейчас Марти МакФлай вжарит!!! Учитывая пожелания трудящихся, в том числе монтеров—связистов, в генератор для проверки телефонных Прибор для проверки мощных IGBT и MOSFET транзисторов n-канал Простой прибор для подбора пар мощных транзисторов Предельно простое, но удобное устройство для подбора пар кремниевых транзисторов средней и большой Простой пробник-измеритель полевых JFET транзисторов Регулируемый стабилизатор напряжения с регулируемым оганичением выходного тока Простенькая относительно схемка, со средними параметрами, на основe транзисторoв с большим Микроконтроллерный регулятор мощности на Atmega На фото представлен действующий макет регулятора мощности, схема которого с небольшими Аналоги отечественных и зарубежных транзисторов. В настоящем справочнике приведены перечни различных Цитата С нами с Думаю что многим понравится. Несмотря на новое поколение современных цифровых приборов, не всегда есть с встроенной функцией подбора по усилению. Думаю, можно сделать проще, как именно, я уже писал здесь: Простой прибор для подбора пар мощных транзисторов. При измерениях кремниевых транзисторов можно обойтись без теплоотводов. С измерениями германиевых транзисторов возникают большие проблемы. Дело в том, что обратный ток коллектор-база у германия на несколько порядков выше, чем у кремния. А этот ток чрезвычайно влияет на правильность измерений. Вот именно поэтому приходилось читать, как ‘подбирали’ маломощные германиевые транзисторы с Вст , а то и На деле это транзисторы с завышенным обратным током т. У германия разогрев идет прямо на глазах и получить результат для мощных транзисторов сложно. Поэтому результаты измерений германиевых транзисторов очень и очень приблизительны, говорить о какой-то точности не приходится, значит и попытки получить эту точность подобными методами бессмыслены. Для германиевых транзисторов допущение равенства между отношением токов и отношением их приращения, работает плохо, если обратный ток коллектора у транзисторов разный. Не вижу смысла в многопозиционном переключателе, измерения по двум точкам обеспечивают достаточную на практике точность. Если всё же стоит задача получить максимально согласованные пары, то это лучше сделать в два этапа. Предварительный подбор подобным устройством, а окончательный с схеме со штатным напряжением питания и токами, лучше всего мостовым способом, измеряя сразу пару транзисторов и контролируя разность их токов. Выбор питания 12 В может вызвать проблемы из-за значительного увеличения тепловой мощности. Цитата С нами с 9. Восхищен изложением электронных процессов в книгах Р. Свореня читать было интересно как Ж. Германиевые транзисторы в банку с дисциллированной водой вместо радиатора. Спасибо, Александр, за такую грамотную, подробную статью. Это даже не статья, а целое исследование и практическая реализация. Много чего можно сказать Уважаю людей ‘до упора’ реализующих свой замысел — от идеи до воплощения. Уважаемые коллеги, спасибо за положительные оценки статьи. Изначально решил написать статью, чтобы коллеги не наступили на те ‘грабли’, на которые наступил я. Правда потом захватил азарт исследователя и я решил показать, что удивительным для меня образом те транзисторы, которые народ хвалит, имеют прямолинейные характеристики, а те, что часто ругает, кривые. На настоящий момент получены зависимости для наиболее востребованных типов германиевых транзисторов. Не знаю, надо показать их начинающим или нет. Недостатком схемы, указанным автором, является то, что транзисторы n-p-n оказываются включенными по схеме Дарлингтона, а транзисторы p-n-p — по схеме Шиклаи. С Дарлингтоном устройство работает корректнее, напряжение на референсном резисторе почти всегда одинаковое. С Шиклаи помимо того, что в измерения вмешивается ток базы испытуемого транзистора, схема работает менее стабильно. Прибор не учитывает токи утечек, но по измерениям похоже можно это примерно оценивать. Правда я еще в данном направлении не продвинулся. Другой особенностью схемы является то, что регулирование напряжения на референсном резисторе осуществляется импульсным образом, как обычное автоматическое регулирование. При попытке включить в цепь базы испытуемого транзистора реактивную нагрузку, например катушку чувствительного микроамперметра, возможны отклонения от нормальной работы. Именно поэтому я рекомендовал использовать обычные резистивные шунты и только в параллель им включал мультиметр. Самым неприятным является то, что в схеме отсутствует защита. При подключении транзистора p-n-p с закороченным К-Э переходом я дважды сжег TL Транзисторы нужно предварительно звонить. По указанным причинам однозначно прибор годится только для предварительного подбора в пары. В большинстве случаев, на мой взгляд, этого достаточно. Совершенно справедливо, что окончательный подбор пар возможен в реальной схеме, при реальном напряжении питания, на реальной нагрузке и реальной температуре. Девайс прост, как яблоко, и не содержит дефицитных деталей. Прибор универсален, им можно проверить маломощные транзисторы, транзисторы средней мощности и мощные транзисторы на наиболее ‘употребительных’ для этих изделий токах эмиттера. То есть нужно две точки, можно их выбрать из шкалы и измерить только в них. Прибор многое прощает, например, я неоднократно неверно включал транзисторы, перепутывал их структуру. Удобно расположение органов на панели. Удобно выбирать нужные отсчеты, нет опасности перегрузить транзистор, например, неосторожно выкрутив потенциометр. Ну и наконец, однажды сделанный прибор позволяет не паять каждый раз ‘сопли’. Из раздела ‘занимательное об известном’: Есть типы, у которых характеристика устойчиво вогнутая. И есть типы, у которых попадаются транзисторы с прямолинейной, выпуклой и вогнутой характеристикой. Похоже, не лишним будет это посмотреть и транзисторы выбирать полинейнее. Александр спасибо за проделанную работу, за терпение и целеустремленность в создании прибора и очень содержательный доклад. У вас есть чему поучиться. Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос. Вспоминаем закон Ома для участка цепи. Что получим, разделив напряжение на силу тока? Как подписаться на журнал? Обучалка работе в редакторе сайта Как получить полный доступ к статьям? Датагорский FTP-сервер Что и как писать в комментариях? Исключены из выдачи неосновные разделы. Главная страница Регистрация Новое на сайте Статистика. Использование материалов издания datagor. Купить радиодетали и киты почтой! Перейти на Датагорский форум. Паяльники, станции, жала с доставкой.

