Схему включения транзистора с общим эмиттером: Схемы включения биполярных транзисторов.

Содержание

Схемы включения биполярных транзисторов.

Итак, третья и заключительная часть повествования о биполярных транзисторах на нашем сайте. Сегодня мы поговорим об использовании этих замечательных устройств в качестве усилителей, рассмотрим возможные схемы включения биполярных транзисторов и их основные преимущества и недостатки. Приступаем!

Схема включения с общей базой.

Включение биполярного транзистора по схеме с общей базой.

Эта схема очень хороша при использовании сигналов высоких частот. В принципе для этого такое включение транзистора, в первую очередь, и используется. Очень большими минусами являются малое входное сопротивление и, конечно же, отсутствие усиления по току. Смотрите сами, на входе у нас ток эмиттера I_э, на выходе I_к.

I_э = I_к + I_б

То есть ток эмиттера больше тока коллектора на небольшую величину тока базы. А это значит, что усиление по току не просто отсутствует, более того, ток на выходе немного меньше тока на входе. Хотя, с другой стороны, эта схема имеет достаточно большой коэффициент передачи по напряжению. Вот такие вот достоинства и недостатки, продолжаем…

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором

Биполярный транзистор включенный по схеме с общим коллектором.

Вот так вот выглядит схема включения биполярного транзистора с общим коллектором. Ничего не напоминает? 🙂 Если взглянуть на схему немного под другим углом, то мы узнаем тут нашего старого друга – эмиттерный повторитель. Про него была чуть ли не целая статья (вот она), так что все, что касается этой схемы мы уже там рассмотрели. А нас тем временем ждет наиболее часто используемая схема – с общим эмиттером.

Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.

Включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером.

Эта схема заслужила популярность своими усилительными свойствами. Из всех схем она дает наибольшее усиление по току и по напряжению, соответственно, велико и увеличение сигнала по мощности. Недостатком схемы является то, что усилительные свойства сильно подвержены влиянию роста температуры и частоты сигнала.

Со всеми схемами познакомились, теперь рассмотрим подробнее последнюю (но не последнюю по значимости) схему усилителя на биполярном транзисторе (с общим эмиттером). Для начала, давайте ее немножко по-другому изобразим:

Усилитель на биполярном транзисторе.

Тут есть один минус – заземленный эмиттер. При таком включении транзистора на выходе присутствуют нелинейные искажения, с которыми, конечно же, нужно бороться. Нелинейность возникает из-за влияния входного напряжения на напряжение перехода эмиттер-база. Действительно, в цепи эмиттера ничего «лишнего» нету, все входное напряжение оказывается приложенным именно к переходу база-эмиттер. Чтобы справиться с этим явлением, добавим резистор в цепь эмиттера. Таким образом, мы получим отрицательную обратную связь.

А что же это такое?

Если говорить кратко, то принцип отрицательной обратной связи заключается в том, что какая то часть выходного напряжения передается на вход и вычитается из входного сигнала. Естественно, это приводит к уменьшению коэффициента усиления, поскольку на вход транзистора из-за влияния обратной связи поступит меньшее значение напряжение, чем в отсутствие обратной связи.

И тем не менее, отрицательная обратная связь для нас оказывается очень полезной. Давайте разберемся, каким образом она поможет уменьшить влияние входного напряжения на напряжение между базой и эмиттером.

Итак, пусть обратной связи нет, Увеличение входного сигнала на 0.5 В приводит к такому же росту U_{бэ}. Тут все понятно 😉 А теперь добавляем обратную связь! И точно также увеличиваем напряжение на входе на 0.5 В. Вслед за этим возрастает U_{бэ}, что приводит к росту тока эмиттера. А рост I_э приводит к росту напряжения на резисторе обратной связи. Казалось бы, что в этом такого? Но ведь это напряжение вычитается из входного! Смотрите, что получилось:

Выросло напряжение на входе – увеличился ток эмиттера – увеличилось напряжение на резисторе отрицательной обратной связи – уменьшилось входное напряжение (из-за вычитания U_{ос}) – уменьшилось напряжение U_{бэ}.

То есть отрицательная обратная связь препятствует изменению напряжения база-эмиттер при изменении входного сигнала. В итоге наша схема усилителя с общим эмиттером пополнилась резистором в цепи эмиттера:

Принцип обратной связи.

Есть еще одна проблема в нашем усилителе. Если на входе появится отрицательное значение напряжения, то транзистор сразу же закроется (напряжения базы станет меньше напряжения эмиттера и диод база-эмиттер закроется), и на выходе ничего не будет. Это как то не очень хорошо… Поэтому необходимо создать смещение. Сделать это можно при помощи делителя следующим образом:

Смещение в усилителе.

Получили такую красотищу 🙂 Если резисторы R_1 и R_2 равны, то напряжение на каждом из них будет равно 6В (12В / 2). Таким образом, при отсутствии сигнала на входе потенциал базы будет равен +6В. Если на вход придет отрицательное значение, например, -4В, то потенциал базы будет равен +2В, то есть значение положительное и не мешающее нормальной работе транзистора.

Чем бы еще улучшить нашу схему… Пусть мы знаем, какой сигнал будем усиливать, то есть знаем его параметры, в частности частоту. Было бы отлично, если бы на входе ничего, кроме полезного усиливаемого сигнала не было. Как это обеспечить? Конечно, же при помощи фильтра высоких частот! Добавим конденсатор, который в сочетании с резистором смещения образует ФВЧ:

Схемы включения биполярных транзисторов.

Вот так схема, в которой почти ничего не было, кроме самого транзистора, обросла дополнительными элементами 🙂 Пожалуй, на этом и остановимся, скоро будет статья, посвященная практическому расчету усилителя на биполярном транзисторе. В ней мы не только составим принципиальную схему усилителя, но и рассчитаем номиналы всех элементов, а заодно и выберем транзистор, подходящий для наших целей. До скорой встречи!

схемы включения. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером

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

Классификация

Транзисторы разделяют на группы:

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

Как работают транзисторы?

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

биполярные транзисторы схемы включения

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

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

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

схемы включения биполярных транзисторов

Граница на втором коллекторном переходе при этом закрыта, и через нее ток протекать не должен. Но на практике происходит обратное из-за близкого расположения переходов друг к другу и их взаимного влияния. Поскольку к эмиттеру подключен «минус» батареи, открытый переход позволяет электронам поступать в зону базы, где происходит их частичная рекомбинация с дырками – основными носителями. Образуется базовый ток I

б. Чем он сильней, тем пропорционально больше ток на выходе. На этом принципе работают усилители на биполярных транзисторах.

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

Параметры транзисторов

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

Биполярный транзистор: схемы включения, режимы работы

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

1. Схема с ОК

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

схема включения биполярного транзистора с общим коллектором

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

2. Схема с ОБ

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

схема включения биполярного транзистора с общей базой

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

3. Схема с ОЭ

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

схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером

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

В коллекторной цепи напряжения на выходе транзистора и на резисторе RL вместе равны величине ЭДС: VCC = ICRL + VCE.

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

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

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

Режимы работы

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

1. Режим отсечки

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

2. Активный режим

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

3. Режим насыщения

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

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

биполярный транзистор схемы включения режимы работы

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

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

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

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

Как ведет себя транзистор в разных режимах?

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

Биполярный транзистор: схемы включения, усилитель

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

Работу усилителя хорошо видно на временных диаграммах.

биполярный транзистор схемы включения усилитель

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

Работа в режиме переключения

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

Заключение

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

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

Схемы включения транзистора и их характеристики: схемы, ВАХ. формулы, подключение

рис. 1.56Рассмотрим характерные схемы включения транзистора и соответствующие характеристики.

Схема с общей базой.

Приведенная схема включения транзистора в электрическую цепь называется схемой с общей базой, так как база является общим электродом для источников напряжения. Изобразим ее с использованием условного графического обозначения транзистора (рис. 1.56).

Транзисторы традиционно характеризуют их так называемыми входными и выходными характеристиками. Для схемы с общей базой входной характеристикой называют зависимость тока iэ от напряжения и 6э при заданном напряжении uбэ, т. е. зависимость вида iэ= f (uбэ) |uкэ= const, где f — некоторая функция.

Входной характеристикой называют и график соответствующей зависимости (это справедливо и для других характеристик).

Выходной характеристикой для схемы с общей базой называют зависимость тока iк от напряжения uкб при заданном токе iэ, т. е. зависимость вида iк = f (uкб) |iэ= const, где f — некоторая функция.

Входные характеристики для схемы с общей базой.

Каждая входная характеристика в значительной степени определяется характеристикой эмиттерного перехода и поэтому аналогична характеристике диода. Изобразим входные характеристики кремниевого транзистора КТ603А (максимальный постоянный ток коллектора — 300 мА, максимальное постоянное напряжение коллектор-база — 30

B при t < 70° С) (рис. 1.57) . Сдвиг характеристик влево при увеличении напряжения uкб объясняется проявлением так называемого эффекта Эрли (эффекта модуляции толщины базы).

рис. 1.57

Указанный эффект состоит в том, что при увеличении напряжения uкб коллекторный переход расширяется (как и всякий обратно смещенный p-n-переход). Если концентрация атомов примеси в базе меньше концентрации атомов примеси в коллекторе, то расширение коллекторного перехода осуществляется в основном за счет базы. В любом случае толщина базы уменьшается. Уменьшение толщины базы и соответствующее уменьшение ее сопротивления приводит к тому, что при неизменном токе iэ напряжение uбэ уменьшается. Как было отмечено при рассмотрении диода, при малом по модулю обратном напряжении на p-n-переходе это напряжение влияет на ширину перехода больше, чем при большом напряжении. Поэтому различные входные характеристики, соответствующие различным напряжениям uкб, независимо от типа транзистора практически сливаются, если uкб > 5 В (или даже если uкб> 2 В).

