Схема включения биполярного транзистора. Схемы включения биполярного транзистора: принципы работы и применение

Какие существуют основные схемы включения биполярного транзистора. Как работают схемы с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором. В каких режимах может работать биполярный транзистор. Где применяются различные схемы включения биполярных транзисторов.

Основные схемы включения биполярного транзистора

Биполярный транзистор имеет три вывода — эмиттер, базу и коллектор. В зависимости от того, какой из этих выводов является общим для входной и выходной цепей, различают три основные схемы включения биполярного транзистора:

• С общим эмиттером (ОЭ)
• С общей базой (ОБ)
• С общим коллектором (ОК)

Каждая из этих схем имеет свои особенности и области применения. Рассмотрим подробнее принципы работы и характеристики каждой схемы включения.

Схема с общим эмиттером

Схема с общим эмиттером является наиболее распространенной. В этой схеме эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей. Входной сигнал подается между базой и эмиттером, а выходной снимается между коллектором и эмиттером.

Основные особенности схемы с ОЭ:

• Обеспечивает усиление как по току, так и по напряжению
• Имеет среднее входное сопротивление (единицы — десятки кОм)
• Обеспечивает сдвиг фазы выходного сигнала на 180° относительно входного
• Имеет наибольший коэффициент усиления по мощности среди всех схем включения

Схема с ОЭ широко применяется в усилителях низкой и высокой частоты, генераторах, импульсных схемах.

Схема с общей базой

В схеме с общей базой входной сигнал подается между эмиттером и базой, а выходной снимается между коллектором и базой. База является общим электродом.

Ключевые характеристики схемы с ОБ:

• Обеспечивает усиление по напряжению, но ослабление по току
• Имеет очень низкое входное сопротивление (единицы — десятки Ом)
• Не инвертирует сигнал (нет сдвига фазы между входом и выходом)
• Обладает хорошими частотными свойствами

Схема с ОБ применяется в высокочастотных усилителях, преобразователях частоты, генераторах СВЧ-диапазона.

Схема с общим коллектором

В схеме с общим коллектором входной сигнал подается между базой и коллектором, а выходной снимается между эмиттером и коллектором. Коллектор является общим электродом для входа и выхода.

Основные свойства схемы с ОК:

• Обеспечивает усиление по току, но не усиливает по напряжению
• Имеет очень высокое входное сопротивление (сотни кОм — единицы МОм)
• Не инвертирует сигнал
• Обладает низким выходным сопротивлением

Схема с ОК часто используется в качестве эмиттерного повторителя для согласования высокоомного источника сигнала с низкоомной нагрузкой.

Режимы работы биполярного транзистора

В зависимости от напряжений на переходах транзистора различают следующие основные режимы его работы:

• Активный режим
• Режим насыщения
• Режим отсечки
• Инверсный активный режим

В активном режиме эмиттерный переход транзистора смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. Это основной режим работы транзистора в усилительных схемах.

В режиме насыщения оба перехода транзистора смещены в прямом направлении. Этот режим используется в ключевых схемах.

В режиме отсечки оба перехода транзистора закрыты. Транзистор в этом режиме не проводит ток.

Инверсный активный режим используется редко. В нем коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный — в обратном.

Применение различных схем включения биполярных транзисторов

Выбор схемы включения транзистора зависит от конкретной задачи и требуемых параметров устройства. Основные области применения:

• Схема с ОЭ — универсальные усилители, генераторы
• Схема с ОБ — высокочастотные усилители, преобразователи частоты
• Схема с ОК — согласующие каскады, эмиттерные повторители

При проектировании электронных устройств важно учитывать особенности каждой схемы включения и правильно выбирать режим работы транзистора для обеспечения оптимальных характеристик.

Как выбрать оптимальную схему включения транзистора?