Схемы испытателей биполярных транзисторов

Беременность с месячными и отрицательным тестом форум

Правила угонавсе серии подряд

Как измерить коэффициент усиления транзистора по току?

Кинотеатр на бахрушина 5 звезд расписание

Что сделать из белой ткани своими руками

Коэффициент усиления транзистора

Административное право франции

Сонник пылесосить в чужой квартире

Лабораторная работа №1. — изучение схемы усилителя

С этим файлом связано 1 файл(ов). Среди них: Лабораторная №1. Исследования пассивных фильтров первого порядка. Показать все связанные файлы Подборка по базе: ИНД обучение._Адаптивный курс. Контрольные работы.docx, План работы театрального кружка «Улыбка».doc, Отчет лабораторной работы 3 (5 вариант). docx, 1с 8.8 лабораторные работы_removed (1).pdf, План воспитательной работы 1 В класса на 2022 – 2023 учебный год, план работы по антинаркона год 22-23.docx, Кузнецовская СОШ_Анализ работы юнармейского отряда.docx, План восп работы на 1 полугодие 2022-2023г.docx, Отчет по производственной практике с целью отработки навыков сам, План работы малозатратных форм на июнь Просек.docx Цель работы: Ознакомиться с основными типами усилительных каскадов на биполяр–ных транзисторах. Освоить основные этапы проектирования транзисторного усилительного каскада и методику измерения коэффициента усиления транзистора по току. Научиться снимать основные параметры усилительного каскада – входное и выходное сопротивления, АЧХ. Основные теоретические положения. Каскад с общим эмиттером имеет достаточно высокий коэффициент усиления (пропорциональный β), средние (приемлемые на практике) значения входного и выходного сопротивлений и поэтому широко используется в практической схемотехнике. Главная проблема, возникающая при его использовании – задание рабочей точки транзистора (синоним – смещение транзистора). Дело в том, что в эскизных схемах подразумевается, что ток IК может как увеличиваться, так и уменьшаться, то есть в отсутствие входного сигнала он должен иметь некоторое определённое значение, которое должно определять падение напряжения на резисторе RК и, следовательно, выходное напряжение каскада в отсутствие входного сигнала. Поскольку это выходное напряжение имеет минимальное значение, равное нулю (транзистор полностью открыт), а максимальное – EК (транзистор полностью закрыт), логично задать значение тока IК в отсутствие входного сигнала таким, чтобы выходное напряжение равнялось EК/2. В этом случае сопротивление резистора RК следует выбрать равным EК/(2IК0), где IК0 – значение коллекторного тока в отсутствие входного сигнала. Этот ток должен обеспечить ток базы IБ0= IК0/β. Классический способ создания такого тока в каскаде с общим эмиттером показан на рис. 1. Рис. 1. Схема усилительного каскада с ОЭ с заданием рабочей точки с помощью стабильного тока базы (а) и график, иллюстрирующий её работу (б) Ток базы задаётся резистором RБ, падение напряжения на котором равно URБ ≈ EК – 0,7В. При условии сопротивление резистора RБ можно оценить как При таком задании рабочей точки в отсутствие входного сигнала выходное напряжение равно EК/2, при положительном входном сигнале ток базы увеличивается и выходное напряжение уменьшается, при отрицательном – увеличивается (рис. 1). Таким образом, выходной сигнал содержит постоянную составляющую и обычно от неё избавляются, применяя разделительный конденсатор. Кроме того, вход каскада не должен быть соединён по постоянному току с источником входного сигнала, поэтому необходимо подключать входной сигнал ко входу каскада также через разделительный конденсатор. Альтернативный способ задания рабочей точки транзистора изображён на рис. 2. В этом способе используется задание постоянного напряжения на базе транзистора UБЭ, которое создаётся делителем напряжения на резисторах Rб1 – Rб2: Два описанных способа задания рабочей точки традиционно используются в любых устройствах на базе биполярного транзистора. Рис. 2. Схема усилительного каскада с ОЭ с заданием рабочей точки с помощью стабильного напряжения UБЭ Как коэффициент усиления каскада, так и его входное и выходное сопротивления зависят от индивидуальных параметров транзистора (β, r Б и rК). Более того, замена транзистора в рабочем усилительном каскаде влечёт за собой необходимость заново устанавливать рабочую точку. Этого можно избежать с помощью введения в каскад последовательной отрицательной обратной связи (ООС) по току (рис. 3). В этой схеме на вход транзистора (напряжение база- эмиттер) подаётся разность входного сигнала и падения напряжения на резисторе Rэ, которое пропорционально току IК. Коэффициент усиления каскада определяется уже не индивидуальными параметрами транзистора, а величинами сопротивлений резисторов, входящих в схему: KУ=RК/RЭ. Установку рабочей точки в схеме можно также обеспечить заданием тока базы при помощи резистора Rб, или с помощью напряжения на базе, которое задаётся делителем напряжения. Рис. 3. Схема усилительного каскада с ОЭ с последовательной ООС по току Согласно общим положениям теории систем с обратной связью, введение последовательной отрицательной обратной связи по току приводит к тому, что входное сопротивление усилительного каскада значительно увеличивается. Моделирование в САПР Microcap 1) Управление током коллектора с помощью тока базы Коллектор и база транзистора Q1 подключены к питанию (батарея V1) через резисторы R1 и R2 соответственно (рис. 1). Примем напряжение питания равным 15 Вольт: . Зададим коллекторный ток равным 1 мА (ток покоя). Напряжение на выходе в режиме покоя без входного сигнала (точка Out) должна соствлять половину питания: . Рис. 1. Общий вид схемы усилителя с общим эмиттером Найдем сопротивление R1. Так как на выходе необходимо получить 7.5 В, а напряжение питания равняется 15 В, то падение напряжения на резисторе R1 равно: Сопротивление R1 можно рассчитать по закону Ома: Далее необходимо рассчитать сопротивление резистора базы. Так как падение напряжения на переходе База-Эмиттер равняется 0.6В, то падение напряжения на резисторе R2 должно составлять: Ток коллектора связан с током базы через безразмерный коэффициент усиления по току β: , Для модели транзистора 2N2222 примем коэффициент Далее находим ток базы: Следовательно, теперь мы можем рассчитать сопротивление резистора R2: Перенесём полученные значения в схему Рис. 2. схема с полученными значениями Измерим напряжение на элементах (режим анализа Dynamic DC): Рис.3. Результаты анализа Как видно из результатов анализа, значение напряжения в точке out на выходе схемы отличается от расчетного значения вследствие нестабильности коэффициента усиления , который мы использовали при расчётах. 2) Управление током коллектора с помощью напряжения на базе Дополним предыдущую схему делителем напряжения (резисторы R1 и R2) в цепи базы и эмиттерным сопротивлением R4: Рис.4. Усилитель с общим эмиттером с делителем напряжения в цепи базы Напряжение источника питания U1, как и в предыдущем случае, равно 15В, ток колектора задаем равным 1 мА, напрчяжение на выходе в режиме покоя R3=7.5кОм, R2 для удобства расчёта делителя напряжения зададим равным 10кОм, R4 возьмём равным 1кОм. Делая допущение о равенстве тока эмиттера и коллектора, IК≈IЭ, можем найти падение напряжение на резисторе R4: Рассчитаем сопротивление R1. Падение напряжения на pn-переходе база-коллектор В. Следовательно, падение напряжения на резисторе R2 (другими словами, на базе транзистора) можно найти следующим образом: . Дальнейший расчет можно проводить, используя формулу расчёта делителя напряжения. отсюда Рис.5. Делитель напряжения в цепи базы Рассчитаем коэффициент усиления по напряжению: Подставим полученные значения в схему. Рис.6. Схема с рассчитанными значениями Измерим напряжение на элементах (режим анализа Dynamic DC): Рис.7. Результаты анализа Все напряжения примерно соответствуют расчетным данным. Далее необходимо проверить работу собранного усилителя в режиме усиления малых входных сигналов. Для этого добавляем в цепь базы развязывающий конденсатор C1 емкостью в 1 мкФ (который служит в качестве фильтра верхних частот, пропуская только переменную составляющую сигнала и отсекая постоянную составляющую, которую мы не хотим усиливать) и источник синусоидального сигнала (для источника задаём следующие параметры: частота 1кГц и амплитуда 500 мВ). Собираем схему с учетом новых компонентов: Рис.8. Схема с подключенным источником сигнала Далее запустим анализ переходных процессов, в параметрах задаем нужный временной диапазон (примерно 10 периодов входного сигнала) и шаг по времени (в 1000 раз меньше временного диапазона), смотрим изменение напряжения в точке out (на выходе схемы, выходной сигнал снимается с коллектора): Рис.9. Результаты анализа переходных процессов Как видно по графику происходит инвертирование сигнала, а также усиление амплитуды входного сигнала с 0,5 В до примерно 12,2 В, коэффициент усиления по напряжению равен примерно 7,5, что совпадает с расчетными данными. Оценка работы биполярного транзистора. Для расчета схем с транзисторами необходимо знать их характеристики. Выходные характеристики биполярного транзистора при схеме включения с общим эмиттером представляют собой зависимости силы тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при различных постоянных значениях тока базы Выходная характеристика для iб=0 похожа на обратную ветвь вольтамперной характеристики полупроводникового диода. Чем больше сила тока базы, тем выше расположена выходная характеристика. Активная область на семействе выходных характеристик транзистора ограничена максимально допустимым током коллектора, максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер, гиперболой максимально допустимой мощности рассеяния и неуправляемым током коллектора (ток коллектора при iб=0). Для уменьшения нелинейных искажений рабочую область ограничивают также слева Характеристики транзисторов, как и всех полупроводниковых элементов, очень сильно зависит от температуры. При увеличении температуры сопротивление полупроводников уменьшается и токи в них увеличиваются. Поэтому семейство выходных характеристик при увеличении температуры смещается вверх . Рис.10. График семейства выходных характеристик транзистора Выходная характеристика для транзистора, используемого в работе (указать, какого) Проверка схемы с помощью осциллографа. Рис.11. График входных и выходных характеристик транзистора Из рисунка выше видно, что сигнал инвертирован и его входная амплитуда равна 849 мВ, а выходная 5,942 Вольта. Коэффициент усиления: Коэффициент с учетом погрешности приборов верен. Порядок выполнения лабораторной работы Получить у преподавателя задание – марку транзистора, входящего в состав усилительного каскада, рабочее значение тока коллектора IК0, напряжение источника питания ЕПИТ, нижнюю граничную частоту каскада fН. Измерить величины β используемого транзистора (с помощью мультиметра). Рассчитать и собрать схему усилительного каскада (для двух схем – с заданием тока базы, затем с заданием напряжения). Включить питание и удостовериться, что смещение установлено правильно и в отсутствие входного сигнала на транзисторе падает половина напряжения источника питания. Если это необходимо, подрегулировать значение падения напряжения на транзисторе, изменяя сопротивление резистора базы RБ. Выбрать входной синусоидальный сигнал с частотой в диапазоне 1 кГц … 10 кГц, и амплитудой не более 2 В. Подключить входной сигнал к входу усилительного каскада через разделительный конденсатор, ёмкость которого выбрать надлежащим способом. С помощью осциллографа убедиться, что сигнал усиливается без значительных нелинейных искажений. Если искажение заметны, уменьшить амплитуду входного сигнала и далее при измерениях использовать именно эту амплитуду входного сигнала. Измерить амплитуду (или действующее значение) выходного сигнала с помощью осциллографа либо с помощью вольтметра переменного тока. Убедиться, что увеличение частоты входного сигнала в 2…3 раза не приводит к изменению амплитуды выходного сигнала. Измерив амплитуду (действующее значение) входного переменного то IВХ, вычислить