Входные характеристики часто характеризуют дифференциальным сопротивлением rдиф, определяемым аналогично дифференциальному сопротивлению диода.

rдиф= (duбэ/diэ) |iэ– заданный, uкб=const

Выходные характеристики для схемы с общей базой.

Изобразим выходные характеристики для транзистора КТ603А (рис. 1.58). рис. 1.58

Как уже отмечалось, если коллекторный переход смещен в обратном направлении (uкб> 0), то ток коллектора примерно равен току эмиттера: iк ~ iэ

Это соотношение сохраняется даже при uкб= 0 (если ток эмиттера достаточно велик), так как и в этом случае большинство электронов, инжектированных в базу, захватывается электрическим полем коллекторного перехода и переносится в коллектор.

Только если коллекторный переход смещают в прямом направлении ( uкб< 0), ток коллектора становится равным нулю, так как при этом начинается инжекция электронов из коллектора в базу (или дырок из базы в коллектор). Эта инжекция компенсирует переход из базы в коллектор тех электронов, которые были инжектированы эмиттером. ток коллектора становится равным нулю при выполнении условия uкб< 0,75 В.

Режим, соответствующий первому квадранту характеристик (uкб> 0, iк > 0, причем ток эмиттера достаточно велик), называют активным режимом работы транзистора. На координатной плоскости ему соответствует так называемая область активной работы.

Режим, соответствующий второму квадранту (uкб< 0), называют режимом насыщения. Ему соответствует область насыщения.

Обратный ток коллектора iкомал (для КТ603Аiко < 10 мкА при t < 25°С). Поэтому выходная характеристика, соответствующая равенствам iэ= 0ik- αст ·iэ+iко=iко,практически сливается с осью напряжений.

При увеличении температуры ток iко возрастает (для КТ603 i ко ~ 100 мкА при t < 85° С) и все выходные характеристики несколько смещаются вверх.

Режим работы транзистора, соответствующий токам коллектора, сравнимым с током i ко, называют режимом отсечки. Соответствующую область характеристик вблизи оси напряжений называют областью отсечки.

В активном режиме напряжение  u кби мощность Pк= iк ·uкб, выделяющаяся в виде тепла в коллекторном переходе, могут быть значительны. Чтобы транзистор не перегрелся, должно выполняться неравенство Рк < Рк макс где Рк макс — максимально допустимая мощность (для КТ603А Рк мак c= 500 мВт при t < 50° С).

График зависимости iк = Рк макс / uкб (гипербола) изображен на выходных характеристиках пунктиром.

Таким образом, в активном режиме эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. В режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении, в режиме отсечки коллекторный переход смещен в обратном направлении, а эмиттерный или смещен в обратном направлении, или находится под очень малым прямым напряжением.

Транзистор часто характеризуют так называемым дифференциальным коэффициентом передачи эмиттерного тока α, который определяется выражением α= dik / di э| ik–заданный, uкб= const.

Для приращения тока коллектора ∆iк и приращения тока эмиттера ∆iэ можно записать: ∆iк ≈ α · ∆iэ

Коэффициент α несколько изменяется при изменении режима работы транзистора. Важно учитывать, что у различных (вполне годных) экземпляров транзистора одного и того же типа коэффициента может заметно отличаться. Для транзистора КТ603А при t = 25° С α = 0,909 … 0,988.

Наличие наклона выходных характеристик, отражающее факт увеличения тока коллектора при заданном токе эмиттера при увеличении напряжения uкб, объясняется проявлением эффекта Эрли: при уменьшении толщины базы все большее количество электронов, инжектированных эмиттером, переходит в коллектор.

Наклон выходных характеристик численно определяют так называемым дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода (с учетом эффекта Эрли): rк=duкб/diэ|uкб– аданный, iэ=constiк=αст· iэ+ iко+ 1/rк· uкб

Схема с общим эмиттером

Очень часто транзистор характеризуют характеристиками, соответствующими схеме, представленной на рис. 1.59. Эту схему называют схемой с общий эмиттером, так как эмиттер является общим электродом для источников напряжения. рис. 1.59

Для этой схемы входной характеристикой называют зависимость тока iб от напряжения uбэ при заданном напряжении uкэ , т. е. зависимость вида iб= f (uбэ) |кэ = const , где f — некоторая функция.

Выходной характеристикой называют зависимость тока iк от напряжения uкэ при заданном токе iб, т. е. зависимость вида i к = f (u кэ ) |б = const,где f — некоторая функция.

Очень важно уяснить следующих два факта.

  1. Характеристики для схемы с общим эмиттером не отражают никакие новые физические эффекты по сравнению с характеристиками для схемы с общей базой и не несут никакой принципиально новой информации о свойствах транзистора. Для объяснения особенностей характеристик с общим эмиттером не нужна никакая информация кроме той, что необходима для объяснения особенностей характеристик схемы с общей базой. Тем не менее характеристики для схемы с общим эмиттером очень широко используют на практике (и приводят в справочниках), так как ими удобно пользоваться.
  2. При расчетах на компьютерах моделирующие программы вообще никак не учитывают то, по какой схеме включен транзистор. Программы используют математические модели транзисторов, являющиеся едиными для всевозможных схем включения. Тем не менее, очень полезно уметь определить тип схемы включения транзистора. Это облегчает понимание принципа работы схемы.

Входные характеристики для схемы с общим эмиттером.

Изобразим характеристики уже рассмотренного транзистора КТ603А (рис. 1.60).

рис. 1.60

Теперь эффект Эрли проявляется в том, что при увеличении напряжения uкэ характеристики сдвигаются вправо. Дифференциальное сопротивление теперь определяется выражением rдиф= (duбэ/diб) |iб– заданный , uкэ= const

Выходные характеристики для схемы с общим эмиттером.

Изобразим эти характеристики для транзистора КТ603А (рис. 1.61). рис. 1.61

Обратимся к ранее полученному выражению iк=αст·iэ+iко В соответствии с первым законом Кирхгофа iэ=iк+iб и с учетом предыдущего выражения получим iкαст· (iк+iб) +iко откуда iк=αст/ (1 -αст) ·iб+ 1 / (1 -αст) ·iко

Введем обозначение: βст ≡ αст / (1- αст )

Коэффициент αст называют статическим коэффициентом передачи базового тока. Его величина обычно составляет десятки — сотни (это безразмерный коэффициент).

Легко заметить, что 1 / (1 -αст) = βст + 1 Введем обозначение i′ко ≡ (βст + 1) ·iко В итоге получаемiк= βст ·iб+i′ко Это выражение в первом приближении описывает выходные характеристики в области активной работы, не учитывая наклона характеристик.

Для учета наклона выражение записывают в виде iк= βст ·iб+i′ко +uкб· ( 1 /r′к ),гдеr′к =duкэ/diк|uкэ – заданное, iб=const

В первом приближении r′к = ( 1 / 1 + β) · rк (сопротивление rк определено выше). Часто пользуются так называемым дифференциальным коэффициентом передачи базового тока β.

Для приращения тока коллектора ∆iк и тока базы ∆iб можно записать:

∆iк ≈ β · ∆ iб

По определению β=diк/diб|iк – заданный, uкэ=const

Для транзистора КТ603А при t = 25°С β = 10…80.

Величина β зависит от режима работы транзистора. Приведем типичный график зависимости β от тока эмиттера (он практически равен току коллектора) для uкб= 2 В (рис. 1.62). рис. 1.62

Для нормальной работы транзистора на постоянном токе, кроме рассмотренного выше условия Pк< Рк макс, должны выполняться условия iк<iк максиuкэ≤u кэ макс где iк макси u кэ макс — соответственно максимально допустимый постоянный ток коллектора и максимально допустимое постоянное напряжение между коллектором и эмиттером.

Для рассмотренного выше транзистора КТ603А iк макс= 300 мА,uкэ макс = 30 В (при t < 70° С).

Изобразим схематически на выходных характеристиках для схемы с общим эмиттером так называемую область безопасной работы, в которой указанные условия выполняются (рис. 1.63). рис. 1.63

Обычно допустимо предполагать (с той или иной погрешностью), что выходные характеристики для схемы с общим эмиттером расположены на отрезках прямых, расходящихся веерообразно из одной точки на оси напряжений (рис. 1.64). рис. 1.64

Напряжение Uэ (это положительная величина) называют напряжением Эрли. Для транзистора КТ603А Uэ ~ 40 В.

Инверсное включение транзистора.

Иногда транзистор работает в таком режиме, что коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный — в обратном. При этом коллектор играет роль эмиттера, а эмиттер — роль коллектора. Это так называемый инверсный режим. Ему соответствует так называемый инверсный коэффициент передачи базового тока βi. Из-за отмеченных выше несимметрии структуры транзистора и различия в концентрациях примесей в слоях полупроводника обычно βi << β. Часто βi >>1.

Изобразим выходные характеристики для схемы с общим эмиттером и для прямого, и для инверсного включения (рис. 1.65). рис. 1.65

Биполярные транзисторы.Часть 3.Усилительный каскад. | HomeElectronics

Здравствуйте, продолжим знакомство с биполярными транзисторами. В предыдущем посте был рассмотрен транзистор в качестве электронного ключа. Но это ещё не все возможности биполярных транзисторов, можно сказать даже ключевой режим работы – это лишь малая доля в схемах, где используются транзисторы. В львиной доле транзисторных схем транзистор используется в качестве усилительного прибора. В данных схемах транзистор используется в так называемой активной области. Транзистор в качестве усилительного прибора, включается в усилительный каскад, который кроме транзистора содержит ещё цепи питания, нагрузку и цепи связи с последующим каскадом.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Схемы включения транзистора

Для биполярных транзисторов возможны три схемы включения, которые обладают способностью усиливать мощность: с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК). Схемы отличаются способом включения источника сигнала и нагрузки (RН).


