Схема включения транзистора: Биполярные транзисторы

Содержание

6.7. Краткие характеристики схем включения транзистора. Области применения схем

6.7.1. Схема включения транзистора с общей базой

Транзистор не обеспечивает усиления по току, но имеет усиление по напряжению и по мощности. Входное сопротивление Rвх – мало, а выходное сопротивление Rвых – большое. Это создает затруднения при согласовании входного сопротивления с сопротивлением генератора сигналов, а так же при реализации мощности в цепи нагрузки. Схема с общей базой используется редко. Основная область применения – высококачественные усилители, имеющие малые искажения формы сигналов, низкие уровни шумов или работающие на высоких частотах.

6.7.2. Схема включения транзистора с общим эмиттером

Является основной (наиболее универсальной) схемой включения. Транзистор обеспечивает значительное усиление по напряжению, по току и по мощности. Входное сопротивление Rвх в схеме много больше, чем в схеме с общей базой, что облегчает его согласование с сопротивлением генератора сигналов. Это является достоинством схемы. Выходное сопротивление R

вых в схеме с общим эмиттером меньше, чем в схеме с общей базой, что также является достоинством схемы. Однако оно достаточно велико, что позволяет включать нагрузку, сопротивление которой намного больше входного сопротивления. Это, в свою очередь, позволяет получать достаточно высокое усиление напряжения сигнала.

6.7.3. Схема включения транзистора с общим коллектором

Коэффициент ki в схеме с общим коллектором несколько больше, чем в схеме с общим эмиттером. Усиления по напряжению схема с общим коллектором не дает, входное сопротивление Rвх – велико, выходное сопротивление Rвых – мало, что является основным полезным свойством схемы. На основе схемы с общим коллектором строятся эмиттерные повторители, обеспечивающие согласование источников сигналов с большим внутренним сопротивлением с низкоомной нагрузкой.

6.8. Режимы работы транзистора

На семействе выходных характеристик можно выделить три области, соответствующие трем режимам работы транзистора (рис. 6.18).

Рис. 6.18. Семейство выходных характеристик транзистора

Область I – активная область или активный режим (режим малого сигнала).

Ток на выходе зависит от тока на входе Iвых = f (Iвх) = var. Эмиттерный переход П1 смещен в прямом направлении, а коллекторный П2 – в обратном.

Активная область используется при работе транзистора при усилении и генерировании монотонно изменяющихся сигналов с малой амплитудой.

Область II – область (режим) отсечки.

Оба перехода закрыты. Сигнал на входе отсутствует. Биполярный транзистор усилительными свойствами не обладает. Для обеспечения режима отсечки необходимо на эмиттерный переход подать запирающее напряжение (при запертом коллекторном переходе). Через оба перехода протекает ток IКО.

За счет модуляции базы переход П1 смещается в прямом направлении. Для обеспечения его надежного запирания предусмотрена цепь смещения для получения положительного потенциала базы относительно эмиттера (для транзисторов p-n-p-типа).

Область III – область насыщения или режим насыщения.

Открыты оба перехода, через транзистор протекает прямой ток, ограничиваемый внешним сопротивлением.

В преобразовательных устройствах биполярные транзисторы используются в качестве ключевых элементов, то есть они работают в режиме переключения из области насыщения (соответствует включенному состоянию) в область отсечки (соответствует выключенному состоянию), кратковременно находясь в активном режиме в процессе переключения. Режим ключа – сочетание режимов отсечки и насыщения, то есть режим большого сигнала.

Режим работы биполярного транзистора с включенной нагрузкой в выходной цепи называется режимом нагрузки. При работе биполярного транзистора в этом режиме в его входную цепь подают переменный (гармонический или импульсный) сигнал, а в выходную цепь включают нагрузочный резистор, обмотку трансформатора или реле. Так как процесс работы транзистора связан с изменением его состояния во времени, нагрузочный режим можно считать квазистатическим. Нагрузочные характеристики можно получить экспериментально или построить графически по статическим характеристикам.

Схема включения биполярного транзистора с нагрузкой в коллекторной цепи, входным переменным сигналом и источниками питания в коллекторной (выходной) цепи и цепи смещения на входе называется усилительным каскадом (рис. 6.19).

На выходные характеристики (рис. 6.20) нанесены ограничения по максимальным значениям тока коллектора Iк макс, напряжения коллектор-эмиттер UКЭ0 и мощности, рассеиваемой на коллекторе Pк макс = UКЭ Iк = const.

Нагрузочные характеристики строятся в рабочей области, ограниченной максимальными значениями тока, напряжения и мощности. Для выходной цепи на основании второго закона Кирхгофа можно записать уравнение равновесия

UКЭ = Ек – IкRк. (6.15)

Из уравнения (6.14) следует, что с увеличением тока коллектора Iк, напряжение UКЭ уменьшается, так как увеличивается падение напряжения на сопротивлении нагрузки URк = IкRк. Таким образом, изменение напряжения и тока входной цепи приводит к одновременному изменению не только выходного тока, но и выходного напряжения U

КЭ.

Рис. 6.19. Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером

Рис. 6.20. Семейство выходных характеристик

Уравнение (6.14) является уравнением прямой, которую можно построить на выходных характеристиках (рис. 6.20) по двум точкам, соответствующим: холостому ходу (А) (Iк = 0 и UКЭ = EК) и короткому замыканию (Б) (Iк = EК / Rк и UКЭ = 0). Прямая АВ называется нагрузочной прямой. Она имеет рабочий участок А’В’. По нагрузочной прямой (рис. 6.20) строится входная нагрузочная характеристика (рис. 6.21) по соответствующим токам базы и напряжениям UКЭ (а, О, б).

По точкам пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками можно найти параметры работы транзистора в режиме нагрузки при Uкэ=const, Rк= const и разных токах базы.

За входную нагрузочную характеристику принимается одна из статических (обычно для U

КЭ= – 5 В). Для полного воспроизведения на выходе усиливаемого входного сигнала источника тока iвх с помощью источника смещения постоянного тока EБЭ, задают точку покоя (рабочую точку) усилительного каскада (точка О на рис. 6.21), которой соответствует определенный постоянный ток покоя на входе Iб(0) и на выходе Iк(0) при отсутствии переменного сигнала.

Выбором значения EБЭ можно задать необходимый режим (класс) усиления.

Рис. 6.21. Семейство входных характеристик

Урок-8. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Вот мы и подошли к уроку, с которого начинается старт во «взрослую жизнь» т. к. именно с этого урока вы сможете полноценно и с пониманием предметной области начинать паять простейшие конструкции. И для успешной сборки и наладки этих конструкций, очень важно четко понимать какую функцию в этой схеме выполняет тот, или иной радиоэлемент, какие параметры нужно проконтролировать и т. д. Практическая работа в этом уроке будет не менее интересна, и сводится к выполнению предложенных опытов с биполярным транзистором. Думаю что после этой практической работы, вопросы по поводу принципов работы транзистора отпадут сами собой. Если все - таки, вопросы будут, это говорит только о вашей целеустремленности и желании познать глубже суть происходящего.

В большую «семью» полупроводниковых приборов, называемых транзисторами, входят два вида: биполярные и полевые. Первые из них, чтобы как - то отличить их от вторых, часто называют обычными транзисторами. Биполярные транзисторы используются наиболее широко. Именно с них мы пожалуй и начнем. Термин «транзистор» образован из двух английских слов: transfer - преобразователь и resistor - сопротивление. В упрощенном виде биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис. 1), которые образуют два р - n перехода. Две крайние области обладают электропроводностью одного типа, средняя - электропроводностью другого типа. У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 1, а), то

такой прибор называют транзистором структуры p - n - р. У транзистора структуры n - p - n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними - область с дырочной электропроводностью (рис. 1, б).

Рис. 1 Схематическое устройство и графическое обозначение на схемах транзисторов структуры p - n - p и n - p - n.

Если мысленно прикрыть любую из крайних областей транзисторов, изображенных схематически на (рис.1). Что получилось? Оставшиеся две области есть не что иное, как плоскостной диод. Если прикрыть другую крайнюю область, то тоже получится диод. Значит, транзистор можно представить себе как два плоскостных диода с одной общей областью, включенных навстречу друг другу. Общую (среднюю) область транзистора называют базой, одну крайнюю область - эмиттером, вторую крайнюю область - коллектором.

Это три электрода транзистора. Во время работы транзистора его эмиттер вводит (эмитирует) в базу дырки (в транзисторе структуры p - n - р) или электроны (в транзисторе структуры n - p - n), коллектор собирает эти электрические заряды, вводимые в базу эмиттером. Различие в обозначениях транзисторов разных структур на схемах заключается лишь в направлении стрелки эмиттера: в p - n - р транзисторах она обращена в сторону базы, а в n - p - n транзисторах - от базы. Электронно - дырочные переходы в транзисторе могут быть получены так же, как в плоскостных диодах. Например, чтобы изготовить транзистор структуры p - n - р, берут тонкую пластину германия с электронной электропроводностью и наплавляют на ее поверхность кусочки индия. Атомы индия диффундируют (проникают) в тело пластины, образуя в ней две области типа р - э миттер и коллектор, а между ними остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника типа n - база. Транзисторы, изготовляемые по такой технологии, называют сплавными. Запомни наименования р - n переходов транзистора: между коллектором и базой - коллекторный, между эмиттером и базой - эмиттерный.
Схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора показаны на (рис. 2). Прибор собран на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу - ее наружный проволочный вывод. Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проволочкам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Цельнометаллический колпак защищает прибор от механических повреждений и влияния света. Так устроены наиболее распространенные маломощные низкочастотные транзисторы серий МП39, МП40, МП41, МП42 и их разновидности. Буква (М) в обозначении говорит о том, что корпус транзистора холодносварной, буква (П)- первоначальная буква слов «плоскостной», а цифры - порядковые заводские номера приборов. В конце обозначения могут быть буквы А, Б, В (например, МП39Б), указывающие разницу в параметрах транзистора данной серии. Существуют другие способы изготовления транзисторов, например, диффузионно - сплавной (рис. 3). Коллектором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластина исходного полупроводника. На поверхность пластины наплавляют очень близко один от другого два маленьких шарика примесных элементов. Во время нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластинку полупроводника. При этом один шарик (на рис. 3 - правый) образует в коллекторе тонкую базовую область, а второй (на рис. 3 - левый) эмиттерную область.

Рис. 2 Устройство и конструкция сплавного транзистора структуры p - n - p. Рис. 3 Устройство и конструкция диффузионно - сплавного транзистора структуры p - n - p.

В результате в пластине исходного полупроводника получаются два р - n перехода, образующие транзистор структуры р - n - р. По такой технологии изготовляют, в частности, наиболее массовые маломощные высокочастотные транзисторы серий П401-П403, П422, П423, ГТ308. В настоящее время действует система обозначения транзисторов, по которой выпускаемые серийно приборы имеют обозначения, состоящие из четырех элементов, например: ГТ109А, КТ315В, ГТ403И.

  • Первый элемент этой системы обозначения - буква Г, К или А (или цифра 1, 2 и 3) - характеризует полупроводниковый материал транзистора и температурные условия работы прибора. Буква Г (или цифра 1) присваивается германиевым транзисторам, буква К (или цифра 2) - кремниевым транзисторам, буква А (или цифра 3) - транзисторам, полупроводниковым материалом которых служит арсенид галлия. Цифра, стоящая вместо буквы, указывает на то, что данный транзистор может работать при повышенных температурах (германиевый - выше 4- 60°С, кремниевый - выше +85°С).
  • Второй элемент - буква Т - начальная буква слова «транзистор».
  • Третий элемент - трехзначное число от 101 до 999 - указывает порядковый номер разработки и назначение прибора. Это число присваивается транзистору по признакам, приведенным в таблице.
  • Четвертый элемент обозначения - буква, указывающая разновидность транзисторов данной серии.

Вот некоторые примеры расшифровки обозначений транзисторов по этой системе : ГТ109А - германиевый маломощный низкочастотный транзистор, разновидность А; ГТ404Г - германиевый средней мощности низкочастотный транзистор, разновидность Г; КТЗ15В - кремниевый маломощный высокочастотный транзистор, разновидность В. Наряду с такой системой продолжает действовать и прежняя система обозначения транзисторов, например П27, П401, П213, МП39 и т.д. Объясняется это тем, что такие или подобные транзисторы были разработаны до введения современной маркировки полупроводниковых приборов. Внешний вид некоторых биполярных транзисторов, наиболее широко используемых радиолюбителями, показан на (рис. 4). Маломощный низкочастотный транзистор ГТ109 (структуры р - n - р) имеет в диаметре всего 3, 4 мм. Транзисторы этой серии предназначены для миниатюрных радиовещательных приемников. Их используют также в слуховых аппаратах, в электронных медицинских приборах т.д. Диаметр транзисторов ГТ309 (р - n - р) 7,4 мм. Такие транзисторы применяют в различных малогабаритных электронных устройствах для усиления и генерирования колебаний высокой частоты. Транзисторы КТЗ15 (n - p - n) выпускают в пластмассовых корпусах. Эти маломощные транзисторы предназначены для усиления и генерирования колебаний высокой частоты. Транзисторы МП39 - МП42 (р - n - р) - самые массовые среди маломощных низкочастотных транзисторов. Точно так выглядят и аналогичные им, но структуры n - p - n, транзисторы МП35 - МП38. Диаметр корпуса любого из этих транзисторов 11,5 мм. Наиболее широко их используют в усилителях звуковой частоты. Так выглядят и маломощные высокочастотные р - n - р транзисторы серий П401 - П403, П416, П423, используемые для усиления высокочастотных сигналов как в промышленных, так и любительских радиовещательных приемниках. Транзистор ГТ402 (р - n - р) - представитель низкочастотных транзисторов средней мощности. Такую же конструкцию имеет его «близнец» ГТ404, но он структуры (n - p - n). Их, обычно используют в паре, в каскадах усиления мощности колебаний звуковой частоты. Транзистор П213 (германиевый структуры р - n - р) - один из мощных низкочастотных транзисторов, широко используемых в оконечных каскадах усилителей звуковой частоты. Диаметр этого, а также аналогичных ему транзисторов П214 - П216 и некоторых других, 24 мм. Такие транзисторы крепят на шасси или панелях при помощи фланцев. Во время работы они нагреваются, поэтому их обычно ставят на специальные теплоотводящие радиаторы, увеличивающие поверхности охлаждения. КТ904 - сверхвысокочастотный кремниевый n - p - n транзистор большой мощности. Корпус металлокерамический с жесткими выводами и винтом М5, с помощью которого транзистор крепят на теплопроводящем радиаторе. Функцию радиатора может выполнять массивная металлическая пластина или металлическое шасси радиотехнического устройства. Высота транзистора вместе с выводами и крепежным винтом чуть больше 20 мм. Транзисторы этой серии предназначаются для генераторов и усилителей мощности радиоаппаратуры, работающей на частотах выше 100 МГц, например диапазона УКВ.

Рис. 4 Внешний вид некоторых транзисторов.
Схемы включения и основные параметры биполярных транзисторов

Итак, биполярный транзистор, независимо от его структуры, является трехэлектродным прибором. Его электроды - эмиттер, коллектор и база. Для использования транзистора в качестве усилителя напряжения, тока или мощности входной сигнал, который надо усилить, можно подавать на два каких - либо электрода и с двух электродов снимать усиленный сигнал. При этом один из электродов обязательно будет общим. Он - то и определяет название способа включения транзистора: по схеме общего эмиттера (ОЭ), по схеме общего коллектора (ОК), по схеме общей базы (ОБ).

  • Включение p-n-р транзистора по схеме ОЭпоказано на (рис. 5, а). Напряжение источника питания на коллекторе транзистора V подается через резистор Rк, являющийся нагрузкой, на эмиттер - через общий «заземленный» проводник, обозначаемый на схемах специальным знаком. Входной сигнал через конденсатор связи Ссв. подается к выводам базы и эмиттера, т.е. к участку база - эмиттер транзистора, а усиленный сигнал снимается с выводов эмиттера и коллектора. Эмиттер, следовательно, при таком включении транзистора является общим для входной и выходной цепей. Транзистор, по схеме с ОЭ, в зависимости от его усилительных свойств может дать 10 - 200 - кратное усиление сигнала по напряжению и 20 - 100 - кратное усиление сигнала по току. Такой способ включения транзистора по схеме с ОЭ пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью. Существенным недостатком усилительного каскада на транзисторе, включенном по такой схеме, является его сравнительно малое входное сопротивление - всего 500-1000 Ом, что усложняет согласование усилительных каскадов, транзисторы которых включают по такой же схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттерный р - n переход транзистора включен в прямом, т.е. пропускном, направлении. А сопротивление пропускного перехода, зависящее от прикладываемого к нему напряжения, всегда мало. Что же касается выходного сопротивления такого каскада, то оно достаточно большое (2-20 кОм) и зависит от сопротивления нагрузки Rк и усилительных свойств транзистора.
    Рис. 5 Схемы включения транзисторов.
  • Включение транзистора по схеме ОК показано на (рис. 5, б). Входной сигнал подается на базу и эмиттер через эмиттерный резистор Rэ, который является частью коллекторной цепи. С этого же резистора, выполняющего функцию нагрузки транзистора, снимается и выходной сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи является общим для входной и выходной цепей, поэтому и название способа включения транзистора - ОК. Каскад с транзистором, включенным по такой схеме, по напряжению дает усиление меньше единицы. Усиление же по току получается примерно такое же, как если бы транзистор был включен по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивление такого каскада может составлять 10 - 500 кОм, что хорошо согласуется с большим выходным сопротивлением каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ. По существу, каскад не дает усиления по напряжению, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транзисторы, включаемые по такой схеме, называют также эмиттерными повторителями. Почему эмиттерными? Потому что выходное напряжение на эмиттере транзистора практически полностью повторяет входное напряжение. Почему каскад не усиливает напряжение? Давайте мысленно соединим резистором цепь базы транзистора с нижним (по схеме) выводом эмиттерного резистора Rэ, как показано на (рис. 5, б) штриховыми линиями. Этот резистор - эквивалент внутреннего сопротивления источника входного сигнала Rвх., например микрофона или звукоснимателя. Таким образом, эмиттерная цепь оказывается связанной через резистор Rвх. с базой. Когда на вход усилителя подается напряжение сигнала, на резисторе Rэ, являющемся нагрузкой транзистора, выделяется напряжение усиленного сигнала, которое через резистор Rвх. оказывается приложенным к базе в противофазе. При этом между эмиттерной и базовой цепями возникает очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по напряжению. А по току усиления получается такое же, как и при включении транзистора по схеме с ОЭ.
  • Теперь о включении транзистора по схеме с ОБ (рис. 5, в). В этом случае база через конденсатор Сб по переменному току заземлена, т. е. соединена с общим проводником питания. Входной сигнал через конденсатор Ссв. подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и с заземленной базы. База, таким образом, является общим электродом входной и выходной цепей каскада. Такой каскад дает усиление по току меньше единицы, а по напряжению - такое же, как транзистор, включенный по схеме с ОЭ (10 - 200). Из - за очень малого входного сопротивления, БК превышающего нескольких десятковом (30-100) Ом, включение транзистора по схеме ОБ используют главным образом в генераторах электрических колебаний, в сверхгенеративных каскадах, применяемых, например, в аппаратуре радиоуправления моделями.

Чаще всего как я уже говорил применяются схемы с включением транзистора с ОЭ, реже с ОК. Но это только способы включения. А режим работы транзистора как усилителя определяется напряжениями на его электродах, токами в его цепях и, конечно, параметрами самого транзистора. Качество и усилительные свойства биполярных транзисторов оценивают по нескольким электрическим параметрам, которые измеряют с помощью специальных приборов. Вас же, с практической точки зрения, в первую очередь должны интересовать три основных параметра: обратный ток коллектора Iкбо, статический коэффициент передачи тока h313 (читают так: аш два один э) и граничная частота коэффициента передачи тока Fгр.

  • Обратный ток коллектора Iкбо - это неуправляемый ток через коллекторный р - n переход, создающийся неосновными носителями тока транзистора. Он характеризует качество транзистора: чем численное значение параметра Iкбо меньше, тем выше качество транзистора. У маломощных низкочастотных транзисторов, например, серий МП39 - МП42, Iкбо не должен превышать 30 мкА, а у маломощных высокочастотных 5 мкА. Транзисторы с большими значениями Iкбо в работе неустойчивы.
  • Статический коэффициент передачи тока h31э характеризует усилительные свойства транзистора. Статическим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неизменных токах в его цепях. Буква «Э» в этом выражении указывает на то, что при измерении транзистор включают по схеме ОЭ. Коэффициент h31э характеризуется отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор - эмиттер и токе эмиттера. Чем больше численное значение коэффициента h31э, тем большее усиление сигнала может обеспечить данный транзистор.
  • Граничная частота коэффициента передачи тока Fгр, выраженная в килогерцах или мегагерцах, позволяет судить о возможности использования транзистора для усиления колебаний тех или иных частот. Граничная частота Fгр транзистора МП39, например, 500 кГц, а транзисторов П401 - П403 - больше 30 МГц. Практически транзисторы используют для усиления частот значительно меньше граничных, так как с повышением частоты коэффициент h31э транзистора уменьшается.

При конструировании радиотехнических устройств надо учитывать и такие параметры транзисторов, как максимально допустимое напряжение коллектор - эмиттер Uкэ max, максимально допустимый ток коллектора Iк.max а также максимально допустимую рассеиваемую мощность коллектора транзистора Рк.max - мощность, превращающуюся внутри транзистора в тепло.

Коротко о полевом транзисторе

В этом полупроводниковом приборе управление рабочим током осуществляется не током во входной (базовой) цепи, как в биполярном транзисторе, а воздействием на носители тока электрического поля. Отсюда и название транзистора «полевой». Схематическое устройство и конструкция полевого транзистора с р - n переходом показаны на (рис. 6). Основой такого транзистора служит пластина кремния с электропроводностью типа n, в которой имеется тонкая область с электропроводностью типа р. Пластину прибора называют затвором, а область типа р в ней - каналом. С одной стороны канал заканчивается истоком, с другой стоком - тоже областью типа р, но с повышенной концентрацией дырок. Между затвором и каналом создается р - n переход. От затвора, истока и стока сделаны контактные выводы. Если к истоку подключить положительный, а к стоку - отрицательный полюсы батареи питания (на рис. 6 - батарея GB), то в канале появится ток, создающийся движением дырок от истока к стоку. Этот ток, называемый током стока Iс, зависит не только от напряжения этой батареи, но и от напряжения, действующего между источником и затвором (на рис. 6 - элемент G). И вот почему. Когда на затворе относительно истока действует положительное закрывающее напряжение, обедненная область р - n перехода расширяется (на рис. 6 показано штриховыми линиями). От этого канал сужается, его сопротивление увеличивается, из - за чего ток стока уменьшается. С уменьшением положительного напряжения на затворе обедненная область р - n перехода, наоборот, сужается, канал расширяется, и ток снова увеличивается. Если на затвор вместе с положительным напряжением смещения подавать низкочастотный или высокочастотный сигнал, в цепи стока возникнет пульсирующий ток, а на нагрузке, включенной в эту цепь, - напряжение усиленного сигнала. Так, в упрощенном виде устроены и работают полевые транзисторы с каналом типа р, например транзисторы КП102, КП103 (буквы К и П означают «кремниевый полевой»). Принципиально так же устроен и работает полевой транзистор с каналом типа n. Затвор транзистора такой структуры обладает дырочной электропроводностью, поэтому на него относительно истока должно подаваться отрицательное напряжение смещения, а на сток (тоже относительно истока) - положительное напряжение источника питания. На условном графическом изображении полевого транзистора с каналом типа n стрелка на линии затвора направлена в сторону истока, а не от истока, как в обозначении транзистора с каналом типа р. Полевой транзистор - тоже трехэлектродный прибор. Поэтому его, как и биполярный транзистор, включать в усилительный каскад можно тремя способами: по схеме общего стока (ОС), по схеме общего истока (ОИ) и по схеме общего затвора (ОЗ). В радиолюбительской практике применяют в основном только первые два способа включения, позволяющие с наибольшей эффективностью использовать полевые транзисторы. Усилительный каскад на полевом транзисторе обладает очень большим, исчисляемым мегаомами, входным сопротивлением. Это позволяет подавать на его вход высокочастотные и низкочастотные сигналы от источников с большим внутренним сопротивлением, например от пьезокерамическрго звукоснимателя, не опасаясь искажения или ухудшения усиления входного сигнала. В этом главное преимущество полевых транзисторов по сравнению с биполярными. Усилительные свойства полевого транзистора характеризуют крутизной характеристики S - отношением изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора, включенного по схеме ОИ. Численное значение параметра S выражают в миллиамперах на вольт; для различных транзисторов оно может составлять от 0,1 - 0,2 до 10 - 15 мА/В и больше. Чем больше крутизна, тем большее усиление сигнала может дать транзистор.