При выборе схемы включения биполярного транзистора следует учитывать следующие факторы:

• Требуемый коэффициент усиления
• Входное и выходное сопротивление
• Частотный диапазон работы
• Необходимость инверсии сигнала
• Тип нагрузки

Для большинства низкочастотных усилительных каскадов оптимальным выбором будет схема с общим эмиттером, обеспечивающая хороший компромисс между усилением и входным сопротивлением.

Схему с общей базой стоит применять в высокочастотных устройствах, где важна стабильность работы на высоких частотах.

Схема с общим коллектором подойдет для согласования источника сигнала с низкоомной нагрузкой без усиления по напряжению.

Особенности работы транзистора в ключевом режиме

В ключевых схемах транзистор работает в режимах насыщения и отсечки. Основные особенности:

• В режиме насыщения транзистор полностью открыт и имеет минимальное сопротивление
• В режиме отсечки транзистор закрыт и имеет очень большое сопротивление
• Переход между режимами происходит очень быстро
• Мощность рассеяния на транзисторе минимальна в обоих крайних состояниях

Ключевой режим широко применяется в цифровых схемах, импульсных источниках питания, схемах управления мощной нагрузкой.

Влияние температуры на работу биполярного транзистора

Температура оказывает существенное влияние на характеристики биполярного транзистора:

• С ростом температуры увеличивается обратный ток коллекторного перехода
• Уменьшается напряжение база-эмиттер при фиксированном токе
• Изменяется коэффициент усиления по току
• Снижается максимально допустимая рассеиваемая мощность

Для стабильной работы транзисторных схем применяют температурную стабилизацию режима, например, с помощью отрицательной обратной связи по постоянному току.

Схемы включения биполярного транзистора

В большинстве электрических схем транзистор используется в качестве четырехполюсника, то есть устройства, имеющего два входных и два выходных вывода. Очевидно, что, поскольку транзистор имеет только три вывода, для его использования в качестве четырехполюсника необходимо один из выводов транзистора сделать общим для входной и выходной цепей. Соответственно различают три схемы включения транзистора: схемы 

с общейбазой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором(ОК). На рис. 3.3 показаны полярности напряжений между электродами и направления токов, соответствующие активному режиму в указанных схемах включения транзистора. Следует отметить, что токи транзистора обозначаются одним индексом, соответствующим названию электрода, во внешней цепи которого протекает данный ток, а напряжения между электродами обозначаются двумя индексами, причем вторым указывается индекс, соответствующий названию общего электрода (см. рис. 3.3).

В схеме с общей базой (см. рис. 3.3,а) входной цепью является цепь эмиттера, а выходной — цепь коллектора. Схема ОБ наиболее проста для анализа, поскольку в ней каждое из внешних напряжений прикладывается к конкретному переходу: напряжение 

u_ЭБ прикладывается к эмиттерному переходу, а напряжение u_КБ — к коллекторному. Следует заметить, что падениями напряжений на областях эмиттера, базы и коллектора можно в первом приближении пренебречь, поскольку сопротивления этих областей значительно меньше сопротивлений переходов. Нетрудно убедиться, что приведенные на рисунке полярности напряжений (u_ЭБ<0; u_КБ>0) обеспечивают открытое состояние эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода, что соответствует активному режиму работы транзистора. 

В схеме с общим эмиттером (см. рис. 3.3,б) входной цепью является цепь базы, а выходной — цепь коллектора. В схеме ОЭ напряжение u_БЭ>0 прикладывается непосредственно к эмиттерному переходу и отпирает его. Напряжение 

u_КЭ распределяется между обоими переходами: u_КЭ = u_КБ + u_БЭ . Для того, чтобы коллекторный переход был закрыт, необходимо u_КБ = u_КЭ – u_БЭ > 0 , что обеспечивается при u_КЭ > u_БЭ > 0.

В схеме с общим коллектором (см. рис.3.3,в) входной цепью является цепь базы, а выходной — цепь эмиттера.

Рассмотрим в первом приближении физические процессы, протекающие в транзисторе в активном режиме, и постараемся оценить, каким образом эти процессы позволяют усиливать электрические сигналы.

Для простоты анализ а будем использовать плоскую одномерную модель транзистора, представленную на рис.

3.4. Эта модель предполагает, что p-n- переходы транзистора являются плоскими, и все физические величины в структуре, в частности, концентрации носителей заряда, зависят только от одной продольной координаты x , что соответствует бесконечным поперечным размерам структуры. С учетом того, что в реальной структуре транзистора (см. рис. 3.1) ширина базы значительно меньше поперечных размеров переходов, плоская одномерная модель достаточно хорошо отражает процессы, протекающие в транзисторе. Рассмотрим вначале статическую ситуацию, при которой на переходы транзистора от внешних источников питания подаются постоянные напряжения u_ЭБ и u_КБ — см. рис. 3.4. Заметим, что приведенный на рисунке транзистор включен по схеме с общей базой. Напряжения u_ЭБ <0 и u_КБ >0 обеспечивают открытое состояние эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода, что соответствует активному режиму работы транзистора. Через открытый эмиттерный переход протекают основные носители заряда. Как уже отмечалось в п. 3.1, из-за резкой асимметрии эмиттерного перехода инжекцию через него можно считать односторонней, то есть достаточно рассматривать только поток электронов, инжектируемых из эмиттера в базу — см. рис. 3.4. Этот поток очень сильно зависит от напряжения на эмиттерном переходе u_ЭБ, экспоненциально возрастая с увеличением ч u_ЭБч . Инжектированные в базу электроны оказываются в ней избыточными (неравновесными) неосновными носителями заряда. Вследствие диффузии они движутся через базу к коллекторному переходу, частично рекомбинируя с основными носителями — дырками. Достигнувшие коллекторного перехода электроны экстрагируются полем закрытого коллекторного перехода в коллектор. В связи с тем, что в коллекторном переходе отсутствует потенциальный барьер для электронов, движущихся из базы в коллектор, этот поток в первом приближении не зависит от напряжения на коллекторном переходе u_КБ. Таким образом, в активном режиме всю структуру транзистора от эмиттера до коллектора пронизывает сквозной поток электронов, создающий во внешних цепях эмиттера и коллектора токи i_Э и i_К , направленные навстречу движению электронов. Важно подчеркнуть, что этот поток электронов и, соответственно, ток коллектора i_К, являющийся выходным током транзистора, очень эффективно управляются входным напряжением u_ЭБ и не зависят от выходного напряжения u_КБ. Эффективное управление выходным током с помощью входного напряжения составляет основу принципа работы биполярного транзистора и позволяет использовать транзистор для усиления электрических сигналов.

  Схема простейшего усилительного каскада на т ранзисторе, включенном по схеме ОБ, приведена на рис. 3.5. По сравнению со схемой, приведенной на рис. 3.4, в эмиттерную цепь введен источник переменного напряжения u_ЭБ- , а в коллекторную цепь включен нагрузочный резистор R_К. Переменное напряжение u_ЭБ- наряду с напряжением, подаваемым от источника питания, воздействует на сквозной поток электронов, движущихся из эмиттера в коллектор. В результате этого воздействия коллекторный ток приобретает переменную составляющую i_К– , которая благодаря очень высокой эффективности управления может быть значительной даже при очень маленькой величине u_ЭБ- . При протекании тока коллектора через нагрузочный резистор на нем выделяется напряжение, также имеющее переменную составляющую u_КБ- = i_К– R_К. Это выходное переменное напряжение при достаточно большом сопротивлении R_Кможет значительно превосходить величину входного переменного напряжения u_ЭБ- (u_КБ- >>u_ЭБ- ). Таким образом, транзистор, включенный по схеме ОБ, усиливает электрические сигналы по напряжению. Что касается усиления по току, то рассмотренная схема его не обеспечивает, поскольку входной и выходной токи примерно равны друг другу ( i_Э » i_К ).

схемы включения. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером

Одним из типов трехэлектродных полупроводниковых приборов являются биполярные транзисторы. Схемы включения зависят от того, какая у них проводимость (дырочная или электронная) и выполняемые функции.

Классификация

Транзисторы разделяют на группы:

1. По материалам: чаще всего используются арсенид галлия и кремний.
2. По частоте сигнала: низкая (до 3 МГц), средняя (до 30 МГц), высокая (до 300 МГц), сверхвысокая (выше 300 МГц).
3. По максимальной мощности рассеивания: до 0,3 Вт, до 3 Вт, более 3 Вт.
4. По типу устройства: три соединенных слоя полупроводника с поочередным изменением прямого и обратного способов примесной проводимости.

Как работают транзисторы?

Наружные и внутренний слои транзистора соединены с подводящими электродами, называемыми соответственно эмиттером, коллектором и базой.

Эмиттер и коллектор не отличаются друг от друга типами проводимости, но степень легирования примесями у последнего значительно ниже. За счет этого обеспечивается увеличение допустимого выходного напряжения.

База, являющаяся средним слоем, обладает большим сопротивлением, поскольку сделана из полупроводника со слабым легированием. Она имеет значительную площадь контакта с коллектором, что улучшает отвод тепла, выделяющегося из-за обратного смещения перехода, а также облегчает прохождение неосновных носителей – электронов. Несмотря на то что переходные слои основаны на одном принципе, транзистор является несимметричным устройством. При перемене мест крайних слоев с одинаковой проводимостью невозможно получить аналогичные параметры полупроводникового устройства.

Схемы включения биполярных транзисторов способны поддерживать его в двух состояниях: он может быть открытым или закрытым. В активном режиме, когда транзистор открыт, эмиттерное смещение перехода сделано в прямом направлении. Чтобы наглядно это рассмотреть, например, на полупроводниковом триоде типа n-p-n, на него следует подать напряжение от источников, как изображено на рисунке ниже.

Граница на втором коллекторном переходе при этом закрыта, и через нее ток протекать не должен. Но на практике происходит обратное из-за близкого расположения переходов друг к другу и их взаимного влияния. Поскольку к эмиттеру подключен «минус» батареи, открытый переход позволяет электронам поступать в зону базы, где происходит их частичная рекомбинация с дырками – основными носителями. Образуется базовый ток I_б. Чем он сильней, тем пропорционально больше ток на выходе. На этом принципе работают усилители на биполярных транзисторах.

Через базу происходит исключительно диффузионное перемещение электронов, поскольку там нет действия электрического поля. Благодаря незначительной толщине слоя (микроны) и большой величине градиента концентрации отрицательно заряженных частиц, почти все из них попадают в область коллектора, хотя сопротивление базы достаточно велико. Там их втягивает электрическое поле перехода, способствующее их активному переносу. Коллекторный и эмиттерный токи практически равны между собой, если пренебречь незначительной потерей зарядов, вызванных рекомбинацией в базе: I_э = I_б + I_к.

Параметры транзисторов

1. Коэффициенты усиления по напряжению U_эк/U_бэ и току: β = I_к/I_б (фактические значения). Обычно коэффициент β не превышает значения 300, но может достигать величины 800 и выше.
2. Входное сопротивление.
3. Частотная характеристика – работоспособность транзистора до заданной частоты, при превышении которой переходные процессы в нем не успевают за изменениями подаваемого сигнала.

Биполярный транзистор: схемы включения, режимы работы

Режимы работы отличаются в зависимости от того, как собрана схема. Сигнал должен подаваться и сниматься в двух точках для каждого случая, а в наличии имеются только три вывода. Отсюда следует, что один электрод должен одновременно принадлежать входу и выходу. Так включаются любые биполярные транзисторы. Схемы включения: ОБ, ОЭ и ОК.

1. Схема с ОК

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором: сигнал поступает на резистор R_L, который входит также в коллекторную цепь. Такое подключение называют схемой с общим коллектором.

Этот вариант создает только усиление по току. Преимущество эмиттерного повторителя состоит в создании большого сопротивления входа (10-500 кОм), что позволяет удобно согласовывать каскады.

2. Схема с ОБ

Схема включения биполярного транзистора с общей базой: входящий сигнал поступает через С₁, а после усиления снимается в выходной коллекторной цепи, где электрод базы является общим. В таком случае создается усиление по напряжению аналогично работе с ОЭ.

Недостатком является небольшое сопротивление входа (30-100 Ом), и схема с ОБ применяется как генератор колебаний.

3. Схема с ОЭ

Во многих вариантах, когда применяются биполярные транзисторы, схемы включения преимущественно делаются с общим эмиттером. Питающее напряжение подается через нагрузочный резистор R_L, а к эмиттеру подключается отрицательный полюс внешнего питания.

Переменный сигнал со входа поступает на электроды эмиттера и базы (V_in), а в коллекторной цепи он становится уже больше по величине (V_CE). Основные элементы схемы: транзистор, резистор R_L и цепь выхода усилителя с внешним питанием. Вспомогательные: конденсатор С₁, препятствующий прохождению постоянного тока в цепь подаваемого входного сигнала, и резистор R₁, через который транзистор открывается.

В коллекторной цепи напряжения на выходе транзистора и на резисторе R_L вместе равны величине ЭДС: V_CC = I_CR_L + V_CE.

Таким образом, небольшим сигналом V_in на входе задается закон изменения постоянного напряжения питания в переменное на выходе управляемого транзисторного преобразователя. Схема обеспечивает возрастание входного тока в 20-100 раз, а напряжения — в 10-200 раз. Соответственно, мощность также повышается.

Недостаток схемы: небольшое сопротивление входа (500-1000 Ом). По этой причине появляются проблемы в формировании каскадов усиления. Выходное сопротивление составляет 2-20 кОм.

Приведенные схемы демонстрируют, как работает биполярный транзистор. Если не принять дополнительных мер, на их работоспособность будут сильно влиять внешние воздействия, например перегрев и частота сигнала. Также заземление эмиттера создает нелинейные искажения на выходе. Чтобы повысить надежность работы, в схеме подключают обратные связи, фильтры и т. п. При этом коэффициент усиления снижается, но устройство становится более работоспособным.

Режимы работы

На функции транзистора влияет значение подключаемого напряжения. Все режимы работы можно показать, если применяется представленная ранее схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.

1. Режим отсечки

Данный режим создается, когда значение напряжения V_БЭ снижается до 0,7 В. При этом эмиттерный переход закрывается, и коллекторный ток отсутствует, поскольку нет свободных электронов в базе. Таким образом, транзистор заперт.

2. Активный режим

Если на базу подать напряжение, достаточное, чтобы открыть транзистор, появляется небольшой входной ток и повышенный на выходе, в зависимости от величины коэффициента усиления. Тогда транзистор будет работать как усилитель.

3. Режим насыщения

Режим отличается от активного тем, что транзистор полностью открывается, и ток коллектора достигает максимально возможного значения. Его увеличения можно достигнуть только за счет изменения прикладываемой ЭДС или нагрузки в цепи выхода. При изменении базового тока коллекторный не меняется. Режим насыщения характеризуется тем, что транзистор предельно открыт, и здесь он служит переключателем во включенном состоянии. Схемы включения биполярных транзисторов при объединении режимов отсечки и насыщения позволяют создавать с их помощью электронные ключи.

Все режимы работы зависят от характера выходных характеристик, изображенных на графике.

Их можно наглядно продемонстрировать, если будет собрана схема включения биполярного транзистора с ОЭ.

Если отложить на осях ординат и абсцисс отрезки, соответствующие максимально возможному коллекторному току и величине напряжения питания V_CC, а затем соединить их концы между собой, получится линия нагрузки (красного цвета). Она описывается выражением: I_C = (V_CC — V_CE)/R_C. Из рисунка следует, что рабочая точка, определяющая ток коллектора I_C и напряжение V_CE, будет смещаться по нагрузочной линии снизу вверх при увеличении тока базы I_В.

Зона между осью V_CE и первой характеристикой выхода (заштрихована), где I_В = 0, характеризует режим отсечки. При этом обратный ток I_C ничтожно мал, а транзистор закрыт.

Самая верхняя характеристика в точке А пересекается с прямой нагрузки, после которой при дальнейшем увеличении I_В коллекторный ток уже не изменяется. Зоной насыщения на графике является заштрихованная область между осью I_C и самой крутой характеристикой.

Как ведет себя транзистор в разных режимах?

Транзистор работает с переменными или постоянными сигналами, поступающими во входную цепь.

Биполярный транзистор: схемы включения, усилитель

Большей частью транзистор служит в качестве усилителя. Переменный сигнал на входе приводит к изменению его выходного тока. Здесь можно применить схемы с ОК или с ОЭ. В выходной цепи для сигнала требуется нагрузка. Обычно используют резистор, установленный в выходной коллекторной цепи. Если его правильно выбрать, величина выходного напряжения будет значительно выше, чем входного.

Работу усилителя хорошо видно на временных диаграммах.

Когда преобразуются импульсные сигналы, режим остается тем же, что и для синусоидальных. Качество преобразования их гармонических составляющих определяется частотными характеристиками транзисторов.

Работа в режиме переключения

Транзисторные ключи предназначены для бесконтактной коммутации соединений в электрических цепях. Принцип заключается в ступенчатом изменении сопротивления транзистора. Биполярный тип вполне подходит под требования ключевого устройства.

Заключение

Полупроводниковые элементы используются в схемах преобразования электрических сигналов. Универсальные возможности и большая классификация позволяют широко применять биполярные транзисторы. Схемы включения определяют их функции и режимы работы. Многое также зависит от характеристик.

Основные схемы включения биполярных транзисторов усиливают, генерируют и преобразуют входные сигналы, а также переключают электрические цепи.

Переключатель на биполярном транзисторе (BJT)

Биполярный транзистор может использоваться в качестве переключателя. Это требуется, когда типичный цифровой выход (макс. выходной ток 20 мА) не обеспечивает достаточного тока для сильноточных устройств, таких как лампы, соленоиды или моторы. Коэффициент усиления по току транзистора обеспечивает на порядок увеличение коллекторного тока.

Сначала мы перерисовываем схему, используя аналог BJT DC схема

Использование KCL (токового закона Кирхгофа)
Ток через R _B \begin{уравнение} I_{RB} = I_B \end{уравнение} Ток через R _C \begin{уравнение} \метка{1} I_C = \бета I_B \end{уравнение} Ток в узле E \begin{уравнение} I_E = I_B + I_C \end{уравнение}

Использование КВЛ (закон напряжения Кирхгофа) \begin{уравнение} V_B = I_BR_B + V_{BE} \end{уравнение} \begin{уравнение} \метка{2} V_C = I_CR_C + V_{CE} \end{уравнение} Подставим уравнение \ref{1} в уравнение \ref{2}: \begin{уравнение} \метка{3} V_C = \бета I_BR_C + V_{CE} \end{уравнение}

Если после подстановки значений схемы в уравнения мы получим V _CE C больше не зависит от I _B \begin{уравнение} \метка{5} V_C = I_CR_C \end{уравнение}

Р1 1К10К Р2 1001K

Примечания

• Наблюдайте за напряжением узлов при изменении VIN с помощью ручки.
• Для расчета узловых напряжений
  1. Используйте уравнение 4 для расчета I _B . Предположим, что V _BE =0,7
  2. Если VIN<0,7 В, предположим, что I _В =0. См. Анализ диодной цепи для объяснения.
  3. Предположим, что β=100, и используйте уравнение 6 для расчета V _CE
• Измените значения R1 и R2 и нажмите кнопку Simulate. Если у вас небольшая нагрузка (R2=100 Ом), вы требуется достаточно большой базовый ток для работы BJT в качестве переключателя (обратите внимание на проблему, когда R1 = 10K). В одну сторону чтобы уменьшить этот базовый ток, нужно использовать транзистор Дарлингтона.
• В реальном транзисторе В _CE никогда не достигает 0, вместо этого он насыщается при напряжении около 0,1 В. Это также известно как напряжение насыщения биполярного транзистора. В этой операции ток коллектора I _C определяется с помощью уравнение 8.

Переключение индуктивной нагрузки

Когда к коллектору подключена индуктивная нагрузка, требуется рециркуляционный диод на нагрузке для демпфирования выходное напряжение при закрытом транзисторе. Когда требуется сильноточное усиление, дарлингтон используется транзистор.

Усилитель с общим эмиттером (BJT)

Когда слабый источник сигнала подключен к базе транзистора вместо двухпозиционного источника постоянного тока, схема представляет собой усилитель с общим эмиттером. Чтобы охарактеризовать этот высокий коэффициент усиления усилитель напряжения включает в себя анализ цепи переменного тока.

Конфигурация с одной схемой BJT

Усилитель BJT с общим эмиттером представляет собой одну из трех конфигураций с одной схемой BJT. Два других являются общей базой. и схемы с общим коллектором. Изучите различные конфигурации одиночного биполярного транзистора и сравните параметры их схемы

Поскольку доходы от рекламы падают, несмотря на увеличение числа учащихся, нам нужна ваша помощь, чтобы поддерживать и улучшать этот сайт, что требует времени, денег и тяжелой работы. Благодаря щедрости наших учеников, которые пожертвовали ранее, вы можете пользоваться этим сайтом бесплатно.

Если вы воспользовались этим сайтом и можете, отправьте через Paypal . Это позволит нам продолжаться в будущем. Это займет всего минуту. Спасибо!

2 доллара США 5 долларов США 10 долларов США

Если вы хотите повеселиться с акустической гитарой, наша веб-гитара гарантирует вам быстрый старт.

Играть

Комбинационные логические схемы

• Анализ комбинационной логики
• Стандартные формы логических выражений
• Упрощение логических выражений
  • Булева алгебра
  • Карта Карно
• Проектирование комбинационной логики

Приложения комбинационной логики

• Арифметические схемы
• Компараторы
• Кодировщики и декодеры
• Мультиплексоры и демультиплексоры
• Средства проверки четности

Транзистор с биполярным переходом в качестве переключателя

Поскольку ток коллектора транзистора пропорционально ограничен током его базы, его можно использовать в качестве переключателя, управляемого током. Относительно небольшой поток электронов, проходящий через базу транзистора, может контролировать гораздо больший поток электронов через коллектор.

BJT как выключатель

Предположим, у нас есть лампа, которую мы хотим включать и выключать с помощью выключателя. Такая схема была бы чрезвычайно простой, как показано на рисунке ниже (а).

Для иллюстрации давайте вставим транзистор вместо переключателя, чтобы показать, как он может управлять потоком электронов через лампу.

Помните, что управляемый ток через транзистор должен проходить между коллектором и эмиттером. Поскольку мы хотим контролировать ток через лампу, мы должны расположить коллектор и эмиттер нашего транзистора там, где были два контакта переключателя.

Мы также должны убедиться, что ток лампы будет перемещаться против  направления символа стрелки эмиттера, чтобы обеспечить правильное смещение перехода транзистора, как показано на рисунке ниже (b).

(a) механический переключатель, (b) транзисторный переключатель NPN, (c) транзисторный переключатель PNP.

Для этой работы можно было бы также выбрать PNP-транзистор. Его применение показано на рисунке выше (c).

Выбор между NPN и PNP действительно произвольный. Все, что имеет значение, это то, что правильное направление тока сохраняется ради правильного смещения перехода (поток электронов идет против (стрелка символа транзистора).

Возвращаясь к транзистору NPN в нашей примерной схеме, мы столкнулись с необходимостью добавить что-то еще, чтобы получить базовый ток. Без соединения с базовым проводом транзистора ток базы будет равен нулю, и транзистор не сможет включиться, в результате чего лампа всегда будет выключена.

Помните, что для транзистора NPN ток базы должен состоять из электронов, протекающих от эмиттера к базе (против символа стрелки эмиттера, точно так же, как ток лампы).

Возможно, проще всего было бы подключить переключатель между проводами базы и коллектора транзистора, как показано на рисунке ниже (a).

Транзистор: (а) отсечка, лампа выключена; (b) насыщенный, лампа горит.

Отсечка по сравнению с насыщенными транзисторами

Если переключатель разомкнут, как показано на рисунке выше (а), базовый провод транзистора останется «плавающим» (ни к чему не подключен), и через него не будет протекать ток. Говорят, что в этом состоянии транзистор находится в состоянии  отсечка .

Если переключатель замкнут, как показано на рисунке выше (b), электроны смогут течь от эмиттера к базе транзистора, через переключатель, вверх к левой стороне лампы, обратно к положительной стороне аккумулятора.

Этот базовый ток обеспечивает гораздо больший поток электронов от эмиттера к коллектору, зажигая лампу. В этом состоянии максимального тока цепи транзистор называется насыщенным .

Конечно, использование транзистора в этом качестве для управления лампой может показаться бессмысленным. В конце концов, мы все еще используем переключатель в цепи, не так ли? Если мы по-прежнему используем переключатель для управления лампой — хотя бы косвенно — тогда какой смысл иметь транзистор для управления током? Почему бы просто не вернуться к нашей исходной схеме и не использовать переключатель напрямую для управления током лампы?

Зачем использовать транзистор для управления током?

Здесь можно сделать два замечания. Во-первых, это тот факт, что при таком использовании контакты переключателя должны выдерживать только тот небольшой базовый ток, который необходим для включения транзистора; сам транзистор обрабатывает большую часть тока лампы.

Это может быть важным преимуществом, если переключатель имеет низкий номинальный ток: небольшой переключатель может использоваться для управления относительно сильноточной нагрузкой. Что еще более важно, токорегулирующее поведение транзистора позволяет нам использовать что-то совершенно другое для включения или выключения лампы.

Рассмотрим рисунок ниже, где пара солнечных элементов обеспечивает 1 В для преодоления 0,7 В _BE транзистора, вызывая протекание базового тока, который, в свою очередь, управляет лампой.

Солнечная батарея служит датчиком освещенности.

Или мы могли бы использовать термопару (многие из которых соединены последовательно), чтобы обеспечить необходимый базовый ток для включения транзистора, как показано на рисунке ниже.

Одна термопара обеспечивает менее 40 мВ. Многие последовательно соединенные транзисторы V _BE могут создавать напряжение, превышающее 0,7 В, чтобы вызвать протекание тока базы и, как следствие, тока коллектора лампы.

Даже микрофон (рисунок ниже) с достаточным выходным напряжением и током (от усилителя) может включить транзистор, при условии, что его выход выпрямлен из переменного тока в постоянный, так что PN-переход эмиттер-база внутри транзистора всегда будет прямое смещение:

Усиленный микрофонный сигнал выпрямляется до постоянного тока для смещения базы транзистора, обеспечивая больший ток коллектора.

К этому моменту должно быть совершенно очевидно: любой любой источник постоянного тока, достаточный для включения транзистора, и этот источник тока должен составлять лишь часть тока, необходимого для питания лампы.

Здесь мы видим транзистор, работающий не только как переключатель, но и как настоящий усилитель : использование относительно маломощного сигнала для управления относительно большой мощностью.