OE_BTOE_BT
Схема с общим эмиттером 
OB_BTOB_BT
Схема с общей базой 
OC_BTOC_BT
Схема с общим коллектором.

Для всех схем включения транзистора при отсутствии сигнала, подаваемого от источника (еГ), необходимо установить начальный режим по постоянному току – режим покоя. При этом как и говорилось в предыдущем посте эмиттерный переход должен быть открытым, а коллекторный – закрытым. Для транзисторов p-n-p это достигается подачей отрицательного напряжения на коллектор (коллекторного напряжения E0C) и отрицательного напряжения на базу (напряжения смещения E0B). Для транзисторов n-p-n полярность этих напряжений должна быть противоположной. Режим покоя транзистора опредяляется положением его рабочей точки, которое зависит от тока эмиттера IE (практически равного току коллектора IС и зависящего от E0B) и от напряжения E0C.

Усилительные параметры транзистора

Усилительные свойства транзисторов для малого переменного сигнала оцениваются с помощью различных систем параметров, связывающих входные токи и напряжения, но нормируются только два основных параметра: h21e и fТ (или fh31b). Зная параметр транзистора h21e для заданного режима покоя IE, можно с помощью следующих формул определить основные параметры усилительного каскада в области НЧ:

 

OC_BTOC_BT

 

где S — проводимость транзистора, re — сопротивление эмиттера транзистора.

Таким образом, можно вычислить значения |K| — коэффициент усиления напряжения транзистора, |Ki| — коэффициент усиления тока транзистора, ZВХ — входное сопротивление транзистора:

 

Параметры усилительного каскадаСхема включения
ОЭОБОК
|K|S*RHS*RHS*RH /( 1 + S*RH)
|Ki|h21eh21e/(1 +  h21e)h21e
ZВХh21e*rereh21e*RH

 

Области применения усилительных каскадов ОЭ, ОБ и ОК определяются их свойствами.

Каскад с общим эмиттером обеспечивает усиление, как по напряжению, так и по току. Его входное сопротивление порядка сотен Ом, а выходное – десятков кОм. Отличительная особенность – изменяет фазу усиливаемого сигнала на 180°. Обладает лучшими усилительными свойствами по сравнению с ОБ и ОК и поэтому является основным типом каскада для усиления малых сигналов.

Каскад с общей базой обеспечивает усиление только по напряжению (практически такое же, как ОЭ). Входное сопротивление каскада в (1+h21e) раз меньше, чем ОЭ, а выходное – в (1+h21e) раз больше. В отличие от ОЭ каскад ОБ не изменяет фазы усиливаемого сигнала. Малое входное сопротивление каскада ОБ ограничивает его применение в УНЧ: практически он используется только как элемент дифференциального усилителя.

Каскад с общим коллектором обеспечивает усиление только по току (практически такое же, как ОЭ). В отличие от ОЭ каскад ОК не изменяет фазы усиливаемого сигнала. При К = 1 каскад ОК как бы повторяет усиливаемое напряжение по величине и фазе. Поэтому такой каскад называется эмиттерным повторителем. Входное сопротивление ОК зависит от сопротивления нагрузки RH и велико (почти в h21e раз больше RH), а выходное сопротивление зависит от сопротивления источника сигнала RГ и мало (почти в h21e раз меньше RГ). Каскад ОК благодаря большому входному и малому выходному сопротивлению находит применение как в предварительных, так и в мощных УНЧ.

Цепи питания биполярных транзисторов

Для обеспечения заданного режима работы биполярного транзистора требуется установить положение точки покоя, определяемое током покоя IС. С этой целью на электроды транзистора должны быть поданы два напряжения: коллекторное и напряжение смешения базы. Полярность этих напряжений зависит от структуры транзистора. Для транзисторов p-n-p оба этих напряжения должны быть отрицательными, а для n-p-n – положительными, относительно эмиттера транзистора.. Величины коллекторного и базового напряжения должны быть различны; кроме того, различными оказываются и требования к стабильности этих напряжений. Поэтому используются две отдельные цепи питания – коллектора и базы.

Питание коллектора

Цепи питания коллектора содержат элементы, показанные ниже.


tzep_pitaniya_collectoratzep_pitaniya_collectora

В многокаскадных усилителях коллекторные цепи всех каскадов подключаются параллельно к одному общему источнику E0C. В этом случае цепь питания коллектора содержит развязывающий фильтр RфCф. Назначение такого фильтра – устранить паразитную обратную связь через общий источник питания. При питании от сети переменного тока, кроме того, уменьшаются пульсации напряжения питания. Резистор Rф включают последовательно с нагрузкой RН, и на нём теряется часть коллекторного напряжения. Поэтому рекомендуется сопротивление Rф выбирать исходя из допустимого падения напряжения:

tzep_pitaniya_collectoratzep_pitaniya_collectora 

Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора UCE выбирается в пределах

tzep_pitaniya_collectoratzep_pitaniya_collectora

При этом минимальное значение UC не должно быть менее 0,5 В, иначе рабочая точка переходит в область насыщения и возрастают нелинейные искажения.

Схема цепей питания базы

Цепи питания базы содержат элементы, показанные ниже


ficsirovannoe_tok_BTficsirovannoe_tok_BT
Схема с фиксированным током 
ficsirovannoe_napryaz_BTficsirovannoe_napryaz_BT
Схема с фиксированным напряжением 
automatic_smeschenie_BTautomatic_smeschenie_BT
Схема с автоматическим смещением

Заданный режим работы транзистора устанавливается путём подачи на его базу требуемого напряжения смещения UB или создания в цепи базы требуемого тока смещения IB. В обоих случаях между эмиттером и базой устанавливается напряжение UBE,равное (в зависимости от IB) 0,1…0,3 В (для германиевых транзисторов) или 0,5…0,7 В (для кремниевых). Смещение базы может осуществляться от общего с коллектором источника питания E0C или от отдельного источника питания базовых цепей E.

При питании от E0C смещение базы может быть фиксированным (по току или напряжению) или автоматическим. Схемы с фиксированным током и с фиксированным напряжением не обеспечивают стабильности рабочей точки транзистора при изменении температуры.

Расчёт усилительного каскада

Схема с автоматическим смещением, получившая наибольшее распространение, содержит три резистора: Rb1, Rb2 и RE. За счёт отрицательной обратной связи создаваемой RE в цепи эмиттера, достигается требуемая стабилизация рабочей точки. Блокировочный конденсатор CE используется для устранения нежелательной обратной связи по переменному току. Схема эффективна как для германиевых, так и для кремниевых транзисторов. Для определения величин Rb1, Rb2 и RE должны быть известны напряжение источника питания E0C и ток покоя IС. Ориентировочные значения Rb1, Rb2 и RE могут быть определены с помощью приведённых ниже формул.

automatic_smeschenie_BTautomatic_smeschenie_BT

Входящие в вышеприведённые формулы b, c и UBE зависят от типа транзистора и режима его работы.

Для германиевых транзисторов выбираются: b ≈ 0,2; с – в пределах 3…5; UBE – в пределах 0,1…0,2.

Для кремниевых транзисторов: b ≈ 0,1; с – в пределах 10…25; UBE – в пределах 0,6…0,7.

При увеличении c и уменьшении b стабильность схемы снижается. Большие значения UBE выбирают для больших значений IС.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Включение транзистора с общим эмиттером (ОЭ) — Студопедия

На рис. 9 приведена схема включения транзистора с общим эмиттером.

Рис. 9 Схема включения транзистора с общим эмиттером  

Указанные недостатки устраняются, если источник эмиттерного напряжения, а в рабочем (положении и источник сигнала) включить не в эмиттерный, а в базовый провод (рис.9). В этом случае общей точкой подключения входных и выходных транзистора является вывод эмиттера. При таком включении транзистора воздействие приростов напряжения источника Еб1) на эмиттерный переход(а значит и на ток эмиттера) остаётся по существу тем же, что и в схеме с общей базой, поскольку они также приложены между выводами эмиттера и базы. Но теперь источник включён в участок входной цепи с малым током базы. Последний в данном случае является входным токоми поэтому усилительное свойство VT в схеме с ОЭ характеризуется дифференциальным коэффициентом передачи тока Б :

при

Но .

В свою очередь , .

Подставив значение в выражение для ,получим

.

При при Т.о.,VT,вкл. по схеме с ОЭ, усиливает приращение тока Б (амплитуду тока сигнала) в десятки раз. Усиление по напряжению в данной схеме остаётся примерно таким же, как и в схеме с ОБ, т.е. порядка десятков. Поэтому коэффициент усиления по мощности в схеме с ОЭ

Дифференциальное входное сопротивление VT в схеме с ОЭ:

при

значительно больше, чем в схеме с ОБ (сотни Ом.), т.к. при одном и том же приросте напряжения на Эом переходе прирост тока Б много меньше прироста тока Э.


Выходное сопротивление VT в схеме с ОЭ:

при

меньше, чем в схеме с ОБ (десятки кОм.), поскольку один и тот же прирост К-го напряжения в схеме с ОЭ вызывает больший прирост К-го тока, чем в схеме с ОБ. Объясняется это тем, что в схеме с ОЭ небольшая часть напряжения К-го источника (а также приростов К-го напряжения) прикладывается к Э-му переходу (“-” к Э непосредственно, а “+” через К и К-ый переход к Б) [для VT n-p-n]. При этом, например, повышение Uкэ на ΔUкэ вызывает дополнительное понижение φ-го барьера в Э-ом переходе, что приводит к повышению токов Э и К.Кроме того, повышение Uкэ приводит и к увеличению UкБ , а от этого расширяется К-ый переход , что, в свою очередь приводит к понижению тока базы, но Rвыхэ определяется при условии IБ=const.Поэтому для восстановления прежнего значения IБ приходится несколько повысить напряжение UБэ, а от этого возрастают токи Iэ и Iк.