Рис. 6 Конструкция и графическое изображение полевого транзистора с каналом типа (p).

Другой параметр полевого транзистора - напряжение отсечки Uзи.отс. - Это обратное напряжение на р - n переходе затвор - канал, при котором ток через этот переход уменьшается до нуля. У различных транзисторов напряжение отсечки может составлять от 0,5 до 10 В. О полевых транзисторах и их уникальных свойствах можно говорить еще много, я попытался рассказать о наиболее существенных. Полевым транзисторам посвящены целые учебники, поэтому для более детального изучения их свойств и области применения, нужно будет самостоятельно разыскать литературу и детально изучить.

Опыты с транзистором

В этого урока я сказал, что биполярный транзистор можно представить себе как два включенных встречно плоскостных диода, совмещенных в одной пластине полупроводника. В этом нетрудно убедиться на опытах, для которых потребуется любой бывший в употреблении, но не испорченный германиевый низкочастотный транзистор структуры р - n - р, например МП39 или подобные ему транзисторы МП40 - МП42 (коих сейчас великое множество в старых бросовых телевизорах, транзисторных радиоприемниках и т.д., т.е. покупать как правило ничего не нужно, а если и прийдется, то за копейки). Между коллектором и базой транзистора включите последовательно соединенные батарею 3336Л или другой источник питания на 4,5 В и лампочку от карманного фонаря, рассчитанную на напряжение 2,5 В и ток 0,075 или 0,15 А (рис. 1). Если положительный полюс батареи (GB окажется соединенным (через лампочку) с коллектором, а отрицательный - с базой (рис. 1, а), то лампочка должна гореть. При другой полярности включения батареи (рис. 1, б) лампочка гореть не будет. Как объяснить эти явления?

Рис. 1 Опыты с биполярным транзистором.

Сначала на коллекторный р - n переход вы подавали прямое, т. е. пропускное напряжение. В этом случае коллекторный р - n переход открыт, его сопротивление мало и через него течет прямой ток коллектора Iк. Значение этого тока в данном случае определяется в основном сопротивлением нити накала лампочки и внутренним сопротивлением батареи. При другом включении батареи ее напряжение подавалось на коллекторный переход в обратном, непропускном направлении. В этом случае переход закрыт, его сопротивление велико и через него течет лишь небольшой обратный ток коллектора Iкбо У исправных маломощных низкочастотных транзисторов обратный ток коллектора не превышает 30 мкА. Такой ток, естественно, не мог накалить нить лампочки, поэтому она и не горела. Проведите аналогичный опыт с эмиттерным р - n переходом. Результат будет таким же: при обратном напряжении переход будет закрыт - лампочка не горит, а при прямом напряжении он будет открыт - лампочка горит.

Следующий опыт, иллюстрирующий один из режимов работы транзистора, проводите по схеме, показанной на (рис. 2). Между эмиттером и коллектором транзистора включите последовательно соединенные батарею 3336Л и ту же лампочку накаливания. Положительный полюс батареи должен соединяться с эмиттером, а отрицательный - с коллектором (через нить накала). Горит лампочка? Нет, не горит. Соедините про - волочной перемычкой базу с эмиттером, как показано на схеме штриховой линией. Лампочка, включенная в коллекторную цепь транзистора, тоже не будет гореть. Удалите перемычку, а вместо нее подключите к этим электродам последовательно соединенные резистор Rб сопротивлением 200-300 Ом и один гальванический элемент Gб, например, типа миниатюрной пальчиковой батарейки от китайского карманного приемника, но так, чтобы минус элемента был на базе, а плюс - на эмиттере. Теперь лампочка должна гореть. Поменяйте местами полярность подключения элемента к этим электродам транзистора. В этом случае лампочка гореть не должна. Повторите несколько раз этот опыт и вы убедитесь в том, что лампочка в коллекторной цепи будет гореть только тогда, когда на базе транзистора относительно эмиттера действует отрицательное напряжение. Разберемся в этих опытах. В первом из них, когда вы, соединив перемычкой базу с эмиттером, замкнули накоротко эмиттерный переход, коллекторный переход стал просто диодом, на который подавалось обратное напряжение. Через транзистор шел лишь незначительный обратный ток коллекторного перехода, который не мог накалить нить лампочки. В это время транзистор находился в закрытом состоянии. Затем, удалив перемычку, вы восстановили эмиттерный переход. Первым включением элемента между базой и эмиттером вы подали на эмиттерный переход прямое напряжение. Эмиттерный переход открылся, и через него пошел прямой ток, который открыл второй переход транзистора - коллекторный. Транзистор оказался открытым и по цепи эмиттер - база - коллектор пошел коллекторный ток транзистора Iк, который во много раз больше тока цепи эмиттер - база. Он - то и накалил нить лампочки. Когда же вы изменили полярность включения элемента на обратную, то его напряжение закрыло эмиттерный переход, а вместе с тем закрылся и коллекторный переход. При этом ток транзистора почти прекратился (присутствовал только обратный ток коллектора) и лампочка не горела.

Рис. 2 Опыт, иллюстрирующий работу транзистора в режиме переключения.

Какова роль резистора Rб? В принципе этого резистора может и не быть. Я же рекомендовал включить его исключительно для того, чтобы ограничить ток в базовой цепи. Иначе через эмиттерный переход пойдет слишком большой прямой ток, в результате чего может произойти тепловой пробой перехода и транзистор выйдет из строя (по аналогии со стабилитроном, этим резистором можно задавать режимы работы транзистора, выводя его на линейный участок ВАХ, но об этом позже). Если бы при проведении этих опытов в базовую и коллекторную цепи были включены измерительные приборы, то при закрытом транзисторе токов в его цепях почти не было бы, При открытом же транзисторе ток базы Iб был бы не более 2 - 3 мА, а ток коллектора Iк составлял 60 - 75 мА. Это означает, что транзистор может быть усилителем тока. В этих опытах транзистор был в одном из двух состояний: открытом или закрытом. Переключение транзистора из одного состояния в другое происходило под действием напряжения на базе Uб. Такой режим работы транзистора, проиллюстрированный графиками на (рис. 2), называют режимом переключения или, что то же самое, ключевым. Такой режим работы транзисторов используют в основном в приборах и устройствах электронной автоматики. В радиовещательных приемниках и усилителях транзисторы работают в режиме усиления. Отличается он от режима переключения тем, что, используя малые токи в базовой цепи, мы можем управлять значительно большими токами в коллекторной цепи транзистора.

Иллюстрировать работу транзистора в режиме усиления можно следующим опытом (рис.3). В коллекторную цепь транзистора V включим электромагнитный телефон В1, а между базой и минусом источника питания GB (батарея 3336Л) - резистор Rб сопротивлением 200 - 250 кОм. Второй телефон В2 подключим к участку база - эмиттер транзистора, но через конденсатор Ссв. емкостью 0,1 - 0,5 мкФ. У вас получится простейший усилитель, который может выполнять, например, роль одностороннего телефонного аппарата. Если ваш приятель будет негромко говорить перед телефоном В2, включенным на входе усилителя, его разговор вы будете слышать в телефоне В1, включенном на выходе усилителя. На вход усилителя вместо телефона В2 можно подать любой другой слабый электрический сигнал. Тогда в телефоне В1 он будет хорошо и достаточно громко прослушиваться. В качестве В1, В2, можно использовать телефоны от старых телефонных аппаратов, с маркировкой (ТОН-1, ТОН-2 и др.). Для наших опытов желательно парочку разыскать, чтобы они были в вашем арсенале. Каковы здесь функции резистора Rб и конденсатора Ссв.? Через резистор Rб на базу транзистора от батареи питания GB подается небольшое отрицательное напряжение, называемое напряжением смещения, которое открывает транзистор и тем самым обеспечивает ему работу в режиме усиления. Без начального напряжения смещения эмиттерный р - n переход транзистора будет закрыт и, подобно диоду, будет «срезать» положительные полупериоды входного напряжения, отчего усиление будет сопровождаться искажениями. А конденсатор Ссв. выполняет функцию связующего элемента между телефоном В2 и базой транзистора. Он беспрепятственно пропускает колебания звуковой частоты и преграждает путь постоянному току из базовой цепи к телефону. Без такого разделительного конденсатора база транзистора по постоянному току оказалась бы соединенной с эмиттером и режим усиления был бы нарушен (этот конденсатор так и называют конденсатором связи, среди радиолюбителей можно еще услышать такое понятие как проходной).

Рис. 3 Опыт иллюстрирующий транзистор в режиме усиления.

В этом опыте на вход усилителя подавалось переменное напряжение звуковой частоты, источником которого был телефон, преобразующий, как микрофон, звуковые колебания в электрические (на рис. 3 - график а). Это напряжение создавало в цепи эмиттер - база колебания постоянного тока (график б), которые управляли значительно большим током в коллекторной цепи (график в). Происходило усиление входного сигнала. Усиленный же транзистором сигнал преобразовывался телефонами В1, включенными в цепь коллектора, в звуковые колебания с помощью мембраны. Транзистор работал в режиме усиления. Процесс усиления в общих чертах происходит следующим образом. При отсутствии напряжения входного сигнала в цепях базы и коллектора текут небольшие токи (на рис. 3 - левые участки графиков б и в), определяемые напряжением источника питания, напряжением смещения на базе и усилительными свойствами транзистора. Как только в цепи базы появляется сигнал, соответственно ему начинают изменяться и токи в цепях транзистора: во время отрицательных полупериодов, когда суммарное отрицательное напряжение на базе возрастает, токи цепей увеличиваются, а во время положительных полупериодов, когда напряжения сигнала и смешения противоположны и, следовательно, отрицательное напряжение на базе уменьшается, токи в обеих цепях тоже уменьшаются. Происходит усиление по напряжению и току. Если нагрузкой транзистора будут не телефоны, а резистор, то создающееся на нем напряжение переменной составляющей усиленного сигнала можно будет подать во входную цепь второго транзистора для дополнительного усиления. Один транзистор может усилить сигнал в 30 - 50 раз. Точно так работают и транзисторы структуры n - p - n. Но для них полярность включения батареи, питающей цепи базы и коллектора, должна быть не такой, как у p - n - р транзиторов, а обратной поэтому n - p - n транзисторы еще называют обратными. Нужно запомнить: для работы транзистора в режиме усиления на его базу (относительно эмиттера) вместе с напряжением усиливаемого сигнала обязательно должно подаваться постоянное напряжение смещения, открывающее транзистор и устраняющее искажение типа ступенька, к этому типу искажений сигнала мы еще вернемся. Для германиевых транзисторов оно должно составлять 0,1-0,2 В, а для кремниевых транзисторов 0,5-0,7 В. Напряжение смещения на базу не подают лишь в тех случаях, когда эмиттерный переход транзистора используют для детектирования радиочастотного модулированного сигнала.

 

Переходим к следующему уроку !

Схемы включения биполярных транзисторов

Скрыть

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Описание слайда:

Тема: Схемы включения биполярных транзисторов ФИО Спикера: Андреенок Татьяна Николаевна

2 слайд Описание слайда:

Раздел № 1. «Электронные приборы» Тема № 4. «Транзисторы» Занятие № 2. «Схемы включения биполярных транзисторов» Учебные вопросы 1. Схема включения с общей базой. 2. Схема включения с общим эмиттером . 3. Схема включения с общим коллектором. *

3 слайд Описание слайда:

Независимо от схемы включения, транзистор характеризуется тремя коэффициентами усиления: KI = Iвых / Iвх – по току; KU = Uвых / Uвх = (Iвых ∙ Rн) / (Iвх ∙ Rвх) = KI ∙ Rн / Rвх – по напряжению; KP = Pвых / Pвх = (Uвых ∙ Iвых) / (Uвх ∙ Iвх) = KI∙KU – по мощности. Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх

4 слайд Описание слайда:

* Iвх = Iэ Iвых = Iк Uвх = Uбэ Uвых = Uбк

5 слайд Описание слайда:

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями: - коэффициент усиления по току для схемы с общей базой Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1] входное сопротивление Rвхб=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ. Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и составляет десятки Ом, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора. Недостатки схемы с общей базой: - схема не усиливает ток α<1 - малое входное сопротивление два разных источника напряжения для питания. Достоинства – хорошие температурные и частотные свойства.

6 слайд Описание слайда:

Iвых = Iк Uвх = Uбэ Uвых = Uкэ β = Iвых / Iвх = Iк / Iб (n: 10.100) Rвх.э = Uвх / Iвх = Uбэ / Iб [Ом] (n:100.1000) Эта схема является наиболее распространённой, так как она даёт наибольшее усиление по мощности.

7 слайд Описание слайда:

Коэффициент усиления по току такого каскада представляет собой отношение амплитуд (или действующих значений) выходного и входного переменного 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 напряжению 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.

8 слайд Описание слайда:

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 - бoльшее, 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.

9 слайд Описание слайда:

Iвых = Iэ Uвх = Uбк Uвых = Uкэ Iвых / Iвх = Iэ / Iб = (Iк + Iб) / Iб = β + 1 = n n = 10 … 100 Rвх = Uбк / Iб = n (10.100) кОм

10 слайд Описание слайда:

В схеме с ОК коллектор является общей точкой входа и выхода, поскольку источники питания Еб и Ек всегда шунтированы конденсаторами большой ёмкости и для переменного тока могут считаться короткозамкнутыми. Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. с. очень сильна отрицательная обратная связь. Нетрудно видеть, что входное напряжение 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 напряжению 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.

11 слайд Описание слайда:

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 и изображают схему так, как показано на рисунке.

12 слайд Описание слайда:

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.

13 слайд Описание слайда:

Разработал: Преподаватель ГБПОУ МГКЭИТ Андреёнок Т.Н. Основная литература: 1. В.Ш. Берикашвили, А.К. Черепанов “Электронная техника”, 5-е издание, Москва, изд. центр “Академия”, 2019 г. Дополнительная литература: Б.И. Горошков, А.Б. Горошков “Электронная техника” , 2-е издание, Москва, изд. центр “Академия”, 2008 г. М.В. Немцов, М.Л. Немцова “Электротехника и электроника” Москва, изд. центр “Академия”, 2007 г. Дополнительные источники: 1. Единое окно доступа к образовательным ресурсам http://window.edu.ru/window.

Курс повышения квалификации

Курс профессиональной переподготовки

Учитель физики

Курс повышения квалификации

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое

Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс

Выберите учебник: Все учебники

Выберите тему: Все темы

также Вы можете выбрать тип материала:

Проверен экспертом

Общая информация

Номер материала: ДБ-1051093

Похожие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Три способа включения транзисторов


⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 24Следующая ⇒

Транзистор имеет три электрода: эмиттер, базу и коллектор. На вход транзистора подводится входной сигнал, а с выхода снимается выходной. Для подачи входного сигнала нужны два электрода, а для снятия - ещё два. Так как электродов у транзистора три, то один из них делают общим для входного и выходного сигналов. Существует несколько способов включения транзистора: схема с общей базой, схема с общим эмиттером, схема с общим коллектором. В каждой из этих схем один из выводов транзистора служит общей точкой, а два других являются входом и выходом.

