Какие существуют основные схемы включения биполярных транзисторов. Как работает схема с общим эмиттером. В чем преимущества схемы с общим коллектором. Каковы особенности схемы с общей базой. Как выбрать оптимальную схему включения транзистора для конкретной задачи.
Основные схемы включения биполярных транзисторов
Существует три основные схемы включения биполярных транзисторов:
- С общим эмиттером (ОЭ)
- С общим коллектором (ОК)
- С общей базой (ОБ)
Каждая из этих схем имеет свои особенности и области применения. Рассмотрим их подробнее.
Схема с общим эмиттером: универсальное решение
Схема с общим эмиттером является наиболее распространенной. Почему ее так часто используют?
- Высокий коэффициент усиления по току (20-200)
- Большое усиление по напряжению (до 1000 раз)
- Значительное усиление мощности (до 10000 раз)
- Средние значения входного и выходного сопротивлений
- Простота реализации, требуется только один источник питания
Основной недостаток схемы ОЭ — инверсия фазы выходного сигнала на 180° относительно входного. Это может потребовать дополнительных мер при разработке многокаскадных усилителей.
Схема с общим коллектором: эмиттерный повторитель
Схема с общим коллектором, также известная как эмиттерный повторитель, обладает рядом уникальных свойств:
- Коэффициент усиления по напряжению близок к единице
- Очень высокое входное сопротивление (сотни кОм — единицы МОм)
- Низкое выходное сопротивление (единицы — десятки Ом)
- Отсутствие инверсии фазы сигнала
Благодаря этим особенностям схема ОК отлично подходит для согласования высокоомных источников сигнала с низкоомной нагрузкой. Она часто применяется в качестве буферных каскадов и повторителей напряжения.
Схема с общей базой: особенности и применение
Схема с общей базой имеет ряд специфических характеристик:
- Коэффициент усиления по току меньше единицы
- Высокий коэффициент усиления по напряжению
- Очень низкое входное сопротивление (единицы — десятки Ом)
- Высокое выходное сопротивление (сотни кОм — единицы МОм)
- Отсутствие инверсии фазы сигнала
Схема ОБ редко используется в низкочастотных усилителях, но находит применение в высокочастотных и импульсных схемах благодаря хорошим частотным свойствам.
Сравнительный анализ схем включения транзисторов
Для наглядного сравнения характеристик различных схем включения транзисторов удобно использовать таблицу:
| Параметр | ОЭ | ОК | ОБ |
|---|---|---|---|
| Усиление по току | Высокое | Высокое | <1 |
| Усиление по напряжению | ≈1 | Высокое | |
| Входное сопротивление | Среднее | Высокое | Низкое |
| Выходное сопротивление | Среднее | Низкое | Высокое |
| Фазовый сдвиг | 180° | 0° | 0° |
Выбор оптимальной схемы включения транзистора
Как выбрать наиболее подходящую схему включения транзистора для конкретной задачи? Вот несколько рекомендаций:
- Для усиления сигнала по напряжению и мощности оптимальна схема ОЭ
- Для согласования импедансов лучше использовать схему ОК
- Для работы на высоких частотах предпочтительна схема ОБ
- Если важно отсутствие фазового сдвига, выбирайте ОК или ОБ
- При необходимости высокого входного сопротивления используйте ОК
Помните, что выбор схемы всегда зависит от конкретных требований к устройству и условий его работы.
Практическое применение различных схем включения
Рассмотрим некоторые типичные области применения разных схем включения транзисторов:
Схема с общим эмиттером:
- Усилители низкой частоты
- Усилители мощности
- Генераторы сигналов
- Ключевые схемы
Схема с общим коллектором:
- Буферные каскады
- Эмиттерные повторители
- Согласующие каскады
- Стабилизаторы напряжения
Схема с общей базой:
- Высокочастотные усилители
- Преобразователи импеданса
- Каскодные схемы
- Импульсные схемы
Особенности работы транзисторов в ключевом режиме
В цифровых схемах и устройствах автоматики транзисторы часто используются в качестве электронных ключей. Какие особенности имеет работа транзистора в ключевом режиме?
- Транзистор работает только в двух состояниях: полностью открыт или полностью закрыт
- В открытом состоянии сопротивление транзистора минимально
- В закрытом состоянии через транзистор протекает лишь небольшой ток утечки
- Переключение между состояниями происходит очень быстро
- Потери мощности на транзисторе минимальны в обоих состояниях
Для работы в ключевом режиме чаще всего используется схема с общим эмиттером, так как она обеспечивает наибольший коэффициент усиления по току.
Влияние температуры на работу транзисторных схем
Температура оказывает существенное влияние на характеристики транзисторов. Как это сказывается на работе различных схем?
- С ростом температуры увеличивается ток утечки коллектора
- Изменяется коэффициент усиления по току
- Смещается рабочая точка транзистора
- Меняются входное и выходное сопротивления
Для компенсации температурных эффектов применяются различные схемотехнические решения:
- Использование отрицательной обратной связи
- Применение термозависимых элементов (термисторов)
- Стабилизация режима с помощью эмиттерной термокомпенсации
- Использование дифференциальных каскадов
Правильный учет температурных эффектов позволяет создавать надежные и стабильно работающие транзисторные схемы.
Сравнение схем включения транзисторов | Основы электроакустики
Сравнение схем включения транзисторов
Схемы включения биполярных транзисторов. Сравнительные данные свойств транзисторов в схемах с ОБ, ОК и ОЭ приведены в таблице
В схеме с общей базой эмиттерный переход включен в прямом направлении, поэтому при незначительных изменениях напряжения ДUэ сильно меняется ток ДIэ, вследствие чего входное сопротивление транзистора rвх = ДUэ/ДIэ при UK=const мало (десятки омов). Коллекторный переход включен в обратном направлении, поэтому изменения напряжения на этом переходе ДUк незначительно влияют на изменения тока ДIк, вследствие чего выходное сопротивление гвых = ДUк/ДIк при Iэ=const велико (до нескольких мегаомов). Большое различие входных и выходных сопротивлений затрудняет согласование каскадов в многокаскадных усилителях.
Таблица
Параметры | Сравнительные показатели свойств транзисторов в схемах | ||
с общей базой | с общим эмиттером | с общим коллектором | |
Коэффициенты передачи по току | 0,6 — 0,95
| Десятки — сотни | Больше, чем в схеме с ОЭ |
усиления по напря жению | Тысячи | Меньше, чем в схеме с ОБ | 0,7 — 0,99 |
усиления по мощности | Менее чем на схеме с ОЭ | Большое (тысячи) | Меньше, чем в схеме с ОЭ |
Сопротивление: |
|
|
|
входное
| Малое (единицы — десятки омов) | Большое (десятки —тысячи омов) | Большое (сотни килоомов)
|
выходное
| Большое (тысячи омов — единицы мегаомов) | Сотни омов, — десятки килоомов | Единицы омов — десятки килоомов |
Сдвиг фаз | 0° | 180° | 0° |
В схеме с ОБ входным (управляющим) является ток Iэ, а выходным — ток Iк.
Последний всегда меньше тока эмиттера, так как часть инжектируемых носителей заряда рекомбинирует в базе, поэтому а=ДIк/ДIэ<1. Коэффициент усиления по напряжению Kн в схеме велик, поскольку изменения токов на входе ДIэ и выходе ДIк почти одинаковы, а rВЫх>rвх. Коэффициент усиления по мощности также велик (Kм=аKн=1000). Эмиттерный переход включается в проводящем направлении, поэтому изменения тока 13, а следовательно, и тока Iк происходят без фазового сдвига (Ф=0°).
В схеме с общим эмиттером управляющим служит ток базы Is — Is — Iк. Поскольку большинство носителей зарядов, инжектируемых эмиттером, достигает коллекторной области [Iк= (0,9 ч-0,99) Iэ] и лишь незначительная часть рекомбинирует в базе, ток базы мал: Iб=(0,01-0,1) Iэ. При этих условиях Kтэ = ДIк/ДIб>Kтб=ДIк/ДIэ и составляет 10 — 150. Усиление по напряжению примерно такое же, как и в схеме с ОБ. Благодаря высокому коэффициенту передачи тока эта схема обеспечивает большое (Kм до 10000) усиление по мощности.
Напряжение в схеме с ОЭ на входе U3 и выходе UK одного порядка, поэтому гВх=ДUэ/ДIэ здесь больше, чем в схеме с ОБ, и достигает десятков — тысяч омов.
В схеме с ОЭ положительные полуволны подводимого напряжения сигнала действуют в противофазе с напряжением смещения, поэтому ток Iэ, а следовательно, и Iк уменьшаются; отрицательные полуволны сигнала действуют согласованно с напряжением смещения, и токи 1д и Iк возрастают. В результате напряжение сигнала, снимаемое с нагрузки в выходной цепи, будет (по отношению к общей точке схемы) противофазным с напряжением подводимого сигнала (т. е. ф=180°).
В схеме с общим коллектором входным является ток Iб, а выходным Iэ. Так как во входной цепи проходит малый ток базы, входное сопротивление rВX=ДUвх/ДIвх достигает десятков килоомов, Выходное напряжение в схеме приложено к эмиттерному переходу, поэтому малые изменения этого напряжения вызывают большие изменения Iэ, вследствие чего rВых=ДUвых/ДIвых мало (десятки омов).
Напряжение подводимого сигнала Uвх и выходное напряжение Uвых в схеме действуют встречно, т. е. U36 = Uвx — Uвых. Для получения на эмиттерном переходе требуемого напряжения необходимо скомпенсировать выходное напряжение, что достигается при Uвх>Uвых. В этих условиях схема с ОК не дает усиления по напряжению (Kн<1). Коэффициент передачи по току Kт=ДIэ/ДIб =ДIэ/(ДIэ — ДIк) = 1/(1 — а) здесь несколько больше, чем в схеме с ОЭ. Отсутствие усиления по напряжению приводит к снижению усиления по мощности против схем с ОБ и ОЭ.
В схеме отрицательные полуволны подводимого напряжения сигнала Uвх действуют встречно напряжению смещения, поэтому результирующее прямое напряжение на эмиттерном переходе и ток Iэ=Iб+Iк уменьшаются. При этом напряжение сигнала, снимаемое с нагрузки в цепи эмиттера, повторяет фазу напряжения подводимого сигнала, т. е. Ф=0 (эмиттерный повторитель).
Схема с ОИ является инвертирующим усилителем, способным усиливать сигналы по напряжению и току и обладает сравнительно небольшими междуэлектродными емкостями, (Сзи=1-20 пФ; Сзс=0,5-8 пФ; Сси<Сзи).
Входная емкость СВх.и = Сзи+СэС, проходная Спр.и = Сзс, выходная СВых.и=Сзс+ССи. Крутизна S характеристики Iс=Ф(Uз) представляет собой внешнюю проводимость прямой передачи и для транзисторов малой мощности составляет 0,5 — 10 мСм. Выходное сопротивление сравнительно велико (обычно многократно превышает сопротивление нагрузки), поэтому коэффициент усиления каскада &»5Rн достигает десятков единиц. Входное сопротивление (если пренебречь областями очень низких и высоких частот) .носит емкостной характер; входная емкость Свх= — Сэя+SRнСзс. Поскольку междуэлектродные емкости малы, на параметры схемы существенно влияют емкости монтажа См= 1-5-3 пФ. Общая шунтирующая емкость С0=СЕ1+См определяет частоту верхнего среза fв.ср=1/(2пС0Rн).
Схема с ОЗ подобно схеме с ОБ не изменяет полярности сигнала и обеспечивает его-усиление по напряжению аналогично усилению сигнала в схеме с ОИ. Входное сопротивление гвх= U3m/Iит вследствие потребления от источника сигнала сравнительно большого тока Iст=Iит=SUзот оказывается незначительным.
Выходное сопротивление rвых~rси(1+SRи) из-за влияния отрицательной обратной связи по току (элементом которой является внутреннее сопротивление источника сигнала RИ) велико. Влияние емкостной составляющей входной проводимости мало (так как она шунтирована сравнительно большой активной проводимостью gВх=1/rвх=S), поэтому каскад с ОЗ более широкополосен, чем схема с ОИ.
Схема с ОС не меняет фазу входного сигнала на выходе (истоковый повторитель), значительно усиливает ток (но не может усиливать напряжение), обладает высоким активным входным сопротивлением, малой входной емкостью СВх = Сзс+С3и(1 — K), где K. = Ucm/UC3m=SRн/(1+SRн), и небольшим выходным сопротивлением r=l/S (близким к входному сопротивлению схемы с, ОЗ), большой широкополосностью благодаря малой входной емкости.
Схемы составных транзисторов. Составной транзистор представляет собой комбинацию двух (и более) транзисторов, соединенных таким образом, что число внешних выводов этой комбинированной схемы равно числу выводов одиночного транзистора.
Составной транзистор, выполненный по схеме сдвоенного эмиттер-ного повторителяне изменяет полярности сигнала, обладает большим коэффициентом передачи тока hzi=hziVihziVz, имеет большое входное и малое выходное сопротивления.
Составной транзистор в виде усилителя на разноструктурных (р-n-р и n-р-n) транзисторах содержит два каскада с ОЭ с глубокой последовательной ООС по напряжению. Поскольку каждый каскад изменяет полярность сигнала, в целом схема представляет собой неинвертирующий усилитель. С выхода схемы напряжение подается на вход (эмиттер первого транзистора) в про-тивофазе с входным сигналом, подводимым к цепи базы. Приведенный составной транзистор обладает свойствами эмиттерного повторителя. Его коэффициент усиления меньше единицы, а из-за ОС входное сопротивление велико, выходное мало. Точкой малого выходного сопротивления является коллектор транзистора V2, так как от него начинается цепь ОС по напряжению, поэтому вывод коллектора транзистора V2 играет роль эмиттера составного транзистора, а вывод эмиттера V2 — роль его коллектора.
При выбранных структурах транзисторов, VI и V2 схема обладает свойствами р-n-р-транзистора.
Составной транзистор, выполненный по каскодной схеме представляет собой усилитель, в котором транзистор VI включен по схеме с ОЭ, a V2 — по схеме с ОБ. Схема эквивалентна одиночному транзистору, включенному по схеме с ОЭ с пара* метрами, близкими к параметрам транзистора VI. Последний обладает высоким выходным сопротивлением, что обеспечивает транзи« стору V2 получение широкой полосы частот
21. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером (оэ).
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:
22. Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором (ок).
Достоинства:
Недостатки:
Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем».
23. Статические входные и выходные характеристики биполярных транзисторов для различных схем включения. Параметры транзисторов.
Статическими характеристиками называются зависимости между входными и выходными токами и напряжениями транзистора при отсутствии нагрузки. Каждая из схем включения транзистора характеризуется четырьмя семействами статических характеристик:
1. Входные характеристики – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянстве напряжения на выходе:
2. Выходные характеристики – это зависимость выходного тока от выходного напряжения при фиксированном значении входного тока:
3. Характеристика обратной связи по напряжению:
4. Характеристика передачи по току:
Наиболее часто на практике используют
входные и выходные характеристики,
которые обычно приводятся в справочной
литературе и представляют собой
усредненные зависимости большого числа
однотипных транзисторов.
Две последние
характеристики применяют реже и, к тому
же, они могут быть построены из входных
и выходных характеристик.
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
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.
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.
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.
Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.
Транзисторные переключателиТранзисторные переключатели
| Указатель Концепции электроники Цифровая электроника Ссылка | |||
| Назад |
| Index Концепции электроники Цифровая электроника Ссылка | ||||||
| Назад |
| Index Концепции электроники Цифровая электроника Ссылка | |||||
| Назад |
| Индекс Концепции электроники Цифровая электроника Артикул | |||
| Назад |
Вместо механического переключателя в базовой цепи можно было бы использовать операционный усилитель. Когда переключатель
открыт, тока нет
течет в базе так
ток коллектора
отрезается. Резистор R B должен быть маленьким
достаточно, чтобы управлять
транзистор к
насыщение так, что
большая часть напряжения V куб.см появляется напротив
Загрузка.
| Индекс Концепции электроники Цифровая электроника Артикул | |||
| Вернуться назад |
Резистор R B должен быть маленьким
достаточно, чтобы управлять
транзистор к
насыщение так, что
большая часть напряжения V куб.см появляется напротив
Загрузка.Что если я поменяю местами нагрузку в схеме транзистора NPN с общим эмиттером?
спросил
Изменено 3 года, 2 месяца назад
Просмотрено 2к раз
\$\начало группы\$
Как вы можете видеть на картинке, это NPN-транзистор в конфигурации с общим эмиттером.
В первой конфигурации нагрузка размещается между выводом коллектора и Vcc, и это наиболее часто используемая конфигурация.
Затем, во второй конфигурации, я переместил и поместил нагрузку между выводом эмиттера и GND. Я никогда не видел такой конфигурации, где нагрузка находится на выводе эмиттера, но обе конфигурации работают одинаково. Я протестировал обе конфигурации, используя какой-то универсальный NPN BJT-транзистор в качестве переключателя для включения нагрузки (в данном случае светодиода). Я использовал 2N2222A, BC547 и более мощный TIP3055).
Есть ли преимущества или недостатки между этими двумя конфигурациями? На мой взгляд, это работает точно так же, но я не уверен, потому что я никогда не видел, чтобы вторая конфигурация применялась в схемах (или они есть?). Я не знаю.
- транзисторы
- npn
- с общим эмиттером
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
Затем во второй конфигурации я переместил и поместил нагрузку между выводом эмиттера и GND.
.Я никогда не видел такой конфигурации, где нагрузка находится на выводе эмиттера,
Я никогда не видел такой конфигурации, где нагрузка находится на выводе эмиттера,Вы создали так называемую конфигурацию общего коллектора. Его также называют эмиттерным повторителем . Это очень распространено и известно.
Есть ли преимущества или недостатки между этими двумя конфигурациями? На мой взгляд, работает точно так же,
Они совсем не похожи. Там, где общий эмиттер имеет (потенциально) коэффициент усиления по напряжению и высокое выходное сопротивление, общий коллектор имеет коэффициент усиления по напряжению, очень близкий к 1, и низкий выходной импеданс.
Схема с общим коллектором обычно используется в качестве буфера с единичным коэффициентом усиления (без усиления по напряжению выходная мощность может быть больше, чем входная). Общий эмиттер обычно используется в качестве каскада усиления по напряжению.
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Изучите основы транзисторов.
Конфигурация 1 называется общим эмиттером. Небольшое напряжение Vin в 1 или 2 вольта приводит к тому, что коллектор почти замыкается на землю, после чего нагрузка получает почти полное напряжение питания.
Конфигурация 2 называется эмиттерным повторителем или общим коллектором. Эмиттер всегда примерно на 0,7 В меньше базового напряжения, поэтому он редко используется в качестве переключателя. Даже если Vin равен Vcc, нагрузка не получает всего напряжения питания.
\$\конечная группа\$
3
\$\начало группы\$
Хорошо, что вы указали, с какими транзисторами вы это пробовали, но вам также нужно отметить значение Vcc, Rl, Rb Vb.
Все это влияет на результаты.
В дополнение к тому, что говорят другие:
Вам необходимо провести более тщательные измерения и/или также учитывать насыщение транзистора.
Очевидно, небольшие различия могут иметь большое значение.
В схеме 1. Базовое напряжение будет ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО 0,6 В, а Vce может быть ниже — обычно 0,1–0,3 В для насыщенного транзистора.
В схеме 2. База находится примерно на уровне Vcc (за вычетом падения Ib x Rb, а напряжение нагрузки на 0,6 В или более ниже Vb. если вы используете полевые транзисторы, а не биполярные транзисторы, различия становятся более заметными.0036
Пример:
С низким Rdson (на сопротивлении полевого транзистора) — скажем, 10 мОм — и скажем, питание 12 В, нагрузка 3 А и Vgson = 3 В.
In cct 1:
Vds = напряжение на полевых транзисторах = I x R = 8 А x 0,010 Ом = 0,08 В
Рассеивание полевых транзисторов = V x I = 0,08 x 8 = 0,64 Вт.
In cct 2.
Vg = 12 В
Vgs = 3 В, поэтому Vs = 9 В.
Vds = 3 В
Рассеивание полевого транзистора = V x I = 24 Вт
Итак, на рис. 2 полевой транзистор имеет рассеивание в 24/0,64 ~= 37 x больше.