Входная статическая характеристика для схемы с ОЭ представляет собой зависимость тока Б от напряжения на Б при неизменном напряжении на К:


IБ=f (UБэ) при Uкэ=const.

Рассматривая зависимость тока Б от напряжения на Б, следует иметь в виду, что последнее воздействует на ток Б не непосредственно, а, как и в схеме с ОБ, через ток Э.Так, например, повышение UБэ вызовет увеличение Iэ.При этом за счёт роста составляющих Iэn и Iэрек увеличется и ток Б.

Рис. 11 – Семейство выходных характеристик транзистора в схеме с ОЭ

Сравнивая входные статические характеристики VT в схеме с ОЭ с одноимёнными характеристиками для схем с ОБ, можно заметить некоторые различия между ними:

1.В схеме с ОЭ К-ое напряжение не увеличивает входной ток (Б),а уменьшает его, то есть смещает характеристику вправо.

2.Входные характеристики в схеме с ОЭ, снятые при наличии К-го напряжения, имеют отрицательный участок (IБ<0).При малых значениях напряжения на Б (на Э-ом переходе) суммарный ток, образованный составляющими тока Б Iэn и Iэрек, оказывается меньше встречной составляющей-тока IкБо. Поэтому результирующий ток Б совпадает с направлением тока IкБо. Поэтому результирующий ток Б совпадает с направлением тока IкБо, тоесть втекает в Б.Входная характеристика пересекает горизонтальную ось в точке, для которой выполняется равенство:

Iэn + Iэрек = -IкБо.

Выходная статическая характеристика VT, включённого по схеме с ОЭ (рис.11), представляет собой график зависимости тока К от напряжения на К при неизменном токе Б:

Iкэ=f(Uкэ) при IБ=const.

Поскольку при Uкэ=0 ток К представляет собой диффузионный ток, протекающий в обратном направлении, статические выходные характеристики начинаются не с нуля, а с некоторого отрицательного значения тока.

К-ые характеристики в схеме с ОЭ имеют заметно больший угол наклона к горизонтальной оси, чем в схеме с ОБ. Это говорит о меньшем сопротивлении VT по сравнению со схемой ОБ.

Выводы:

1.В отличие от схемы с ОБ схема с ОЭ наряду с усилением по напряжению даёт также усиление по току. Поэтому усиление по мощности в схеме с ОЭ значительно больше, чем в схеме с ОБ.

2.VT, включённый по схеме с ОЭ, имеет более приемлемые значения входного и выходного сопротивлений, чем в схеме с ОБ.

3.Благодаря указанным преимуществам схемы с ОЭ находит наибольшее применение на практике.

Схемы Подключения Биполярных Транзисторов - tokzamer.ru

В импортных усилителях очень часто применяется мощная комплементарная пара 2SA и 2SC Мы рассмотрим их позднее при подробном изучении схемы усилительного каскада с общим эмиттером.


Конденсатор Ср является разделительным. Если его правильно выбрать, величина выходного напряжения будет значительно выше, чем входного.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис.
Биполярные транзисторы

По рабочей частоте транзисторы делятся на низкочастотные, — рабочая частота не свыше 3 МГц, среднечастотные — 3…30 МГц, высокочастотные — свыше 30 МГц.

Рисунок 3.

Автор статьи предлагал регулировать частоту вращения коллекторного двигателя изменением длительности импульсов в обмотке управления ОУ.

Но параметры германиевых транзисторов были нестабильны, их самым большим недостатком следует считать низкую рабочую температуру, — не более

Несмотря на то что переходные слои основаны на одном принципе, транзистор является несимметричным устройством.

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА. ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ [РадиолюбительTV 42]

Характеристики транзистора, включенного по схеме об

Через базу происходит исключительно диффузионное перемещение электронов, поскольку там нет действия электрического поля. У транзистора же есть только три вывода, поэтому для реализации четырехполюсника приходится один из выводов подключать как ко входу, так и к выходу усилителя.


Положительный тип заряда, или дырки, образуются на месте высвобожденного электрона. Напряжение источника питания и нагрузка должны оставаться неизменными при обоих измерениях.

Заключение Полупроводниковые элементы используются в схемах преобразования электрических сигналов. Несмотря на то что переходные слои основаны на одном принципе, транзистор является несимметричным устройством.

Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора.

При этом параметры транзистора тут вообще никакой роли не играют. Во — первых усиление каскада зависит от конкретного экземпляра транзистора: заменил транзистор при ремонте, — подбирай заново смещение, выводи на рабочую точку.

Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Работу усилителя хорошо видно на временных диаграммах. Рисунок 2.
Как работает транзистор? Режим ТТЛ логика / Усиление. Анимационный обучающий 2d ролик. / Урок 1

Смотрите также: Энергоаудит предприятия для чего и когда проводится

Схема с общей базой

При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико.

Напомним, что реактивное сопротивление конденсатора Хс, Ом, можно вычислить по формуле: Для постоянного тока реактивное сопротивление конденсаторов стремится к бесконечности. В выходной цепи для сигнала требуется нагрузка. Кроме биполярных существуют униполярные полевые транзисторы, у которых используется лишь один тип носителей — электроны или дырки.


Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора. Самая верхняя характеристика в точке А пересекается с прямой нагрузки, после которой при дальнейшем увеличении IВ коллекторный ток уже не изменяется.

Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания. Напряжение 0,6В это напряжение на переходе Б—Э, и при расчетах о нем не следует забывать!

Схемы включения биполярных транзисторов при объединении режимов отсечки и насыщения позволяют создавать с их помощью электронные ключи. Достоинства каскада по схеме с общим эмиттером: 1. Для того, чтобы лучше понять, как работает эмиттерная стабилизация, надо рассмотреть схему включения транзистора с общим коллектором ОК.

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором


Работа транзистора в ключевом режиме Прежде, чем изучать работу транзистора в режиме усиления сигнала, стоит вспомнить, что транзисторы часто используются в ключевом режиме. Эмиттерные повторители схемы с общим коллектором применяют для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с низким входным сопротивлением нагрузки. Быстродействие БТ зависит от толщины базового слоя БС. Теперь проследим саму работу данной схемы: источник питания 1.

Отсюда и большой разброс коэффициента усиления у транзисторов взятых даже из одной коробки читай одной партии. И модельный ряд постоянно увеличивается, позволяя решать практически все задачи, поставленные разработчиками. Рисунок 7. Следовательно, для усилителей постоянного тока нижняя граничная частота усиления равна нулю переходные конденсаторы не требуются, а для разделения каскадов необходимо предусматривать специальные меры. На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором ОК. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! База является управляющим электродом.
Биполярные транзисторы. Принцип действия.

Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:

Основные элементы схемы: транзистор, резистор RL и цепь выхода усилителя с внешним питанием.

Благодаря незначительной толщине слоя микроны и большой величине градиента концентрации отрицательно заряженных частиц, почти все из них попадают в область коллектора, хотя сопротивление базы достаточно велико. Где транзисторы купить? Транзисторы по праву считаются одним из великих открытий человечества.

При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном — обратное. Его также обозначают как Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах: Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. Во — первых усиление каскада зависит от конкретного экземпляра транзистора: заменил транзистор при ремонте, — подбирай заново смещение, выводи на рабочую точку.

Ответ может быть да а может и нет. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, этим объясняется тот факт, что коэффициент усиления по току составляет десятки единиц. Схема с общим коллектором ОК Практические варианты схем включения транзисторов структуры п-р-п и р-п-р приведены на рис. В литературе такое название почему-то почти не встречается, а вот в кругу радиоинженеров и радиолюбителей используется повсеместно, всем сразу понятно, о чем идет речь.

Читайте также: Снип по прокладке кабеля в земле

Схемы включения биполярного транзистора

Ваш email:. Для того чтобы без расчетов первоначально оценить величины RC-элементов, входящих в состав схем рис. Поэтому плотность компоновки элементов в МОП- интегральных схемах значительно выше. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.

Такое состояние называют рабочей точкой транзистора, в этом случае коэффициент усиления каскада максимален. Граница на втором коллекторном переходе при этом закрыта, и через нее ток протекать не должен. Такой режим работы транзистора рассматривался уже давно. Повышение частоты приводит к снижению реактивной ёмкости коллекторного перехода, что приводит к его существенному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке в области базы транзистора.

Устройство и принцип действия

В биполярном транзисторе используются два типа носителей заряда — электроны и дырки, отчего такие транзисторы и называются биполярными. Нагрузкой каскада является эмиттерный резистор R2, входной сигнал подается через конденсатор C1, а выходной снимается через конденсатор C2. Сопротивление нагрузки можно изменять в широких пределах, правда, при этом особо усердствовать не надо. Коэффициент усиления транзистора зависит от толщины базы, поэтому изменить его нельзя.

Иногда она применяется для ослабления влияния нагрузки на характеристики высокочастотных генераторов и синтезаторов частоты. Все эти схемы показаны на рисунке 2. Поэтому при построении схем усилителей постоянного тока используют схемы с непосредственными связями между каскадами.
Ключевой режим работы транзистора Схема с общим эмиттером

Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером — Студопедия

Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером приведена на рисунке 5.15:

Характеристики транзистора в этом режиме будут отличаться от характеристик в режиме с общей базой. В транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, имеет место усиление не только по напряжению, но и по току. Входными параметрами для схемы с общим эмиттером будут ток базы Iб, и напряжение на коллекторе Uк, а выходными характеристиками будут ток коллектора Iк и напряжение на эмиттере Uэ.

Ранее при анализе биполярного транзистора в схеме с общей базой была получена связь между током коллектора и током эмиттера в следующем виде:

В схеме с общим эмиттером (в соответствии с первым законом Кирхгофа) .

после перегруппирования сомножителей получаем: (5.30)

Рис. 5.15. Схема включения транзистора с общим эмиттером

Коэффициент α/(1-α) перед сомножителем Iб показывает, как изменяется ток коллектора Iк при единичном изменении тока базы Iб. Он называется коэффициентом усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Обозначим этот коэффициент значком β.

(5.31)

Поскольку величина коэффициента передачи α близка к единице (α < 1), то из уравнения (5.31) следует, что коэффициент усиления β будет существенно больше единицы (β >> 1). При значениях коэффициента передачи α = 0,98÷0,99 коэффициент усиления будет лежать в диапазоне β = 50÷100.

С учетом (5.31), а также Iк0* = Iк0/(1-α) выражение (5.30) можно переписать в виде:


(5.32)

где Iк0* = (1+β)Iк0 - тепловой ток отдельно взятого p-n перехода, который много больше теплового тока коллектора Iк0, а величина rк определяется как rк* = rк/(1+β).

Продифференцировав уравнение (5.32) по току базы Iб, получаем β = ΔIк/ΔIб. Отсюда следует, что коэффициент усиления β показывает, во сколько раз изменяется ток коллектора Iк при изменении тока базы Iб.

Для характеристики величины β как функции параметров биполярного транзистора вспомним, что коэффициент передачи эмиттерного тока определяется как α = γ·κ, где . Следовательно, . Для величины β было получено значение: β = α/(1-α). Поскольку W/L << 1, а γ ≈ 1, получаем:

(5.33)

На рисунке 5.16а приведены вольт-амперные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером с током базы, как параметром кривых. Сравнивая эти характеристики с аналогичными характеристиками для биполярного транзистора в схеме с общей базой, можно видеть, что они качественно подобны.


Проанализируем, почему малые изменения тока базы Iб вызывают значительные изменения коллекторного тока Iк. Значение коэффициента β, существенно большее единицы, означает, что коэффициент передачи α близок к единице. В этом случае коллекторный ток близок к эмиттерному току, а ток базы (по физической природе рекомбинационный) существенно меньше и коллекторного и эмиттерного тока. При значении коэффициента α = 0,99 из 100 дырок, инжектированных через эмиттерный переход, 99 экстрагируются через коллекторный переход, и лишь одна прорекомбинирует с электронами в базе и даст вклад в базовый ток.

Рис. 5.16. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора КТ215В, включенного по схеме с общим эмиттером [24, 29]:а) входные характеристики; б) выходные характеристики

Увеличение базового тока в два раза (должны прорекомбинировать две дырки) вызовет в два раза большую инжекцию через эмиттерный переход (должно инжектироваться 200 дырок) и соответственно экстракцию через коллекторный (экстрагируется 198 дырок). Таким образом, малое изменение базового тока, например, с 5 до 10 мкА, вызывает большие изменения коллекторного тока, соответственно с 500 мкА до 1000 мкА.

Конфигурации транзисторных цепей »Электроника Примечания
Транзисторные схемы

используют одну из трех конфигураций транзисторов: общая база, общий коллектор (эмиттерный повторитель) и общий эмиттер - одна выбирается в процессе проектирования электронных схем.


Учебное пособие по проектированию схем транзисторов Включает в себя: Проектирование схем транзисторов
Конфигурации цепей Общий эмиттер Общая схема излучателя Последователь эмитента Общая база

Смотри также: Типы транзисторных цепей


При рассмотрении конструкции электронной схемы для транзисторной схемы можно использовать три различные базовые конфигурации схемы.

Три различные конфигурации транзисторных цепей: общий эмиттер, общая база и общий коллектор (повторитель эмиттера), эти три конфигурации схемы имеют разные характеристики, и один тип будет выбран для цепи в зависимости от того, что требуется.

Каждый из них имеет различные свойства с точки зрения усиления, входного и выходного импеданса и т. Д., И в результате в процессе проектирования электронной схемы будет выбрана конкретная конфигурация.

Summary of the basic transistor configurations: common emitter, common base, common collector - shown as basic configurations with no electronic components

Каждая из различных топологий транзисторов имеет входы и выходы, применяемые к разным точкам, с одной клеммой, общей для входа и выхода.

В дополнение к выбору правильной конфигурации схемы или топологии на этапе проектирования электронных схем, чтобы обеспечить требуемую базовую производительность, вокруг транзистора устанавливаются дополнительные электронные компоненты: обычно это резисторы и конденсаторы, и значения рассчитываются, чтобы дать точную необходимую производительность ,

Как выбор топологии, так и расчет значений электронных компонентов являются ключевыми элементами процесса проектирования электронных схем.

Конфигурации транзисторной схемы

Именование трех основных конфигураций транзистора указывает на транзисторную клемму, которая является общей для обеих входных и выходных цепей. Это порождает три термина: общая база, общий коллектор и общий эмиттер.

2N3553 transistor in a TO39 metal can Транзистор 2Н3553 в металлической банке ТО39

Термин «заземленный», то есть заземленное основание, заземленный коллектор и заземленный излучатель, также может использоваться в некоторых случаях, поскольку сигнал общего элемента обычно заземлен.

Существуют эквивалентные конфигурации контуров для полевых транзисторов, а также термоэлектронных клапанов / вакуумных трубок. Эти конфигурации имеют те же типы свойств, хотя и слегка модифицированные для типа используемого электронного устройства.

Для полевых транзисторов используются такие термины, как общий сток, общий источник и общий затвор, а для клапанов / трубок терминология включает в себя общий катод, общий анод и общую решетку.

Общая базовая конфигурация транзистора

В алфавитном порядке, это первая конфигурация транзистора, но, вероятно, она будет использоваться с наименьшей вероятностью.

Эта конфигурация транзистора обеспечивает низкий входной импеданс, а также высокий выходной импеданс. Хотя напряжение высокое, коэффициент усиления по току низкий, а общий коэффициент усиления по мощности также низкий по сравнению с другими доступными конфигурациями транзисторов. Другой существенной особенностью этой конфигурации является то, что вход и выход находятся в фазе.

Эта конфигурация транзистора, вероятно, используется в наименьшей степени, но она обеспечивает преимущества, заключающиеся в том, что база, общая для входа и выхода, заземлена, и это имеет преимущества в уменьшении нежелательной обратной связи между выходом и входом для различных приложений проектирования РЧ-схем.Это происходит потому, что основание, которое является физически электродом между эмиттером и коллектором, заземлено, тем самым обеспечивая барьер между ними.

В результате общая базовая конфигурация, как правило, используется для РЧ-усилителей, где повышенная изоляция между входом и выходом обеспечивает более высокий уровень стабильности и снижает вероятность нежелательных колебаний. Как подтвердит любой, кто занимается радиочастотным проектированием, это очень полезный атрибут.

Кроме того, низкий входной импеданс часто может обеспечить хорошее соответствие 50 Ом, что является полезным атрибутом для многих сценариев проектирования RF.

Common base transistor configuration showing the base connection common to both input and output circuits Конфигурация общей базовой цепи транзистора

Общий коллектор (следящий за эмиттером)

Конфигурация схемы с общим коллектором, возможно, более широко известна как повторитель эмиттера, потому что напряжение эмиттера соответствует напряжению базы, хотя напряжение ниже на величину, равную напряжению включения эмиттера базы.

Общий коллектор, эмиттерный повторитель обладает высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.Коэффициент усиления по напряжению равен единице, хотя коэффициент усиления по току высокий. Входные и выходные сигналы находятся в фазе.

Ввиду этих характеристик конфигурация повторителя эмиттера широко используется в качестве буферной схемы, обеспечивающей высокий входной импеданс для предотвращения нагрузки предыдущей ступени и низкий выходной импеданс для возбуждения следующих ступеней.

Common collector transistor configuration showing the base connection common to both input and output circuits Конфигурация схемы общего коллектора транзистора

Как видно из диаграммы, в этой конфигурации транзистора электрод коллектора является общим для входной и выходной цепей.Несколько дополнительных электронных компонентов используются с резистором для эмиттера, возможно, конденсаторами на входе и выходе и резисторами смещения на базе, если это необходимо. В некоторых случаях повторитель эмиттера может быть напрямую связан с предыдущим каскадом, поскольку выходное постоянное напряжение может быть подходящим для размещения в цепочке повторителя. Это означает, что требуется очень мало дополнительных электронных компонентов.


Конфигурация транзистора с общим эмиттером

Эта конфигурация транзисторов, вероятно, наиболее широко используется.Схема обеспечивает средний уровень входного и выходного сопротивления. Коэффициент усиления по току и напряжению может быть описан как средний, но выходной сигнал является обратным входному сигналу, то есть изменение фазы на 180 °. Это обеспечивает хорошую общую производительность и, как таковую, часто является наиболее широко используемой конфигурацией.

Common emitter transistor configuration showing the base connection common to both input and output circuits Конфигурация схемы общего эмиттера транзистора

Как видно из диаграммы, в этой конфигурации транзистора эмиттерный электрод является общим для входной и выходной цепей.


Сводная таблица конфигурации транзисторной схемы

В таблице ниже приведена сводная информация об основных свойствах различных конфигураций транзисторов. При проектировании транзисторной схемы важен не только коэффициент усиления, но и такие параметры, как входной и выходной импеданс.


Сводная таблица конфигурации транзистора

Конфигурация транзистора Common Base Common Collector
(Emitter Follower)
общий эмиттер
Повышение напряжения Высокий Низкий Средний
Ток усиления Низкий Высокий Средний
Прирост мощности Низкий Средний Высокий
Соотношение фаз входа / выхода 0 & deg 0 ° 180 °
Входное сопротивление Низкий Высокий Средний
Выходное сопротивление Высокий Низкий Средний

Дополнительные электронные компоненты

Какую бы форму подтверждения транзистора не было выбрано на этапе проектирования электронной схемы, вокруг транзистора потребуются дополнительные компоненты: резисторы для установки точек смещения и конденсаторы для обеспечения связи и развязки.

Circuit of a basic common emitter transistor amplifier showing the associated electronic components including resistors an capacitors Общая схема эмиттерного транзистора, показывающая дополнительные компоненты, необходимые для обеспечения смещения, связи и развязки и т. Д.

В этой схеме усилителя с общим эмиттером базовая конфигурация устанавливает базовые условия цепи среднего входного сопротивления, среднего выходного сопротивления, разумного усиления по напряжению и т.п. Затем рассчитываются дополнительные электронные компоненты, чтобы получить требуемые условия эксплуатации за пределами этого.

Каждый из электронных компонентов должен быть рассчитан на этапе проектирования электронных схем, чтобы обеспечить требуемую производительность.

Хотя общий излучатель, вероятно, будет чаще всего встречаться с электронными компонентами, такими как резисторы и конденсаторы, при использовании для проектирования радиочастотных схем такие компоненты, как катушки индуктивности и трансформаторы, также могут быть включены в схему. То же самое верно и для других конфигураций транзисторных цепей.

Наиболее распространенной схемой конфигурации является общий эмиттер - он используется для многих каскадов усилителя, обеспечивающих усиление напряжения. Последователь эмиттера или общий коллектор также широко используется.Обеспечивая высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс, он действует как буфер и обеспечивает только коэффициент усиления по току - его коэффициент усиления по напряжению равен единице. Общая база используется в более специализированных приложениях и видна значительно реже.

Больше схем и схемотехники:
Основы операционного усилителя Операционные усилители Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтон Транзисторные схемы Полевые схемы Схема символов
Вернуться в меню «Схема»., ,

.

Клуб электроники - Транзисторные схемы

Клуб электроники - Транзисторные схемы - функциональная модель, база, коллектор, излучатель, использование в качестве переключателя, инвертора, пары Дарлингтона Electronics Club

Типы | Токи | Функциональная модель | Использование в качестве переключателя | выход IC | Датчики | Инвертор | Дарлингтон пара

Следующая страница: Емкость

См. Также: Транзисторы

На этой странице объясняется работа транзисторов в простых цепях, в основном их использование в качестве переключателей.Практические вопросы, такие как тестирование, меры предосторожности при пайке и идентификация выводов, охватываются страница транзисторов.

Типы транзисторов

Существует два типа стандартных (биполярных переходов) транзисторов, NPN и PNP , с различными символами цепи. Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, используемого для изготовления транзистора. Большинство транзисторов, используемых сегодня, являются NPN, потому что это самый простой тип для изготовления из кремния. Эта страница в основном посвящена NPN-транзисторам, и новичкам следует изначально сосредоточиться на этом типе.

Выводы имеют маркировку , основание (B), коллектор , (C) и излучатель , (E). Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но они не очень помогите понять, как используется транзистор, поэтому просто относитесь к ним как к меткам.

NPN and PNP transistor symbols

Символы схемы транзистора

Пара Дарлингтона - это два транзистора, соединенных вместе дать очень высокий ток усиления.

В дополнение к стандартным (биполярным переходам) транзисторам существуют полевых транзисторов , которые обычно называют полевых транзисторов с.Они имеют разные символы схемы и свойства, и они не охватываются этой страницей.

Rapid Electronics: транзисторы

MECControl

Ток транзистора

На схеме показаны две пути тока через транзистор.

Малый базовый ток контролирует больший ток коллектора .

Когда переключатель замкнут , небольшой ток течет в базу (B) транзистор. Этого достаточно, чтобы светодиод B светился тускло.Транзистор усиливается этот маленький ток, чтобы позволить большему току течь через его коллектор (C) к его излучателю (E). Этот ток коллектора достаточно велик, чтобы светодиод C светился ярко.

Когда переключатель разомкнут ток базы не протекает, поэтому транзистор отключается коллектор тока. Оба светодиода выключены.

Вы можете построить эту схему с двумя стандартными 5-миллиметровыми красными светодиодами и любым обычным маломощным NPN-транзистор (например, BC108, BC182 или BC548).Это хороший способ проверить транзистор и убедиться, что он работает.

Транзистор усиливает ток и может использоваться в качестве переключателя, как описано на этой странице.

С подходящими резисторами (и конденсаторами для переменного тока) транзистор может усиливать напряжение, такое как аудиосигнал но этот сайт пока не освещен.

transistor currents
Common Emitter Mode

Это устройство, в котором излучатель (E) находится в цепи управления (базовый ток) а в управляемой цепи (ток коллектора) называется общим эмиттером режима .Это наиболее распространенное устройство для транзисторов, поэтому его следует изучить в первую очередь.



Функциональная модель NPN-транзистора

Функционирование транзистора сложно объяснить и понять с точки зрения его внутренней структуры. Полезнее использовать эту функциональную модель.

  • Соединение база-эмиттер ведет себя как диод.
  • А базовый ток I B протекает только при напряжении V BE через переход база-эмиттер равен 0.7 В или больше.
  • Малый базовый ток I B контролирует большой ток коллектора Ic варьируя сопротивление R CE .
  • Ic = h FE × I B (если транзистор не включен и не насыщен). h FE - коэффициент усиления по току (строго коэффициент усиления по постоянному току), типичное значение для h FE равно 100 (это соотношение, поэтому оно не имеет единиц измерения).
  • Сопротивление коллектора-эмиттера R CE контролируется током базы I B :
    I B = 0 , R CE = бесконечность, транзистор выключен
    I B малый , R CE уменьшен, транзистор частично включен
    I B увеличено , R CE = 0, транзистор включен («насыщен»)
Functional model of NPN transistor
Дополнительные примечания:
  • Ток базы I B должен быть ограничен во избежание повреждения транзистора и резистор может быть соединен последовательно с базой.
  • Транзисторы имеют максимальный ток коллектора по току Ic.
  • Коэффициент усиления по току h FE может широко варьироваться , даже для транзисторов одного типа!
  • Транзистор, заполненный на (с R CE = 0), называется « насыщен ».
  • При насыщении транзистора напряжение коллектор-эмиттер V CE уменьшается почти до 0 В.
  • Когда транзистор насыщен, ток коллектора Ic определяется напряжением питания и внешним сопротивлением в цепи коллектора, а не усиление тока транзистора.В результате соотношение Ic / I B для насыщенного транзистора меньше коэффициента усиления по току h FE .
  • Ток эмиттера I E = Ic + I B , но Ic намного больше, чем I B , поэтому примерно I E = Ic.

Использование транзистора в качестве переключателя

Если транзистор используется в качестве переключателя, он должен быть либо ВЫКЛ , либо полностью ВКЛ . Он никогда не должен быть частично включен (со значительным сопротивлением между C и E), потому что в В этом состоянии транзистор может перегреваться и разрушаться.

В полностью включенном состоянии напряжение V CE на транзисторе практически равно нулю, а транзистор называется насыщенным , потому что он не может больше пропускать ток коллектора Ic.

Устройство, переключаемое транзистором, называется нагрузкой .

При выборе транзистора для использования в качестве переключателя необходимо учитывать максимальный ток коллектора Ic (макс.) и его минимальное усиление тока ч. FE (мин.) . Номинальное напряжение транзистора можно игнорировать для напряжений питания менее 15 В.

transistor and load Технические данные транзистора

Большинство поставщиков предоставляют данные о транзисторах, которые они продают, например Rapid Electronics.

Мощность, развиваемая в переключающем транзисторе, должна быть очень маленькой

Мощность, развиваемая в транзисторе, отображается как нагрев , и транзистор будет разрушен, если он станет слишком горячим. Это не должно быть проблемой для транзистора, используемого в качестве переключателя, если он был выбран и настроен правильно, потому что сила, развиваемая внутри, будет очень мала.

Мощность (тепло), развиваемая в транзисторе:

Мощность = Ic × V CE

  • Когда ВЫКЛ : Ic равен нулю, поэтому мощность равна нулю .
  • При полном включении : V CE практически равен нулю, поэтому мощность очень мала .
Реле будет лучше, чем транзисторный переключатель?

Транзисторы не могут переключать переменное или высокое напряжение (например, сетевое электричество), и они обычно не является хорошим выбором для переключения больших токов (> 5А).Реле подходят для всех этих ситуаций, но учтите, что транзистор малой мощности все еще может потребоваться для переключения тока для катушки реле. Для получения дополнительной информации, в том числе о преимуществах и недостатках, пожалуйста, смотрите страницу реле.

Защитный диод для нагрузок с катушкой, таких как реле и двигатели

Если транзистор переключает нагрузку с катушкой, такой как двигатель или реле, диод должен быть подключен через нагрузку, чтобы защитить транзистор от кратковременное высокое напряжение, возникающее при выключении нагрузки.

На схеме показано, как защитный диод подключен «назад» через нагрузку, в данном случае это катушка реле.

Сигнальный диод, такой как 1N4148, подходит для этого.

Protection diode for a relay
Зачем нужен защитный диод?

Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно падает когда ток отключен. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает короткое высокое напряжение на катушке, которое может повредить транзисторы и ИС.Защитный диод позволяет индуцированному напряжению пропускать короткий ток через катушку (и диод), поэтому магнитное поле исчезает быстрее, чем мгновенно. Это мешает индуцированное напряжение становится достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение транзисторов и микросхем.


Не хватает денег для ваших проектов в области электроники? Продайте свой старый iPhone, iPad, MacBook или другое устройство Apple: macback.co.uk


Подключение транзистора к выходу включения / выключения цифровой микросхемы

Большинство микросхем не могут подавать большие выходные токи, поэтому может потребоваться использование транзистора переключать больший ток, необходимый для таких устройств, как лампы, двигатели и реле.ИС таймера 555 необычна тем, что может подавать относительно большой ток до 200 мА, достаточно для многих реле и других нагрузок без использования транзистора.

Базовый резистор ограничивает ток, протекающий в базу транзистора, чтобы предотвратить его повреждение но он также должен позволять достаточному току базы течь, чтобы гарантировать, что транзистор полностью насыщен при включении.

Транзистор, который не полностью насыщен при включении, может перегреться и разрушиться, особенно если транзистор переключает большой ток (> 100 мА).

В следующем разделе объясняется, как выбрать транзистор и базовый резистор для обеспечения полного насыщения.

Переключение нагрузки с другим напряжением питания

Транзистор можно использовать для включения микросхемы, подключенной к источнику низкого напряжения (например, 5 В) переключать ток для нагрузки с отдельным источником постоянного тока (например, 12 В).

Два источника питания должны быть связаны. Обычно их 0В соединения связаны и NPN транзистор используется на выходе IC. Однако, если на выходе IC используется транзистор PNP, положительные (+) соединения из поставок должны быть связаны вместо этого.

Выбор транзистора и базового резистора для цифрового выхода IC

Следуйте этому пошаговому руководству, чтобы выбрать подходящий транзистор для подключения к выходу вкл / выкл цифровой ИС (логический элемент, счетчик, PIC, микроконтроллер и т. д.) для переключения нагрузки, такой как лампа, двигатель или реле. Данные о транзисторах доступны от большинства поставщиков, например, см. Rapid Electronics.

1. Выберите правильный тип транзистора, NPN или PNP

Хотите ли вы, чтобы нагрузка включалась при высоком выходе IC? Или когда это или низкий?

  • Для включения, когда выходной сигнал IC 900 900, используйте NPN-транзистор .
  • Для включения при низком выходе IC 9009 используйте PNP-транзистор .
Транзисторы NPN и PNP

подключены по-разному, как показано на диаграммах ниже, но необходимые расчеты и свойства одинаковы для обоих типов транзисторов.

NPN transistor switch

Транзисторный выключатель NPN
нагрузка включается, когда выходной сигнал IC

высокий

PNP transistor switch

Транзисторный переключатель PNP
нагрузка включается, когда выходной сигнал IC низкий

2.Узнайте напряжение питания (и) и свойства нагрузки.

Для определения требуемых свойств транзистора необходимо знать следующие значения:

  • Vs = напряжение питания нагрузки.
  • R L = сопротивление нагрузки (например, сопротивление катушки реле).
  • Ic = ток нагрузки (= Vs / R L ).
  • Максимальный выходной ток от IC - проверьте таблицу данных IC. Если вы не можете найти эту информацию, примите низкое значение, например 5 мА.
  • Vc = напряжение питания IC (обычно это Vs, но оно будет другим, если IC и нагрузка имеют раздельные источники питания).

Примечание: не путайте микросхему (интегральную схему) с Ic (ток коллектора).

3. Отработать необходимые свойства транзистора

Выберите транзистор правильного типа (NPN или PNP из шага 1), чтобы удовлетворить следующие требования:

  • Максимальный ток коллектора транзистора Ic (макс.) должен быть больше тока нагрузки:
    Ic (макс.)> Напряжение питания против
    сопротивление нагрузки R L
  • Минимальное усиление тока транзистора ч FE (мин) должно быть не менее 5 умноженный на ток нагрузки Ic, деленный на максимальный выходной ток от IC.
    ч FE (мин)> 5 × ток нагрузки Ic
    макс. IC ток
4. Определите значение для базового резистора R B

Базовый резистор (R B ) должен пропускать ток, достаточный для обеспечения работы транзистора. Полностью насыщенный при включении, и хорошо сделать базовый ток (I B ) примерно в пять раз значение, которое просто насыщает транзистор.Используйте формулу ниже, чтобы найти подходящее сопротивление для R B и выберите ближайшее стандартное значение.

R B = 0,2 × R L × ч FE (см. Примечание)

Примечание: Где IC и нагрузка имеют разные напряжения питания, например 5 В для IC но 12 В для нагрузки используйте формулу ниже для R B :

R B = Vc × h FE где Vc - напряжение питания микросхемы
5 × Ic
5.Проверьте, нужен ли вам защитный диод

Если нагрузка включается и выключается двигателем, реле или соленоидом (или любым другим устройством с катушкой) a диод должен быть подключен через нагрузку, чтобы защитить транзистор от короткого замыкания высокое напряжение возникает при отключении нагрузки. Обратите внимание, что диод подключен «назад», как показано на диаграммах выше.

Пример

Выход от CMOS серии 4000 необходим для работы реле с 100 ohm катушка, включается, когда выходной сигнал IC высокий.Напряжение питания составляет 6 В для микросхемы и нагрузки. IC может обеспечить максимальный ток 5 мА.

  • NPN-транзистор требуется, потому что катушка реле должна быть включена, когда выходной сигнал IC высокий.
  • Ток нагрузки = Vs / R L = 6/100 = 0,06 А = 60 мА, поэтому транзистор должен иметь Ic (макс.)> 60 мА .
  • Максимальный ток от ИС составляет 5 мА, поэтому транзистор должен иметь ч. FE (мин.)> 60 . (5 × 60 мА / 5 мА).
  • Выберите маломощный транзистор общего назначения BC182 с Ic (макс.) = 100 мА и ч FE (мин) = 100 .
  • R B = 0,2 × R L × ч FE = 0,2 × 100 × 100 = 2000 ohm, поэтому выберите R B = 1k8 или 2k2 .
  • Для катушки реле требуется защитный диод .

Rapid Electronics: транзисторы


Использование транзистора в качестве переключателя с датчиками

На диаграммах ниже показано, как подключить LDR (датчик освещенности) к транзистору, чтобы светочувствительный выключатель на светодиоде.Есть две версии, одна включается в темноте, другая при ярком свете. Переменный резистор регулирует чувствительность. Любой универсальный маломощный транзистор можно использовать для переключения светодиода.

Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки (например, двигателя или реле) вместо светодиода, необходимо включить защитный диод через нагрузку.

Если переменный резистор находится между + Vs и базой, вы должны добавить резистор с фиксированным значением как минимум 1k ohm (10k ohm в приведенном ниже примере) для защиты транзистора, когда переменный резистор уменьшен до нуля, в противном случае чрезмерное основание ток разрушит транзистор.

transistor and LDR circuit 1

Светодиод горит, когда LDR темный

transistor and LDR circuit 2

Светодиод горит, когда LDR ярких

Обратите внимание, что действие переключения этих простых цепей не особенно хорошо, потому что будет будет промежуточной яркостью, когда транзистор будет частично на (не насыщен). В этом состоянии транзистор может перегреться, если он не переключает небольшой ток. Нет проблем с малым током светодиода, но больший ток для лампы, двигателя или реле может вызвать перегрев.

Другие датчики, такие как термистор, может использоваться с этими цепями, но для них может потребоваться другой переменный резистор. Вы можете определить приблизительное значение для переменного резистора (Rv), используя мультиметр, чтобы найти минимальные и максимальные значения сопротивления датчика (Rmin и Rmax), а затем с помощью этой формулы:

Переменное значение резистора:
Rv = квадратный корень из (Rmin × Rmax)

Например, LDR: Rmin = 100 ohm, Rmax = 1М ohm, поэтому Rv = квадратный корень из (100 × 1M) = 10k ohm.

Вы можете сделать намного лучшую цепь переключения с датчиками, подключенными к подходящему IC (чип). Действие переключения будет намного более резким без частичного включения.



А транзисторный инвертор (НЕ затвор)

transistor inverter circuit

Дарлингтон пара

Пара Дарлингтона - это два транзистора, соединенных вместе, так что усиливается ток, усиленный первым далее по второму транзистору.

Пара ведет себя как один транзистор с очень высоким коэффициентом усиления тока, так что для включения пары требуется только небольшой базовый ток.

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона (h FE ) равен двум отдельным коэффициентам усиления (h FE1 и h FE2 ), умноженные вместе - это дает паре очень высокий коэффициент усиления по току, например, 10000.

Коэффициент усиления по паре Дарлингтона:
ч FE = ч FE1 × h FE2

Обратите внимание, что для включения пары Дарлингтона должно быть 0,7 В на обоих переходах база-эмиттер, которые соединены последовательно так 1.4В требуется для включения .

Rapid Electronics: Транзисторы Дарлингтона

Darlington pair
транзисторов Дарлингтона

пар Дарлингтона доступны в виде «транзистора Дарлингтона» с тремя выводами (В, С и Е) эквивалентно стандартному транзистору.

Вы также можете создать свою собственную пару Дарлингтона из двух обычных транзисторов. TR1 может быть типом малой мощности, но TR2, возможно, должен быть высокой мощности. Максимальный ток коллектора Ic (max) для пары такой же, как Ic (max) для TR2.

Схема с сенсорным переключателем

Пара Дарлингтона достаточно чувствительна, чтобы реагировать на небольшой ток, проходящий мимо Ваша кожа и его можно использовать для создания сенсорного переключателя , как показано на схеме.

Для этой схемы, которая просто зажигает светодиод, два транзистора могут быть любыми Назначение маломощных транзисторов.

100k ohm Резистор защищает транзисторы, если контакты связаны с куском провода.

touch switch circuit

Схема сенсорного выключателя


Rapid Electronics любезно позволил мне использовать их изображения на этом сайте, и я очень благодарен за их поддержку.Они снабжают широкий спектр компонентов, инструментов и материалов для электроники, и я рад рекомендовать их в качестве поставщика.


Следующая страница: Емкость | Исследование


Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому другому. Этот сайт отображает рекламу, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден.Никакая личная информация не передается рекламодателям. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, классифицируемые как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламных объявлений, основанных на использовании вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснено Google. Чтобы узнать, как удалять и контролировать куки из вашего браузера, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

Клуб электроники.информация © Джон Хьюз 2020

Сайт размещен на Tsohost

,Соединение с общим эмиттером
(или конфигурация CE) - Характеристика входа и выхода

Определение : Конфигурация, в которой эмиттер подключен между коллектором и основанием, называется общей конфигурацией эмиттера. Входная цепь подключена между эмиттером и базой, а выходная цепь взята с коллектора и эмиттера. Таким образом, эмиттер является общим как для входной, так и для выходной цепи, и, следовательно, имя является общей конфигурацией эмиттера.Общее расположение эмиттера для транзистора NPN и PNP показано на рисунке ниже.

common-emitter-configuration

common-emitter-configuration-image-2

Коэффициент усиления базового тока (β)

Коэффициент усиления базового тока определяется как отношение выходного и входного тока в общей конфигурации эмиттера. При обычном усилении эмиттера выходным током является ток коллектора I C, , а входным током является базовый ток I B .

Другими словами, отношение изменения тока коллектора к базовому току известно как коэффициент усиления базы.Он представлен β (бета).

CE-configuration-equation-1

Соотношение между коэффициентом усиления тока (α) и базовым коэффициентом усиления (β)

Соотношение между Β и α можно вывести как

Известно нам,
ce-configuration--equation-2

Сейчас

ce-configuration-equation-3

Подставляя значение ΔI E в уравнение (1), получим

ce-configuration-equation-4 Вышеприведенное уравнение показывает, что когда α достигает единицы, тогда β достигает бесконечности. Другими словами, коэффициент усиления по току в конфигурации с общим эмиттером очень высок, и по этой причине схема компоновки с общим эмиттером используется во всех применениях транзисторов.

Ток коллектора

В конфигурации CE входной ток I B и выходной ток I C связаны уравнением, показанным ниже.

ce-configuration-equation-5

collector-current

Если базовый ток разомкнут (т.е. I B = 0). Ток коллектора является током для эмиттера, и этот ток сокращенно обозначается как I CEO , что означает ток коллектора-эмиттера с открытой базой.

CE-configuration-equation-6

Подставим значение ΔI B в уравнения (1), получим

CE-configuration-equation-7

Характеристики конфигурации общего эмиттера (CE)

Характеристика общей схемы эмиттерного транзистора показана на рисунке ниже.Напряжение базы к эмиттеру изменяется при помощи потенциометра R 1 . А напряжение между коллектором и эмиттером изменялось путем регулировки потенциометра R на 2 . Для различных настроек ток и напряжение берутся из миллиамперметров и вольтметров. На основании этих показаний кривая входа и выхода нанесена на график кривой.

characteristic-curve

Кривая входных характеристик

Кривая, построенная между током базы I B и напряжением базы-эмиттера V EB , называется кривой входных характеристик.Для построения входной характеристики показание базовых токов производится через амперметр на напряжении эмиттера V BE при постоянном токе коллектор-эмиттер. Кривая для другого значения тока коллектора показана на рисунке ниже.

input-characteristic

Кривая для общей базовой конфигурации аналогична характеристике прямого диода. Базовый ток I B увеличивается с увеличением напряжения на базе эмиттера V BE . Таким образом, входное сопротивление конфигурации CE сравнительно выше, чем у конфигурации CB.

Влияние CE не вызывает большого отклонения на кривых, и, следовательно, влияние изменения V CE на входную характеристику игнорируется.

Входное сопротивление : Отношение изменения напряжения базы-эмиттера V BE к изменению тока базы I B при постоянном напряжении коллектора-эмиттера V CE известно как входное сопротивление, то есть

input-characteristic-curve

Выходная характеристика

В конфигурации CE кривая между током коллектора I C и напряжением коллектора-эмиттера V CE при постоянном базовом токе I B называется выходной характеристикой.Характеристическая кривая для типичного NPN-транзистора в конфигурации CE показана на рисунке ниже.

output-characteristic-curve

В активной области ток коллектора несколько увеличивается по мере увеличения тока коллектор-эмиттер V CE . Наклон кривой намного больше, чем выходная характеристика конфигурации CB. Выходное сопротивление общего базового соединения больше, чем у соединения CE.

Значение тока коллектора I C увеличивается с увеличением V CE при постоянном напряжении I B , значение β также увеличивается.

Когда V CE падает, I C также быстро уменьшается. Коллектор-база перехода транзистора всегда в прямом смещении и работает насыщенно. В области насыщения ток коллектора становится независимым и свободным от входного тока I B

В активной области I C = βI B небольшой ток I C не равен нулю и равен току обратной утечки I CEO .

Выходное сопротивление : Отношение изменения напряжения коллектора-эмиттера к току коллектора-эмиттера известно при токах коллектора при постоянном базовом токе I B и называется выходным сопротивлением r o .

output-characteristic-curve

Значение выходного сопротивления конфигурации CE больше, чем у CB

,
Что такое транзистор? Определение, символ, клеммы и условия эксплуатации

Определение: Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство, которое передает слабый сигнал из цепи с низким сопротивлением в цепь с высоким сопротивлением. Слова и означают , свойство передачи и , истор означают свойство сопротивления, предлагаемое соединениям. Другими словами, это переключающее устройство, которое регулирует и усиливает электрический сигнал, например, напряжение или ток.

Транзистор состоит из двух диодов PN, соединенных вплотную. Он имеет три терминала, а именно излучатель, базу и коллектор. Основой является средняя часть, которая состоит из тонких слоев. Правая часть диода называется эмиттерным диодом, а левая часть называется коллекторным диодом. Эти имена даны в соответствии с общей клеммой транзистора. Соединение транзистора на основе эмиттера соединено с прямым смещением, а соединение коллектор-база соединено с обратным смещением, что обеспечивает высокое сопротивление.

Транзисторные символы

Существует два типа транзисторов, а именно NPN-транзистор и PNP-транзистор. Транзистор, который имеет два блока из полупроводникового материала n-типа и один блок из полупроводникового материала P-типа, известен как NPN-транзистор. Точно так же, если материал имеет один слой материала N-типа и два слоя материала P-типа, он называется транзистором PNP. Символ NPN и PNP показан на рисунке ниже.

transistor-symbol

Стрелка на символе указывает направление потока обычного тока в эмиттере с прямым смещением, приложенным к соединению эмиттер-основание.Единственная разница между NPN и PNP транзистором заключается в направлении тока.

Транзисторные Клеммы

Транзистор имеет три клеммы, а именно: эмиттер, коллектор и базу. Клеммы диода подробно описаны ниже.

transistor-terminal

Emitter - Секция, которая снабжает большую часть основного носителя заряда, называется эмиттером. Излучатель всегда соединен в прямом смещении относительно базы, так что он подает основной носитель заряда на базу.Соединение эмиттер-основа вводит большое количество основного носителя заряда в основание, поскольку оно сильно легировано и имеет умеренный размер.

Коллектор - Секция, которая собирает основную часть основного носителя заряда, подаваемого излучателем, называется коллектором. Соединение коллектор-база всегда в обратном смещении. Его основная функция заключается в удалении большинства зарядов из соединения с базой. Секция коллектора транзистора умеренно легирована, но больше по размеру, так что она может собирать большую часть носителя заряда, подаваемого эмиттером.

База - Средняя часть транзистора называется базой. База образует две цепи: входную цепь с эмиттером и выходную цепь с коллектором. Цепь излучателя-основания находится в прямом смещении и обеспечивает низкое сопротивление цепи. Соединение между коллектором и базой имеет обратное смещение и обеспечивает более высокое сопротивление цепи. База транзистора слегка легирована и очень тонкая, благодаря чему она обеспечивает основной носитель заряда для базы.

Рабочий Транзистор

Обычно кремний используется для изготовления транзистора из-за его высокого номинального напряжения, большего тока и меньшей чувствительности к температуре. Секция основания эмиттера, удерживаемая в прямом смещении, составляет базовый ток, который протекает через базовую область. Величина базового тока очень мала. Базовый ток заставляет электроны перемещаться в область коллектора или создавать дыру в базовой области.

transistor-working-principle

Основание транзистора очень тонкое и слегка легированное, из-за чего у него меньше электронов по сравнению с эмиттером.Несколько электронов эмиттера объединяются с отверстием базовой области, а оставшиеся электроны перемещаются в область коллектора и составляют ток коллектора. Таким образом, можно сказать, что большой ток коллектора получается путем изменения базовой области.

Условия эксплуатации транзистора

Когда переход эмиттера находится в прямом смещении, а переход коллектора в обратном смещении, то говорят, что он находится в активной области. Транзистор имеет два перехода, которые могут быть смещены по-разному.Другая рабочая проводимость транзистора показана в таблице ниже.

Состояние Соединение эмиттера (EB) Соединение коллектора (CB) Регион эксплуатации
FR Смещенный вперед Смещенный Активный
FF Смещение вперед Смещение вперед Насыщенность
руб. с обратным смещением с обратным смещением отсечение
RF смещенный смещенный обратный

FR - В этом случае соединение эмиттер-база соединено в прямом смещении, а соединение коллектор-база соединено в обратном смещении.Транзистор находится в активной области, а ток коллектора зависит от тока эмиттера. Транзистор, который работает в этой области, используется для усиления.

FF - В этом состоянии оба перехода находятся в прямом смещении. Транзистор находится в состоянии насыщения, и ток коллектора становится независимым от тока базы. Транзисторы действуют как замкнутый переключатель.

RR - Оба тока имеют обратное смещение. Излучатель не подает основной носитель заряда на базу, и ток несущих не собирается коллектором.Таким образом, транзисторы действуют как замкнутый переключатель.

RF - Соединение база-эмиттер находится в обратном смещении, а соединение коллектор-база удерживается в прямом смещении. Поскольку коллектор слегка легирован по сравнению с эмиттерным переходом, он не подает основной носитель заряда на базу. Следовательно, достигается плохое действие транзистора.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о