Рис. 4.5. Схемы включения транзисторов (рисунок выполнен авторами)

Фазовые соотношения для входных и выходных сигналов показаны на схемах. Следует обратить внимание на то, что в схеме с ОЭ фаза выходного сигнала изменяется на 180о по отношению к фазе входного.

Таблица 2. Особенности схем включения транзисторов

Тип соединения Входное сопротивление Выходное сопротивление Усиление по напряжению Усиление по току Усиление по мощности
ОБ Низкое Высокое Высокое < 1 Среднее
ОЭ Среднее Среднее Среднее Среднее Высокое
ОК Высокое Низкое < 1 Среднее Среднее

 

Транзистор как четырехполюсник

Биполярный транзистор в различных схемах подключения можно представить как четырехполюсник и, соответственно, рассчитать его параметры для любой схемы. Для транзистора характерны два значения тока I1 и I2 и два значения напряжения U1 и U2 (рис. 4.6).

Рис.4.6. Представление транзистора как четырёхполюсника (рисунок выполнен авторами)

I1, U1 - ток и напряжение на входе транзистора; I2, U2 - ток и напряжение на выходе транзистора.

В зависимости от того, какие из этих величин взять за независимые переменные, а какие - за зависимые, линейный четырехполюсник можно описать шестью различными системами уравнений. На практике используются три основных зависимости между входными и выходными величинами, которые отражены в таблице 2.

Таблица 2. Зависимости между входными и выходными вкличинами четырехполюсника

Независимые переменные I1, I2 U1, U2 I1, U2
Зависимые переменные U1, U2 I1, I2 U1, I2

В соответствии с этими зависимостями можно получить три системы параметров транзистора: система Z - параметров, система Y - параметров и система H - параметров.

Система z-параметров

Если в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника взять токи I1 и I2, а напряжения U1 и U2 определять как функции этих токов, то связь напряжений и токов в линейном приближении будет иметь вид:

U1 = z11I1 + z12I2;

U2 = z21I1 + z22I2.

Коэффициенты zik в этих уравнениях определяются следующим образом:

z11 = U1/I1 при I2 = 0 и Z22 = U2/I2 при I1 = 0

z11, z22 - входное и выходное сопротивления;

Z12 = U1/I2 при I1 = 0 и Z21 = U2/U1 при I2 = 0

z11, z22 - сопротивления обратной и прямой передач.

Измерения z-параметров осуществляются в режиме холостого хода на входе (I1 = 0) и выходе (I2 = 0).

Система y-параметров

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника напряжения U1 и U2, а токи I1 и I2 будем определять как функции этих напряжений. Тогда связь токов и напряжений в линейном приближении будет иметь вид:

I1 = y11U1 + y12U2;

I2 = y21U1 + y22U2.

Коэффициенты в уравнениях имеют размерность проводимости и определяются следующим образом:

y11 = I1/U1 при U2 = 0 и y22 = I2/U2 при U1 = 0

 

y11, y22 - входная и выходная проводимости;

y12 = I1/U2 при U1 = 0 и y21 = I2/U1 при U2 = 0

y12, y21 - проводимости обратной и прямой передач.

Измерение y-параметров происходит в режиме короткого замыкания на входе (U1 = 0) и выходе (U2 = 0) (Параметры транзистора как четырехполюсника).

Система h-параметров

Наиболее часто используется система h-параметров, которая представляет собой комбинированную систему из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U2 = 0) и режим холостого хода на входе (I1 = 0). Поэтому для системы h-параметров в качестве входных параметров задаются ток I1 и напряжение U2, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I2 и напряжение U1, при этом система, описывающая связь входных I1, U2 и выходных I2, U1 параметров, выглядит следующим образом:

U1 = h11I1 + h12I2;

I2 = h21U1 + h22U2.

Значения коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид:

h11 = U1/I1 при U2 = 0- входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;

h22 = I2/U2 при I1 = 0 - выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи;

h12 = U1/U2 при I1 = 0 - коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;

h21 = I2/I1 при U2 = 0 - коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе.

С учетом h-параметров эквивалентная схема транзистора выглядит следующим образом (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Схема замещения транзистора (рисунок выполнен авторами)

Здесь во входной цепи транзистора включен генератор напряжения h12U2, который учитывает взаимовлияние между коллекторным и эмиттерным переходом в результате модуляции ширины базы, а генератор тока h21I1 в выходной цепи учитывает усилительные свойства транзистора, когда под действием входного тока I1, в выходной цепи возникает пропорциональный ему ток h21I1. Параметры h11 и h22 - 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 (рис. 4.8):

U1 = Uэб ; I1 = Iэ; U2 = Uкэ; I2 = Iк.

Рис. 4.8. Эквивалентная схема четырехполюсника для схемы с общей базой (рисунок выполнен авторами)

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:

h11б = ΔUэб/ΔIб при Uкб = 0;

h12б = ΔUэб/ΔUкб при Iэ = 0;

h21б = ΔIк/ΔIэ при Uкб = 0;

h22б = ΔIк/ΔUкб при Iэ=0.

Индекс «б» говорит о принадлежности этих параметров к схеме с общей базой.

Для схемы с общим эмиттером входными и выходными величинами являются (рис. 4.9):

U1 = Uэб ; I1 = Iэ; U2 = Uкэ; I2 = Iк.

Рис. 4.9. Эквивалентная схема четырехполюсника для схемы с общим эмиттером (рисунок выполнен авторами)

Для схемы с общим эмиттерном h-параметры определяются из соотношений:

h11э = ΔUбэ/ΔIэ при Uкэ = 0;

h11э составляет от сотен Ом до единиц кОм;

h12э = ΔUбэ/ΔUкэ при Iб = 0;

обычно равен 10-3...10-4, т. е. напряжение, передаваемое с выхода на вход за счет обратной связи, составляет тысячные или десятитысячные доли выходного напряжения;

h21э = ΔIк/ΔIэ при Uкэ = 0;

h21э составляет десятки - сотни единиц;

h22э = ΔIк/ΔUкэ при Iб = 0;

h22э (выходная проводимость) равна десятым - сотым долям мСм, а выходное сопротивление 1/h22, получается в пределах от единиц до десятков кОм. Индекс «э» говорит о принадлежности этих параметров к схеме с общим эмиттером (Петрович В. П., 2008).


Рекомендуемые страницы:

Страница не найдена - Industrial Devices & Solutions

  • Политика в отношении файлов cookie
  • Потребитель
  • Бизнес
  • Продукты
  • Руководства по применению
  • Скачать
  • Поддержка дизайна
  • Новости
  • Свяжитесь с нами
Закрыть
  • Конденсаторы
  • Резисторы
  • Катушки индуктивности
  • Решения для управления температурным режимом
  • Компоненты ЭМС, защита цепей
  • Датчики
  • Устройства ввода
  • Полупроводники
  • Реле, разъемы
  • FA Датчики и компоненты
  • Моторы, компрессоры
  • Промышленные устройства, носители информации
  • Пользовательские и модульные устройства
  • Завод автоматики, сварочные аппараты
  • Промышленные батареи
  • Электронные материалы
  • Материалы
  • Конденсаторы электролитические с проводящим полимером
  • Алюминиевые электролитические конденсаторы
  • Электрические двухслойные конденсаторы (золотой конденсатор)
  • Пленочные конденсаторы
  • Чип резисторы
  • Другие резисторы
  • Силовые индукторы для автомобильного применения
  • Силовые индукторы для потребителей
  • Силовые индукторы многослойного типа
  • Катушки повышения напряжения
  • Лист термозащиты (графитовый лист (PGS) / прикладные продукты PGS / NASBIS)
  • Термистор NTC (чип)
  • Вентилятор охлаждения с уникальным гидродинамическим подшипником
  • Материалы печатных плат
  • Компоненты ЭМС
  • Защита цепей (электростатические разряды, скачки напряжения, предохранители и т. Д.)
  • Датчики
  • Встроенные датчики
  • Датчики для автоматизации производства
  • Коммутаторы
  • Емкостное чувствительное устройство
  • Энкодеры, потенциометры
  • Микрокомпьютеры
  • Аудио и видео
  • Тег NFC и защищенная микросхема
  • ИС драйвера светодиодов
  • ИС драйвера двигателя
  • МОП-транзисторы
  • Лазерные диоды
  • Датчики изображения
  • Радиочастотные устройства
  • Силовые устройства
  • Реле
  • Разъемы
  • Датчики для автоматизации производства
  • Устройства FA
  • Двигатели для FA и промышленного применения
  • Двигатели для предприятий / бытовой техники и автомобилей
  • Компрессоры
  • Насосы постоянного тока
  • Носители записи
  • Оптические компоненты
  • Пользовательские устройства
  • Модульные устройства
  • FA
  • Сварочные аппараты, промышленные роботы
  • Устройства FA
  • Вторичные батареи (аккумуляторные батареи)
  • Первичные батареи
  • Материалы печатных плат
  • Герметичные полупроводниковые материалы, клеи
  • Пластиковая формовочная смесь
  • Продвинутые фильмы
  • Монокристалл оксида цинка Pana-Tetra
  • Смола Pana-Tetra Compound
  • Пленка для предотвращения электрификации Pana-Tetra
  • "AMTECLEAN A" Чистящее средство для литьевых машин
  • "AMTECLEAN Z" Неорганическое противомикробное средство
  • Алюминиевые электролитические конденсаторы с проводящим полимером (SP-Cap)
  • Твердотельные конденсаторы из токопроводящего полимера и тантала (POSCAP)
  • Проводящие полимерные алюминиевые твердотельные конденсаторы (OS-CON)
  • Гибридные алюминиевые электролитические конденсаторы с проводящим полимером
  • Проводящие полимерные алюминиевые твердотельные конденсаторы (OS-CON)
  • Гибридные алюминиевые электролитические конденсаторы с проводящим полимером
  • Алюминиевые электролитические конденсаторы (поверхностного монтажа)
  • Алюминиевые электролитические конденсаторы (с радиальными выводами)
  • Двухслойные электрические конденсаторы (намотанного типа)
  • Пленочные конденсаторы (для электронного оборудования)
  • Пленочные конденсаторы (для двигателей переменного тока)
  • Пленочные конденсаторы (автомобильные, промышленные и инфраструктурные)
  • Высокотемпературные чип-резисторы
  • Прецизионные чип-резисторы
  • Чувствительные по току резисторы
  • Чип-резисторы малой и большой мощности
  • Антисульфурные чип-резисторы
  • Чип-резисторы общего назначения
  • Сетевой резистор
  • Резисторы с выводами
  • Аттенюатор
  • Силовые индукторы для автомобильного применения
  • Силовые индукторы для потребителей
  • Силовые индукторы многослойного типа
  • Катушки повышения напряжения
  • Лист термозащиты (графитовый лист (PGS) / прикладные продукты PGS / NASBIS)
  • Термистор NTC (чип)
  • Вентилятор охлаждения с уникальным гидродинамическим подшипником
  • Материалы монтажных плат для светодиодных светильников / силовых модулей "ECOOL" серии
  • Фильтры синфазных помех
  • Пленка для защиты от электромагнитных волн
  • Подавитель ЭСР
  • Варистор микросхемы
  • Варисторы (поглотитель перенапряжения ZNR)
  • Предохранители
  • Датчик MR
  • Инерционный датчик 6DoF для автомобилей (датчик 6в1)
  • Гироскопические датчики
  • Датчики температуры (автомобильные)
  • Датчики положения
  • Инфракрасный датчик Grid-EYE
  • Датчики давления PS-A (встроенная схема усиления и температурной компенсации)
  • Датчики давления PS
  • Датчики давления PF
  • Датчик пыли (PM)
  • Камера TOF
  • Датчик движения PIR PaPIRs
  • Волоконно-оптические датчики
  • Световые завесы / компоненты безопасности
  • Датчики площади
  • Фотоэлектрические датчики / лазерные датчики
  • Микро-фотоэлектрические датчики
  • Индуктивные датчики приближения
  • Датчики давления / датчики расхода
  • Датчики измерения
  • Датчики особого назначения
  • Опции датчика
  • Системы сохранения проволоки
  • Детекторные переключатели
  • Кнопочные переключатели
  • Тактильные переключатели (переключатели Light Touch)
  • Кулисные переключатели питания
  • Переключатели уплотнительного типа
  • Выключатели без уплотнения
  • Сенсорные панели
  • Концевые выключатели
  • Переключатели мгновенного действия
  • Выключатели обнаружения падения
  • Выключатели блокировки
  • Емкостный датчик силы
  • Энкодеры
  • Автомобильные кодеры
  • Потенциометры поворотные
  • Автомобильные поворотные потенциометры
  • 32-битное управление инвертором MN103H
  • 32-битное управление инвертором MN103S
  • 32-битная система с низким энергопотреблением MN103L
  • 8 бит с низким энергопотреблением MN101E
  • 8 бит с низким энергопотреблением MN101C
  • 8-битное сверхнизкое энергопотребление MN101L
  • MCU Arm® Cortex®-M7 MN1M7
  • Arm® Cortex®-M0 + MCU MN1M0
  • БИС с человеко-машинным интерфейсом
  • Аудио интегрированные БИС
  • БИС тегов NFC
  • Модули тегов NFC
  • Безопасная IC
  • ИС драйвера светодиодов для освещения
  • ИС драйвера светодиодов для развлечений
  • ИС драйвера светодиодов для освещения
  • ИС драйвера шагового двигателя
  • ИС драйвера трехфазного бесщеточного двигателя постоянного тока
  • ИС драйвера однофазного бесщеточного двигателя постоянного тока
  • ИС драйвера двигателя постоянного тока с щеткой
  • Микросхемы драйвера объектива для видеокамеры и камеры
  • МОП-транзисторы для защиты литий-ионных батарей
  • МОП-транзисторы общего назначения
  • МОП-транзисторы для балансировки автомобильных ячеек
  • МОП-транзисторы для автомобильной схемы переключения
  • Другие полевые МОП-транзисторы
  • Красный и инфракрасный (ИК) двухволновые лазерные диоды
  • Красные лазерные диоды
  • Инфракрасные лазерные диоды
  • Датчики изображения для безопасности, промышленности и медицины
  • Датчики изображения для вещания и цифровые фотоаппараты
  • Решение 3D-зондирования (ToF)
  • Малошумящие усилители (LNA)
  • Преобразователь переменного тока в постоянный / ИС источника питания (IPD)
  • Регулятор DC-DC для автомобилей, AV и промышленности
  • ИС контроля батареи
  • PhotoMOS
  • Силовые реле (более 2 А)
  • Реле безопасности
  • Твердотельные реле (SSR)
  • Сигнальные реле (2 А или меньше)
  • СВЧ-устройства (СВЧ реле / ​​коаксиальные переключатели)
  • Автомобильные реле
  • Реле отключения постоянного тока большой емкости
  • Устройство сопряжения PhotoIC
  • Интерфейсный терминал
  • Разъем узкого шага для платы к FPC
  • Коннектор с узким шагом между платами
  • Сильноточные соединители
  • Разъемы FPC / FFC
  • Активные оптические соединители
  • MIPTEC 3D Упаковочные устройства
  • Волоконно-оптические датчики
  • Световые завесы / компоненты безопасности
  • Датчики площади
  • Фотоэлектрические датчики / лазерные датчики
  • Микро-фотоэлектрические датчики
  • Индуктивные датчики приближения
  • Датчики давления / датчики расхода
  • Датчики измерения
  • Датчики особого назначения
  • Опции датчика
  • Системы сохранения проволоки
  • Устройства статического управления
  • Решения для управления энергопотреблением
  • Программируемые контроллеры
  • / интерфейсный терминал
  • Человеко-машинный интерфейс
  • Системы машинного зрения
  • Системы УФ-отверждения
  • Лазерные маркеры / считыватели 2D-кода
  • Таймеры / счетчики / компоненты FA
  • Серводвигатели переменного тока
  • Бесщеточные двигатели
  • Компактные мотор-редукторы переменного тока
  • Сервоприводы переменного тока
  • Бесщеточный усилитель
  • Компактные редукторные регуляторы скорости переменного тока
  • Опция (двигатели для FA и промышленного применения)
  • Головка шестерни
  • Двигатели для кондиционирования воздуха
  • Двигатели для пылесосов
  • Двигатели для холодильников
  • Автомобильные двигатели

Переключатель биполярного переходного транзистора (BJT)

Биполярный переходной транзистор можно использовать в качестве переключателя.Это требуется, когда типичный цифровой выход (максимальный выходной ток 20 мА) не обеспечивает достаточный ток для силовых устройств, таких как лампы, соленоиды или двигатели. Коэффициент усиления транзистора по току обеспечивает увеличение коллекторного тока на порядок.

Сначала мы перерисуем схему, используя эквивалентную схему постоянного тока BJT

Использование KCL (текущий закон Кирхгофа)
Ток через R B \ begin {уравнение} I_ {RB} = I_B \ end {уравнение} Ток через R C \ begin {уравнение} \ label {1} I_C = \ beta I_B \ end {уравнение} Ток в узле E \ begin {уравнение} I_E = I_B + I_C \ end {уравнение}

Использование KVL (закон напряжения Кирхгофа) \ begin {уравнение} V_B = I_BR_B + V_ {BE} \ end {уравнение} \ begin {уравнение} \ label {2} V_C = I_CR_C + V_ {CE} \ end {уравнение} Подставьте уравнение \ ref {1} в уравнение \ ref {2}: \ begin {уравнение} \ label {3} V_C = \ beta I_BR_C + V_ {CE} \ end {уравнение}

Если после подстановки значений схемы в уравнения и мы получим V CE C больше не зависит от I B \ begin {уравнение} \ label {5} V_C = I_CR_C \ end {уравнение}

Заметки

  • Наблюдайте за напряжениями узлов, когда вы изменяете VIN, регулируя ручку.
  • Для расчета узловых напряжений
    1. Используйте уравнение 4 для вычисления I B . Предположим, что V BE = 0,7
    2. Если VIN <0,7 В, предположим, что I B = 0. См. Объяснение в разделе "Анализ диодной цепи".
    3. Примите β = 100 и используйте уравнение 6 для вычисления V CE
  • Измените значения R1 и R2 и нажмите кнопку Simulate. Если у вас небольшая нагрузка (R2 = 100 Ом), вам потребуется достаточно большой базовый ток для работы BJT в качестве переключателя (обратите внимание на проблему, когда R1 = 10K).Один из способов уменьшить этот базовый ток - использовать транзистор Дарлингтона.
  • В реальном транзисторе V CE никогда не достигает 0, вместо этого он насыщается примерно при 0,1 В. Это также известно как напряжение насыщения BJT. В этой операции ток коллектора I C определяется с помощью уравнения 8.

Включение индуктивной нагрузки

Когда к коллектору подключена индуктивная нагрузка, через нагрузку требуется рециркуляционный диод для демпфирования выходного напряжения при выключенном транзисторе.Когда требуется усиление с большим током, используется транзистор Дарлингтона.

Усилитель с общим эмиттером (BJT)

Когда к базе транзистора подключен небольшой источник сигнала, а не источник постоянного тока включения / выключения, схема представляет собой усилитель с общим эмиттером. Для характеристики этого усилителя напряжения с высоким коэффициентом усиления требуется анализ цепи переменного тока.

Конфигурация одной цепи BJT

Усилитель BJT с общим эмиттером - это одна из трех конфигураций схемы с одинарным BJT.Два других - это схемы с общей базой и общим коллектором. Изучите различные конфигурации одинарного BJT и сравните их параметры цепи

С доходов от рекламы падения, несмотря на все большее число посетителей, нам нужна ваша помощь, чтобы сохранить и улучшить этот сайт, который занимает много времени, денег и тяжелую работу. Благодаря щедрости наших посетителей, которые давали раньше, вы можете использовать этот сайт бесплатно.

Если вы получили пользу от этого сайта и можете, пожалуйста, дать 10 долларов через Paypal .Это позволит нам продолжаем в будущее. Это займет всего минуту. Благодаря!

Я хочу дать!

© 2021 Emant Pte Ltd Co., рег. № 200210155R | Условия использования | Конфиденциальность | О нас

Цепь переключения транзисторов

Tip120 и Tip122 - Вопросы - Сообщество

Цепь переключения транзисторов Tip120 и Tip122

Я только что решил переделать одну из своих схем переключения транзисторов TIP122 (в основном потому, что мне нужен был перерыв в работе - нет ничего плохого в двух схемах, которые уже есть в моем Hearoid).Итак, сейчас самое подходящее время, чтобы сделать небольшой учебник.

Этот учебник превратился в развивающийся с добавлением дополнительной информации и доступных опций. Журнал изменений в конце этой публикации объясняет сделанные изменения. Любая дополнительная информация будет добавлена ​​по мере обнаружения.

Необходимые детали:
1 транзистор Дарлингтона TIP120 или TIP122 или IRL3103PBF Mosfet (см. Примечания в конце)
1 резистор 1 кОм
1 небольшой кусок полосовой платы (7x5 отверстий)
1 разъем для контактов (1x2)
1 x удлинитель сервопривода
Припой
Паяльник
Резаки

Необходимые дополнительные детали (при индуктивной нагрузке):
1 x 1n400x Диод, если требуется

Найдите номера деталей в google или ebay или обратитесь к предпочтительному поставщику.

Схема:

Нижняя сторона платы:

Дополнительные подключения для диода D1 описаны в конце этой публикации.

Метод:
1. Припаяйте транзистор TIP к плате так, чтобы каждый вывод находился на отдельной медной полоске

2. Припаяйте резистор из базы транзистора к запасной медной полоске

3. Обрежьте от конца удлинителя сервопривода и зачистите провода
4. Припаяйте черный провод удлинителя сервопривода к полосе, подключенной к эмиттеру транзистора
5.Припаяйте белый провод удлинителя сервопривода к полосе, подключенной к концу резистора (не к концу транзистора)
6. Припаяйте красный провод к резервной медной полосе

7. Используйте небольшой отрезок от провода Удлинитель сервопривода и припаяйте один конец к полосе коллектора транзистора
8. Припаяйте другой конец отрезка к запасной медной полосе рядом с красным проводом.

9. Припаяйте контактный разъем к медным полоскам с припаянными красными и черными проводами

10.Работа сделана. Подключите расширение сервопривода к цифровому порту на EZB и подключите схему, которая нуждается в переключении, к заголовку контактов, я делаю это с другим расширением сервопривода (у меня их сотни)

Или разъем JST тоже работает очень хорошо

Добавление диода
При использовании схемы для двигателя или другой индуктивной нагрузки необходимо добавить диод между коллектором транзистора и эмиттером. Это легко добавить в приведенную выше схему.

11. Согните ножку диода так, чтобы она прошла через 0.Расстояние между отверстиями 1 дюйм

12. Полоса на диоде предназначена для подключения к коллектору, а другой конец - к эмиттеру. Она войдет в два запасных отверстия.

13. Припаяйте на месте и отрежьте лишнее. ноги. то же самое, однако контакты на Mosfet называются Gate, Drain и Source.Мосфет помещается в то же место, что и Дарлингтон, с воротами слева (заменяющими базу Дарлингтона).

Обновления:
Edit 1 (2013.03.07): добавлена ​​нижняя часть схемы платы.
Edit 2 (2013.03.07): для некоторых схем необходим диод, как показано на первой схеме. На плате есть место для диода (от C4 до D4 - ножки должны быть согнуты, чтобы обеспечить расстояние 0,1 дюйма), однако я не показал его - посмотрите на это пространство
Edit 3 (2013.03.07): на нижней стороне платы добавлены дополнительные соединения для D1.
Edit 4 (2013.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *