Схема включения с общей базой: СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА

Содержание

Усилительный каскад с общей базой

Добавлено 6 октября 2017 в 12:14

Сохранить или поделиться

Последний тип схемы усилителя на биполярном транзисторе (рисунок ниже), который мы должны изучить, это схема с общей базой. Эта конфигурация сложнее двух предыдущих и менее распространена из-за своих странных рабочих характеристик.

Усилитель с общей базой (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Она называется схемой с общей базой, поскольку (игнорируя источники питания постоянного напряжения) источник сигнала и нагрузка делят между собой вывод базы как общую точку (рисунок ниже).

Усилитель с общей базой: вход между эмиттером и базой, выход между коллектором и базой

Возможно, наиболее яркой характеристикой этого типа включения транзистора является то, что источник входного сигнала обеспечивать полный ток эмиттера транзистора, о чём свидетельствуют толстые стрелки на первой иллюстрации. Как известно, ток эмиттера больше, чем любой другой ток в транзисторе, так как является суммой токов базы и коллектора. В последних двух типах усилительных каскадов источник сигнала был подключен к выводу базы транзистора, таким образом, работая на минимально возможном токе.

Поскольку в этой схеме входной ток превышает все другие токи, включая выходной ток, коэффициент усиления по току на самом деле меньше 1 (обратите внимание, как Rнагр подключен к коллектору, тем самым пропуская через себя немного меньший ток, чем источник сигнала). Другими словами, эта схема ослабляет ток, а не усиливает его. В схемах с общим эмиттером и общим коллектором из всех параметров транзистора с усилением тесно был связан β. В схеме с общей базой нам нужен другой основной параметр транзистора: отношение тока коллектора к току эмиттера, который представляет собой дробное число, всегда меньше 1. Это дробное значение для любого транзистора называется коэффициентом α (альфа).

Поскольку данная схема, очевидно, не может повысить ток сигнала, было бы разумным ожидать, что она увеличит напряжение сигнала. Моделирование SPICE схемы на рисунке ниже подтвердит это предположение.

Схема с общей базой для SPICE анализа по постоянному току
common-base amplifier
vin 0 1
r1 1 2 100
q1 4 0 2 mod1
v1 3 0 dc 15
rload 3 4 5k
.model mod1 npn
.dc vin 0.6 1.2 .02
.plot dc v(3,4)
.end
Усилитель с общей базой: график зависимости выходного напряжения от входного напряжения

Обратите внимание, что выходное напряжение изменяется практически от нуля (отсечка) до 15,75 вольт (насыщение), при этом входное напряжение меняется от 0,6 вольта до 1,2 вольта. Фактически, график выходного напряжения не показывает роста примерно до 0,7 вольта на входе и прекращает расти (выпрямляется) примерно при 1,12 вольта на входе. Это показывает довольно большой коэффициент усиления по напряжению с интервалом выходных напряжений 15,75 вольт и интервалом входных напряжений всего 0,42 вольт: коэффициент усиления составляет 37,5 раз, или 31,48 дБ. Также обратите внимание на то, как при насыщении выходное напряжение (измеренное на R

нагр) на самом деле превышает напряжение источника питания (15 вольт) из-за эффекта последовательного добавления источника входного напряжения.

Второй SPICE анализ модифицированной схемы (рисунок ниже) с источником сигнала переменного напряжения (и постоянным напряжением смещения) говорит о том же: о высоком коэффициенте усиления по напряжению.

Схема с общей базой для SPICE анализа по переменному току
common-base amplifier
vin 5 2 sin (0 0.12 2000 0 0)
vbias 0 1  dc 0.95
r1 2 1 100
q1 4 0 5 mod1
v1 3 0 dc 15
rload 3 4 5k
.model mod1 npn
.tran 0.02m 0.78m
.plot tran v(5,2) v(4)
.end

Как вы можете видеть, входной и выходной сигналы на рисунке ниже синфазны друг с другом. Это говорит о том, что усилитель с общей базой является неинвертирующим.

Усилительный каскад с общей базой: осциллограммы входного и выходного напряжений

SPICE анализ по переменному току в таблице ниже на одной частоте 2 кГц предоставляет данные о входном и выходном напряжениях для расчета коэффициента усиления.

AC анализ схемы с общей базой на частоте 2 кГц: список соединений и выходные данные

common-base amplifier
vin 5 2  ac 0.1 sin
vbias 0 1  dc 0.95
r1 2 1 100
q1 4 0 5 mod1
v1 3 0 dc 15    
rload 3 4 5k    
.model mod1 npn 
.ac dec 1 2000 2000
.print ac vm(5,2) vm(4,3) 
.end

frequency       mag(v(5,2))     mag(v(4,3))
--------------------------------------------
0.000000e+00    1.000000e-01    4.273864e+00

Значения напряжений из второго анализа (таблица выше) показывают коэффициент усиления по напряжению 42,74 (4,274 В / 0.1 В), или 32,617 дБ:

\[A_V = { V_{вых} \over V_{вх} }\]

\[A_V = { 4,274 В \over 0,10 В }\]

\[A_V = 42,74\]

\[A_{V(дБ)} = 20 \log A_{V(раз)}\]

\[A_{V(дБ)} = 20 \log 42,74\]

\[A_{V(дБ)} = 32,62 дБ\]

Вот еще один вид схемы с общей базой (рисунок ниже), на которой видны фазы и смещения по постоянному напряжению для разны сигналов в только что промоделированной схеме.

Соотношения фаз и смещений в усилителе на NPN транзисторе с общей базой

То же самое для PNP транзистора (рисунок ниже).

Соотношения фаз и смещений в усилителе на PNP транзисторе с общей базой

Для схемы усилителя с общей базой определить заранее коэффициент усиления по напряжению довольно сложно, что связано с аппроксимацией поведения транзистора, которое трудно измерить напрямую. В отличие от других типов усилительных схема, где коэффициент усиления по напряжению либо устанавливается соотношением двух резисторов (в схеме с общим эмиттером), либо фиксировался на неизменном значении (схема с общим коллектором), коэффициент усиления по напряжению в схеме с общей базой зависит во многом от величины напряжения смещения входного сигнала. Как выясняется, внутреннее сопротивление транзистора между эмиттером и базой играет важную роль в определении коэффициента усиления по напряжению, и это сопротивление изменяется в зависимости от величины тока, протекающего через эмиттер.

Хотя это явление трудно объяснить, его довольно легко продемонстрировать с помощью компьютерного моделирования. Я собираюсь запустить несколько SPICE моделирований схемы усилителя с общей базой (предыдущий рисунок), слегка изменив постоянное напряжение смещения (vbias в коде ниже), оставив теми же амплитуду входного сигнала переменного напряжения и все остальные параметры схемы. Когда в разных моделированиях коэффициент усиления по напряжению будет меняться, это будет заметно по разным амплитудам выходного напряжения.

Несмотря на то, что эти анализы будут проводиться в режиме “transfer function” (коэффициент передачи), каждый из них был сначала проверен в режиме временного анализа (построен график напряжения в зависимости от времени), чтобы гарантировать, что вся синусоида сигнала была воспроизведена точно, а не «обрезана» из-за неправильного смещения. Смотрите «

*.tran 0.02m 0.78m» в коде ниже, это «закомментирование» оператора временного анализа. Вычисление коэффициента усиления не может основываться на сигналах искаженной формы. SPICE может для нас рассчитать коэффициент усиления небольшого сигнала постоянного напряжения с помощью оператора «*.tf v(4) vin«. Выходное напряжение – это v(4), а входное напряжение – это vin.

common-base amp vbias=0.85V
vin 5 2  sin (0 0.12 2000 0 0)
vbias 0 1  dc 0.85
r1 2 1 100      
q1 4 0 5 mod1   
v1 3 0 dc 15    
rload 3 4 5k    
.model mod1 npn 
*.tran 0.02m 0.78m
.tf v(4) vin
.end
common-base amp current gain
Iin 55 5 0A
vin 55 2  sin (0 0.12 2000 0 0)
vbias 0 1  dc 0.8753
r1 2 1 100      
q1 4 0 5 mod1   
v1 3 0 dc 15    
rload 3 4 5k    
.model mod1 npn 
*.tran 0.02m 0.78m
.tf I(v1) Iin
.end
Transfer function information:
transfer function = 9.900990e-01
iin input impedance = 9.900923e+11
v1 output impedance = 1.000000e+20

Список соединений SPICE (слева): Схема усилителя с общей базой, функция передачи (коэффициент усиления по напряжению) для различных постоянных напряжений смещения. Обратите внимание на оператор .tf v(4) vin.
Список соединений SPICE (справа): Схема усилителя с общей базой, коэффициент усиления по току; функция передачи для коэффициента усиления по постоянному току равна I(v1)/Iin. Обратите внимание на оператор .tf I(v1) Iin

Командная строка spice -b filename.cir благодаря оператору .tf выводит следующие данные:

transfer_function (коэффициент передачи), output_impedance (выходное сопротивление) и input_impedance (входное сопротивление). Сокращенный вывод команды, запущенной для напряжений смещения vbias0.85, 0.90, 0.95, 1.00 вольт, приведен ниже

Вывод SPICE: коэффициент передачи схемы с общей базой:

Circuit: common-base amp vbias=0.85V        // напряжение смещения 0,85 вольта
transfer_function = 3.756565e+01            // коэффициент передачи
output_impedance_at_v(4) = 5.000000e+03     // выходное сопротивление
vin#input_impedance = 1.317825e+02          // входное сопротивление
 
Circuit: common-base amp vbias=0.8753V Ic=1 mA  // напряжение смещения 0,8753 вольта
Transfer function information:
transfer_function = 3.942567e+01            // коэффициент передачи
output_impedance_at_v(4) = 5.000000e+03     // выходное сопротивление
vin#input_impedance = 1.255653e+02          // входное сопротивление
 
Circuit: common-base amp vbias=0.9V         // напряжение смещения 0,9 вольта
transfer_function = 4.079542e+01            // коэффициент передачи
output_impedance_at_v(4) = 5.000000e+03     // выходное сопротивление
vin#input_impedance = 1.213493e+02          // входное сопротивление
 
Circuit: common-base amp vbias=0.95V        // напряжение смещения 0,95 вольта
transfer_function = 4.273864e+01            // коэффициент передачи
output_impedance_at_v(4) = 5.000000e+03     // выходное сопротивление
vin#input_impedance = 1.158318e+02          // входное сопротивление
 
Circuit: common-base amp vbias=1.00V        // напряжение смещения 1,00 вольт
transfer_function = 4.401137e+01            // коэффициент передачи
output_impedance_at_v(4) = 5.000000e+03     // выходное сопротивление
vin#input_impedance = 1.124822e+02          // входное сопротивление

Тенденция в списке выше должна быть очевидна. С увеличением постоянного напряжения смещения также увеличивается и коэффициент усиления по напряжению (

transfer_function). Мы видим, что коэффициент усиления по напряжению увеличивается, потому что каждео последующее моделирование (vbias = 0.85, 0.8753, 0.90, 0.95, 1.00 В) дает больший коэффициент усиления (transfer_function = 37.6, 39.4 40.8, 42.7, 44.0) соответственно. Эти изменения во многом обусловлены незначительными изменениями напряжения смещения.

Последние три строки в списке соединений выше (справа) показывают коэффициент усиления по току I(v1)/Iin = 0,99 (последние две строки выглядят неправильными). Это имеет смысл для β=100; α= β/(β+1), α=0.99=100/(100-1). Это сочетание низкого коэффициента усиления по току (всегда меньше 1) и несколько непредсказуемого коэффициента усиления по напряжению говорит не в пользу схемы с общей базой, оставляя ей лишь несколько вариантов практических применений.

Эти несколько приложений включают в себя радиочастотные усилители. База, посаженная на корпус, помогает защитить входной сигнал на эмиттере от входного сигнала на коллекторе, предотвращая нестабильность в радиочастотных усилителях. Схема с общей базой может использоваться на более высоких частотах, чем схемы с общим эмиттером и общим коллектором. Смотрите раздел «Радиочастотный усилитель мощности 750 мВт класса C с общей базой» в главе 9. Более сложную схему можно увидеть в разделе «Усилитель малых сигналов класса A с общей базой и высоким коэффициентом усиления» в главе 9.

Подведем итоги:

  • Транзисторные усилители с общей базой называются так, потому что точки подачи входного напряжения и снятия выходного напряжения совместно используют вывод базы транзистора (игнорируя все источники питания).
  • Коэффициент усиления по току усилителя с общей базой всегда меньше 1. Коэффициент усиления по напряжению зависит от входных и выходных сопротивлений, а также от внутреннего сопротивления перехода эмиттер-база, которое может измениться при изменении постоянного напряжения смещения. Достаточно сказать, коэффициент усиления по напряжению у усилителя с общей базой может быть очень высоким.
  • Отношение тока коллектора транзистора к току эмиттера называется коэффициентом α. Значение α для любого транзистора всегда меньше единицы.

Оригинал статьи:

Теги

Биполярный транзисторКаскад с общей базойКоэффициент усиления по напряжениюКоэффициент усиления по токуОбучениеЭлектроника

Сохранить или поделиться

Схема включения с общей базой

Усилитель с общей базой.

  • Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.
  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].
  • Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uэб/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства

  • Хорошие температурные и частотные свойства.
  • Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой

  • Малое усиление по току, так как α < 1
  • Малое входное сопротивление
  • Два разных источника напряжения для питания.

Схема включения с общим эмиттером

Iвых = Iк
Iвх = Iб
Uвх = Uбэ
Uвых = Uкэ

  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
  • Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства

  • Большой коэффициент усиления по току.
  • Большой коэффициент усиления по напряжению.
  • Наибольшее усиление мощности.
  • Можно обойтись одним источником питания.
  • Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

  • Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.

Схема с общим коллектором

Iвых = Iэ
Iвх = Iб
Uвх = Uбк
Uвых = Uкэ

  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1].
  • Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства

  • Большое входное сопротивление.
  • Малое выходное сопротивление.

Недостатки

  • Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры

  • Коэффициент передачи по току.
  • Входное сопротивление.
  • Выходная проводимость.
  • Обратный ток коллектор-эмиттер.
  • Время включения.
  • Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
  • Обратный ток коллектора.
  • Максимально допустимый ток.
  • Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

  • коэффициент усиления по току α;
  • сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току rэ, rк, rб, которые представляют собой:
    • rэ — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
    • rк — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
    • rб — поперечное сопротивление базы.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h-параметров

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h11 = Um1/Im1, при Um2 = 0.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h12 = Um1/Um2, при Im1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h21 = Im2/Im1, при Um2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h22 = Im2/Um2, при Im1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

Um1 = h11Im1 + h12Um2;

Im2 = h21Im1 + h22Um2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: Im1 = I, Im2 = I, Um1 = Umб-э, Um2 = Umк-э. Например, для данной схемы:

h21э = I/I = β.

Для схемы ОБ: Im1 = I, Im2 = I, Um1 = Umэ-б, Um2 = Umк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ: ;

;

;

.

С повышением частоты вредное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода Cк. Сопротивление ёмкости уменьшается, снижается ток через сопротивление нагрузки и, следовательно, коэффициенты усиления α и β. Сопротивление ёмкости эмиттерного перехода Cэ также снижается, однако она шунтируется малым сопротивлением перехода rэ и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме импульс тока коллектора начинается с запаздыванием на время задержки τз относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τф. Временем включения транзистора называется τвкл = τз + τф.

Применение транзисторов

  • Усилители, каскады усиления
  • Генератор сигналов
  • Модулятор
  • Демодулятор (Детектор)
  • Инвертор
  • Микросхемы на транзисторной логике

 

 

Полевой транзистор.

Мощный полевой транзистор с каналом N-типа

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, через который протекает поток основных носителей зарядов, регулируемый поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным между затвором и стоком или между затвором и истоком.

Так как принцип действия полевых транзисторов основан на перемещении основных носителей заряда одного типа (электронами или дырками), такие приборы ещё называют униполярными, тем самым противопоставляя их биполярным.

Схема с общей базой (схема ОБ) — Студопедия

В этой схеме база является общей для входной и выходной цепей (рис.8)

Рисунок 8Включение транзистора по схеме с общей базой

 – значения входного сопротивления лежат в пределах от единиц до десятков Ом.

Коэффициент усиления по току      

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по мощности

Вывод: Схема не имеет усиление по току, в коэффициент усиления по мощности меньше коэффициента усиления по напряжению. Поэтому схема редко используется в схемах усилителей. Недостатком схемы является также небольшое входное сопротивление.

Схема с общим эмиттером (схема ОЭ)

В этой схеме эмиттер является общим для входной и выходной цепей (рис.9) Для этой схемы входным является ток базы, а выходным – ток коллектора

Рисунок 9Включение транзистора по схеме с общим эмиттером

 – значения входного сопротивления лежат в пределах от сотен до тысяч Ом.

Коэффициент усиления по току      

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по мощности

Вывод: Схема имеет усиление по току, напряжению и мощности. Поэтому схема чаще всего используется в схемах усилителей.


Схема с общим коллектором (схема ОК)

В этой схеме коллектор является общим для входной и выходной цепей (рис. 10)

Рисунок 9Включение транзистора по схеме с общим коллектором

 – значения входного сопротивления составляют десятки и сотни тысяч Ом.

Коэффициент усиления по току      

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по мощности

Вывод: Схема не имеет усиление по напряжению и мощности, а коэффициент усиления по мощности практически равен коэффициенту усиления по току. Поэтому схема редко используется в схемах усилителей. Достоинством схемы является большое входное сопротивление. Данную схему часто используют как согласующий каскад. В этом случае ее называют эмиттерным повторителем, т.к. напряжения на входе и выходе схемы практически одинаковы.

Электроника и схемотехника Лекция 4 Схемы включения

Электроника и схемотехника Лекция № 4. Схемы включения биполярного транзистора. 1. Биполярный транзистор. Схема с общей базой. 2. Биполярный транзистор. Схема с общим эмиттером. 3. Биполярный транзистор. Схема с общим коллектором. 4. Биполярный транзистор как линейный четырехполюсник.

Из трёх выводов транзистора на один подаётся входной сигнал, со второго – снимается выходной сигнал, а третий вывод является общим для входной и выходной цепи. По этому признаку различают три возможных схемы включения: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором. 1. Биполярный транзистор. Схема с общей базой. Включение транзистора по схеме с общей базой Iвх = Iэ; Iвых = Iк; Uвх = Uбэ; Uвых = Uбк. Любая схема включения транзистора ха рактеризуется двумя основными показ ателями: коэффициент усиления по току Iвых/Iвх (для схемы с общей базой Iвых/Iвх= =Iк/Iэ=α [α

Основные параметры, характеризующие схему включения биполярного транзистора с общей базой: 1. Коэффициент передачи по току: 2. Входное сопротивление: Входное сопротивление транзистора, включенного в схему с общей базой, очень невелико и определяется, в основном, сопротивлением эмиттерного p-n перехода в прямом направлении. На практике оно составляет единицы – десятки Ом. Это следует отнести к недостаткам усилительного каскада, так как приводит к нагружению источника входного сигнала. 3. Коэффициент передачи по напряжению: Коэффициент передачи по напряжению может быть достаточно большим (десятки – сотни единиц), так как определяется, в основном, соотношением между сопротивлением нагрузки Rн и входным сопротивлением. 4. Коэффициент передачи по мощности: Для реальных схем коэффициент передачи по мощности равняется десятки – сотни единиц.

Эквивалентная схема включения транзистора по схеме с общей базой Iвх = Iэ Iвых = Iк Uвх = Uбэ Uвых = Uбк

1. 1. Принцип усиления мощности в схеме с общей базой. В схеме с общей базой в выходной цепи (коллектор ной) рактически проходит тот же ток, что и во п входной (эмиттерной), т. е. усиление по току в данном случае отсутствует. Однако эта схе ма дает возможность получить уси ление по мощности. Чтобы понять принцип усиления мощности в транзисторе, да и в дру гих силительных приборах, надо учесть взаимодействие носителей за ряда у с электрическим полем. На пример, ырка, двигаясь по направ лению лектрического поля, разго няется д э в этом поле и приобретает дополнительную энергию, забирая ее от электрического поля. Если же заставить дырку двигаться против электрического поля, то она будет тормозиться этим полем, отдавая ему часть своей энергии. Электрическое поле в коллекторном переходе транзистора со стоит из постоянной составляющей, созданной внешним источни ком питания в цепи коллектора, и переменной составляющей, возникающей при экстракции неосновных носителей из базы в коллек торный ереход. Мгновенные п значения переменной составляющей электрического поля в любой момент времени направлены в сторо ну, противоположную постоянной составляющей. Поэтому дырка, проходя по коллекторному переходу, взаимо действует разу с двумя составляющими с электрического поля. От постоянной составляющей электрического поля дырка забира ет энергию, двигаясь по направлению этой составляющей. Одно временно, вигаясь против мгновенных значений д переменной со ставляющей электрического поля, дырка отдает часть своей энергии переменной составляющей. Происходит своеобразное перекачивание энергии от постоян ной оставляющей электрического поля к с переменной составля ющей. осредниками в этом перекачивании энергии являются носители заряда, П инжектированные из эмиттера и дошедшие до коллекторного перехода. Для их инжекции требуется произвести относительно небольшую работу, так как высота потенциаль ного барьера эмиттерного перехода мала. 1. 2. Статические характеристики для схемы с общей базой.

Статическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором изменение входного тока или напряжения не вызывает изменение выходного напряжения. Статические характеристики транзисторов бывают двух видов: входные и выходные. Входные характеристики – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении. Выходные характеристики – это зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе. 1. 2. 1. Семейство входных статических характеристик для схемы с общей базой. Семейство входных статических характе ристик представляет собой зависимость Входные характеристики схемы с общей базой При Uкб=0 входная характеристика пре дставляет собой пря мую ветвь вольт ам перной характери стики эмиттерного перехода. При Uкб

сутствии входного сигнала через закрытый коллекторный переход протекает маленький обратный ток Iко, который создает на объемном сопротивлении базовой области rб падение напряжения, приложенное к эмиттерному переходу в прямом направлении. Именно это падение напряжения и обус ловливает протекание через эмиттерный переход маленького прямого тока и смещение вверх входной характеристики. При Uкб>0 коллекторный переход смещается в прямом направлении, через него протекает прямой ток и, следовательно, падение напряжения на сопротивлении базы rб изменит полярность на противоположную, что вызовет при отсутствии входного сигнала протекание через эмиттерный переход маленького обратного тока и, следовательно, смещение входной характеристики вниз.

1. 2. 2. Семейство выходных статических характеристик для схемы с общей базой. Семейство выходных статических харак теристик представляет собой зависимость Выходные характеристики схемы с общей базой Если Iэ=0, то выходная характеристика представляет собой обратную ветвь во льт амперной характеристики коллектор ного перехода. При Iэ>0 ток в коллектор ной цепи будет протекать даже при отсу тствии источника коллекторного питания (Ек=0) за счет экстракции инжектирова нных в базу носителей полем коллектор ного перехода. При увеличении напряже ния коллекторный ток практически не ме няется, т. к. количество инжектированных в базу носителей не меняется , а возрастает только скорость их перемещения через коллекторный переход. Чем больше уровень тока , тем больше и коллекторный ток. При изменении полярности на противоположную, меняется и включение коллекторного перехода с обратного на прямое. Поэтому ток вначале очень быстро снижается до нуля, а затем изменяет свое направление на противоположное.

2. Биполярный транзистор. Схема с общим эмиттером. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером Эта схема является наиболее распространённой, так как она даёт наибольшее усиление по мощности. Iвх = Iб Iвых = Iк Uвх = Uбэ Uвых = Uкэ β = Iвых / Iвх = Iк / Iб (n: 10 100) Rвх. э = Uвх / Iвх = Uбэ / Iб [Ом] (n: 1000) Коэффициент усиления по току такого каскада представляет собой отноше ние амплитуд (или действующих зна чений) выходного и входного пере менного тока, то есть переменных составляющих токов коллектора и базы. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, то коэффициент усиления по току составляет десятки единиц. Коэффициент усиления каскада по на пряжению равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения.

Входным является переменное напряжение база эмиттер Uбэ, а выходным переменное напряжение на резисторе нагрузки Rн или, что то же самое, между коллектором и эмиттером Uкэ: Напряжение база эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное напряжение при достаточном сопротивлении резистора нагрузки и напряжении источника Ек достигает единиц, а в некоторых случаях и десятков вольт. Поэтому коэффициент усиления каскада по напряжению имеет значение от десятков до сотен. Отсюда следует, что коэффициент усиления каскада по мощности получается равным сотням, или тысячам, или даже десяткам тысяч. Этот коэффициент представляет собой отношение выходной мощности к входной. Каждая из этих мощностей определяется половиной произведения амплитуд соответствующих токов и напряжений. Входное сопротивление схемы с общим эмиттером мало (от 100 до 1000 Ом). Каскад по схеме ОЭ при усилении переворачивает фазу напряжения, т. е. между выходным и входным напряжением имеется фазовый сдвиг 180°. Достоинства схемы с общим эмиттером: Большой коэффициент усиления по току; Большее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление; Для питания схемы требуются два однополярных источника, что позволяет на практике обходиться одним источником питания. Недостатки: худшие, чем у схемы с общей базой, температурные и частотные свойства. Однако за счёт преимуществ схема с ОЭ применяется наиболее часто.

Основные параметры, характеризующие схему включения с общим эмиттером определяются из выражений: 1. Коэффициент усиления по току : поделив в этом выражении числитель и знаменатель дроби на ток эмиттера , получим: Видно, что в схеме с общим эмиттером коэффициент передачи по току достаточно большой, так как α – величина, близкая к единице, и составляет десятки – сотни единиц. 2. Входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером: поделив в этом выражении числитель и знаменатель на ток эмиттера I э, получим:

Отсюда следует, что: R вхэ>> R вхб, т. е. по этому параметру схема с общим эмиттером значительно превосходит схему с общей базой. Для схемы с общим эмиттером входное сопротивление лежит в диапазоне сотни Ом – единицы к. Ом. 3. Коэффициент передачи по напряжению: Подставляя сюда R вхэ, получим: т. е. коэффициент передачи по напряжению в этой схеме точно такой же, как и в схеме с общей базой – Kuэ=Kuб и составляет десятки – сотни единиц. 4. Коэффициент передачи по мощности: Что значительно больше, чем в схеме с общей базой (сотни – десятки тысяч единиц).

2. 1. Принцип усиления в схеме с общим эмиттером. В схеме с общим эмиттером входной цепью является цепь базы. Так как ток базы существенно меньше тока эмиттера, можно получить и усиление по току. Изменяя ток через вывод базы, меняем количество основных носителей в области базы, т. е. заряд базы, и, следовательно, потенциальный барьер между эмиттером и базой. Изменение высоты потенциального барьера вызывает соответствующую инжекцию неосновных носителей за ряда. ольшинство инжектированных носителей доходит до коллекторного Б перехода, изменяя его ток. Основной носитель заряда, введенный в базу из вывода базы, либо может исчез нуть следствие рекомбинации, либо может быть инжектирован в эмиттер. Как указывалось, в в транзисторе приняты меры, чтобы вероятность этого была мала, и на один основной носи тель аряда, з вошедший в базу, приходится много неосновных носителей заряда, прошедших от эмиттера до коллектора. В этом и заключается усиление по току в схеме с общим эмиттером. Усиление по мощности в данном случае объясняется аналогично усилению в схеме с общей базой.

Эквивалентная схема включения транзистора по схеме с общим эмиттером

2. 2. Статические характеристики для схемы с общим эмит тером. 2. 2. 1. Семейство входных статических характеристик для схемы с общим эмиттером. Семейство входных статических характеристик представляет собой зависимость Входные характеристики схемы с общим эмиттером При U кэ=0 эта характеристика представляет собой прямую ветвь вольт амперной характеристики эмит терного перехода. При этом коллекторный переход оказывается включенным в прямом направлении на напряжение источника Е б. При включении источника Ек (U кэ

Входные характеристики схемы с общим эмиттером т. к. в цепи его протекания и Е б Ек будут включены встречно, а затем он перейдет через ноль и будет возрастать в положительном направлении под действием Е б. Однако в справочной литературе этим малым значением тока пренебрегают, и входные характеристики представляют исходящими из начала координат. 2. 2. 2. Семейство выходных статических характеристик для схемы с общим эмиттером.

Выходные характеристики схемы с общим эмиттером При I б=0 эта характеристика представляет собой обратную ветвь вольт амперной характеристики коллекторного перехода. При I б>0 характеристики имеют большую крутизну в области малых значений Uкэ , т. к. при условии Ек

3. Биполярный транзистор. Схема с общим коллек тором. Включение транзистора по схеме с общим коллектором Iвх = Iб Iвых = Iэ Uвх = Uбк Uвых = Uкэ Iвых / Iвх = Iэ / Iб = (Iк + Iб) / Iб = β + 1 = n n = 10 … 100 Rвх = Uбк / Iб = n (10 ч100) к. Ом В схеме с ОК коллектор является общей точкой входа и выхода, поскольку источники питания Еб и Ек всегда шунтированы конденса торами большой ёмкости и для пере менного тока могут считаться короткозамкнутыми. Особенность этой схемы в том, что входное на пряжение полностью передается обратно на вход, т. с. очень сильна отрицательная обратная связь. Нетрудно видеть, что входное нап ряжение равно сумме переменного напряжения база эмиттер Uбэ и выходного напряжения. Коэффициент усиления по току каскада с общим коллектором почти такой же, как и в схеме с ОЭ, т. е. равен нескольким десяткам. Однако, в отличие от каскада с ОЭ, коэффициент усиления по напряже

нию схемы с ОК близок к единице, причем всегда меньше её. Переменное напряжение, поданное на вход транзистора, усиливается в десятки раз (так же, как и в схеме ОЭ), но весь каскад не даёт усиления. Коэффициент усиления по мощности равен примерно нескольким десяткам. Рассмотрев полярность переменных напряжений в схеме, можно установить, что фазового сдвига между Uвых и Uвх нет. Значит, выходное напряжение совпадает по фазе с входным и почти равно ему. То есть, выходное напряжение повторяет входное. Именно поэтому данный каскад обычно называют эмиттерным повторителем. Эмиттерным – потому, что резистор нагрузки включен в провод вывода эмиттера и выходное напряжение снимается с эмиттера (относительно корпуса). Так как входная цепь представляет собой закрытый коллекторный переход, входное сопротивление каскада по схеме ОК составляет десятки килоом, что является важным достоинством схемы. Выходное сопротивление схемы с ОК, наоборот, получается сравнительно небольшим, обычно единицы килоом или сотни ом. Эти достоинства схемы с ОК побуждают использовать её для согласования различных устройств по входному сопротивлению. Недостатком схемы является то, что она не усиливает напряжение – коэффициент усиления чуть меньше 1. Основные параметры схемы с общим коллектором следующие: 1. Коэффициент усиления по току: Поделив числитель и знаменатель этой дроби на ток эмиттера Iэ, получим:

т. е. коэффициент передачи по току в схеме с общим коллектором почти такой же, как в схеме с общим эмиттером: 2. Входное сопротивление: Из этого следует, что входное сопротивление в этой схеме включения оказывается наибольшим из всех рассмотренных схем (десятки – сотни к. Ом ). 3. Коэффициент усиления по напряжению: Преобразуем это выражение с учетом предыдущих выражений: Поскольку Rвхб представляет собой очень малую величину, то можно считать, что Kuк≈1, т. е. усиления по напряжению в этой схеме нет. 4. Коэффициент усиления по мощности: на практике он составляет десятки – сотни единиц.

3. 1. Принцип усиления в схеме с общим коллектором. В схеме с общим коллектором выходной цепью является эмиттерная, входной — цепь базы. В связи с тем что ток эмит тера очти равен току коллектора, здесь тоже имеет место усиление по току и по п мощности. Эквивалентная схема включения транзистора по схеме с общим коллектором

3. 2. Статические характеристики для схемы с общим колле ктором. Входные и выходные характеристики схемы с общим коллектором Схему с общим коллектором часто называют эмиттерным повторителем, потому что, во первых, нагрузка включена здесь в цепь эмиттера, а во вторых, выходное напряжение в точности повторяет входное и по величине (Kuк≈1 ) и по фазе. Схема с общим эмиттером является наиболее распространенной, т. к. дает наибольшее усиление по мощности из всех схем. Схема с общей базой хоть и имеет меньшее усиление по мощности и имеет меньшее входное сопротивление, все же ее иногда применяют на практике, т. к. она имеет лучшие температурные и частотные свойства.

Выводы: 1. В отличие от схемы с общей базой схема с общим эмиттером наряду с усилением по напряжению даёт также усиление по току. Транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, усиливает ток базы в десятки сотни раз. Усиление по напряжению в данной схеме остается таким же, как в схеме с общей базой. Поэтому усиление по мощности в схеме с общим эмиттером значительно больше, чем в схеме с общей базой. 2. Схема с общим эмиттером имеет более приемлемые значения входного и выходного сопротивлений входное больше, а выходное сопротивление меньше, чем в схеме с общей базой. 3. Благодаря указанным преимуществам схема с общим эмиттером находит наибольшее применение на практике.

4. Схема с общей базой хоть и имеет меньшее усиление по мощности и имеет меньшее входное сопротивление, все же ее иногда применяют на практике, т. к. она имеет лучшие температурные свойства. 5. Схема с общим коллектором дает усиление по току и по мощности, но не дает усиления по напряжению. 6. Схему с общим коллектором очень часто применяют в качестве входного каскада усиления из за его высокого входного сопротивления и способности не нагружать источник входного сигнала, а также данная схема имеет наименьшее выходное сопротивление. 4. Биполярный транзистор как линейный четырех полюсник. Транзистор с его внутренними параметрами, определяемыми эквивалентной схемой, можно представить в виде линейного четырехполюсника – «черного ящика» с произвольной, но неизменной структурой, которая определяет соответствующие зависимости между входными и выходными параметрами ( U 1, I, U 2, I 2). Схема четырехполюсника

В зависимости от того, какие из этих величин взять за независимые переменные, а какие – за зависимые, линейный четырехполюсник можно описать шестью различными системами уравнений, однако наибольшее распространение получила система, где за независимые переменные принимаются входной ток I 1 и выходное напряжение U 2, а за зависимые – выходной ток I 2 и входное напряжение U 1. Тогда система уравнений, связывающая между собой зависимые и независимые переменные, выглядит так: Физический смысл коэффициентов h 11, h 12, h 21, h 22, называемых h параметрами установим следующим образом. Если в первом уравнении положить U 2=0 (к. з. на выходе), то параметр h 11 можно найти: входное сопротивление при коротком замыкании на выходе. Если в этом же уравнении положить I 1=0 (х. х. на входе), то параметр h 12 равен: коэффициент внутренней обратной связи по напряжению при холостом ходе во входной цепи. Аналогичным образом из второго уравнения находим: коэффициент передачи транзистора по току при коротком замыкании на выходе; выходная проводимость транзистора при холостом ходе во входной цепи.

С учетом h параметров эквивалентная схема транзистора выглядит следующим образом Схема замещения транзистора Здесь во входной цепи транзистора включен генератор напряжения h 12 U 2 , который учитывает взаимовлияние между коллекторным и эмиттерным переходом в результате модуляции ширины базы, а генератор тока h 21 I 1 в выходной цепи учитывает усилительные свойства транзистора, когда под действием входного тока I 1, в выходной цепи возникает пропорциональный ему ток h 21 I 1. Параметры h 11 и h 22 – это соответственно входное сопротивление и выходная проводимость транзистора. Для различных схем включения транзистора h параметры будут различны.

Так для схемы с общей базой входными и выходными величинами являются: I 1=Iэ, U 1=Uэб, I 2=Iк, U 2=Uкб. Эквивалентная схема четырехполюсника для схемы с общей базой Так как транзистор чаще усиливает сигнал переменного тока, то и h параметры по переменному току должны определяться не как статические, а как динамические (дифференциальные). Для схемы с общей базой они определяются по выражениям: Индекс «б» говорит о принадлежности этих параметров к схеме с общей базой.

Для схемы с общим эмиттером входными и выходными величинами являются: I 1=Iб, U 1=Uбэ, I 2=Iк, U 2=Uкэ. Эквивалентная схема четырехполюсника для схемы с общим эмиттером Для схемы с общим эмиттером h параметры определяются по выражениям: Индекс «э» говорит о принадлежности этих параметров к схеме с общим эмиттером.

Включение транзистора с общей базой (ОБ)

На рис. 6 приведена схема включения транзистора с общей базой.

В схеме с общей базой семейство входных статических характеристик – это зависимости IЭ = f(UЭБ), при UКБ = const

Рис. 7 – Семейство входных характеристик транзистора, включенного по схеме с общей базой.

Типичное семейство входных характеристик для маломощного n-p-n транзистора показано на рис. 7. Отрицательные значения напряжения UЭБ соответствуют прямому включению эмиттерного перехода. Характеристика для UКБ = 0 практически совпадают с характеристикой p-n перехода. В активном режиме (UЭБ < 0, UКБ > 0) сдвиг характеристик при изменении напряжения на коллекторе обусловлен эффектом Эрли: с ростом UКБ при постоянном токе IЭ прямое напряжение эмиттерного перехода снижается и характеристика сдвигается влево. В режиме насыщения (UЭБ < 0, UКБ < 0) кроме тока инжекции через эмиттерный переход течёт встречный ток электронов, инжектированных в базу из коллектора. При постоянном напряжении UЭБ с ростом по модулю напряжения UКБ встречный ток увеличивается, а полный эмиттерный ток уменьшается, то есть при UКБ < 0 характеристики сдвигаются вниз относительно характеристики UКБ = 0.

 

Выходные характеристики – это зависимости выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе. Для схемы с общей базой семейство выходных характеристик n-p-n транзистора представлено на рис. 8; здесь параметром служит ток эмиттера:

IK = f(UКБ), при IЭ = const

Область характеристик при UКБ > 0 соответствует активному режиму, где IК ≈ αIЭ, так как α = 1, то IК ≈ IЭ. Область характеристик при UКБ < 0 относится к режиму насыщения, где с ростом прямого напряжения коллекторного перехода экспоненциально возрастает его ток инжекции, направленный противоположно току коллектора, поэтому полный ток IК уменьшается и может даже изменить направление.

При больших напряжениях UКБ ток резко увеличивается вследствие пробоя коллекторного перехода. Для коллекторного перехода характерен лавинный пробой, что объясняется низкой концентрацией примесей в коллекторе.

В семействе выходных характеристик для транзистора, включённого по схеме с общей базой, нет характеристики соответствующей IЭ = 0. При IЭ = 0 в базу из эмиттера не поступают дырки и в цепи коллектора протекает только обратный ток IКБ0, который настолько мал, что сливается с горизонтальной осью.

Слабая зависимость тока коллектора от коллекторного напряжения свидетельствует об очень высоком выходном сопротивлении транзистора подключённого по схеме с общей базой:

, при IЭ = const.

Для транзисторов малой мощности Rвых.б имеет порядок сотен тысяч Ом, а для некоторых типов транзисторов может даже превышать 1 МОм.

Из характеристик рис. 7 видно, что малые изменения эмиттерного напряжения вызывают значительные приросты тока эмиттера. Это говорит о том, что транзистор, включённый по схеме с общей базой, имеет малое входное дифференциальное сопротивление.

, при UКБ = const

Для транзисторов малой мощности Rвх.б составляет единицы – десятки Ом.