входное сопротивление каскада как отношение величины входного напряжения к величине входного тока: RВХ ≈ UВХ\IВХ. Снять АЧХ усилительного каскада. Определить по ней верхнюю и нижнюю граничные частоты каскада fН и fВ. Содержание отчёта Отчет должен содержать: Протокол проведенной лабораторной работы со всеми данными и графиками, подписанный преподавателем. Теоретическую часть с описанием исследуемых каскадов, необходимыми теоретическими расчётами, моделированием в САПР MicroCap. Задание на лабораторную работу – тип усилительного каскада, марку транзистора, входящего в его состав, рабочее значение тока коллектора, напряжение источника питания, нижнюю граничную частоту каскада. Схемы разработанного усилительного каскада с вычисленными номиналами элементов. Измеренные значения всех напряжений на транзисторе. Таблицу измерений и график АЧХ усилительного каскада. Задание на виртуальную работу: NPN-транзисторы № вар. Транзистор Ток покоя Напряжение питания 1 2N2222 1 мА +5 В 2 2N3904 2 мА + 12 В 3 2N3946 3 мА +15 В 4 2N4264 4 мА +5 В 5 2N5089 5 мА + 12 В 6 BC817 6 мА +15 В 7 BC846 7 мА +15 В 8 BC847A 8 мА +16 В 9 BD135 9 мА +18 В 10 BD139 10 мА +20 В PNP-транзисторы № вар. Транзистор Ток покоя Напряжение питания 1 2N3906 1 мА -5 В 2 2N2907 2 мА -12 В 3 2N3496 3 мА -15 В 4 BC178A 4 мА -5 В 5 BC307A 5 мА -12 В 6 BC309A 6 мА -15 В 7 BC416 7 мА -15 В 8 BC557 8 мА -16 В 9 BC857C 9 мА -18 В 10 BD140 10 мА -20 В Частота входного сигнала – номер в списке группы, у первого 1 кГц, у второго 2 кГц и так далее. Обработка результатов эксперимента(вариант 1). Задание : Частота входного сигнала = 1кГц . NPN-транзисторы № вар. Транзистор Ток покоя Напряжение питания 1 2N2222 1 мА +5 В Напряжение питания равным 5 Вольт . Зададим коллекторный ток равным 1 мА (ток покоя). Напряжение на выходе в режиме покоя без входного сигнала (точка Out) должна соствлять половину питания: . Рис. 12. Общий вид схемы усилителя с общим эмиттером Найдем сопротивление R1. Так как на выходе необходимо получить 2.5 В, а напряжение питания равняется 5 В, то падение напряжения на резисторе R1 равно: Сопротивление R1 можно рассчитать по закону Ома: Далее необходимо рассчитать сопротивление резистора базы. Так как падение напряжения на переходе База-Эмиттер равняется 0.6В, то падение напряжения на резисторе R2 должно составлять: Ток коллектора связан с током базы через безразмерный коэффициент усиления по току β: , Для модели транзистора 2N2222 примем коэффициент Далее находим ток базы: Следовательно, теперь мы можем рассчитать сопротивление резистора R2: Перенесём полученные значения в схему : Рис.13.Схема с полученными значениями Измерим напряжение на элементах (режим анализа Dynamic DC): Рис.14. Результаты анализа Как видно из результатов анализа, значение напряжения в точке out на выходе схемы отличается от расчетного значения вследствие нестабильности коэффициента усиления , который мы использовали при расчётах. 2) Управление током коллектора с помощью напряжения на базе Дополним предыдущую схему делителем напряжения (резисторы R1 и R2) в цепи базы и эмиттерным сопротивлением R4: Рис. 15. Усилитель с общим эмиттером с делителем напряжения в цепи базы Напряжение источника питания U1, как и в предыдущем случае, равно 5В, ток колектора задаем равным 1 мА, напрчяжение на выходе в режиме покоя R3=2.5кОм, R2 для удобства расчёта делителя напряжения зададим равным 10кОм, R4 возьмём равным 1кОм. Делая допущение о равенстве тока эмиттера и коллектора, IК≈IЭ, можем найти падение напряжение на резисторе R4: Рассчитаем сопротивление R1. Падение напряжения на pn-переходе база-коллектор В. Следовательно, падение напряжения на резисторе R2 (другими словами, на базе транзистора) можно найти следующим образом: . Дальнейший расчет можно проводить, используя формулу расчёта делителя напряжения. отсюда Рис.16. Делитель напряжения в цепи базы Рассчитаем коэффициент усиления по напряжению: Подставим полученные значения в схему. Рис.17. Схема с рассчитанными значениями Измерим напряжение на элементах (режим анализа Dynamic DC): Рис.18. Результаты анализа Все напряжения примерно соответствуют расчетным данным. Далее необходимо проверить работу собранного усилителя в режиме усиления малых входных сигналов. Для этого добавляем в цепь базы развязывающий конденсатор C1 емкостью в 1 мкФ (который служит в качестве фильтра верхних частот, пропуская только переменную составляющую сигнала и отсекая постоянную составляющую, которую мы не хотим усиливать) и источник синусоидального сигнала (для источника задаём следующие параметры: частота 1кГц и амплитуда 500 мВ). Собираем схему с учетом новых компонентов: Рис.19. Схема с подключенным источником сигнала Далее запустим анализ переходных процессов, в параметрах задаем нужный временной диапазон (примерно 10 периодов входного сигнала) и шаг по времени (в 1000 раз меньше временного диапазона), смотрим изменение напряжения в точке out (на выходе схемы, выходной сигнал снимается с коллектора): Рис. 20.а. Результаты анализа переходных процессов(вх сигнал) Рис.20.б. Результаты анализа переходных процессов Рис.20.в. Результаты анализа переходных процессов Как видно по графику происходит инвертирование сигнала, а также усиление амплитуды входного сигнала с 0,5 В до примерно 3,92В, коэффициент усиления по напряжению равен примерно 2,5, что совпадает с расчетными данными. Рис.21. Результаты анализа(ток и напряжение) PNP-транзисторы № вар. Транзистор Ток покоя Напряжение питания 1 2N3906 1 мА -5 В Напряжение питания равным -5 Вольт . Зададим коллекторный ток равным 1 мА (ток покоя). Напряжение на выходе в режиме покоя без входного сигнала (точка Out) должна соствлять половину питания: . Найдем сопротивление R1. Так как на выходе необходимо получить — 2.5 В, а напряжение питания равняется -5 В, то падение напряжения на резисторе R1 равно: Сопротивление R1 можно рассчитать по закону Ома: Далее необходимо рассчитать сопротивление резистора базы. Так как падение напряжения на переходе База-Эмиттер равняется 0.6В, то падение напряжения на резисторе R2 должно составлять: Ток коллектора связан с током базы через безразмерный коэффициент усиления по току β: , Для модели транзистора 2N3906 примем коэффициент Далее находим ток базы: Следовательно, теперь мы можем рассчитать сопротивление резистора R2: Рис.22. Результаты анализа 2) Управление током коллектора с помощью напряжения на базе Дополним предыдущую схему делителем напряжения (резисторы R1 и R2) в цепи базы и эмиттерным сопротивлением R4: Рис. 23. Усилитель с общим эмиттером с делителем напряжения в цепи базы Напряжение источника питания U1, как и в предыдущем случае, равно 5В, ток колектора задаем равным 1 мА, напрчяжение на выходе в режиме покоя R3=2.5кОм, R2 для удобства расчёта делителя напряжения зададим равным 10кОм, R4 возьмём равным 1кОм. Делая допущение о равенстве тока эмиттера и коллектора, IК≈IЭ, можем найти падение напряжение на резисторе R4: Рассчитаем сопротивление R1. Падение напряжения на pn-переходе база-коллектор В. Следовательно, падение напряжения на резисторе R2 (другими словами, на базе транзистора) можно найти следующим образом: . Дальнейший расчет можно проводить, используя формулу расчёта делителя напряжения. отсюда Рис.24. Результаты анализа Все напряжения примерно соответствуют расчетным данным. Далее необходимо проверить работу собранного усилителя в режиме усиления малых входных сигналов. Для этого добавляем в цепь базы развязывающий конденсатор C1 емкостью в 1 мкФ (который служит в качестве фильтра верхних частот, пропуская только переменную составляющую сигнала и отсекая постоянную составляющую, которую мы не хотим усиливать) и источник синусоидального сигнала (для источника задаём следующие параметры: частота 1кГц и амплитуда 500 мВ). Собираем схему с учетом новых компонентов: Рис.25. Схема с подключенным источником сигнала Рис.26.а. Результаты анализа переходных процессов(вх сигнал) Рис.26.б. Результаты анализа переходных процессов(вых сигнал) Рис.26.в. Результаты анализа переходных процессов(вх и вых сигнал) Вывод:

Тестирование транзисторов — биполярные транзисторы

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Существует несколько различных способов проверки транзисторов. Их можно проверить, находясь в цепи, упомянутым методом замены или с помощью тестера транзисторов или омметра.

Транзисторные тестеры — это не что иное, как твердотельный эквивалент электронных ламповых тестеров (хотя они работают по другому принципу). С помощью большинства тестеров транзисторов можно проверить транзистор в цепи или вне ее.

При практическом поиске и устранении неисправностей для транзисторов необходимы четыре основных теста: усиление, утечка, пробой и время переключения. Однако для технического обслуживания и ремонта обычно достаточно проверки двух или трех параметров, чтобы определить, нуждается ли транзистор в замене.

Поскольку охватить все различные типы тестеров транзисторов нецелесообразно и поскольку каждый тестер поставляется со своим собственным руководством по эксплуатации, мы перейдем к тому, что вы будете использовать чаще всего для тестирования транзисторов – омметру.

С помощью омметра можно выполнить два теста: коэффициент усиления и сопротивление перехода. Тесты сопротивления перехода транзистора выявят утечку, короткое замыкание и обрыв.

ПРОВЕРКА УСИЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА .– Базовую проверку усиления транзистора можно выполнить с помощью омметра и простой контрольной схемы. Тестовую схему можно составить всего из пары резисторов и переключателя, как показано на рисунке ниже. Принцип теста заключается в том, что в транзисторе между эмиттером и коллектором будет протекать небольшой ток или вообще не будет течь, пока переход эмиттер-база не будет смещен в прямом направлении. Единственная предосторожность, которую вы должны соблюдать, связана с омметром. В счетчике можно использовать любую внутреннюю батарею при условии, что она не превышает максимальное напряжение пробоя коллектор-эмиттер.

Когда переключатель на рисунке ниже находится в разомкнутом положении, как показано, на базу PNP-транзистора не подается напряжение, и переход эмиттер-база не смещен в прямом направлении. Следовательно, омметр должен показывать высокое сопротивление, как указано на измерителе. Когда ключ замкнут, цепь эмиттер-база смещена в прямом направлении напряжением на резисторах R1 и R2. Теперь ток течет в цепи эмиттер-коллектор, что вызывает более низкие показания сопротивления на омметре. Отношение сопротивлений 10 к 1 в этом тесте между показаниями измерителя указывает на нормальное усиление для транзистора звуковой частоты.

Чтобы проверить NPN-транзистор с помощью этой схемы, просто поменяйте местами выводы омметра и выполните процедуру, описанную ранее.

КОНТРОЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕХОДА ТРАНЗИСТОРА .– Омметр можно использовать для проверки транзистора на утечку (нежелательное протекание тока) путем измерения прямого и обратного сопротивлений база-эмиттер, база-коллектор и коллектор-эмиттер.

Для простоты представьте тестируемый транзистор на каждом изображении на рисунке ниже как два диода, соединенных встречно-параллельно. Следовательно, каждый диод будет иметь низкое прямое сопротивление и высокое обратное сопротивление. Измерив эти сопротивления омметром, как показано на рисунке, можно определить, протекает ли ток транзистора через его переходы. При выполнении этих измерений избегайте использования шкалы R 1 на измерителе или измерителе с высоким напряжением внутренней батареи. Любое из этих условий может повредить маломощный транзистор.

Теперь рассмотрим возможные проблемы с транзистором, которые могут возникнуть, если указанные на рисунке выше показания не будут получены. Список этих проблем представлен в таблице ниже.

ПОКАЗАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ		ПРОБЛЕМЫ
ВПЕРЕД	НАЗАД	Транзистор:
НИЗКИЙ (НЕ ЗАКОРАЧЕН)	НИЗКИЙ (НЕ ЗАКОРАЧЕН)	УТЕЧКА
НИЗКИЙ (КОРОТКИЙ)	НИЗКИЙ (КОРОТКИЙ)	КОРОТКИЙ
ВЫСОКИЙ	ВЫСОКИЙ	ОТКРЫТ*
*Кроме испытания коллектор-эмиттер.

К настоящему времени вы должны признать, что транзистор, используемый на рисунке выше, является транзистором PNP. Если вы хотите проверить NPN-транзистор на утечку, процедура идентична той, что используется для проверки PNP-транзистора, за исключением того, что полученные показания меняются местами.

При проверке транзисторов (PNP или NPN) следует помнить, что реальные значения сопротивления зависят от шкалы омметра и напряжения аккумулятора. Типичные прямое и обратное сопротивления незначительны. Лучшим индикатором того, хороший транзистор или плохой, является отношение прямого сопротивления к обратному. Если транзистор, который вы тестируете, показывает коэффициент не менее 30 к 1, вероятно, он исправен. Многие транзисторы имеют отношение 100 к 1 или больше.

Значения усиления транзистора

Я разрабатываю схему транзисторного переключателя.

Хорошо, тогда это означает, что мы будем работать с NPN в режиме насыщения .

Почему не в активном режиме?

Поскольку нам нужен переключатель , в активном режиме транзистор действует не как переключатель, а скорее как источник переменного тока.

В активном режиме мы используем высокий коэффициент усиления по току транзистора \$\beta = \frac {I_c}{I_b}\$. Тогда это означает, что \$I_b\$ контролирует \$I_c\$. Но мы не хотим «управление», мы хотим переключатель так: вкл/выкл вот и все.

Вот тут-то и появляется режим насыщения . В режиме насыщения мы просто делаем \$I_b\$ настолько большим, что \$I_c = \beta * I_b\$ становится намного больше , чем фактическое \$I_c\$, которое течет.

Что же тогда определяет \$I_c\$? В режиме насыщения я имею в виду.

\$I_c\$ в режиме насыщения определяется нагрузкой . Ваша нагрузка требует 30 мА, поэтому нам нужно убедиться, что мы подаем достаточно \$I_b\$ на транзистор, чтобы 30 мА могли легко течь.

В активном режиме для создания потока 30 мА при \$\beta\$ = 100 нам потребуется \$I_b\$ = 0,3 мА. Но, как я упоминал выше, чтобы убедиться, что мы находимся в режиме насыщения, нам нужно применить гораздо более высокое значение \$I_b\$!

Насколько больше, ну это выбор, в техпаспорте PDTC123J, цифра 7 они выбрали \$\frac {I_c}{I_b}\$ = 20. Я подчеркиваю выбрал потому что это выбор , они также могли бы выбрать \$\frac {I_c}{I_b}\$ = 30. Пока значение равно значительно меньше , чем \$\beta\$ (что составляет 100 или более раз для этого транзистора), транзистор будет находиться в режиме насыщения.

Итак, для вашей нагрузки 30 мА и выбора \$\frac {I_c}{I_b}\$ = 20 это будет означать, что вам нужно сделать

\$I_b = \frac{I_c}{20}\$ = 30 мА / 20 = 1,5 мА

Если бы вы выбрали \$\frac {I_c}{I_b}\$ = 30, тогда вам потребовалось бы \$I_b\$ = 1 мА, и транзистор был бы немного менее глубоко в насыщении . Это означало бы, что при включении транзистора падение напряжения будет немного больше.

Редактировать

Вы спрашивали о рисунке 6, на котором показано усиление постоянного тока в зависимости от тока коллектора ток коллектора. Для вашего приложения мы знаем, что ток коллектора составляет 30 мА. Из рисунка 6 видно, что \$\beta\$ (на графике показано \$h_{fe}\$, которое является просто другим именем для \$\beta\$) всегда больше, чем примерно 150.