Схемы включения биполярного транзистора: Способы включения биполярного транзистора

Схемы включения биполярных транзисторов

Транзистор, в схему включают так, что один из его выводов является входным, второй – выходным, а третий – общим для входной и выходной цепей. В зависимости от того, какой электрод является общим, различают три схемы включения транзисторов: ОБ, ОЭ и ОК. Для транзистора n-р-n в схемах включения изменяются лишь полярности напряжений и направление токов. При любой схеме включения транзистора, полярность включения источников питания должна быть выбрана такой, чтоб эмиттерный переход был включен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном.

Статические характеристики биполярных транзисторов

Статическим режимом работы транзистора называется режим при отсутствии нагрузки в выходной цепи.

Статическими характеристиками транзисторов называют графически выраженные зависимости напряжения и тока входной цепи (входные ВАХ) и выходной цепи (выходные ВАХ).

Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.

Характеристики транзистора, включенного по схеме об

Входной характеристикой является зависимость:

IЭ = f(UЭБ) при UКБ = const (а).

Выходной характеристикой является зависимость:

IК = f(UКБ) при IЭ = const (б).

 

Статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме ОБ. Выходные ВАХ имеют три характерные области: 1 – сильная зависимость Iк от UКБ; 2 – слабая зависимость Iк от UКБ; 3 – пробой коллекторного перехода. Особенностью характеристик в области 2 является их небольшой подъем при увеличении напряжения UКБ.

Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:

Входной характеристикой является зависимость:

IБ = f(UБЭ) при UКЭ = const (б).

Выходной характеристикой является зависимость:

IК = f(UКЭ) при IБ = const (а).

Режим работы биполярного транзистора

Транзистор может работать в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах. При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное.

 Режим отсечки, или запирания, достигается подачей обратного напряжения на оба перехода (оба р-n- перехода закрыты).

Если же на обоих переходах напряжение прямое (оба р-n- перехода открыты), то транзистор работает в режиме насыщения. В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором почти отсутствует. В активном режиме такое управление осуществляется наиболее эффективно, причем транзистор может выполнять функции активного элемента электрической схемы — усиление, генерация.

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Наибольшее применение находит схема включения транзистора по схеме с общим эмиттером. Основными элементами схемы являются источник питания Ек, управляемый элемент – транзистор VT и резистор Rк.

Эти элементы образуют выходную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого тока создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы. Другие элементы схемы выполняют вспомогательную роль. Конденсатор Ср является разделительным. При отсутствии этого конденсатора в цепи источника входного сигнала создавался бы постоянный ток от источника питания Ек.

Резистор RБ, включенный в цепь базы, обеспечивает работу транзистора при отсутствии входного сигнала. Режим покоя обеспечивается током базы покоя IБ = Ек/RБ. С помощью резистора Rк создается выходное напряжение. Rк выполняет функцию создания изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, управляемого по цепи базы.

Для коллекторной цепи усилительного каскада можно записать следующее уравнение электрического состояния:

Ек = Uкэ + IкRк,                                                   

сумма падения напряжения на резисторе Rк и напряжения коллектор-эмиттер Uкэ транзистора всегда равна постоянной величине – ЭДС источника питания Ек.

Процесс усиления основывается на преобразовании энергии источника постоянного напряжения Ек в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения сопротивления управляемого элемента (транзистора) по закону, задаваемого входным сигналом.

5)Что такое полевой транзистор? Какие виды бывают?

Полевой транзистор (ПТ) – полупроводниковый прибор, в котором ре-

гулирование тока осуществляется изменением проводимости проводящего

канала с помощью поперечного электрического поля. В отличие от биполяр-

ного ток полевого транзистора обусловлен потоком основных носителей.

Электроды полевого транзистора называют истоком (И), стоком (С) и

затвором (З). Управляющее напряжение прикладывается между затвором и ис-

током. От напряжения между затвором и истоком зависит проводимость кана-

ла, следовательно, и величина тока. Таким образом, полевой транзистор можно

рассматривать как источник тока, управляемый напряжением затвор-исток. Ес-

ли амплитуда изменения управляющего сигнала достаточно велика, сопротив-

ление канала может изменяться в очень больших пределах. В этом случае поле-

вой транзистор можно использовать в качестве электронного ключа.

По конструкции полевые транзисторы можно разбить на две группы:

-с управляющим p–n-переходом;

-с металлическим затвором, изолированным от канала диэлектриком.

Транзисторы второго вида называют МДП-транзисторами (металл –

диэлектрик – полупроводник). В большинстве случаев диэлектриком является

двуокись кремния SiO2, поэтому обычно используется название МОП-

транзисторы (металл – окисел – полупроводник). В современных МОП-

транзисторах для изготовления затвора часто используется поликристаллический

кремний. Однако название МОП-транзистор используют и для таких приборов.

Проводимость канала полевого транзистора может быть электронной

или дырочной. Если канал имеет электронную проводимость, то транзистор

называют n-канальным. Транзисторы с каналами, имеющими дырочную про-

водимость, называют p-канальными. В МОП- транзисторах канал может быть

обеднён носителями или обогащён ими. Таким образом, понятие «полевой

транзистор» объединяет шесть различных видов полупроводниковых прибо-

ров.

МОП-транзисторы находят широкое применение в современной электро-

нике. В ряде областей, в том числе в цифровой электронике, они почти полно-

стью вытеснили биполярные транзисторы. Это объясняется следующими при-229

чинами. Во-первых, полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивле-

ние и обеспечивают малое потребление энергии. Во-вторых, МОП-транзисторы

занимают на кристалле интегральной схемы значительно меньшую площадь,

чем биполярные. Поэтому плотность компоновки элементов в МОП-

интегральных схемах значительно выше. В-третьих, технологии производства

интегральных схем на МОП-транзисторах требуют меньшего числа операций,

чем технологии изготовления ИС на биполярных транзисторах.

6)Что такое стабилитрон? Объясните принцип его работы. Нарисуйте его вольт-амперные характеристики.

Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, использующие особенность обратной ветви вольтамперной характеристики на участке пробоя изменяться в широком диапазоне изменения токов при сравнительно небольшом отклонении напряжения.

Это свойство широко используется при создании специальных устройств – стабилизаторов напряжения.

Напряжение пробоя стабилитрона зависит от ширины р-n-перехода, которая определяется удельным сопротивлением материала полупроводника. Поэтому существует определенная зависимость пробивного напряжения (т. е. напряжения стабилизации) от концентрации примесей.

Низковольтные стабилитроны выполняют на основе сильно легированного кремния. Ширина р-n-перехода в этом случае получается очень маленькой, а напряженность электрического поля потенциального барьера – очень большой, что создает условия для возникновения туннельного пробоя. При большой ширине р-n-перехода пробой носит лавинный характер.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 6.1 Рабочий ток стабилитрона (его обратный ток) не должен превышать максимально допустимого значения во избежание перегрева полупроводниковой структуры и выхода его из строя.

Рис. 6.1. Конструкция корпуса (а), вольт-амперная характеристика и условное графическое обозначение стабилитрона

Существенной особенностью стабилитрона является зависимость его напряжения стабилизации от температуры. В сильно легированных полупроводниках вероятность туннельного пробоя с увеличением температуры возрастает. Поэтому напряжение стабилизации у таких стабилитронов при нагревании уменьшается, т. е. они имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН)

.

(2.4)

В слабо легированных полупроводниках при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей, что приводит к увеличению порогового значения напряжения, при котором начинается лавинный пробой. Такие стабилитроны имеют положительный ТКН. (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Температурная зависимость вольт-амперной характеристика стабилитрона

Для устранения этого недостатка и создания термокомпенсированных стабилитронов последовательно в цепь стабилитрона включают обычные диоды в прямом направлении. Как известно, у обычных диодов в прямом направлении падение напряжения на р-n-переходе при нагревании уменьшается. И если последовательно со стабилитроном (рис. 6.3) включить диодов в прямом направлении, где , (– изменение прямого падения напряжения на диоде при нагревании отдо), то можно почти полностью компенсировать температурную погрешность стабилитрона.

Рис. 6.3. Термокомпенсация стабилитрона

Основные параметры стабилитронов:

1. Напряжение стабилизации – напряжение на стабилитроне при про-текании через него тока стабилизации;

2. Ток стабилизации – значение постоянного тока, протекающего через стабидитрон в режиме стабилизации;

3. Дифференциальное сопротивление стабилитрона – дифференциальное сопротивление при заданном значении тока стабилизации, т.  е.;

4. Температурный коэффициент напряжения стабилизации – отношение относительного изменения напряжения стабилизации стабилитрона к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном значении тока стабилизации:;

Предельные параметры стабилитронов:

1. Минимально допустимый ток стабилизации – наименьший ток через стабилитрон, при котором напряжение стабилизации находится в заданных пределах;

2. Максимально допустимый ток стабилизации – наибольший ток через стабилитрон, при котором напряжение стабилизациинаходится в заданных пределах, а температура перехода не выше допустимой;

3. Максимально допустимая рассеиваемая мощность – мощность, при которой не возникает теплового пробоя перехода.

Схемы включения биполярных транзисторов в усилителе

Автор admin На чтение 15 мин Просмотров 3 Опубликовано 8 апреля 2023 Обновлено 8 апреля 2023

Содержание

1. Схемы включения биполярных транзисторов в усилителе
2. Схемы включения транзистора
3. Схема с общим эмиттером
4. Схема с общей базой
5. Схема с общим коллектором
6. Схемы Подключения Биполярных Транзисторов
7. Характеристики транзистора, включенного по схеме об
8. Схема с общей базой
9. Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором
10. Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:
11. Схемы включения биполярного транзистора
12. Устройство и принцип действия

Схемы включения биполярных транзисторов в усилителе

Параметры транзистора в значительной степени зависят от температуры. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению рабочего режима транзистора в простой схеме усилителя при включении транзистора с общим эмиттером (рис. 5.2 б). Такая простая схема

усилителя используется очень редко. Для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры используют схемы коллекторной (рис. 5.12, 5.13) и эмиттерной (рис. 5.14, 5.15) стабилизации режима работы транзистора.

Коллекторная температурная стабилизация режима работы транзистора по схеме рисунка 5.12 используется редко, так как кроме температурной стабилизации происходит уменьшение коэффициента усиления за счет отрицательной обратной связи по переменному току. Устранить отрицательную обратную связь по переменному току позволяет конденсатор С1 в схеме, приведенной на рисунке 5.13. Такая стабилизация используется, например, в антенных усилителях для телевизионного приема.

Как в промышленных, так и в радиолюбительских конструкциях широко применяется эмиттерная температурная стабилизация режима работы транзистора. На рисунках 5.14 и 5.15 приведены схемы однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах n — p — n и p — n — p типов с

эмиттерной температурной стабилизацией режима работы транзистора.

Проследим цепи, по которым протекают постоянные токи в усилителе по схеме рисунка 5.14. Постоянный ток делителя напряжения протекает по цепи: плюс источника питания, резисторы R 1, R 2, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT 1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R 1, переход база-эмиттер транзистора VT 1, резистор R _э , минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT 1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R _К, выводы коллектор-эмиттер транзистора, резистор R _э , минус источника питания. Биполярный транзистор в составе усилителя работает в режиме, когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном. Поэтому постоянное напряжение на резисторе R 2 будет равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT 1 и напряжения на резисторе R _э : U _R2 = U _бэ + U _Rэ . Отсюда следует, что постоянное напряжение на переходе база-эмиттер будет равно U _бэ = U _R2 — U _Rэ .

Пусть температура окружающей среды увеличивается. В результате этого увеличиваются постоянные токи базы, коллектора и эмиттера, т.е. изменяется рабочая точка транзистора. Ток делителя напряжения на резисторах R 1, R 2 выбирают значительно больше тока базы транзистора. Поэтому напряжение на резисторе R 2 при изменении температуры остается практически неизменным (сопротивление резистора от температуры не зависит), а напряжение на резисторе R _э с увеличением температуры увеличивается за счет увеличения тока эмиттера при неизменном сопротивлении резистора в цепи эмиттера. В результате этого напряжение база-эмиттер уменьшится, что приведет к уменьшению тока базы, а, следовательно, и силы тока коллектора. Таким образом, рабочая точка транзистора будет стремиться к исходному состоянию. Наличие резистора в цепи эмиттера приводит к появлению отрицательной обратной связи как по постоянному, так и по переменному токам. Для устранения отрицательной обратной связи по переменному току параллельно резистору R _э подключают конденсатор. Емкость конденсатора С_э выбирают так, чтобы его сопротивление переменному току на самой низкой частоте усиливаемого сигнала было значительно (примерно в десять раз) меньше сопротивления резистора в цепи эмиттера.

В усилителях низкой частоты на биполярных транзисторах применяются разделительные конденсаторы большой емкости. Это, как правило, электролитические конденсаторы, при подключении которых в электрическую цепь необходимо соблюдать полярность. Если источник усиливаемого сигнала не имеет постоянной составляющей и к выходу усилителя подключается нагрузка, не имеющая постоянного напряжения на своих зажимах, то полярность конденсаторов при использовании транзисторов n-р-n типа должна быть такой, как показано на рисунке 5. 14, а для транзистора р-n-р типа — на рисунке 5.15 (изменяется полярность включения источника питания и полярность подключения конденсаторов). Емкость разделительного конденсатора (конденсатор на выходе усилительного каскада) выбирают такой, чтобы его сопротивление было много меньше входного сопротивления следующего усилительного каскада, или много меньше сопротивления нагрузки на самой низкой частоте усиливаемого сигнала.

В последнее время широко применяются двухкаскадные усилители с непосредственной связью между транзисторами (рис. 5.16). Такие усилители применяются в качестве входных усилителей низкой частоты, в качестве антенных усилителей телевизионного сигнала и др. В этих усилителях обеспечивается температурная стабилизация режима обоих транзисторов. Рассмотрим цепи, по которым протекают постоянные токи. Постоянный ток базы транзистора VT 1 протекает по следующим цепям: плюс источника питания, резистор R 1, переход база-эмиттер транзистора VT 2, резистор R 2, переход база-эмиттер транзистора VT 1, общий провод, минус источника питания; плюс источника питания, резистор R _к , выводы коллектор-эмиттер транзистора VT 2, резистор R 2,

переход база-эмиттер транзистора VT 1, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT 2 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R 1, переход база-эмиттер транзистора VT 2, резистор R _э , общий провод, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT 1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R 1, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT 1, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT 2 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R _к , выводы коллектор-эмиттер транзистора VT 2, резистор R _э , общий провод, минус источника питания.

При увеличении температуры увеличивается ток базы первого транзистора. Это приведет к увеличению тока коллектора этого транзистора и уменьшению напряжения между коллектором первого транзистора и общим проводом. В результате уменьшится ток базы второго транзистора, что приведет к уменьшению тока коллектора второго транзистора. Напряжение на резисторе R э уменьшится, и ток базы первого транзистора будет стремиться к своему первоначальному значению.

Входные цепи чувствительного усилителя низкой частоты обязательно выполняются экранированным проводом, причем экран соединяется с корпусом усилителя в одной точке. От выбора этой точки зависит уровень мешающих напряжений.

Источник

Схемы включения транзистора

Усилитель представляет собой четырехполюсник, два вывода которого предназначены для подключения входного сигнала и два оставшихся вывода служат для снятия с них усиленного сигнала (напряжения или тока). У транзистора же есть только три вывода, поэтому для реализации четырехполюсника приходится один из выводов подключать как ко входу, так и к выходу усилителя. В зависимости от того, какой вывод транзистора является общим, как для входа, так и для выхода усилителя, схемы включения транзистора называются:

• Схема с общим эмиттером
• Схема с общей базой
• Схема с общим коллектором

Следует отметить, что данные схемы включения применяются не только для биполярных транзисторах, но и для всех типов полевых транзисторов. В них эти схемы будут называться схемами с общим истоком, общим затвором и общим стоком соответственно. Во всех последующих схемах границы четырехполюсника усилителя будут показаны пунктирной линией. Для подключения источника сигнала и нагрузки в них предусмотрено по два вывода.

Схема с общим эмиттером

Наиболее распространенной схемой включения транзистора является схема с общим эмиттером (ОЭ). Это связано с наибольшим усилением этой схемы по мощности. Схема с общим эмиттером обладает усилением, как по напряжению, так и по току. Функциональная схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная схема включения транзистора с общим эмиттером

На данной схеме цепи питания коллектора и базы транзистора не показаны. Мы рассмотрим их позднее при подробном изучении схемы усилительного каскада с общим эмиттером. Входное сопротивление схемы включения транзистора с общим эмиттером определяется входной характеристикой транзистора. Оно зависит от базового, а, следовательно, и коллекторного тока транзистора. Для большинства маломощных усилителей оно составляет значение порядка 2,5 кОм.

Что касается амплитудно-частотной характеристики схемы с общим эмиттером, то в данном включении транзистора верхняя частота усиления будет минимальная по сравнению с остальными схемами включения транзистора. Верхняя частота усиления транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, ограничена частотой f_β (f_h31э). [Подробнее]

Схема с общей базой

Схема с общей базой обычно применяется на высоких частотах. Коэффициент усиления по мощности данной схемы включения транзистора меньше по сравнению со схемой с общим эмиттером. Это связано с тем, что схема включения транзистора с общей базой не усиливает по току. В данной схеме производится усиление только по напряжению. Функциональная схема включения биполярного транзистора с общей базой приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Функциональная схема включения транзистора с общей базой

На этой схеме цепи питания коллектора и базы тоже не показаны. В качестве входного сопротивления схемы включения транзистора с общей базой служит эмиттерное сопротивление транзистора, поэтому входное сопротивление схемы с общей базой мало. Её входное сопротивление самое маленькое из всех схем включения транзистора, однако для данной схемы это не является недостатком, т.к. входное сопротивление высокочастотных усилителей должно быть равно 50 Ом.

Амплитудно-частотная характеристика схемы с общей базой — самая широкополосная из всех схем включения транзистора, поэтому она широко используется в высокочастотных усилителях радиочастоты. Частотная характеристика схемы с общей базой ограничивается предельной частотой усиления транзистора f_α (f_h31б). [Подробнее]

Схема с общим коллектором

Схема с общим коллектором обычно применяется для получения высокого входного сопротивления. Коэффициент усиления по мощности данной схемы включения транзистора меньше по сравнению со схемой с общим эмиттером и соизмерим с коэффициентом усиления схемы с общей базой. Это связано с тем, что схема включения транзистора с общим коллектором не усиливает по напряжению. В данной схеме производится усиление только по току. Функциональная схема включения биполярного транзистора с общим коллектором приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Функциональная схема включения транзистора с общим коллектором

На схеме, приведенной на рисунке 5, цепи питания коллектора и базы не показаны. В качестве входного сопротивления схемы включения биполярного транзистора с общим коллектором служит сумма сопротивления базы транзистора (как в схеме с общим эмиттером) и пересчитанного ко входу сопротивления резистора в цепи эмиттера, поэтому входное сопротивление схемы с общим коллектором очень велико. Её входное сопротивление самое большое из всех схем включения транзистора.

Амплитудно-частотная характеристика схемы включения биполярного транзистора с общим коллектором достаточно широкополосна. Однако полоса пропускания усилителя может быть серьёзно ограничена из-за шунтирования высокого входного сопротивления схемы с общим коллектором паразитными емкостями, поэтому в основном схема с общим коллектором применяется в качестве буферного усилителя с высоким входным сопротивлением. Иногда она применяется для ослабления влияния нагрузки на характеристики высокочастотных генераторов и синтезаторов частоты. [Подробнее]

Понравился материал? Поделись с друзьями!

1. Шило В. Л. «Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре» под ред. Е.И. Гальперина — М.: «Сов. радио» 1974
2. Усилительный каскад на биполярном транзисторе Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
3. Биполярный транзистор. Часть 5

Вместе со статьей «Схемы включения транзистора» читают:

Источник

Схемы Подключения Биполярных Транзисторов

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

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.

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

Источник

Как использовать биполярный транзистор (BJT) в качестве…

Опубликовано 10 июля 2020 г.

BJT) работает в области отсечки, насыщения и активной области. Мы обсудили условия для работы BJT в этих разных регионах. В этом уроке мы обсудим, как использовать эти две рабочие области, отсечку и насыщение, чтобы мы могли использовать BJT в качестве переключателя. После завершения этого руководства вы сможете использовать BJT для простых коммутационных приложений.

Но перед этим, если вы новичок в электротехнике или электронике и понятия не имеете, что такое переключатель, давайте сначала кратко обсудим, что это такое. Вы можете просто пропустить следующую часть, если вы уже знакомы с переключателями.

Что такое коммутатор?

Обычно, когда вы думаете о выключателе, образ, который появляется в вашем уме, будет таким, как показано на рисунке 1. Этот тип выключателя представляет собой электрический выключатель, который мы обычно используем в наших домах для включения или выключения света. .

Рисунок 1. Электрический выключатель.

Существует множество типов переключателей, используемых в электротехнике и электронике. Мы можем разделить их в основном на электромеханические и электронные переключатели. Поскольку BJT работает как переключатель SPST, мы можем просто использовать тумблер SPST, чтобы легко объяснить, как работает переключатель.

Рис. 2. Переключатель SPST и символ цепи переключателя SPST.

Переключатель представляет собой электрическое или электронное устройство, которое может размыкать или замыкать цепь, останавливая или разрешая протекание тока в цепи. На рисунке 2 вы можете увидеть однополюсный однопозиционный тумблер (SPST) и символ схемы переключателя SPST. Количество полюсов в переключателе определяет, сколько отдельных цепей может контролировать переключатель, в то время как количество срабатываний переключателя говорит нам, к скольким положениям может быть подключен каждый из полюсов переключателя. Переключатель SPST имеет один полюс и один ход, поэтому он может управлять только одной цепью, а его полюс может быть подключен только к одной клемме. Таким образом, тумблер SPST — это просто переключатель ВКЛ-ВЫКЛ с двумя клеммами (A и B), которые можно соединять или отключать друг от друга путем переключения рычага (привода).

На рисунке 3 мы видим принципиальную схему лампочки, подключенной непосредственно к сети переменного тока. Надеюсь, вы представляете себе, что в действительности лампочка подключается к сети переменного тока или розетке через электрическую вилку и зип-кабель. Итак, чтобы включить лампочку, мы вставляем вилку в розетку, а чтобы выключить, мы вынимаем вилку из розетки. Чтобы сделать это менее хлопотным, мы можем вставить тумблер в цепь, чтобы мы могли просто переключать рычаг тумблера, если мы хотим включить или выключить лампочку, вместо того, чтобы подключать или отключать электрическую вилку.

Рис. 3. Лампочка, подключенная напрямую к источнику 220 В переменного тока от сети переменного тока.

Как показано на рисунке 4, мы можем отрезать одну линию кабеля и вставить переключатель.

Рис. 4. Обрезание одной линии для вставки переключателя.

На рис. 5 выключатель теперь вставлен, и лампочку можно легко включить или выключить, просто переключив рычаг тумблера. Именно так легко работает переключатель.

Рисунок 5. Тумблер теперь вставлен, чтобы легко включать и выключать лампочку.

Сравнение BJT с тумблером SPST

На рисунке 6 тумблер SPST состоит из трех частей или меток, которые мы можем сравнить с тремя клеммами BJT. Клеммы коллектора и эмиттера BJT аналогичны клеммам A и B тумблера. Базовая клемма BJT аналогична рычагу тумблера. Мы обсудим это позже.

Рис. 6. Тумблер SPST и NPN BJT.

Зачем мне использовать BJT для переключения?

Существует множество причин, по которым вам следует использовать биполярный транзистор или транзистор в качестве переключателя. Но для меня, я думаю, основная причина заключается в управлении нагрузкой с более высоким потреблением тока или напряжением. Например, вашей нагрузке требуется 100 мА, но вы можете получить только 20 мА от вашего источника, что является обычным для контакта GPIO микроконтроллера. Или, может быть, вам нужно управлять реле 12 В с помощью микроконтроллера, но его вывод может выдавать только 3,3 В или 5 В. Вы можете использовать транзистор, чтобы решить эту проблему.

Используя транзистор для переключения больших нагрузок, вы также можете автоматизировать процесс включения или выключения нагрузки удаленно, вместо использования электромеханического переключателя, которым нужно управлять вручную. Итак, по этим причинам давайте начнем обсуждать операцию переключения BJT.

Переключение BJT

Работа BJT в качестве переключающего устройства очень проста для понимания, особенно если вы уже узнали, как заставить BJT работать в области отсечки и насыщения. BJT действует как открытый переключатель, когда он работает в области отсечки. На рисунке 7 видно, что npn BJT работает в области отсечки, поскольку напряжение на клемме базы равно 0 В. Следовательно, переход база-эмиттер не смещен в прямом направлении и, если не учитывать ток утечки, все токи I _B и I _C равны нулю. Вы также можете видеть на рисунке 7, что клеммы коллектора и эмиттера действуют как открытый переключатель SPST. Поскольку I _C равно нулю, напряжение на выводах коллектора и эмиттера, V _CE(cutoff) , равно V _CC .

Рис. 7. npn BJT, работающий в области отсечки, действует как открытый переключатель.

Таким образом, чтобы биполярный транзистор работал как разомкнутый переключатель, все, что вам нужно сделать, это убедиться, что его переход база-эмиттер не смещен в прямом направлении. Теперь, чтобы BJT действовал как замкнутый переключатель, он должен работать в области насыщения. На рисунке 8 мы предположили, что npn BJT работает в области насыщения. Как видите, клеммы коллектора и эмиттера действуют как замкнутый переключатель SPST. В идеале между коллектором и эмиттером должно быть короткое замыкание, и падение напряжения на нем должно быть равно нулю. Однако в действительности на выводах коллектора и эмиттера имеется небольшое падение напряжения, известное как напряжение насыщения, В _CE(сб) .

Рис. 8. npn BJT, работающий в области насыщения, действует как замкнутый переключатель.

Чтобы BJT работал в области насыщения, переход база-эмиттер и переход база-коллектор должны быть смещены в прямом направлении, а ток базы должен быть достаточным для создания тока насыщения коллектора, I _C(sat) . Используя схему на рис. 8, формула для расчета I _C(sat) выглядит следующим образом:

I _C(sat) – это ток нагрузки R _C требует. V _CE(sat) указан в техническом описании BJT, который вы собираетесь использовать. После вычисления I _C(sat) , следующее, что нужно выяснить, это минимальный базовый ток I _B(min) , необходимый для получения I _C(sat) . Вы можете использовать это уравнение для расчета I _B(min) .

Чтобы убедиться, что BJT работает в области насыщения, нужно просто убедиться, что I _B больше, чем I _B(min) .

Какую бета-версию DC использовать?

Теперь, если вы знаете V _CE(sat) BJT, падение напряжения на нагрузке и ее сопротивление, вы можете рассчитать I _C(sat) , а затем вычислить I _B(min) . Однако вы можете задаться вопросом, каково значение β _DC ? Чтобы вам было легче это выяснить, подсказка заключается в том, что вы можете найти β _DC в таблице данных BJT, которую вы будете использовать. Хорошо, давайте проверим таблицу данных очень часто используемого npn-транзистора общего назначения, 2N39. 04.

Рис. 9. Значения 2N3904 h _FE .

Если вы проверили таблицу данных 2N3904, вы можете найти что-то похожее на то, что показано на рисунке 9. Поскольку бета постоянного тока (β _DC ) эквивалентна гибридному параметру (h _FE ), вы можете подумать, что здесь вы получите значение β _DC для решения I _B(min) . Однако h _FE на рис. 9 представляет собой коэффициент усиления по току биполярного транзистора, работающего как усилитель или в активной области. Значения, которые вы должны проверять, — это значения, при которых BJT находится в состоянии насыщения.

Рис. 10. Характеристики 2N3904 в области насыщения.

На рисунке 10 вы можете видеть различные значения и информацию о 2N3904, работающем в области насыщения. Это все из даташита. Основываясь на этой информации, вы увидите, что β _DC , используемый в области насыщения для 2N3904, равен 10. Обратите внимание, что отношение I _C / I _B всегда равно 10?

Не все BJT используют 10 для β _DC , хотя до сих пор большинство транзисторов, которые я использовал, используют 10. Darlington BJT, такие как TIP120, имеют 250 I 9Соотношение 0047 C /I _B . Но для 2N3904 гарантированное значение β _DC равно 10 для работы в области насыщения. Некоторые могут использовать 20, но, как мы обсуждали в руководстве «Различные области работы BJT», β _DC не является постоянным и изменяется в зависимости от температуры перехода. Поэтому лучше установить β _DC на 10.

Application

Итак, чтобы увидеть, как биполярный транзистор работает как коммутатор в реальной жизни, давайте попробуем это простое приложение. Допустим, нам нужно управлять нагрузкой 12 В с потреблением тока 50 мА с помощью Arduino Uno. Поскольку контакт GPIO Arduino Uno может выдавать только 5 В максимум 20 мА, при строгом соблюдении условий, указанных в техническом описании ATmega328P, в этом случае нам нужно использовать транзисторный ключ. Для этой демонстрации я просто буду использовать фиктивную нагрузку, которая будет состоять из 5 светодиодов с последовательными резисторами, включенными параллельно. Каждый светодиод будет потреблять 10 мА, поэтому, умножив 5, мы получим 50 мА.

Рисунок 11. Схема приложения.

Давайте посмотрим, какие значения у нас уже есть, а какие нам еще предстоит решить. Надеюсь, вы уже владеете основами анализа цепей. Однако, если еще нет, у нас есть учебные пособия для этого. Вы можете ознакомиться с ними здесь: CircuitBread Circuit Theory Tutorials

В этом примере мы уже знаем, что I _C(sat) равно 50 мА, а 2N3904 β _DC равно 10. Итак, I _B(min) равно:

Если вы еще раз посмотрите таблицу данных 2N3904 или рисунок 10, вы увидите, что при 50 мА I _C , максимально возможное значение V _CE(sat) равно 0,3 В, а V _BE(sat) равно 0,95 В. I ₁ по I ₅ здесь все одинаковые, что равно I _C(sat) /5 = 50 мА/5 = 10 мА. Светодиоды, которые я собираюсь здесь использовать, представляют собой желтые светодиоды с типичным прямым напряжением 2 В. Выходное напряжение контакта GPIO Arduino Uno составляет примерно 5 В. Таким образом, значения, которые нам нужно найти здесь, это R1-R5, которые имеют одинаковое сопротивление и R _B . Итак, давайте сначала решим от R1 до R5:

Использование KVL на стороне коллектора и эмиттера,

Использование закона Ома,

R2-R5 тоже все 970 Ом. Теперь давайте решим R _B :

Снова используя КВЛ на стороне базы и эмиттера,

Снова используя закон Ома,

Приведенные выше значения рассчитаны для идеальных условий. Тем не менее, пожалуйста, поймите, что на самом деле устройства, которые мы используем, не идеальны, поэтому может быть небольшая разница между расчетными значениями и фактическими показаниями мультиметра. Итак, вот фактический результат:

Рисунок 12. Реальная схема и биполярный транзистор, работающий в области отсечки или в качестве разомкнутого ключа. Рисунок 13. Arduino Uno, 2N3904 и фиктивная нагрузка.

Как вы можете видеть на рисунках 12-14, у нас есть Arduino Uno, 2N3904 npn BJT, пять желтых светодиодов, пять резисторов 970 Ом (два резистора по 1 кОм последовательно с резистором 470 Ом), пять резисторов 810 Ом (120 Ом, 300 Ом, резисторы 390 Ом последовательно) и источник питания 12 В. Здесь Arduino Uno просто запрограммирован на вывод низкого уровня, когда на выводе D2 высокий уровень, и на вывод высокого уровня, когда D2 низкий или подключен к земле. На рисунках 12-14 на выводе D2 высокий уровень, поэтому на выводе D5 низкий уровень. Поэтому переход база-эмиттер 2Н3904 не смещен в прямом направлении, поэтому транзистор работает в области отсечки или как открытый ключ. Через клемму коллектора ток не течет, поэтому нагрузка отключена.

Рис. 15. Биполярный транзистор, работающий в области насыщения или в качестве замкнутого ключа.

На рисунке 15 вы можете видеть, что контакт D2 Arduino Uno подключен к земле, поэтому на выходе контакта D5 высокий уровень. Это делает переход база-эмиттер и переход база-коллектор смещенными в прямом направлении, а транзистор 2N3904 работает в области насыщения. Как видите, светодиоды теперь включены.

Рисунок 16. Напряжение на выводе D5 платы Arduino Uno.

На рис. 16 показано выходное напряжение D5 платы Arduino Uno. В идеале оно должно быть 5 В, но на самом деле это всего лишь 4,88 В. Но это не так уж и важно.

Рис. 17. Напряжение на переходе база-эмиттер, В _BE .

На рис. 17 мультиметр показывает падение напряжения на переходе база-эмиттер 2N3904. В техническом описании указано максимальное значение 0,95 В, но в этой схеме V _{BE (sat)} составляет 0,836 В.

Рис. 18. Напряжение на выводах коллектора и эмиттера, В _CE(сб) .

В таблице данных максимальное значение V _CE(sat) при 50 мА IC составляет 0,3 В. Однако в этом приложении V _CE(sat) составляет всего 165,4 мВ, как показано на рис. 18. Чем меньше падение напряжения на выводах коллектора и эмиттера, тем лучше, потому что это означает, что транзистор будет терять меньше энергии.

Рис. 19. Ток, протекающий через базу, I _Б(мин) .

На рис. 19 показан базовый ток, равный 4,98 мА. В идеале это должно быть 5 мА.

Рис. 20. Ток, протекающий через коллектор, I _C(sat) .

На рис. 20 показан ток, измеренный мультиметром через коллектор. В идеале это должно быть 50 мА, но в действительности измерение показывает 50,2 мА.

Рис. 21. Падение напряжения между R1 и R5.

На рис. 21 показано падение напряжения на последовательных резисторах светодиодов R1–R5, которое составляет 9,9 В.

Рисунок 22. Падение напряжения между LED1 и LED5.

Я упоминал ранее, что типичное прямое напряжение желтого светодиода составляет 2 В, а на рисунке 22 мультиметр показывает 1,9 В.Падение напряжения на светодиодах 81В, что близко к 2В. Падение напряжения на R _B , 4,07 В, показано на рис. 23.

Рисунок 23. Падение напряжения на R _B .

Теперь, чтобы проверить, действительно ли биполярный транзистор работает в области насыщения, на рис. 24 я удалил резистор 390 Ом со стороны базы, чтобы еще больше увеличить I _B . Как видите, ток, измеренный мультиметром на рисунке 24, составляет 9,10 мА. Это почти вдвое превышает минимальный базовый ток, необходимый для работы транзистора в области насыщения.

Рисунок 24. I _B увеличен, чтобы проверить, действительно ли BJT работает в области насыщения.

А вот на рисунке 25 на дисплее мультиметра видно, что ток коллектора практически не изменился. При токе базы 4,98 мА ток коллектора составляет 50,2 мА, как показано на рисунках 19 и 20. На рисунке 25 измеренный ток составляет 50,3 мА, хотя ток базы увеличился до 9,10 мА.

Рисунок 25. I _C(sat) не увеличивается, хотя I _B увеличивается.

Это показывает, что BJT действительно работает в области насыщения, потому что даже если я _B увеличено, значение I _C(sat) больше не увеличивалось.

---

Резюме

Итак, мы закончили урок! Мы обсудили, как работает переключатель, и сравнили BJT с тумблером SPST. Мы узнали, почему нам нужно использовать BJT для переключения, и обсудили операцию переключения BJT. Мы провели расчеты, чтобы получить максимально эффективное переключение. Я надеюсь, что приложение помогло вам лучше понять, как работает BJT в реальной жизни, поэтому надеюсь, что теперь вы можете использовать BJT для простых коммутационных приложений. Кроме того, при выборе BJT для использования в ваших проектах всегда проверяйте технические характеристики BJT на предмет максимальных оценок. Убедитесь, что вы не превышаете максимальные рейтинги, чтобы не повредить BJT и другие части вашего проекта. Я надеюсь, что вы нашли это руководство интересным или полезным. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в комментариях ниже. Также, пожалуйста, подпишитесь на канал CircuitBread Youtube. До встречи в нашем следующем уроке!

Автор:

JB Magoncia

JB — инженер-электронщик, который интересуется звуком, встроенными системами и проектированием печатных плат. Он является одним из инженеров CircuitBread. JB также является музыкантом, который в основном играет на фортепиано/клавишных, но также может играть на басу, гитаре и барабанах. В настоящее время он живет в Кагаян-де-Оро, Филиппины.

Часто задаваемые вопросы по EE

Получите новейшие инструменты и учебные пособия, только что из тостера.

Транзистор в качестве переключателя — транзисторы с биполярным соединением

Биполярные переходные транзисторы

Идеальный переключатель характеризуется бесконечным сопротивлением в разомкнутом состоянии, равным нулю. сопротивление, когда он закрыт, и вход, с помощью которого он может быть открыт или закрыт. Транзисторы можно использовать как переключатели. Преимущества, которые транзистор переключатели предлагают вместо механических переключателей то, что нет движущихся или быстроизнашивающиеся детали, они легко активируются от различных электрических вводов, и связанные с этим проблемы, такие как дребезг контактов и искрение, по существу устранено. Конфигурация с общим эмиттером чаще всего используется для транзисторов. переключение. Коллектор и эмиттер соответствуют переключателю контакты; ток база-эмиттер выполняет входную функцию.

Выходные характеристики типичного NPN-транзистора с общим эмиттером: показано в части А рисунка ниже. Характеристики расположены в трех регионах; отсечки, активности и насыщения. Произвольно выбранная линия нагрузки и максимально допустимая рассеиваемая мощность также показаны кривые. Области отсечки и насыщения считаются стабильные или спокойные области работы. Транзистор считается в выключенном (непроводящем) или включенном (проводящем) состоянии, когда он работает в области отсечки или насыщения соответственно. Третий регион деятельности, называется активной областью, считается неустойчивой (переходной) область, через которую проходит работа транзистора при переходе из выключенного во включенное состояние.

Выходные характеристики и схема включения.

Типичная схема включения транзистора показана в части B рисунка выше. Переключатель S ₁ управляет полярностью и величиной базового тока от аккумулятора В _В1 или В _В2 . Резисторы R _B1 и R _B2 токоограничивающие резисторы. Каждый регион операции обсуждается ниже.

Зона отсечки

Зона отсечки включает область ниже нулевого базового тока. кривая ( I _B = 0). В идеале без начального ток базы, ток коллектора будет нулевым; потенциал коллектора будет равно напряжению батареи В _CC . Однако в точке Х на линия нагрузки (вид А на рисунке выше), небольшой ток коллектора измеряется. Это ток коллектора обратного смещения для общего эмиттера. конфигурация. Напряжение коллектора В _CE обозначается вертикальная проекция из точки X на ось напряжения коллектора. Этот значение равно разнице в величине между напряжением батареи (в данном случае 12 вольт) и падение напряжения, вызванное коллектором обратного смещения. протекание тока через нагрузочный резистор R _L . Нормальные условия покоя для транзисторного ключа в этом области требуют, чтобы как переход эмиттер-база, так и переход коллектор-база должен иметь обратное смещение.

С выключателем S ₁ (см. вид B на рисунке выше) в Положение OFF, переход эмиттер-база смещен в обратном направлении от батареи. В _B2 через резистор R _B2 . Переход коллектор-база имеет обратное смещение от батареи В _CC через нагрузочный резистор R _L ; транзистор в выключенном состоянии (отсечное) состояние. Цепь, как переключатель, разомкнута .

Активная область

Активная линейная область является единственной областью, обеспечивающей нормальное усиление усилителя. В линейной области переход коллектор-база обратный смещен, а переход эмиттер-база смещен в прямом направлении. Переходный ответ выходной сигнал в основном определяется характеристиками транзистора в этой области. В схемах переключения эта область представляет собой переходная область.

Работа переключателя S ₁ (вид B на рисунке выше) на Положение ON устанавливает прямое смещение от батареи В _Б1 , через резистор R _B1 , на переходе эмиттер-база. Ток базы I _B и ток коллектора I _C приобретать переходный характер, перемещаясь из точки X на грузовой марке в точку Y; здесь ток коллектора достигает насыщения. Сигнал проходит через эту область быстро. В коммутационных схемах эта область имеет значение только для проектирования. соображения.

Область насыщения

В области насыщения (вид А на рисунке выше) увеличение базы ток не вызывает заметного увеличения тока коллектора I _C . В точке Y на линии нагрузки транзистор в области насыщения. Ток коллектора I _C (измер. горизонтальной проекции из точки Y) максимально, а коллектор напряжение В _CE (измерено вертикальной проекцией из точки Y) находится на минимуме. Это значение коллекторного напряжения называется напряжение насыщения ( V _CE(SAT) ), и является важным характеристика транзистора. Обычно это доли вольта. Глубокого насыщения обычно избегают из-за его влияния на переходная характеристика транзистора.

Рабочая точка Y соответствует замкнутому выключателю. В идеале сопротивление и напряжение от коллектора к эмиттеру будет равно нулю. Для того, чтобы низкое сопротивление может быть достигнуто, необходимо, чтобы точка Y лежала ниже колена характеристические кривые (в области насыщения). Достаточный базовый ток должен быть предоставлен, чтобы убедиться, что эта точка достигнута. Это также важно что рабочие точки включения и выключения лежат в области ниже максимальное номинальное рассеивание, чтобы избежать разрушения транзистора.

При расчете I _B , необходимого для достижения точки Y, необходимо знать коэффициент усиления по току ( ч _FE ). Зная h _FE , получаем I _Bmin , так как I _Bmin = I _C / ч _FE . В целом I _B изготавливается в два или три раза больше, чем I _Bmin чтобы учесть вариации в ч _FE с температурой.

Никогда не следует превышать максимальное номинальное напряжение коллектора, поскольку Нагрев может произойти после выхода из строя транзистора. Индуктивные нагрузки могут генерировать опасные скачки напряжения. Это может быть избежать, подключив диод через индуктивность для поглощения переходного процесса.

Характеристики переходного процесса

Когда переключатель S ₁ (вид B на рисунке выше) работает в последовательность от ВЫКЛ. к ВКЛ., а затем обратно к ВЫКЛ., результирующий импульс входного тока I _B похож на что показано на виде А на рисунке ниже. Тогда цепь характеризуется сильносигнальная, или нелинейная, работа транзистора. В режиме большого сигнала прямоугольный входной сигнал переводит транзистор из состояния отсечки в состояние насыщения и обратно на отсечку. Искаженный выходной импульс тока I _C (вид B на рисунке ниже) возникает из-за того, что транзистор не может реагировать мгновенное изменение уровня сигнала. Ответ транзистора во время подъема и спада называется переходная характеристика схема. Характеристики выходного импульса определяются главным образом переменным током. характеристики транзистора.

Характеристики импульса тока.

Время нарастания ( t _r ), также называемое временем нарастания или время включения, это время, необходимое для увеличения переднего фронта импульса по амплитуде от 10 до 90 процентов своего максимального значения. нелинейный характеристики транзистора, внешней цепи и накопителя энергии эффекты влияют на время. Носители, движущиеся от эмиттера к коллектору подвергаются столкновению и рассеиванию и не достигают коллектора в в то же время. Перегрузка транзистора приводит к уменьшению время нарастания. Тем не менее, овердрайв обычно держится на небольшое значение, так как время выключения (время хранения плюс время спада, см. ниже), затрагивается.

Время импульса ( t _p ) или продолжительность, это длина времени, что пульс остается на максимальном или близком к нему значении. Длительность импульса измеряется от точки на переднем фронте, где амплитуда пульса достигла 90 процентов от своего максимума значение до точки на заднем фронте, где амплитуда имеет упал до 90% от максимального значения.

Когда входной ток I _B отключается, выходной ток I _C , не сразу падает до нуля, а остается практически на его максимальное значение за определенный промежуток времени, прежде чем упасть до нуля. Этот период называется временем хранения ( t _с ) или временем задержки насыщения. Время хранения связано с тем, что введенные неосновные носители находятся в базовой области. транзистора в момент отключения входного тока. Эти перевозчики требуют определенного периода времени для сбора. Длина время хранения в основном определяется степенью насыщения в который транзистор управляется и время, проведенное в насыщении. Для высокоскоростного переключения время хранения является нежелательным условием. Меньшинство хранения несущей можно избежать, переключив транзистор из его выключенного состояния в точку активной области. Зажатие коллектора предотвращает работа транзистора в области насыщения.

В время спада (время спада) t _f импульса, амплитуда падает с 90 до 10 процентов от своего максимального значения.