Транзистор, включённый по схеме с общей базой, характеризуется также дифференциальным коэффициентом передачи тока эмиттера(просто коэффициент передачи):

, при UКБ = const

Поскольку всегда ΔIK < ΔIЭ, α < 1 (α = 0,96…0,99), то есть транзистор, включённый по схеме с общей базой, не даёт усиления по току. Но в то же время он обладает способностью усиления по напряжению и мощности. Это может быть объяснено следующим образом. Входное сопротивление транзистора мало. Поэтому с помощью малого прироста входного напряжения ΔUЭБ можно получить значительный прирост тока ΔIЭ. Этот прирост тока почти полностью передаётся в коллекторную цепь: ΔIK ≈ ΔIЭ. Благодаря тому, что выходное сопротивление транзистора велико и напряжение коллекторного источника ЕК >> ЕЭ2>>Е1), в коллекторную цепь можно включить нагрузочное сопротивление RK, во много раз превышающее входное сопротивление транзистора, от этого прирост коллекторного тока практически не уменьшается. Прирост коллекторного тока ΔIK создаст прирост падения напряжения на нагрузочном резисторе примерно во столько же раз больший, чем прирост входного напряжения, во сколько раз RK> Rвх.б. При этом возникает такой же по величине, но с обратным знаком прирост падения напряжения на коллекторе = ΔIKRK.

Коэффициент усиления по напряжению определяется соотношением:

К =

Таким образом, транзистор даёт возможность перейти от цепи малым сопротивлением к цепи с большим сопротивлением, но практически с тем же приростом тока, т.е. транзистор как бы преобразует сопротивление цепи. Наличие усиления по напряжению при ΔIK ≈ ΔIЭ означает, что транзистор вносит также усиление по мощности.

 

Выводы:

  1. В схеме с общей базой входная характеристика представляет собой характеристику p-n перехода при прямом включении.
  2. Входное дифференциальное сопротивление транзистора в схеме с общей базой мало, т.к. малые изменения напряжения на эмиттере вызывают значительные приросты тока эмиттера.
  3. В схеме с общей базой коллекторное напряжение влияет на ток эмиттера. Причём с повышением (по абсолютному значению) коллекторного напряжения ток эмиттера увеличивается (входная характеристика сдвигается влево).
  4. У транзисторной схемы с общей базой ток коллектора очень слабо зависит от коллекторного напряжения. Это означает что выходное сопротивление транзисторной схемы с общей базой очень велико.
  5. Транзистор, включённый по схеме с общей базой, вносит усиление по напряжению и мощности.
  6. Схема не даёт усиления по току.
  7. из-за малого входного сопротивления схема включения транзистора с общей базой потребляет относительно большой ток от источника сигнала.
  8. Чрезмерное большое выходное сопротивление затрудняет согласование с нагрузкой.

 


Узнать еще:

Что такое биполярный транзистор. Биполярный транзистор

 

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы.  Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу  у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу  а уделим внимание каждому, индивидуально.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Триоды за редким исключением применяют в аппаратуре для меломанов.

Биполярные транзисторы выглядеть могут  так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие,  выглядит как-то так.

Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит лишь в том что является «переносчиком» электрического заряда (электроны или «дырки» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой.    В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения. Или тупо поменять полярность источника питания.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто  прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа,  при прозвонке  создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора  n-p-n типа  диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

 

Особенности устройства биполярного транзистора

Биполярный транзистор включает в себя три области:

  • эмиттер;
  • базу – очень тонкую, которая изготавливается из слаболегированного полупроводника, сопротивление этой области высокое;
  • коллектор – его область больше по размерам, чем область эмиттера.

К каждой области припаяны металлоконтакты, служащие для подсоединения прибора в электроцепь.

Электропроводность коллектора и эмиттера одинакова и противоположна электропроводности базы. В соответствии с видом проводимости областей, различают p-n-p или n-p-n приборы. Устройства являются несимметричными из-за разницы в площади контакта – между эмиттером и базой она значительно ниже, чем между базой и коллектором. Поэтому К и Э поменять местами путем смены полярности невозможно.

Принцип работы биполярного транзистора

Этот тип транзистора имеет два перехода:

  • электронно-дырочный между эмиттером и базой – эмиттерный;
  • между коллектором и базой – коллекторный.

Дистанция между переходами маленькая. Для высокочастотных деталей она составляет менее 10 мкм, для низкочастотных – до 50 мкм. Для активации прибора на него подают напряжение от стороннего ИП. Принцип действия биполярных транзисторов с p-n-p и n-p-n переходами одинаков. Переходы могут функционировать в прямом и обратном направлениях, что определяется полярностью подаваемого напряжения.

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

  • Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
  • Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.

Схема включения с общей базой


Схема включения с общей базой.Основная статья: Усилительный каскад с общей базой

  • Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.
  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α
  • Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uэб/Iэ.

Входное сопротивление (входной импеданс) усилительного каскада с общей базой мало зависит от тока эмиттера, при увеличении тока — снижается и не превышает единиц — сотен Ом для маломощных каскадов, так как входная цепь каскада при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства

  • Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
  • Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

  • Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1
  • Малое входное сопротивление

Схема включения с общим эмиттером


Схема включения с общим эмиттером.
Iвых = Iк
Iвх = Iб
Uвх = Uбэ
Uвых = Uкэ.Основная статья: Каскад с общим эмиттером

  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
  • Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства

  • Большой коэффициент усиления по току.
  • Большой коэффициент усиления по напряжению.
  • Наибольшее усиление мощности.
  • Можно обойтись одним источником питания.
  • Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

  • Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором


Схема включения с общим коллектором.
Iвых = Iэ
Iвх = Iб
Uвх = Uбк
Uвых = Uкэ.Основная статья: Эмиттерный повторитель

  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
  • Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства

  • Большое входное сопротивление.
  • Малое выходное сопротивление.

Недостатки

  • Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры

  • Коэффициент передачи по току.
  • Входное сопротивление.
  • Выходная проводимость.
  • Обратный ток коллектор-эмиттер.
  • Время включения.
  • Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
  • Обратный ток коллектора.
  • Максимально допустимый ток.
  • Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

  • коэффициент усиления по току α;
  • сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току rэ, rк, rб, которые представляют собой:
    • rэ — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
    • rк — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
    • rб — поперечное сопротивление базы.


Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h-параметров.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h21 = Um1/Im1, при Um2 = 0.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h22 = Um1/Um2, при Im1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h31 = Im2/Im1, при Um2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h32 = Im2/Um2, при Im1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

Um1 = h21Im1 + h22Um2;Im2 = h31Im1 + h32Um2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: Im1 = Imб, Im2 = Imк, Um1 = Umб-э, Um2 = Umк-э. Например, для данной схемы:

h31э = Imк/Imб = β.

Для схемы ОБ: Im1 = Imэ, Im2 = Imк, Um1 = Umэ-б, Um2 = Umк-б.

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода Cк. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода Cэ также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода rэ и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τз относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τф. Временем включения транзистора называется τвкл = τз + τф.

Токи в транзисторе


Токи в биполярном транзисторе

Токи в биполярном транзисторе имеют две основных составляющих.

  • Ток основных носителей эмиттера IЭ, который частично проходит в коллектор, образуя ток основных носителей коллектора Iк осн, частично рекомбинирует с основными носителями базы, образуя рекомбинантный ток базы Iбр.
  • Ток неосновных носителей коллектора, который течёт через обратно смещённый коллекторый переход, образуя обратный ток коллектора Iкбо.

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: UКБ<0; UЭБ>0 (для транзистора n-p-n типа).

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).
Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ. нас) и коллектора (IК. нас).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ. нас) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ. отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (UБЭ. нас) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включённый последовательно с токозадающим резистором.
Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Работа биполярного транзистора.

Рассмотрим физические процессы, происходящие во время работы биполярного
транзистора. Для примера возьмем
модель NPN. Принцип работы транзистора PNP аналогичен, только
полярность напряжения между коллектором и эмиттером будет
противоположной.

Как уже говорилось в статье о типах проводимости в полупроводниках,
в веществе P-типа находятся положительно заряженные ионы —
дырки. Вещество N-типа насыщено отрицательно заряженными электронами. В
транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает
концентрацию дырок в области P.

Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером VКЭ (VCE).
Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора.
Однако ток не сможет идти, потому что электрическое поле источника напряжения не достигает эмиттера.
Этому мешает толстая прослойка полупроводника коллектора плюс прослойка полупроводника базы.

Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером VBE, но значительно ниже чем VCE
(для кремниевых транзисторов минимальное необходимое VBE
— 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения
подключенного к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до
N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе.
Часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать).
Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация
дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами.
Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше.
Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая,
все равно потечет в сторону плюса базы.

В итоге мы получаем два тока: маленький — от базы к эмиттеру IBE,
и большой — от коллектора к эмиттеру ICE.

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще
больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и
значительно усилится ток коллектора. Таким образом, при небольшом
изменении тока базы IB,
сильно меняется ток коллектора IС.
Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе.
Cоотношение тока коллектора IС к току базы IB называется коэффициентом усиления по току.
Обозначается β, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзистором.

β = IC / IB

Простейший усилитель на биполярном транзисторе

Рассмотрим детальнее принцип усиления сигнала в электрической плоскости на примере схемы.
Заранее оговорюсь, что такая схема не совсем правильная. Никто не подключает источник постоянного
напряжения напрямую к источнику переменного. Но в данном случае, так будет проще и нагляднее для
понимания самого механизма усиления с помощью биполярного транзистора. Так же, сама техника расчетов
в приведенном ниже примере носит несколько упрощенный характер.

Описание основных элементов цепи

Итак, допустим в нашем распоряжении транзистор с коэффициентом усиления 200 (β = 200). Со стороны коллектора подключим относительно мощный источник питания в 20V, за счет энергии которого будет происходить усиление. Со стороны базы транзистора подсоединим слабый источник питания в 2V. К нему последовательно подсоединим источник переменного напряжения в форме синуса, с амплитудой колебаний в 0.1V. Это будет сигнал, который нужно усилить. Резистор Rb возле базы необходим для того, чтобы ограничить ток, идущий от источника сигнала, обычно обладающего слабой мощностью.

Расчет входного тока базы Ib

Теперь посчитаем ток базы Ib. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (Vmax) и минимальном (Vmin). Назовем эти значения тока соответственно — Ibmax и Ibmin.

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер VBE. Между базой и эмиттером располагается один PN-переход. Получается, что ток базы «встречает» на своем пути полупроводниковый диод. Напряжение, при котором полупроводниковый диод начинает проводить — около 0.6V. Не будем вдаваться в подробности вольт-амперных характеристик диода, и для простоты расчетов возьмем приближенную модель, согласно которой напряжение на проводящем ток диоде всегда 0.6V. Значит, напряжение между базой и эмиттером VBE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (VE = 0), то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (VB = 0.6V).

Расчет выходного тока коллектора IС

Теперь, зная коэффициент усиления (β = 200), можно с легкостью посчитать максимальное и минимальное значения тока коллектора ( Icmax и Icmin).

Расчет выходного напряжения Vout

Осталось посчитать напряжение на выходе нашего усилителя Vout. В данной цепи — это напряжение на коллекторе VC.

Через резистор Rc течет ток коллектора, который мы уже посчитали.

Анализ результатов

Как видно из результатов, VCmax получился меньше чем VCmin. Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе VRc отнимается от напряжения питания VCC. Однако в большинстве случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала – амплитуда, которая увеличилась c 0.1V до 1V. Частота и синусоидальная форма сигнала не изменились. Конечно же, соотношение Vout/Vin в десять раз — далеко на самый лучший показатель для усилителя, однако для иллюстрации процесса усиления вполне подойдет.

Итак, подытожим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе. Через базу течет ток Ib, несущий в себе постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая нужна для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал проводить – «открылся». Переменная составляющая – это, собственно, сам сигнал (полезная информация). Сила тока коллектор-эмиттер внутри транзистора – это результат умножения тока базы на коэффициент усиления β. В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором – результат умножения усиленного тока коллектора на значение резистора.

Таким образом, на вывод Vout поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний, но с сохранившейся формой и частотой. Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор берет у источника питания VCC. Если напряжения питания будет недостаточно, транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получится с искажениями.

Транзистор в ключевом режиме

Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку.

Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи.  Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.

В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Главное чтобы  эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Т.е. I=U/R

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.

Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи  того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.

В результате  мы вполне можем найти сопротивление резистора

Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе.

Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно? Что когда базовый резистор подключается к +5 В лампочка загорается, когда отключается -лампочка гаснет? Ответ может быть да а может и нет.

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Напряжение на базовом резисторе  может возникнуть чудесным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти

Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Между базой и эмиттером подключают еще один резистор  Rбэ. Этот резистор выбирают номиналом как минимум в 10 раз больше базового резистора Rб (В нашем случае  мы взяли резистор 4,3кОм).

Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока.

В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок.

Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению. Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель является частным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключем) является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,6-0,7В. Выходит что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6В.

Получилось 9,4В, одним словом почти сколько вошло столько и вышло. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит.

«В чем же смысл тогда таком включении транзистора?»- спросите вы. А вот оказывается эта схема обладает другим очень важным свойством.  Схема включения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Но если сравнивать ток базы и ток коллектора то ток базы очень мал по сравнению с током коллектора. Получается ток нагрузки равен току коллектора.  И в результате получилась вот такая формула.

Теперь я думаю понятно в чем суть  схемы эмиттерного повторителя, только это еще не все.

Эмиттерный повторитель обладает еще одним очень ценным качеством — высоким входным сопротивлением. Это означает, что эта транзисторная схема почти не потребляет ток входного сигнала и не создает нагрузки для схемы -источника сигнала.

Для понимания принципа работы транзистора этих двух транзисторных схем будет вполне достаточно. А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь теория теорией а практика и личный опыт ценнее в сотни раз!

Усилитель с общей базой

| Конфигурация, схема, характеристики

В этом руководстве мы узнаем о BJT, настроенном как усилитель с общей базой. Мы увидим различные характеристики усилителя с общей базой, такие как коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по току, входное и выходное сопротивление и т. Д.

Введение

Биполярный транзистор или просто BJT — это трехконтактный полупроводниковый прибор с чередующимися слоями полупроводникового материала n- и p-типа. Три вывода, которые соответствуют трем областям транзистора, называются эмиттером, базой и коллектором.

BJT может быть типа npn или типа pnp в зависимости от конфигурации регионов. Поскольку и электроны, и дырки действуют как носители тока, используется термин «биполярный».

В принципе, BJT можно настроить для работы в качестве усилителя или переключателя. Если BJT настроен как усилитель, амплитуда электрического сигнала, подаваемого на вход, увеличивается в несколько раз на выходе.

Настройка BJT в качестве коммутатора — одно из распространенных и часто используемых приложений транзистора.Управляя транзистором в областях отсечки и насыщения, вы можете реализовать электронный переключатель, использующий транзистор.

Общая базовая конфигурация

Транзистор

A может быть сконфигурирован как двухпортовый тремя способами. Это соединение с общим эмиттером, соединение с общим коллектором и соединение с общей базой. В общей базовой конфигурации терминал является общей точкой как для ввода, так и для вывода.

На следующем изображении показаны транзисторы npn и pnp в общей базовой конфигурации.Независимо от типа транзистора, клемма базы в общей конфигурации базы всегда имеет потенциал земли.

В общей базовой конфигурации входными переменными являются ток эмиттера i E и напряжение эмиттера V BE . Точно так же выходными переменными являются ток коллектора i C и напряжение между базой коллектора V CB .

Чтобы полностью описать характеристики общей базовой конфигурации, такой как усилитель с общей базой, вам потребуются два набора характеристик.

  • Входные характеристики (также известные как точка движения или характеристики передачи)
  • Выходные характеристики (или характеристики коллектора)

Входные характеристики будут связывать входные переменные, то есть ток эмиттера i E и базу с напряжением эмиттера V BE , в то время как выходная переменная V CB остается постоянной.

Переходя к выходным характеристикам, они будут связывать выходные переменные, то есть ток коллектора i C и базу с напряжением коллектора V CB , в то время как входной переменный ток эмиттера i E поддерживается постоянным.

Выходные характеристики дают нам картину трех областей работы транзистора: отсечки, активности и насыщения.

Усилитель с общей базой

Усилитель — это электронная схема, увеличивающая амплитуду электрического сигнала. Электроэнергия от источника питания используется для увеличения амплитуды сигнала. Коэффициент усиления усилителя — это величина, которая определяет степень усиления, обеспечиваемого усилителем.

Простая схема усилителя может быть спроектирована с использованием одного транзистора (BJT или FET) вместе с несколькими пассивными компонентами.Однотранзисторные усилители для BJT имеют три конфигурации. Их:

  • Усилитель с общим эмиттером
  • Общий коллекторный усилитель
  • Усилитель с общей базой

Основное внимание в этом руководстве уделяется усилителю с общей базой, его базовой схеме и его рабочим характеристикам, то есть усилению по напряжению, усилению по току, входному сопротивлению и выходному сопротивлению.

Типичный усилитель с общей базой имеет следующую топологию.

  • Вход подается на эмиттер BJT.
  • Выходной сигнал взят из коллектора BJT.
  • Базовая клемма, общая как для входа, так и для выхода, часто заземляется.
Схема усилителя с общей базой

На следующем изображении показана типичная схема общего базового усилителя с конфигурацией смещения делителя напряжения.

База BJT является общей клеммой и находится на земле переменного тока из-за конденсатора. Входной сигнал подается на эмиттер через конденсаторную связь.Выходной сигнал поступает на коллектор, а нагрузка подключена к нему емкостным образом.

Характеристики усилителя с общей базой

Все характеристики усилителя с общей базой объясняются в соответствии с параметрами транзисторной модели переменного тока. В качестве альтернативы вы можете использовать параметры h.

Для определения характеристик нам необходимо построить эквивалентную по переменному току модель усилителя с общей базой. На следующем изображении показано то же самое.

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению усилителя CB от эмиттера (входа) до коллектора (выхода) равен

.

A V = Vout / Vin = Vc / Ve = Ic Rc / Ie (r’e || R E ) ≈ Ie Rc / Ie (r’e || R E )

Если предположить, что R E >> r’e, тогда A V ≈ Rc / r’e

Здесь Rc = R C || R L

r’e = Сопротивление эмиттера переменного тока

коэффициент усиления по напряжению обычного базового усилителя очень высок без инверсии фазы.

Текущий прирост

Текущее усиление усилителя CB — это выходной ток, деленный на входной ток. В эквивалентном режиме переменного тока Ic — это выходной ток, а Ie — входной ток.

Так как Ic ≈ Ie, коэффициент усиления по току Ai ≈ 1.

Входное сопротивление

Входное сопротивление — это эквивалентное сопротивление, если смотреть на эмиттер. Выдается

Rin = Vin / Iin = Ve / Ie = Ie (r’e || R E ) / Ie = r’e || R E

Обычно R E намного больше, чем r’e.

Если R E >> r’e, то Rin ≈ r’e.

Это означает, что входное сопротивление усилителя с общей базой обычно очень низкое.

Выходное сопротивление

Выходное сопротивление эквивалентно Тевенину на выходе усилителя с общей базой, если смотреть назад в усилитель. Сопротивление коллектора переменного тока r’c параллельно R C и обычно намного больше, чем R C .

Следовательно, Rout ≈ R C

Заключение

Усилитель с общей базой используется реже, чем усилитель с общим эмиттером.Он используется для обеспечения усиления по напряжению без усиления по току. Он используется в качестве усилителя напряжения или буфера в некоторых высокочастотных приложениях.

На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы об усилителе с общей базой.

  • Имеет относительно высокое усиление по напряжению.
  • Текущее усиление меньше или иногда приблизительно равно 1.
  • Входное сопротивление низкое.
  • Высокое выходное сопротивление.

Похвала общебазу: Скамейка по-быстрому

Конфигурация с общей базой используется настолько мало, что даже не регистрируется на радарах многих инженеров.Итак, как самопровозглашенный специалист по аналоговой схеме , мне неловко сказать, что, пока это находится на моем радаре, я не припомню, чтобы когда-либо проектировал схему C-B. В рамках проекта EDN CDEL каскад CB казался идеальным выбором для обеспечения усиления по напряжению для драйвера затвора MOSFET, но мне потребовалось больше размышлений, чем ожидалось, чтобы спроектировать схему, которая может действительно работать , и я не был доволен до тех пор, пока Я фактически подтвердил операцию на макете и проработал некоторые очень простые математические операции.

Я обнаружил, что не могу на самом деле изучить и усвоить схему до тех пор, пока у меня не возникнет в ней нужды, и я не проделал по крайней мере каких-то небольших практических действий с ней.В отличие от основных аранжировок C-E и C-C, которые большинство из нас может разработать во сне, мне потребовалось несколько попыток, чтобы нарисовать работоспособную сцену C-B. Грубо говоря, мне нужно было преобразовать качание 0–3 В в колебание 0–12 В. Одна часть моего мозга знала, что весь выходной ток исходит от входа, но другая сторона продолжала смотреть на смещенный переход E-B и не могла забыть того факта, что она просто не включит транзистор полностью. В конце концов, напряжения и токи сошлись. Впрочем, это правда, что C-B все еще может насыщаться, как C-E, при достаточно сильном движении.


Как только я понял, что для моего приложения база должна быть смещена, а не заземлена, схема встала на свои места. Это было после того, как я понял, что мне не нужен PNP … если только R или не будут подключены к отрицательному источнику питания!

Хотя я предпочитаю понимать вещи визуально и интуитивно, а не только математически, я проделал простую математику, чтобы подтвердить свое мнение:

Предположим, что I C = I E (нет, но достаточно близко с хорошим транзистором)

I E = (V I — V E ) / R i (установите V E на V ref или V ref — 0.7В. Только не забывайте о ваших приближениях.)

В O = 12 В — I C · R или

Поскольку ток через , и или рэндов одинаков, коэффициент усиления = o / рэндов и

Выходной источник питания должен быть стабильным, так как нет отклонений от источника питания. Небольшим бонусом этого поведения моего драйвера MOSFET «снижение с 12 В» является то, что я могу установить V O примерно на 3 В, когда V I составляет 0 В, таким образом, не тратя впустую драгоценное разрешение ЦАП при вождении в подпороговом значении MOSFET. диапазон.

Мне нравится, что C-B чем-то похож на операционный усилитель. Коэффициент усиления составляет R / , а вход эмиттера ведет себя аналогично суммирующему узлу.

Вот чрезвычайно скучное видео, демонстрирующее ввод и вывод, хотя и на классическом прицеле 549:

Конечно, C-B можно использовать не только для этого базового усилителя напряжения. Из него можно сделать цифровой преобразователь уровня, и он регулярно используется в ВЧ и каскодных схемах.

Вы проектировали или встречали интересные схемы с общей базой? Если да, то как, где и почему?

Статьи по теме :

—Майкл Данн, главный редактор EDN, имеет несколько десятилетий опыта электронного проектирования в различных областях.

Следите за сообщениями Майкла Данна и EDN в Instagram.

[Решено] Наиболее часто используемая конфигурация транзистора для переключения

Наиболее часто используемая конфигурация транзистора для использования в качестве переключающего устройства — это конфигурация с общим эмиттером.

Пояснение:

Транзистор:

  • Полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии, называется транзистором.
  • Он изготовлен из полупроводникового материала с как минимум тремя выводами для подключения к внешней цепи, поэтому они называются биполярными транзисторами.
  • Три основных однокаскадных биполярных переходных транзистора, которые используются в качестве усилителя напряжения, называются усилителем CE.
  • Вход (Vin) усилителя CE берется с клеммы базы и выхода (Vout). собирается с коллекторного терминала
  • Вывод эмиттера является общим для выводов базы и коллектора, и вход подается через переход эмиттер-база с прямым смещением, что усиливает сигнал.
  • Таким образом, ток базы усиливается за счет приложения подходящего входного напряжения на переходе база-эмиттер, и мы получаем усиленное выходное напряжение на переходе коллектор-эмиттер

Из приведенного выше объяснения мы можем видеть, что в конфигурации обычного эмиттера ток базы усиливается, и мы получаем усиленный выходной сигнал.

Эту конфигурацию можно использовать в качестве переключающей схемы, в которой путем подачи подходящего тока база-эмиттер можно включить или выключить схему.

Следовательно, когда транзистор используется в конфигурации с общим эмиттером, изменение выходного сигнала может быть выполнено путем изменения тока базы (то есть путем изменения напряжения база-эмиттер).

Параметр

Общая база

Общий эмиттер

Общий коллектор

Входной ток

IE

IB

IB

Выходной ток

IC

IC

IE

Текущий прирост

\ ({\ alpha _ {dc}} = \ frac {{{I_C}}} {{{I_E}}} \)

\ ({\ beta _ {dc}} = \ frac {{{I_C}}} {{{I_B}}} \)

\ (\ gamma = \ frac {{{I_E}}} {{{I_B}}} = \ left ({1 + {\ beta _ {dc}}} \ right) \)

Коэффициент усиления напряжения

Высокая

Средний

Менее 1

Характеристики транзистора с общей базой

| Входные и выходные характеристики

Характеристики транзистора с общей базой:

Для исследования характеристик транзистора с общей базой диода (двухполюсного устройства) прикладываются несколько уровней прямого или обратного напряжения смещения и измеряются результирующие уровни тока.Затем характеристики устройства выводятся путем построения графика зависимости тока от напряжения. Поскольку транзистор является трехконтактным устройством, существует три возможных варианта (конфигурации) подключения для исследования его характеристик транзистора с общей базой. Из каждой из этих конфигураций можно получить три набора характеристик транзистора с общей базой.

На рис. 4-20 показан pnp-транзистор с общей клеммой базы как для входного (EB), так и для выходного (CB) напряжения.Говорят, что транзистор подключен по схеме с общей базой . В комплект входят вольтметры и амперметры для измерения входных и выходных напряжений и токов.

Входные характеристики общей базовой конфигурации:

Для определения входных характеристик конфигурации с общей базой выходное напряжение (CB) поддерживается постоянным, а входное (EB) напряжение устанавливается на нескольких удобных уровнях. Для каждого уровня входного напряжения записывается входной ток I E .Затем строится график зависимости I E от V EB , чтобы получить входные характеристики общей базовой конфигурации, показанные на рис. 4-21.

Поскольку EB-переход смещен в прямом направлении, входные характеристики с общей базой по существу аналогичны характеристикам pn-перехода с прямым смещением. Рисунок 4-21 также показывает, что для данного уровня входного напряжения больше входного тока протекает, когда используются более высокие уровни напряжения выключателя. Это связано с тем, что более высокие напряжения CB (, обратное смещение, ) заставляют область обеднения на переходе CB проникать глубже в базу транзистора, таким образом сокращая расстояние и уменьшая сопротивление между областями истощения EB и CB.

Выходные характеристики общей базовой конфигурации:

Ток эмиттера I E поддерживается постоянным на каждом из нескольких фиксированных уровней. Для каждого фиксированного уровня I E выходное напряжение V CB регулируется удобными шагами, и регистрируются соответствующие уровни тока коллектора I C . Таким образом получается таблица значений, из которой может быть построено семейство выходных характеристик. На рис. 4-22 нанесены соответствующие уровни I C и V CB , полученные, когда I E поддерживался постоянным на уровне 1 мА, и полученные характеристики транзистора с общей базой обозначены как I E = 1 мА. .Аналогичным образом, другие характеристики нанесены на график для уровней I E : 2 мА, 3 мА, 4 мА и 5 мА.

Выходные характеристики общей базовой конфигурации, показанные на рис. 4-22, показывают, что для каждого фиксированного уровня I E , I C почти равно I E и, по-видимому, остается постоянным, когда V CB увеличена. Фактически, есть очень небольшое увеличение I C с увеличением V CB . Это связано с тем, что увеличение напряжения смещения коллектор-база (V CB ) расширяет область истощения CB и, таким образом, сокращает расстояние между двумя областями истощения.При постоянном значении I E увеличение I C настолько мало, что становится заметным только при больших изменениях V CB .

Как показано на рис. 4-22, когда V CB уменьшается до нуля, I C все еще течет. Даже когда приложенное извне напряжение смещения равно нулю, на переходе выключателя все еще существует барьерное напряжение, и это способствует прохождению I C . Носители заряда, которые составляют I C , являются неосновными носителями, поскольку они пересекают переход CB.Таким образом, напряжение обратного смещения V CB и (несмещенное) напряжение барьера CB способствуют их перемещению через переход. Чтобы остановить поток носителей заряда, CB-переход должен быть смещен в прямом направлении.

Следовательно, как показано на рис. 4-22, I C уменьшается до нуля только тогда, когда V CB увеличивается положительно.

Область графика для CB-перехода с прямым смещением известна как область насыщения (см. Рис. 4-22). Область, в которой переход имеет обратное смещение, называется активной областью, и это нормальная рабочая область для транзистора.

Если допустить, что напряжение обратного смещения на переходе выключателя превышает максимально безопасный предел, указанный производителем, может произойти поломка устройства. Пробой, показанный пунктирными линиями на рис. 4-22, может быть вызван теми же эффектами, которые вызывают пробой диодов. Пробой также может быть результатом проникновения области истощения CB в основание до тех пор, пока она не вступит в контакт с областью истощения EB (рис. 4-23). Это состояние известно как сквозной или сквозной, и при его возникновении могут протекать очень большие токи, что может привести к разрушению устройства.Расширение области истощения происходит за счет увеличения V CB . Поэтому очень важно поддерживать V CB ниже максимального безопасного предела, указанного производителем устройства. Типичный максимальный уровень V CB находится в диапазоне от 25 В до 80 В.

Коэффициент усиления по току в конфигурации с общей базой:

Характеристики усиления по току (также называемые характеристиками прямого перехода) представляют собой график зависимости выходного тока (I C ) от входного тока (I E ).Они получены экспериментально с использованием схемы на рис. 4-20. V CB поддерживается постоянным на удобном уровне, а I C измеряется для различных уровней I E . Затем строится график зависимости I C от I E , и полученный график идентифицируется уровнем V CB (см. Рис. 4-24).

Характеристики усиления по току выключателя могут быть получены из выходных характеристик выключателя, как показано на рис. 4-25. Вертикальная линия проводится через выбранное значение V CB , а соответствующие уровни I E и I C считываются вдоль линии.Затем уровни I C наносятся на график в сравнении с I E , и характеристика маркируется с использованием V CB . Поскольку почти весь I E вытекает из клеммы коллектора, поскольку I C , V CB оказывает лишь небольшое влияние на характеристики усиления по току.

Транзисторы 101: подробное описание транзисторов

Транзисторы — одни из наиболее часто используемых элементов в электронных схемах.Их простота использования и простой принцип работы — вот что делает их популярными среди разработчиков электроники. В основном они выполняют две функции: переключение и усиление. Вам просто нужно несколько вычислений, чтобы внедрить это трехногий прибор в ваш следующий проект и дать ему возможность правильно работать. Итак, давайте подробно рассмотрим транзисторы и посмотрим, как вы можете использовать их в своем предстоящем электронном проекте. К концу этого сообщения в блоге у вас будет четкое представление о внутренней структуре транзистора, его различных типах и способах их включения в электронные схемы.

Насколько важны транзисторы?

Транзисторы используются почти во всех электронных схемах. Более того, они используются в интегральных схемах (IC), логических вентилях (AND, OR, NOT, XOR и т. Д.) И многих других электронных компонентах. В среднем ИС содержит 42 миллиона транзисторов, а iPhone 11 — 8,5 миллиардов транзисторов.

Как выглядит внутренняя структура транзистора?

Транзисторы изготовлены из полупроводникового материала, такого как кремний, германий и др.Добавление примесей в полупроводниковые пластины позволяет производителям транзисторов создавать области n-типа и p-типа. Этот процесс называется допингом.

Легирование позволяет полупроводниковой пластине, такой как кремний, разделяться на две области; n-тип и p-тип. Что это за регионы и чем они отличаются? Количество положительных и отрицательных зарядов, присутствующих в этой области, — вот что их отличает. Отрицательно заряженные частицы называются электронами, а положительно заряженные области называются дырками, потому что отсутствие электрона создает «дырку».В области n-типа основными носителями являются электроны, а в области p-типа основными носителями являются дырки.

Транзистор состоит из области p-типа между двумя областями n-типа и наоборот. NPN и PNP — это два типа транзисторов, в зависимости от их внутренней структуры. Три вывода транзистора берут начало от каждой из трех легированных областей, находящихся внутри него. Средняя зона — это базовая клемма, а две другие — эмиттерная и коллекторная.

Как работают транзисторы?

Транзисторы работают как усилители или переключатели. При работе в качестве усилителя транзистор принимает небольшой входной ток и усиливает его, чтобы получить больший выходной ток. С другой стороны, при работе как выключатель низкий входной ток на входной клемме включается и вызывает больший ток на выходной клемме. Обе конфигурации транзисторов выгодны, что делает их очень популярными в проектировании электронных схем.

Если мы подключим отрицательную клемму батареи к области n-типа (эмиттер), а положительную клемму к базе (область p-типа), ток будет течь от базы к эмиттеру. Точно так же, если мы поместим коллектор (область n-типа) на более высокий положительный потенциал, чем база и эмиттер, ток эмиттера будет генерироваться и течь к коллектору. Ток коллектор-эмиттер I CE регулируется напряжением базы.

Режимы переключения и усиления достигаются за счет обеспечения правильного напряжения базы, коллектора и эмиттера. Давайте рассмотрим некоторые основные схемы транзисторов, чтобы понять, как происходит усиление и переключение.

Конфигурации транзисторов

Существует три основных конфигурации транзисторов, которые широко используются в проектировании электронных схем:

  • Общий эмиттер
    Конфигурация с общим эмиттером работает как усилитель, а также как переключатель.Входной сигнал подается на базу, а выходной сигнал измеряется на клемме коллектора. Эмиттер является общим как для входных, так и для выходных клемм, поскольку входной сигнал подается на клеммы база-эмиттер, а выходной сигнал собирается на клеммах коллектора и эмиттера. На схеме ниже показано, как можно построить схему усилителя с общим эмиттером. В этих примерах схем мы рассматриваем NPN-транзисторы.

  • Общий коллектор
    В этой конфигурации входной сигнал подается на базу, а выходной сигнал собирается с вывода эмиттера.Коллектор является общим как для входных, так и для выходных клемм; вам необходимо заземлить этот вывод при построении вашей схемы с общим коллектором. Эта конфигурация в основном используется в качестве схемы буфера напряжения, переключателя и схемы согласования импеданса. На схеме ниже показана базовая реализация схемы с общим коллектором.

  • Общая база
    Как вы, возможно, уже догадались, клемма базы является общей для входных и выходных сигналов.Эмиттер действует как входной терминал, а выходной сигнал генерируется на коллекторе. Базовая клемма заземлена так, что она является общей для обеих других клемм. Конфигурация с общей базой в основном используется для согласования импеданса. На схеме ниже показано, как можно реализовать схему усилителя с общей базой.

Среди трех конфигураций транзисторов наиболее популярной является конфигурация с общим эмиттером. Это в основном из-за его коэффициента усиления по напряжению, которого достаточно для большинства транзисторных приложений по сравнению с коэффициентом усиления двух других конфигураций.

Транзистор как переключатель

Переключатель — это электронный компонент, который позволяет включать или отключать соединение в цепи. Разрыв соединения называется разомкнутой цепью (ВЫКЛ), в то время как замкнутая цепь (ВКЛ) — когда соединение установлено. Самым популярным применением транзисторов является их использование в качестве переключателя. Как работают три вывода транзистора, когда он действует как переключатель?

Транзистор

А работает в двух режимах — насыщения и отсечки.Когда он работает как переключатель, он отключается, когда находится в режиме отсечки, поскольку через него не течет ток коллектора, и он включается при работе в режиме насыщения. Коллекторный ток генерируется при наличии входного сигнала на базе; это когда транзистор включен. Когда нет входного сигнала, транзистор переходит в режим отсечки и выключается, при этом ток не течет через коллектор.

Вот базовая схема, в которой транзистор NPN работает как переключатель.На базу подается входное напряжение. Вы должны иметь в виду, что кремниевым устройствам с p-n переходом для работы требуется напряжение выше 0,7 В. Следовательно, для включения транзистора напряжение база-эмиттер (V BE ) должно быть выше 0,7 В. Резистор на входе определяет величину напряжения на базе.

Когда V BE больше 0,7 В, переходы база-эмиттер и база-коллектор смещены в прямом направлении, что приводит к максимальному току коллектора.Это когда ваш транзистор находится в режиме насыщения и действует как замкнутая цепь. В результате загорится светодиод на выходе.

Аналогичным образом, когда вход заземлен, напряжение база-эмиттер будет меньше 0,7 В, что приведет к обратному смещению на переходах база-эмиттер и база-коллектор. Следовательно, через коллектор не будет протекать ток, и транзистор будет в режиме отсечки, что приведет к выключению выходного светодиода.

Применение транзистора: Генератор

Очень распространенная электронная схема — это генератор, который используется в различных приложениях, таких как светодиоды, обработка сигналов и тактовые генераторы микроконтроллера.Используя пару транзисторов, мы можем быстро построить схему генератора, как показано на схеме ниже.

Конденсаторы, присутствующие в цепи генератора, играют наиболее важную роль. Когда один конденсатор заряжается, он включает транзистор до его разрядки. Между тем, второй конденсатор заряжается и включает второй транзистор, когда первый выключается. Это генерирует осциллирующий импульс, поскольку транзисторы соединены в виде зеркала с противоположной полярностью.

Вы можете изменить частоту колебаний, изменив номиналы конденсатора и резистора в соответствии с вашими потребностями. Все, что вам нужно, это пара транзисторов, пара конденсаторов и несколько резисторов для построения многоцелевой схемы генератора.

Хотите узнать ТЗ? Изучите возможности Fusion 360 в области электроники, включая ТЗ и ТЗ, загрузив бесплатную пробную версию.

Autodesk Fusion 360 предлагает множество инструментов для инженеров, включая трехмерное проектирование печатных плат, исчерпывающие наборы данных и многое другое.Чего же ты ждешь? Начните свой следующий проект в области электроники в Fusion 360 уже сегодня.

В данной заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке США № 093/700, поданной 22 июля 1998 г.

Область изобретения

Это изобретение относится к системам видеодисплея, таким как телевизионные приемники, компьютерные и другие мониторы, и, в частности, к схемам защиты для обеспечения защиты от возгорания люминофора для кинескопов, используемых в таких системах отображения, путем применения отсечки луча. смещение к управляющей сетке кинескопа, когда требуется защита.

Предпосылки изобретения

В системах отображения с прямым обзором и проекции обычно в качестве устройств отображения используются кинескопы. Во время нормальной работы кинескопа схема сканирования отклоняет и электронный луч, создавая растр относительно большой площади на лицевой пластине кинескопа, а видеомодуляция луча создает видимое изображение за счет активации люминофоров, нанесенных на лицевую пластину. Энергия луча при нормальной работе распределяется по всей площади лицевой панели кинескопа.Если возникают потери при сканировании, энергия луча может быть сконцентрирована на относительно небольшой площади лицевой панели, и эта высокая концентрация энергии луча может вызвать необратимое повреждение люминофора, так называемое «точечное ожог». Потеря сканирования может происходить, когда устройство отображения включается в условиях «горячего старта» (то есть, когда приемник быстро переключается между режимами включения и выключения), или это может происходить, например, когда происходит отказ компонента.

Возникновение условий потери сканирования также вызывает беспокойство при выключении кинескопа.Когда питание кинескопа прекращается, катод продолжает испускать электроны, пока не остынет в достаточной степени. В результате катод продолжает испускать затухающий электронный пучок в течение конечного периода времени после отключения отклоняющих напряжений. Чтобы предотвратить точечные ожоги на лицевой пластине в течение этого периода, желательно поддерживать достаточное напряжение смещения между катодом и управляющей сеткой, чтобы не допустить, чтобы затухающий электронный луч освещал лицевую пластину без отклоняющих напряжений.

Во время нормальной работы поддерживается разница напряжений между катодом и управляющей сеткой. Большая разница напряжений приводит к низкому уровню освещенности экрана дисплея, а низкая разница напряжений приводит к высокому уровню освещенности. Например, типичное катодное напряжение может составлять около 180 вольт, а типичное напряжение сети может находиться в диапазоне от около десяти до двадцати вольт или около того, и катодное напряжение модулируется для уменьшения разницы напряжений для изменения уровня яркости.Когда дисплей выключен, разность напряжений катода и сетки приближается к нулю, и если напряжения отклонения отсутствуют, нулевое катодное смещение заставляет электронный луч концентрироваться на очень небольшой области экрана дисплея.

Одним из методов предотвращения ожогов при выключении кинескопа является так называемый метод «удара по сетке». В таком способе устройство накопления заряда подключено к управляющей сетке электронно-лучевой трубки и дополнительно подключено через переключающее устройство к источнику напряжения.Устройство накопления заряда заряжается через переключающее устройство от источника напряжения, когда управляющий сигнал, поступающий на управляющий вход переключающего устройства, указывает, что присутствует сигнал отклонения. Переключающее устройство отключает напряжение питания от устройства накопления заряда, когда управляющий сигнал указывает, что сигнал отклонения отсутствует, и помещает отрицательное напряжение гашения на управляющую сетку. Таким образом, между катодом и управляющей сеткой поддерживается достаточная разница напряжений, когда катодное напряжение падает, и, таким образом, экран дисплея остается пустым.Такой способ описан, например, в патентах США No. № 5,089,754, озаглавленный «Схема защиты для электронно-лучевой трубки», выданный 18 февраля 1992 г. Джону Б. Джорджу. Другой пример схемы защиты кинескопа типа «удар сетки» описан Gurley et al. в патенте США 5 043 639 под названием «Устройство видеодисплея со схемой защиты от точечных ожогов кинескопа», выпущенное 27 августа 1991 г. The Gurley et al. Схема аналогична схеме Джорджа, но использует пассивный источник заряда и переключающее устройство, подключенное между пластиной конденсатора и землей.

Хотя в описанных выше схемах переключения сетки используется только одно переключающее устройство, они используют относительно сложные схемы дополнительного смещения по сравнению, например, с устройствами, использующими несколько переключающих устройств, как, например, схема переключения сетки, используемая в модели CTC- 195 Цветной телевизионный приемник, производимый Thomson Consumer Electronics, Inc. На РИСУНКЕ 1 представлена ​​принципиальная схема такой схемы выброса сетки в телевизионном приемнике.

Преимущественно использование пары переключающих устройств в цепи выброса сети приемника CTC-195 обеспечивает активное понижение конденсатора выброса сети, обеспечивая быстрое снижение напряжения сети и дополнительно обеспечивает активно регулируемое напряжение смещения постоянного тока для сетка при нормальной работе приемника.

Преимущества схемы смещения сетки CTC-195, заключающейся в активном понижении пускового конденсатора, когда требуется гашение луча, и активном регулировании смещения сетки, когда гашение не требуется, могут привести к мысли, что дальнейшее улучшение схемы не приведет к дальнейшему улучшению схемы. быть необходимым.

Однако в соответствии с аспектом настоящего изобретения было обнаружено, что при определенных применениях схемы переключения сети было бы желательно дополнительно улучшить характеристики схемы переключения сети.В частности, было обнаружено, что в приложениях, где напряжение питания для схемы переключения сети является относительно низким, существует потребность в повышении эффективности зарядки схемы переключения сети. Как подробно обсуждается ниже в отношении схемы на фиг.1 предшествующего уровня техники, эффективность зарядки схемы предшествующего уровня техники составляет только около 60%, выраженную в терминах напряжения, накопленного на конденсаторе, в процентах от значения источника высокого напряжения. Хотя такая эффективность зарядки вполне достаточна при наличии напряжения питания порядка 250 вольт, она может привести к предельным характеристикам отсечки луча в приложениях, где напряжение питания высокого напряжения заметно меньше 250 вольт.

Следовательно, желательно обеспечить схему выброса сетки, имеющую повышенную эффективность зарядки для конденсатора выброса.

Краткое изложение изобретения

Устройство, воплощающее изобретение, для приложения смещения отсечки луча к сетке кинескопа для защиты от точечных ожогов, содержит конденсатор, имеющий первый и второй электроды, и источник для обеспечения сигнала управления отсечкой луча. . Первая переключающая схема предоставляется в ответ на первое состояние управляющего сигнала, когда отсечка луча нежелательна для подачи зарядного тока на первый электрод конденсатора от первого источника напряжения, и в ответ на второе условие управления. сигнал, когда требуется отсечение луча для связи первого электрода конденсатора с источником опорного потенциала.Предусмотрена вторая переключающая схема с выходом, подключенным ко второму электроду конденсатора и к сети кинескопа, вторая переключающая схема реагирует при включении для подключения второго источника напряжения к выходу и реагирует при отключении для изоляции выход от второго источника напряжения. Предусмотрены средства схемы для включения второй схемы переключения от источника тока, который не зависит от зарядного тока, когда отсечка луча нежелательна, и для отключения второй схемы переключения в противном случае.

В иллюстративном применении принципов изобретения схемное средство содержит линейную цепь для подачи рабочего тока на вход второй переключающей схемы непосредственно от первого источника напряжения, когда отсечка луча нежелательна; и путь нелинейной схемы для отвода рабочего тока от пути линейной схемы к первой схеме переключения, когда желательна отсечка луча.

Краткое описание чертежа

Вышеупомянутые и дополнительные признаки изобретения проиллюстрированы на прилагаемом чертеже, на котором одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями и на котором:

  • Фигура 1 — принципиальная схема, частично в виде блока, телевизионного устройства, имеющего схему управления смещением сетки согласно предшествующему уровню техники; и
  • ФИГ. 2 — принципиальная схема, частично в виде блока, телевизионного устройства, имеющего схему управления смещением сетки согласно изобретению.
Подробное описание

Система отображения 5 на РИС. 1 содержит блок 6 обработки и отклонения видео обычной конструкции, имеющий множество входных клемм 7 для приема входных сигналов, которые должны отображаться, и имеющий выход, связанный через усилитель 8 драйвера кинескопа с катод K кинескопа 10. Блок 6 также подает сигналы отклонения на ярмо Y кинескопа 10. Питание для блока 6 обработки и отклонения и для усилителя 8 возбуждения обеспечивается источником 12 питания.Управление источником 12 питания обеспечивается блоком 14 управления, который также подает управляющие сигналы в блок 6, например, для управления функциями, такими как выбор канала, выбор источника сигнала и т.п. в телевизионном приемнике. Источник 12 также подает +250 В на первую клемму питания 16 схемы 20 управления смещением сетки, которая представляет собой схему гашения луча типа «выброс сетки» (обведен фантомом). Схема 20 имеет вторую входную клемму 18 питания, которая подключена для приема напряжения смещения сети +23 В от источника 12 питания.Детектор 30 потери сканирования соединен с выходом блока 6 обработки и отклонения видео для подачи выходного сигнала на вход 22 схемы 20 управления смещением сетки, указывающего возникновение потери сканирования. Детектор 30 может иметь обычную конструкцию, такую ​​как детектор, который обнаруживает наличие или отсутствие строчных импульсов, как это раскрыто, например, в вышеупомянутом патенте Джорджа. Другим подходящим детектором потерь при сканировании может быть тот, который отслеживает напряжение питания в блоке 6 обработки отклонения.В целях иллюстрации предполагается, что детектор 30 подает ток на клемму 22, когда требуется отсечка луча (т. Е. Во время состояния сбоя сканирования), и не подает ток на клемму 22, когда отсечка луча нежелательна ( т.е. в нормальных условиях сканирования). Выход 24 схемы 20 переключения сети соединен с управляющей сеткой G1 кинескопа 10 для подачи на нее регулируемого положительного напряжения сети около +23 В во время нормальной работы приемника и подачи на него напряжения отключения сети, когда луч гашение желательно (т.е., в условиях потери сканирования).

В целях иллюстрации и обсуждения примерные значения схемы элементов включены в принципиальную схему схемы 20 управления смещением сетки. Схема 20 содержит усилитель Q1 с общим эмиттером, имеющий базовый электрод B1, подключенный к входу 22, и коллекторный электрод C1, который соединен через резистор R1 с выводом 16 питания +250 Вольт. Коллектор C1 также соединен с эмиттером E2 усилителя Q2 с общей базой и соединен с первым электродом 1 импульсного конденсатора CK сетки.Второй электрод 2 конденсатора CK соединен с коллектором C2 усилителя Q2 с общей базой и через резистор R3 с выходным контактом 24 выхода сетки. Смещение базы для усилителя Q2 с общей базой обеспечивается диодом D1 и последовательный резистор R4, соединенный так, чтобы проводить ток базы от электрода базы B2 к клемме 18 питания +23 В. Диод D1 обеспечивает защиту от пробоя Vber (обратного пробоя напряжения база-эмиттер).

При работе, когда сканирование является нормальным и смещение отсечки сетки нежелательно, детектор 30 подает нулевой ток включения на базу B1 транзистора Q1 усилителя, подключенного к общему эмиттеру, в результате чего Q1 выключен, и зарядный ток течет от источника питания +250 вывод 16 через резистор R1 к первому электроду (1) пускового конденсатора СК сети, а затем через переход коллектор-база транзистора Q2 к выводу 16 питания +23 В, вызывая накопление заряда в конденсаторе.В то же время часть тока, протекающего через резистор R1, также течет через резистор R2 на вход (эмиттерный электрод E2) транзистора Q2, тем самым насыщая транзисторный усилитель Q2. Это состояние насыщения Q2 зажимает второй электрод конденсатора CK (и сетку G1) до напряжения около 23 вольт (без учета небольшого насыщения и падения напряжения на диоде D2). Таким образом, транзистор Q2 регулирует сетку G1 до 23 вольт, пока сканирование является нормальным.

Когда происходит потеря сканирования, детектор 30 посылает ток включения на базу B1 транзистора Q1, который зажимает первый электрод 1 пускового конденсатора CK сетки на землю, тем самым заставляя второй электрод 2 конденсатора CK и сетку G1 иметь отрицательный потенциал. пропорционально напряжению, до которого CK был заряжен во время нормальной работы.Одновременно подключение эмиттера E2 Q2 к коллектору C1 Q1 снимает весь эмиттерный ток с транзистора Q2, тем самым выключая Q2. Таким образом контролируется включение Q2, когда Q1 выключен, и наоборот.

Как было описано до сих пор, видно, что схема 20 управления смещением сетки предшествующего уровня техники обеспечивает преимущество активного снижения напряжения конденсатора CK для быстрого отключения луча, когда требуется гашение, и регулирования напряжения управляющей сетки G1 при гашении. не требуется.Теперь будет рассмотрено обсуждение ранее упомянутой проблемы, касающейся эффективности заряда конденсатора.

Напомним из приведенного выше обсуждения, что во время нормальной работы, когда гашение луча не требуется, часть тока, протекающего через резистор R1, идет на зарядку конденсатора CK выброса сетки, а другая часть тока, протекающего через резистор R1, идет на эмиттер E2. транзистора Q2 усилителя с общей базой для поддержания транзистора Q2 в состоянии насыщения, чтобы регулировать сетевое напряжение на уровне +23 вольт.Поскольку часть тока резистора R1, таким образом, отводится для управления транзистором Q2, конденсатор CK будет заряжен до потенциала, меньшего, чем напряжение +250 В на клемме 16.

Количественно эффективность зарядки для иллюстративных значений элементов и напряжений может быть рассчитана следующим образом. Во время нормальной работы, когда Q2 насыщен, резисторы R1, R2 и R4 образуют делитель потенциала. Соответственно, фактическое напряжение, сохраненное на конденсаторе CK выброса сетки, равно разности питающих напряжений на клеммах 16 и 18 (250-23), умноженной на коэффициент делителя потенциала, который равен 430 кОм / (220 кОм + 430 кОм + 3 кОм).Пренебрегая падением напряжения на диоде и напряжением насыщения Q2. Это составляет чистое сохраненное напряжение на конденсаторе CK около 149,5 В от источника питания 250 В, что обеспечивает эффективность зарядки около 60% от доступного напряжения питания.

Как упоминалось ранее, настоящее изобретение частично основано на обнаружении довольно низкой эффективности зарядки схемы предшествующего уровня техники. Это не имеет особого значения при применении только что описанной схемы предшествующего уровня техники из-за наличия источника +250 В.Однако здесь признается, что в приложениях, связанных с выбросом сетки, где доступное напряжение несколько ниже (например, +200 вольт), характеристики схемы предшествующего уровня техники могут быть неадекватными для полного гашения луча кинескопа из-за проблемы эффективности, описанной выше. . Для такого приложения, в котором желательна повышенная эффективность зарядки, схема 20, показанная на фиг.1, может быть модифицирована в соответствии с изобретением, как показано на фиг.2.

Основная модификация схемы управления смещением сетки на РИС. 2 включает добавление схемы 200 для управления транзистором Q2 общего базового усилителя.Кроме того, напряжения питания были снижены с +250 В и +23 В до +200 В и +12 В соответственно. Остальные изменения мы обсудим позже. В сети 200 резистор R2, который ранее был подключен к коллектору C1 Q1, вместо этого подключается напрямую через добавленный резистор R5 к выводу 16 источника высокого напряжения, а диод D3 добавляется с его анодом, подключенным к общему соединению 202 резисторов. R2 и R5 и их катод подключены к коллектору C1 транзистора Q1.Другое изменение состоит в том, что защитный диод Vber D1 вместо того, чтобы быть последовательным с R4, вместо этого подключен через переход база-эмиттер Q2. Примерные значения элементов для модифицированной схемы управления смещением сетки: 330 кОм для резисторов R1 и R5, 100 кОм для резистора R2 и 220 Ом для резисторов R3 и R4. Кроме того, значение конденсатора CK было увеличено до 10 мкФ.

Во время работы сеть 200 управляет работой транзистора Q2 усилителя с общей базой путем включения транзистора (т.е.е., смещение Q2 на) с током, подаваемым через цепь цепи, включая последовательно соединенные резисторы R2 и R5, подключенные от источника 16 высокого напряжения, при этом ток включения полностью не зависит от зарядного тока, протекающего по цепи, имеющей резистор R1. Соответственно, весь зарядный ток, протекающий через резистор R1, эффективен для зарядки пускового конденсатора СК сети, и поэтому эффективность зарядки очень высока. В частности, если снова пренебречь падением диода, конденсатор заряжается до напряжения, равного разности питающих напряжений, составляющей 188 вольт.Таким образом, эффективность составляет 188/200 или около 94%, что существенно больше, чем приблизительная эффективность заряда 60%, обсуждавшаяся ранее.

Повышение эффективности зарядки все еще оставляет проблему, однако, в отношении управления транзистором Q2. Эта проблема решается добавлением диода D2, который направляет весь эмиттерный ток усилителя Q2 на землю, когда транзистор Q1 включен, тем самым выключающий транзистор Q2 во время скачка напряжения в сети. Соответственно, конденсатор CK заряжается до относительно высокого напряжения через цепь, включающую резистор R1, и одновременно транзистор Q2 включается независимым током, протекающим через цепь, включая резисторы R2 и R5, когда управляющий сигнал, выдаваемый детектором потерь при сканировании 30, указывает отсечка луча нежелательна, и транзистор Q1 выключен.Когда управляющий сигнал указывает, что требуется отсечение луча, транзистор Q1 включается, в свою очередь, вызывая включение диода D2, тем самым отклоняя ток от эмиттера E2 транзистора Q2 через резистор R2 и диод D2. В результате транзистор Q2 выключается, и относительно высокое отрицательное напряжение, возникающее на втором (2) электроде конденсатора CK во время операции зарядки, подается на сетку G1. Следует отметить, что резистор R2 обеспечивает важную функцию в общей работе сети 200.В частности, этот резистор предотвращает короткое замыкание источника низкого напряжения (+12 В) при включении транзистора Q1. Без резистора R2 только базовый резистор R4 с относительно низким номиналом 220 Ом был бы доступен для ограничения тока, протекающего через диоды D1 и D2 и транзистор Q2, когда Q2 включен.

Специалистам в данной области техники будет очевидно, что, хотя настоящее изобретение было описано в терминах примерного варианта осуществления, в раскрытый вариант осуществления могут быть внесены модификации и изменения без отклонения от сущности изобретения.Следует понимать, что настоящее изобретение может использоваться в любом устройстве отображения видео, которое направляет энергию на экран дисплея для обеспечения освещения на экране дисплея, включая, но не ограничиваясь, телевизионные приемники с прямым и проекционным дисплеем, а также компьютер и другие устройства. мониторы. Следует понимать, что хотя устройства, показанные на фиг.1 и 2, показывают кинескопы с одним катодом, которые могут быть использованы в проекционных системах отображения, изобретение явно применимо в устройствах с несколькими кинескопами (например.г. три) катоды, связанные с соответствующими цветовыми каналами. Следовательно, следует понимать, что настоящее изобретение предназначено для охвата всех модификаций, которые подпадают под истинный объем и сущность настоящего изобретения.

Основы полупроводников (Часть 3) — Circuit Cellar

Топологии транзисторов

В Части 2 Джордж обсуждал устройства, построенные с одним P-N переходом, соответственно названные диодами. В этой статье он рассматривает устройства с большим количеством переходов.Он начинает с двух и смотрит на широко распространенный трехконтактный биполярный транзистор (BJT). Джордж смотрит на математику, науку и схемы этих устройств.

В прошлом месяце мы углубились в диоды. Пришло время рассмотреть устройства с большим количеством соединений. Начнем с трехконтактного биполярного переходного транзистора (BJT). Его выводы называются коллектором (C), эмиттером (E) и базой (B). Рисунок 1 объясняет его конструкцию, которая по сути представляет собой комбинацию двух переходных диодов.Основываясь на их соединениях, мы имеем две основные структуры: PNP (рисунок 1a) и NPN (рисунок 1b), с соответствующими обозначениями транзисторов. Устройства PNP и NPN с похожими характеристиками называются дополнительными парами. Раньше германий (Ge) использовался в качестве основного полупроводникового материала, и, хотя германиевые транзисторы NPN существовали, преобладала разновидность PNP. Первый транзистор NPN, который мне довелось использовать, был кремниевого (Si) типа.

Рисунок 1 — Принцип работы биполярного переходного транзистора. ПНП (а) и НПН (б)

Первый транзистор с точечным контактом стал результатом работы американских физиков Джона Бардина, Уолтера Браттейна и Уильяма Шокли в 1947 году — достижение, за которое они получили Нобелевскую премию по физике.Как это обычно бывает со многими изобретениями, транзистор был независимо разработан в Европе в 1948 году немцами Гербертом Матаре и Генрихом Велкером. Биполярный переходной транзистор был затем разработан и запатентован Уильямом Шокли в 1950 году в Bell Labs.

У

германиевых транзисторов, изготовленных в 50-х годах диффузионным методом, было много проблем с выращиванием. Одним из них была плохая частотная характеристика из-за большой емкости рассеянных электродов. Но технология производства улучшилась, и к 60-м годам у нас были сверхвысокочастотные (УВЧ) устройства, например удивительные (для своего времени) PNP-транзисторы AF139 и AF239.Германиевые устройства страдали от высокой утечки, относительно низкого рабочего напряжения и, прежде всего, от значительной температурной зависимости. Но все изменилось с появлением кремниевого планарного NPN-транзистора.

Следует иметь в виду, что транзисторы являются усилителями тока. Это уже не усилители напряжения, как электронные лампы до них и полевые транзисторы (FET) сегодня. BJT работают в разных режимах. Первый — линейный, где ток коллектора IC = β x IB. β обозначает коэффициент усиления транзистора по току, который в современных устройствах обычно превышает 100.

Второй режим работы — насыщение, который используется в цифровых схемах. Транзистор становится переключателем. Он полностью включен с током насыщения коллектора, определяемым его типом, и напряжением коллектор-эмиттер VCE, близким к нулю. Или он отключается (отключается) с IB = 0. Ток коллектора IC в идеале тоже должен быть нулевым, но всегда есть некоторая утечка.

ТРИ конфигурации усилителя
Рассмотрим три основных конфигурации схемы транзисторного усилителя, показанные на рисунке 2.Поскольку в настоящее время широко распространены NPN-транзисторы, я буду использовать их в своих примерах, когда это возможно. Начнем с топологии общей базы (рис. 2а). База заземлена и поэтому является общей как для входа, так и для выхода. Чтобы усилить сигнал переменного тока, вам потребуется смещение базы, чтобы преодолеть прямое напряжение на диоде база-эмиттер (около 0,65 В для кремниевых транзисторов) и вызвать протекание тока базы IB. Коэффициент усиления по току топологии с общей базой меньше 1, потому что ток коллектора IC также течет через эмиттер.Входное сопротивление топологии с общей базой очень низкое. Однако коэффициент усиления по напряжению будет высоким при условии, что сопротивление нагрузки RL также будет высоким. Он определяется уравнением 1:

. Рисунок 2 — Три основных конфигурации транзисторного усилителя: общая база (a), общий эмиттер (b) и общий коллектор (c)

Конфигурация общей базы используется в основном в радиочастотных (RF) схемах, поскольку она сводит к минимуму ограничивающий частоту коллектор. базовая емкость. Конфигурация с общим (заземленным) эмиттером обычно используется в усилителях, а также в схемах переключения, поскольку она имеет самый высокий коэффициент усиления по мощности.Как и в случае с общей базой, входное сопротивление несколько невелико, но может быть увеличено за счет усиления с помощью небольшого резистора между эмиттером и землей. Здесь ток эмиттера IE = IC + IB. Отношение IC / IE называется α и всегда меньше единицы. Соотношение токов транзисторов можно математически выразить как:

Топология общего коллектора более известна как эмиттерный повторитель. Он часто используется для преобразования входных сигналов с высоким импедансом в выходные сигналы с низким импедансом.Коэффициент усиления по току приблизительно равен β транзистора и входному сопротивлению, как показывает опыт, β x RL. Математически выигрыш выражается как:

Характеристики трех топологий транзисторов приведены в таблице 1. Когда-то в прошлом символ усиления постоянного тока с общим эмиттером β был заменен на hFE. Это параметр, который в настоящее время можно найти в таблицах спецификаций транзисторов. Это сокращение от «гибридный параметр прямого усиления по току, общий эмиттер».На рисунке 3 показан пример I-V (вольт-амперной) характеристики коллектора NPN-транзистора с общим эмиттером, где ток базы IB является параметром. Вольт-амперная характеристика базового тока по сравнению с базовым напряжением соответствует характеристике диода, представленной в Части 2 этой серии статей, доступной в Интернете здесь, а вопрос о заполнении здесь: Circuit Cellar 351, октябрь 2019 г.

Общая база Общий эмиттер Общий коллектор
Входное сопротивление Низкий Средний Высокая
Выходное сопротивление Очень высокий Высокая Низкий
Фазовый сдвиг 0 градусов 180 градусов 0 градусов
Коэффициент усиления напряжения Высокая Средний Низкий
Коэффициент усиления по току Низкий Средний Высокая
Коэффициент усиления Низкий Очень высокий Средний

Таблица 1 — Сводные характеристики топологий транзисторных усилителей

Рисунок 3 — Коллекторная вольт-амперная характеристика NPN-транзистора.График не в масштабе.

Обратите внимание, что зависимость тока коллектора IC от напряжения коллектора VC довольно велика для малых напряжений коллектора. Когда достигается насыщение тока коллектора, ток меняется очень мало. Вы можете проанализировать низкочастотную характеристику транзисторных усилителей, используя эквивалентную схему транзистора. Чаще всего паразитные характеристики считаются незначительными для данного приложения и, следовательно, игнорируются. На рисунке 4а показана эквивалентная схема с общим эмиттером.По практическим причинам его часто преобразуют в так называемый эквивалент Т-образной цепи, рис. 4b.

Рисунок 4 — Эквивалентная схема транзистора в конфигурации с общим эмиттером

Для целей электрического анализа вы можете рассматривать транзистор как черный ящик — линейную сеть с четырьмя выводами, как показано на рисунке 5. Транзистор — это устройство с тремя выводами, но с одним выводом, эмиттером для общего эмиттера. конфигурация, очевидно, обычная. Вы можете анализировать эту сеть в разных условиях, при каждом отображении различных наборов параметров.Например, при разомкнутой цепи будут получены z-параметры импеданса. Условия короткого замыкания будут определять y-параметры проводимости. Но поскольку транзисторы в соединениях с общим эмиттером имеют низкое входное и высокое выходное сопротивление, выгодно использовать гибридные параметры, называемые h-параметрами. Но это еще не все! Существуют также m-параметры параллельной серии, a-параметры каскадного прямого и b-параметров каскадного перехода назад.

Рисунок 5 — Транзисторный усилитель четырехполюсной линейной сети

Выбор параметров
Итак, какие параметры вы выбираете и что вы можете с ними делать? На этот раз, зная один набор параметров, вы можете математически преобразовать их в любой другой набор с небольшой ошибкой.Затем, вставив их в матрицу, как показано уравнением (5), можно рассчитать рабочие характеристики черного ящика. В уравнении (5) используются h-параметры:

Вся эта теория очень интересна, но если у вас нет доступа к трассировщику кривой и вы не измеряете эти параметры самостоятельно, вам не повезло. Я не нашел параметров черного ящика ни в одной спецификации, опубликованной производителем транзисторов.

Но это не остановка. Современные производители предоставляют ряд графиков для своих флагманских устройств, что позволяет вам разработать любую транзисторную схему, которую вы только можете себе представить.Но вы также можете найти много недорогих транзисторов — например, на e-Bay — чьи характеристики, если вам повезет, могут предоставить вам, возможно, только следующее (и ничего больше): максимальное номинальное напряжение и ток, возможно распиновка и, возможно, hFE. И тем не менее, даже это не предел. Вы все еще можете построить схему, удовлетворяющую простым требованиям, особенно для работы на низких частотах.

Опираясь на обратную связь, вы можете установить рабочую точку постоянного тока, даже не зная точного hFE.Довольно часто можно с уверенностью предположить, что hFE будет больше 100. В таком случае одноступенчатый усилитель с общим эмиттером и небольшим эмиттерным резистором RE обеспечит усиление по напряжению примерно RL / RE, где RL — сопротивление нагрузки, включающий коллекторный резистор параллельно с любой дополнительной нагрузкой. Для цифровых схем с относительно медленным переключением конструкция еще проще.

В следующем месяце мы продолжим эту серию статей. В части 4 я покажу вам несколько полезных схем на дискретных транзисторах, а затем мы остановимся на полевых транзисторах: переходные полевые транзисторы и МОП-транзисторы.

Подробные ссылки на статьи и дополнительные ресурсы можно найти на сайте: www.circuitcellar.com/article-materials

Иди сюда, чтобы прочитать, часть 4

Перейдите сюда, чтобы начать с части 1

ОПУБЛИКОВАНО В ЖУРНАЛЕ CIRCUIT CELLAR • НОЯБРЬ 2019 № 352 — Получить PDF-файл выпуска

Джордж Новачек был президентом на пенсии аэрокосмической компании.Он был профессиональным инженером со степенью в области автоматизации и кибернетики. Диссертационный проект Джорджа представлял собой дизайн портативного ЭКГ (электрокардиографа) с беспроводным интерфейсом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *