Принцип работы транзисторного усилителя: Усилитель мощности на транзисторах-принцип работы

Содержание

Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи / Арсенал-Инфо.рф

Принцип действия

В настоящее время в микрофонных усилителях в качестве усилительных каскадов низкочастотного сигнала широко используются обычные транзисторные усилители, в которых биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Именно такие усилительные каскады, по сравнению со схемами с общей базой и с общим коллектором, обеспечивают наибольшее усиление по мощности.

Упрощенная принципиальная схема усилительного каскада, выполненного на биполярном транзисторе n-p-n проводимости, включенном по схеме с общим эмиттером, приведена на рис. 2.1а.

Рис. 2.1. Принципиальные схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (а) и усилительного каскада на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком (б)

В данной схеме коэффициент усиления по току представляет собой отношение амплитуд (действующих значений) выходного и входного переменного тока, то есть переменных составляющих тока коллектора и тока базы транзистора.

Главным параметром, характеризующим транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, является статический коэффициент усиления по току (коэффициент передачи тока) для схемы с ОЭ, который обозначается как b. Этот параметр для того или иного типа биполярного транзистора при необходимости можно найти в любом справочнике.

В транзисторном усилительном каскаде, выполненном по схеме с общим эмиттером, между входным и выходным напряжениями имеется фазовый сдвиг, составляющий 180°. Наличие указанного фазового сдвига объясняется особенностями функционирования такого каскада. При поступлении на базу транзистора VТ1 положительной полуволны входного сигнала происходит увеличение напряжения на переходе база-эмиттер. В результате возрастает ток эмиттера, и, соответственно, ток коллектора транзистора. Увеличение тока коллектора приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R1, который является коллекторной нагрузкой. Иными словами, на нагрузочном резисторе дополнительно к уже имеющемуся постоянному напряжению добавляется переменное напряжение с той же полярностью. При этом напряжение на коллекторе транзистора VТ1, соответственно, уменьшается. Таким образом, при подаче положительной полуволны переменного напряжения на вход транзисторного каскада по схеме с общим эмиттером на его выходе формируется отрицательная полуволна выходного напряжения.

Достоинством схемы с общим эмиттером, помимо наибольшего усиления по мощности, является удобство питания от одного источника, так как на базу и коллектор транзистора подаются питающие напряжения одного знака. К недостаткам данной схемы включения следует отнести сравнительно малое входное сопротивление транзистора, определяемое особенностями конструкции биполярных транзисторов. Помимо этого, схема с общим эмиттером имеет худшие, по сравнению, например, со схемой с общей базой, частотные и температурные характеристики. С повышением частоты усиление в схеме с общим эмиттером снижается в значительно большей степени, чем, в схеме с общей базой.

Усилительные каскады на биполярных транзисторах, включенных по схемам с общей базой и с общим коллектором, практически не применяются в микрофонных усилителях миниатюрных радиопередатчиков. Поэтому подробное рассмотрение особенностей функционирования таких каскадов выходит за рамки данной книги. Необходимую информацию заинтересованные читатели могут найти в специализированной литературе.

Тем не менее, схемы включения биполярного транзистора с общей базой и с общим коллектором широко используются в схемотехнических решениях активного элемента высокочастотных генераторов маломощных радиопередающих устройств, о которых будет рассказано в одной из следующих глав. Поэтому автор считает необходимым хотя бы весьма коротко отметить основные преимущества и недостатки таких схем включения.

Усилительный каскад, выполненный по схеме с общей базой, по сравнению со схемой с общим эмиттером, обеспечивает значительно меньшее усиление по мощности и имеет еще меньшее входное сопротивление. Однако его температурные и частотные свойства значительно лучше. Помимо этого в схеме с общей базой отсутствует фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами. Достоинством усилительного каскада по схеме с общей базой также является внесение значительно меньших искажений при усилении сигнала.

В усилительном каскаде, выполненном по схеме с общим коллектором, нагрузка включена в цепь эмиттера транзистора, а выходное напряжение снимается с эмиттера по отношению к шине корпуса. Именно поэтому такой каскад называют эмиттерным повторителем. Входное сопротивление каскада по схеме с общим коллектором в десятки раз выше, чем у каскада с общим эмиттером, а выходное сопротивление, наоборот, сравнительно мало. Помимо этого коэффициент усиления по току эмиттерного повторителя почти такой же, как и у каскада по схеме с общим эмиттером. Однако коэффициент усиления по напряжению близок к единице, причем всегда меньше ее. В схеме с общим коллектором отсутствует фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами.

Нередко в микрофонных усилителях миниатюрных радиопередатчиков применяются усилительные каскады на полевых транзисторах. Полевые транзисторы, в отличие от биполярных, имеют большое входное сопротивление, чем значительно облегчается решение задачи согласования каскадов. Обычно предпочтение отдается схемотехническим решениям, в которых полевой транзистор включен по схеме с общим истоком. Упрощенная принципиальная схема усилительного каскада, выполненного на полевом транзисторе с каналом n-типа, включенном по схеме с общим истоком, приведена на рис. 2.1б.

Принцип работы усилительного каскада на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком, заключается в следующем. С увеличением потенциала затвора ток в цепи стока и, соответственно, падение напряжения на резисторе R1 в цепи нагрузки возрастают. При этом напряжение между стоком и истоком уменьшается. В результате переменное напряжение между стоком и истоком оказывается сдвинутым по фазе на 180° относительно переменного напряжения между затвором и истоком.

Для оценки работы усилительного каскада на полевом транзисторе обычно используют такие характеристики, как коэффициент усиления по напряжению и выходное сопротивление каскада. Необходимо отметить, что значения входной, проходной и выходной емкостей полевого транзистора весьма малы и обычно не превышают нескольких пикофарад. Поэтому их влиянием на работу низкочастотного усилительного каскада можно пренебречь.

Принцип действия усилительного каскада, выполненного на биполярном транзисторе n-p-n проводимости, включенном по схеме с общим эмиттером, рассмотрим на примере простейшего микрофонного усилителя, принципиальная схема которого приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Принципиальная схема простейшего микрофонного усилителя на n-p-n-транзисторе

В рассматриваемой схеме сигнал, сформированный на выходе микрофона BM1, через разделительный конденсатор С1 поступает на базу транзистора VТ1, включенного по классической схеме с общим эмиттером. Конденсатор С1 обеспечивает развязку входной цепи усилителя и выходной цепи источника сигнала (микрофон BM1) по постоянному току. При отсутствии этого конденсатора сопротивление резистора R3 совместно с малым сопротивлением перехода база-эмиттер транзистора VТ1 шунтирует выход источника сигнала. Помимо этого выходное сопротивление микрофона оказало бы неприемлемое влияние на положение рабочей точки транзистора VТ1, изменив режим его работы. Аналогичные функции выполняет разделительный конденсатор С2, обеспечивая развязку по постоянному току выходной цепи микрофонного усилителя и входных цепей подключаемых к его выходу каскадов. Через резистор R1 на соответствующий вывод электретного микрофона BM1 подается напряжение, необходимое для штатного функционирования микрофона.

При отсутствии входного сигнала на базе транзистора VТ1, включенного по схеме с общим эмиттером, присутствует напряжение смещения, формируемое делителем R2, R3 из напряжения питания. Наличие напряжения смещения обеспечивает протекание тока между коллектором и эмиттером транзистора. Величина этого тока, который обычно называют коллекторным током, зависит от соотношения величин сопротивлений резисторов R2 и R3. Изменение этого соотношения приводит к смещению рабочей точки на характеристике транзистора VТ1 и, соответственно, к изменению его режима работы.

При поступлении сигнала на базу транзистора VТ1 происходит изменение тока базы, что вызывает соответствующее изменение величины коллекторного тока. В результате по аналогичному закону происходит изменение разности потенциалов на резисторе R4, выполняющем функцию нагрузочного резистора в цепи коллектора транзистора VТ1. Как уже отмечалось, при возрастании напряжения на базе транзистора VТ1 происходит падение напряжения на его коллекторе, и, наоборот, при падении напряжения на базе, напряжение на коллекторе увеличивается. Таким образом, выходное напряжение однокаскадного транзисторного усилителя будет находиться в противофазе входному напряжению.

:::Лабораторная работе 2:::

электронные усилители

 

Методическое указания

к лабораторной работе № 2

по курсу “Электротехника и электроника”

Введение

Знание принципов использования электронных приборов для усиления, генерирования, преобразования электрических сигналов и владение методами анализа и расчета электронных цепей приобре­тает особую актуальность с развитием микроэлектроники.

Данное методическое пособие создано на базе курса "Электро­техника и электроника", читаемого авторами на кафедре "Электро­техника, электроника и электрооборудование" для студентов фа­культетов Э, СМ, РК, МТ МГГУ им. Н.Э.Баумана.

В пособии основное внимание уделено изучению характеристик и параметров усилительных каскадов на транзисторах и операцион­ных усилителях. Практические знания, приобретенные студентами в процессе выполнения данной работы, будут способствовать лучшему усвоению теоретического материала, излагаемого в курсе "Электротехника и электроника".

Цель работы - изучить свойства транзисторного усилительно­го каскада на дискретных элементах, исследовать влияние обрат­ных связей на показатели усилителя, ознакомиться со свойствами усилителей, построенных на базе операционных усилителей.

Теоретическая часть

Электронным усилителем называют устройство, позволяющее повысить мощность входного электрического сигнала за счет энер­гии источника питания усилителя с помощью усилительных элемен­тов (транзисторов, операционных усилителей и т.п.) при заданном уровне искажений.

Электронные усилители являются одними из наиболее важных и широко используемых устройств в системах передачи и обработки различной информации, представленной с помощью электрических сигналов! Высокая чувствительность, быстродействие, компакт­ность, экономичность электронных усилителей обусловили их широ­кое применение в измерительной технике, электро- и радиосвязи, автоматике, вычислительной технике и т.п.

В зависимости от назначения усилители подразделяются так:

усилители постоянного тока (ЖЕ),

усилители низкой частоты (УНЧ),

усилители высокой частоты (УВЧ),

избирательные усилители,

широкополосные (видеоусилители),

импульсные,

операционные и т.д.

Операционные усилители относятся к классу многофункцио­нальных, или универсальных, так как с их помощью можно реализо­вать практически любой вид усиления электрического сигнала.

В настоящее время основным элементом электронного усили­тельного устройства является транзистор.

Транзистором называют полупроводниковый прибор, в котором изменение входного электрического сигнала приводит к изменению сопротивления выходной цепи транзистора (транзистор - дословно "преобразователь сопротивления"). Это свойство транзистора мо­жет быть использовано для различных преобразований электри­ческих сигналов (усиление, генерирование, преобразователей фор­мы и т.д.) в электронных стабилизаторах, переключателях и т.п. Существует большое разнообразие транзисторов, отличающихся принципом действия, назначением, мощностью, частотными свойст­вами и другими признаками.

В данной работе используется биполярный транзистор типа n-р-п,  и имеющий два р- п- перехода. На рис. 1а показано условное графическое и буквенное обозначение таких транзисторов на электрических схемах. На рис. 1б изображена схема подключе­ния внешних элементов, генератора усиливаемого входного напря­жения UВХ и  источника питания +Un к выводам транзистора.

Так как эмиттер является общим, то такое включение транзистора получило название схемы включения с общим эмиттером (ОЭ). Это основная схема включения биполярных транзи­сторов, так как в ней наилучшим образом используются усилитель­ные свойства транзистора. Существуют также схемы включения с общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК), которые использу­ются реже.

 

Рис. 1

Цепь "коллектор-эмиттер" транзистора является силовой цепью, в которую включается резистор коллекторной нагрузки Р, а цепь "база-эмиттер" называют управляющей цепью, к которой подводится усиливаемый электрический сигнал.

По 2-му  закону Кирхгофа для транзистора (см. рис. 16) мож­но записать

,

т.е. ток коллектора Iк меньше тока эмиттера IЭ на величину тока базы IБ. Токи коллектора и эмиттера связаны между собой коэффициентом передачи тока

.

Величина  всегда меньше единицы, однако, близка к ней. Для современных транзисторов  = 0,900...0,999.

В схеме включения транзистора с ОЭ входной величиной явяется ток базы, а выходной - ток коллектора. Испоьзуя соотноше­ния (1) и (2), получаем

.

Коэффициент  называют статическим коэффициентом усиле­ния тока в схеме с ОЭ и значение его составляет приблизительно 10..1000 для различных типов транзисторов

  Рис. 2 Рис. 3         

Основными статическими вольтамперными характеристиками (BАХ) транзис- тора в схеме с ОЭ являются:

                  а) входные характеристики (рис. 2)

                            при 

б) выходные или коллекторные характеристики (рис. 3)

                            при

Входные характеристики при UKЭ>0 постепенно сгущаются, практически перестают зависеть от этой величины, поэтому в справочниках приводятся две кривые - для UKЭ = 0 В  и UКЭ=3 В, либо UKЭ = 5 В.

Выходные характеристики приблизительно равноудалены друг от друга при одинаковых приращениях тока базы, начиная с IБ=0. Однако в дальнейшем они начинают сгущаться по мере приближения к току базы насыщения IБнас. При Iв= IБнас транзистор насыщается, т.е. полностью открывается, и он перестает быть управляемым током базы, т.е. переходит в ключевой режим работы.

Рабочей областью выходных характеристик в режиме усиления является область, ограниченная предельно допустимыми значениями и областями насыще-ния и отсечки (см. линии со штриховкой на рис.3).В этой области характеристики можно считать практически линейными, а транзистор - линейным элементом.

На входные и выходные характеристики транзистора (см. рис.2 и 3) сущест- венно влияет температура нагрева транзистора. С ростом температуры они эквива-лентно поднимаются вверх (см. рис.3).

В справочниках [I] приводятся электрические параметры (оптимальные или номинальные для каждого типа транзистора), а также предельные эксплуатационные данные. К первым, в качестве основных относятся: статический коэффициент передачи тока  (или ) в схеме с ОЭ; граничное напряжение UKЭ; обратный ток коллектора IК0; граничная частота fгр коэффициента , т.е. та частота усиливаемого сигнала, при которой коэффициент   (или ) уменьшается в  раза и др.

Усилительный каскад на транзисторе с ОЭ (рис. 4). Каскад предназначен для усиления только переменных сигналов. К входной цепи усилительного каскада относятся все элементы, подсоединяе­мые между базой и эмиттером транзистора, а также источник вход­ного сигнала UBХ.

                                                   Рис. 4

Выходная цепь каскада включает источник питания Un, управляемый элемент-транзистор VT и резистор R. Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекающего коллекторного тока iK , управляемого током ба­зы ig , создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы Uвых. Остальные элементы играют вспомогательную роль.

Конденсаторы CI и С2 являются разделительными: CI исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала по постоянному току, что позволяет, во-первых, исклю­чить протекание постоянного тока через источник входного сигна­ла по цепи + Un— Rl- внутреннее сопротивление источника  ив (на рис.4 не показано) и, во-вторых, обеспечить независимость напряжения на базе U~Bn в режиме покоя, т.е. при отсутствии входного сигнала и=0, от внутреннего сопротивления источ­ника входного сигнала. Назначение конденсатора С2 - пропускать в цепь нагрузки только переменную составляющую напряжения.

Резисторы Rl и R2 используются для задания режима покоя каскада. Поскольку биполярный транзистор управляется током, ввиду малости входного сопротивления транзистора, включенного по схеме с ОЭ, ток покоя в коллек-торной цепи Г (см. рис3) задается соответствующей величиной тока базы покоя rgn (см. рис.2), протекающего о сточника питания Un через резистор R1. Совместно с R2 резистор R1 образует делитель напряжения пита­ния   , часть которого, выделяемая на резисторе R2 , равна значению Uбп  (см. рис.2). Выбор значения и определяется требованием минимальных искажений формы входного сигнала, вно­симых транзистором в режиме усиления. Это требование выполняет­ся, если точка покоя П (см. рис.2 и 3) находится в середине линейного участка входных и выходных характеристик транзистора. Чтобы положение точки покоя оставалось практически неизменным при старении транзистора или воздействии внешних возмущающих факторов, ток I делителя R1-R2 должен быть в 2...5 раз больше необходимого тока покоя базы   IБП.

Резистор RЭ является элементом отрицательной обратной связи, предназначенным для стабилизации режима покоя каскада при изменениях температуры. Конденсатор СЭ шунтирует рези­стор Р по переменному току, исключая тем самым проявление от­рицательной обратной связи в каскаде по переменным составляющим.

Отсутствие СЭ приведет к уменьшению коэффициента усиления каскада [2] .

Рассмотрим работу каскада в режиме усиления, когда на вход каскада подается изменяющееся входное напряжение, например, по синусоидальному закону: 

При этом начинают изменяться напряжение Uбэ и ток iб в некоторых пределах, определяемых амплитудой Uвхm и видом входной характеристики транзистора. Причем эти изменения будут происходить относитель­но точки покоя П (см. рис.2, 3). В соответствии с выходными характеристиками транзистора будет изменяться и ток коллекто­ра г, мгновенные значения которого определяются напряжениями. Для дальнейшего анализа режима работы каскада необходимо использовать графоанали- тический метод расче­та нелинейных электрических цепей, так как транзистор в общем случае является нелинейным элементом.

Составляем уравнение по 2-му закону Кирхгофа для режима покоя, т.е. для постоянных составляющих токов и напряжений:

       (4)

Величина незначительна, поэтому ею для упрощения анализа можно пренебречь, и тогда получаем уравнение

       (5)

Выражение (5) является уравнением прямой линии в координатах Iк и Uкэ, т.е. на выходных характеристиках транзистора. Линия, построенная по этому уравнению в координатах IK и Uкэ, на­зывается линией нагрузки каскада по постоянному току (см. пря­мую линию на рис.3). Точка пересечения этой линии с характе­ристикой, соответствующей I6п, т.е. точка П, определяет ре­жим работы каcкада по постоянному току.

В режиме усиления, когда Uвх=Uвхsinωt, рабочая точка перемещается вдоль линии нагрузки относительно точки П, определяя тем самым переменные составляющие тока коллекто­ра iк и напряжения UКЭ. Вследствие наличия разделительного конденсатора С2 на выходных зажимах каскада выделяется только переменная составляющая напряжения UКЭ, которая и является выходным напряжением каскада. Графический анализ показывает, что выходное напряжение Uвых и входное Uвх  находятся в противофазе, т.е. одиночный усилительный каскад на транзисторе, включенный по схеме с ОЭ, сдвигает фазу выходного напряжения по отношению к входному на 180°. Это одно из основ­ных свойств такого каскада.

Основным показателем любого усилителя является его коэффи­циент усиления - это величина, равная отношению выходного сиг­нала к входному. В зависимости от назначения усилителя различа­ют коэффициенты усиления по напряжению

Ввиду наличия в схеме каскада элементов, параметры которых зависят от частоты, в общем случае коэффициент усиления являет­ся комплексной величиной К=Ке , где К - модуль коэффи­циента усиления, а у - аргумент, показывающий угол сдвига по фазе между выходным и входным сигналами.

Основными характеристиками усилительного каскада являются амплитудная и амплитудно-частотная (АЧХ). Амплитудная характеристика определяет зависимость амплитуды или действующего значения при синусоидальном входном сигнале выходного напряжения от амплитуды или действующего значения входного напряжения при постоянной частоте входного сигнала. Примерный вид этой характеристики показан на рис.5. Линейная зависимость между Uвых и Uвх (участок 1-2) сохраняется до тех пор, пока смещение рабочей точки на входной характеристике транзистора относитель­но точка покоя П осуществляется по ее линейному участку (в окрестности точки П на рис. 2). При Uвх>Uвх2  линейность амплитудной характе- ристики нарушается из-за нелинейности вольтамперных характеристик транзи­стора.

    Рис. 5     

             Это приводит к появлению искажений формы выходного сиг­нала относительно формы входно­го, т.е. так называемых, нели­нейных искажений. Нелинейные искажения могут возникнуть при любой форме входного сигнала. Они зависят от амплитуды вход­ного сигнала, положения точки покоя на входных и выходных характеристиках транзистора, а также от вида этих характеристик.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя пред­ставляет собой зависимость модуля коэффициента усиления К от частоты усиливаемого сигнала при постоянстве значения входного сигнала. Общий вид ее для усилителя с разделительными конденсаторами, т.е. с конденсаторной связью, показан на рис. 6.

  Рис. 6

                                                

Нелинейность AЧX обусловлена наличием в схеме усилителя элемен­тов (в частности, конденсаторов и транзистора), параметры кото­рых зависят от частоты. АЧХ позволяет судить о частотных иска­жениях, называемых линейными. Такие искажения возникают, если входной сигнал имеет сложную форму и его можно представать как сумму гармонических составляющих с различными частотами и амплитудами, которые усиливаются неодинаково, т.е. с различны­ми коэффициентами усиления. Анализируя рис.6, мы видим, что имеется диапазон средних частот с постоянным коэффициентом КV0.

Для усилителей низкой частоты, к которым относится исследуемый нами усилительный каскад, диапазон средних частот находится ориентировочно в пределах 500...1000 Гц. В диапазонах низких и высоких частот коэффициент усиления уменьшается (происходят уменьшения коэффициента усиления в области низких и высоких частот, т.е. так называемые "завалы" АЧХ).

Диапазон частот усилителя, в пределах которого усилитель обеспечивает заданное значение коэффициента усиления, называ­ют полосой пропускания, которая определяет нижнюю fH и верхнюю fa граничные частоты усиления при заданном уровне частот­ных (линейных) искажений. Как правило, значение коэффициента усиления на граничных частотах полосы пропускания составляет KVo /√2. "Завал" АЧХ в диапазоне низких частот (НЧ) обуслов­лен влиянием разделительных конденсаторов CI, C2 и конденсато­ра Сэ. Обычно емкости этих конденсаторов выбираются так, чтобы их сопротивление хС=1/ωС в диапазоне частот полосы пропускания было пренебрежимо мало и падением напряжения на них можно было пренебречь. С уменьшением частоты усиливаемого сигнала реактивные сопротивления хс возрастают, что приводит к увели­чению падения напряжения на них, и, как следствие, потери части входного сигнала на разделительных конденсаторах C1 и С2. Шунтирующее действие конденсатора Сэ при этом также ослабляется, что приводит к возрастанию влияния отрицательной обратной свя­зи по переменному току и снижению коэффициента усиления кас­када.

"Завал" АЧХ на высоких частотах обусловлен зависимостью коэффициента усиления транзистора (5 от частоты, наличием межэлектродных емкостей транзистора (особенно емкостью между базой и коллектором), влияние которых заключается в шунтирова­нии соответствующих р- п- переходов тем большем, чем выше ча­стота усиливаемого сигнала.

На практике ни один усилитель не используется без обрат­ной связи (ОС). Обратной связью называют передачу мощности электрического сигнала из выходной цепи во входную.

На рис. 7 показана структурная схема усилителя с ОС, где электрический сигнал с выхода усилителя с коэффициентом усиле­ния К через звено ОС с коэффициентом передачи γ поступает обратно на вход усилителя. В состав звена ОС могут вхо­дить линейные, нелинейные, ча­стотно-зависимые и другие эле­менты или даже целые устройст­ва.

    Рис. 7

                                        

Существует целый ряд ква­лификационных признаков ОС.

Если электрический сигнал после звена ОС пропорционален выходному напряжению, то в усилителе используется обратная связь по напряжению; если сигнал на выходе звена ОС пропорционален току в выходной цепи, то ис­пользуется ОС по току. Возможна и комбинированная ОС.

Воздействие ОС может привести либо к увеличению, либо к уменьшению результирующего сигнала непосредственно на входе усилителя. В первом случае ОС называют положительной, во вто­ром - отрицательной (сигналы на входе усилителя либо складыва­ются, либо вычитаются).

По способу введения сигнала ОС во входную цепь усилителя различают последовательную и параллельную обратные связи. В первом случае напряжение с выхода звена ОС включается после­довательно с напряжением источника входного сигнала (рис.8а), а во втором - параллельно (рис.86).

Рис. 8

                                         

В усилителях в основном используется отрицательная обрат­ная связь (ООС), введение которой позволяет улучшить почти вое характеристики усилителей. На рис. 8а показан усилитель, охва­ченный последовательной отрицательной обратной связью по на­пряжению. Оценим свойства такого усилителя.

Уравнение по 2-му закону Кирхгофа для входной цепи усилителя имеет вид

Разделим обе части (6) на

 

Введём обозначения:

       - коэффициент усиления усилителя без ОС.

        - коэффициент передачи звена ОС.

   - коэффициент усиления усилителя с ОС.

После преобразований получаем

Выражение (7) показывает, что введение ООС приводит к уменьшению результирующего коэффициента усиления. Практи­чески это единственное негативное свойство ООС. Однако если γК>>1, а этого достичь очень просто, то КOC =1 /γ, т.е. результирующий коэффициент усиления КOC  не зависит от К, а следовательно, и от всех факторов, влияющих на его величину, т.е. существенно повышается стабильность КOC. Кроме того, ООС расширяет полосу пропускания (рис.9) и линейный участок ампли­тудной характеристики (рис.10), что приводит к уменьшению ис­кажений как линейных, так и нелинейных.

 

Рис. 9      Рис. 10

                                                                     

В исследуемом усилительном каскаде (см. рис.4) применена ООС по току эмиттера, а резистор £ является элементом цепи обратной связи, которая необходима для стабилизации положения точки покоя при возможных изменениях температуры транзистора, т.е. используется эмиттерная температурная стабилизация. Она осуществляется ввдением в схему последовательной ООС по постоянному току эмиттера IЭП.

В режиме покоя, когда UВХ=0 , с учетом IД>>IБП для постоянных составляющих токов и напряжений по 2-му закону Кирх­гофа можно записать

С изменением температуры изменится ток покоя транзистора IКП, а, следовательно, и ток покоя эмиттера IЭП (например, возра­стут при увеличении температуры). Смещение точки покоя на вы­ходных характеристиках вверх вдоль линии нагрузки может приве­сти к увеличению IБП и UБЭП, на входных характеристиках (см. рис.2). Так как  IД>>IБП, можно полагать IДR2= const.

Из (8) очевидно уменьшение UБЭП, а, следовательно, уменьшение IБП, что приводит к снижению  IКП и к неизменности ре­жима покоя.

Для исключения влияния ООС по переменному току на коэффи­циент усиления параллельно   Rэ включен конденсатор СЭ, ем­кость которого должна быть достаточно большой, чтобы реактив­ное сопротивление в полосе пропускания  Х << RЭ /10.

Если же СЭ отсутствует, то переменная составляющая тока эмит­тера Iэ      создает на резисторе R падение напряжения 

Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель с входным дифференциальным каскадом, с очень высоким и стабильным коэф­фициентом усиления (от 1000 до 10000), широкой полосой пропус­кания (от 0 до 10...100 МГц), высоким входным сопротивлением ( RВых>10 кОм) и малым выходным сопротивлением ( Rвых<100 Ом).

Применение ОУ позволяет за счет использования перечисленных свойств и различных звеньев обратной связи выполнять узлы и устройства электронной аппаратуры самого разнообразного назна­чения (различные типы усилителей - УПТ, УШ, УВЧ и др., гене­раторы электрических сигналов различной формы, стабилизаторы напряжений, активные фильтры и много других электронных уст­ройств). СУ в настоящее время выпускаются только в микро­электронном (интегральном) исполнении и считаются базовым эле­ментом современной микроэлектроники. ОУ обладают высокой на­дежностью и механической прочностью, малыми габаритами, массой и энергопотреблением.

   Рис. 11    Рис. 12

                                                       

В настоящей лабораторной работе используется простейший ОУ типа 1Ш0УД1Л. На рис. II показаны условные обозначения ОУ, графическое и буквенное, а на рис.12 - типовая схема его включения для реализации инвертирующего усилителя. Каждый внешний вывод ОУ имеет вполне определенное функциональное назначение. Один из входов ОУ называют инвертирующим (цифра 9 на рис.II), а второй - неинвертирующим (цифра 10). При подаче сигнала на инвертирующий вход приращение выходного сигнала тлеет обратный знак, противоположный по фазе входному. При по­даче сигнала на неинвертирующий вход фазы входного и выходного сигналов совпадают, т.е. сдвиг по фазе равен нулю. Усилитель­ные устройства на базе ОУ без отрицательной обратной связи не используются, в противном случае они, как правило, самовозбуждаются, т.е. превращаются в автогенератор произвольной частоты и формы. Поэтому инвертирующий вход ОУ предназначен для введения ООС.

Входным каскадом ОУ является дифференциальный усилительный каскад постоянного тока, выходным каскадом - эмиттерный повторитель тока [3]. Применение двух разнополярных источни­ков электропитания с общей точкой - Un для ОУ позволяет полу­чать напряжение U обеих полярностей относительно нулевой точки, а также обеспечить Uвых=0 при Uвх=0. Выполнение последнего условия называют балансировкой ОУ, и осуществляется оно с помощью дополнительных навесных, т.е. внешних элементов, подсоединяемых к соответствующим внешним выводам ОУ (как пра­вило, это переменный резистор).

Основные показатели ОУ - это коэффициент усиления по напряжению Кц, полоса пропускания f, входное сопротивле­ние R, выходное сопротивление Uвых. Идеальным ОУ назы­вают такой усилитель, у которого вывод некоторых основных показателей ОУ, включенных по схеме инвертирующего усилителя (см. рис.12), выполнен в пред­положении того, что используемый в нашей работе ОУ типа К140УД1А является идеальным. В этом случае получаются очень простые выражения для показателей инвертирующего усилителя, а вносимая погрешность незначительна.

Найдем выражение для коэффициента усиления ОУ, охвачен­ного отрицательной обратной связью по напряжению, т.е. найдем

  (см. рис. 12).

Для идеального ОУ имеем , следовательно, ;, т.е. , и тогда по 1-му закону Кирхгофа . Составим уравнение по 2-му закону Кирхгофа ; , следовательно, входное сопротивление инвертирующего усилителя определяется выражением . Далее, , ; так как , получаем:

      

Знак "-" физически означает, что инвертирующий усилитель имеет сдвиг фазы выходного напряжения относительно входного, равный 180°, т.е. Uвх и Uвых  находятся в противофазе.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя Rос определяется выражением:

   Рис. 13

                                                

Амплитудно-частотная характеристика реального операцион­ного усилителя при отсутствии разделительных емкостей на входе в выходе представлена на рис. 13. В ней отсутствует снижение коэффициента усиления в области низких частот, что позволяет с помощью 07 усиливать медленно меняющиеся и постоянные сигналы (УНТ). Снижение коэффицинта усиления в области высоких частот обусловлено частотными свойствами входящих в ОУ транзисторов, механизм воздействия которых на вид АЧХ рассматривался выше.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стенд содержит однокаскадный усилитель переменного напряжения на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОЭ (рис.14а), а инвертирующий усилитель, собранный на базе 07 (рис. 146).

        Рис. 14

                                       

В схеме усилителя с ОЭ усиливаемый сигнал подается через разделительный конденсатор СТ. Нагрузкой каскада является рези­стор R. Предусмотрена возможность изменять с помощью переклю­чателя S5 величину емкости разделительного конденсатора между цепью коллектора транзистора и нагрузкой R. Введение ООС по переменному току осуществляется с помощью переключателя S4. При отключении конденсатора Сэ, шунтирующего резистор Rэ, в цепи эмиттера транзистора вводится ООС по переменному току. Усилитель на базе ОУ состоит из собственно операционного усилителя DА , входной цепи, содержащей резистор Ri , выходной цепи - цепи нагрузки Rн, цепи ООС, реализуемой с помощью сопро­тивления Roc=Roc1+Roc2. Значение сопротивления  Roc может регулироваться изменением величины переменного резистора Roc2

Для включения лабораторного стенда служит выключатель S1, а для включения каждой из исследуемых схем - переключатель S2, имеющий два положения.

На входы схем усилителей усиливаемый сигнал синусоидальной формы подается с генератора сигналов. Выходные напряжения на резисторах нагрузки RH усилителей измеряют цифровым вольтмет­ром. Наблюдение формы напряжения на нагрузке производится с по­мощью электронного осциллографа. Правила пользования приборами необходимо изучить в лаборатории.

ПРАВИЛА ПО ОХРАНЕ ТРУДА.

1.Работы следует выполнять строго в соответствии с зада­нием.

2.Необходимо знать функциональное назначение всех элемен­тов коммутации (выключателей, кнопок, переключателей и т.п.) и, прежде чем включать стенд, убедиться, что все исследуемые  в работе устройства отключены от источника электропитания.

3.Студент обязан знать и строго соблюдать правила поль­зования применяемыми в работе электронными приборами: генера­тором, осциллографом, вольтметром. В случае необходимости за консультацией обращаться к преподавателю.

4.При выполнении работы запрещается: включать схемы без разрешения преподавателя; использовать измерительные приборы, которые не указаны в методических указаниях к данной работе; пользоваться неисправными приборами, и устройствами.

5.После выполнения работы необходимо выключить электро­питание всех исследованных устройств.

ЗАДАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед выполнением экспериментальной части обязательно со­беседование студентов с преподавателем для усвоения ими после­довательности всех этапов работы и получения разрешения на про­ведение эксперимента.

Исследование усилителя напряжения низкой частоты на транзисторе (ОЭ)

Задание 1. Исследовать влияние величины входного напряже­ния Uвх на величину и форму напряжения на нагрузке усилите­ля Uн при постоянной частоте fг входного сигнала для двух случаев:

а) без обратной связи по переменному току;

б) с отрицательной обратной связью по переменному току.
            Для этого необходимо:

1.Установить переключатель пределов выходного напряжения генератора в положение 100 мВ, ручку "Регулировка выхода"  в крайнее  левое  положение,  частоту f =1000 Гц.

2.Подсоединить генератор синусоидальных сигналов к входу усилителя, а измерительные щупы цифрового вольтметра и элект­ронного осциллографа - к нагрузке усилителя. При этом во избе­жание наводок, искажающих выходной сигнал усилителя, необходи­мо клеммы "Земля" генератора, вольтметра и осциллографа под­ключить к общей точке входа и выхода усилителя

3. Подключить лабораторный стенд и схему усилителя ОЭ.
            4. Установить емкость СЗ =10 мкФ.

5. Изменяя значение входного сигнала от 0 до 100 мВ, про­извести необходимые измерения при двух положениях переключа­теля S4 , соответствующих отсутствию ОС и наличию ООС по пере­менному току. Результаты измерений занести в табл. I и постро­ить графики амплитудных характеристик в единой системе коорди­нат.

Таблица 1

 мВ

 В

 мВ

 В

Без ОС

С ООС

Без ОС

С ООС

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

 

 

 

 

 

 

 

 

6.    Определить и сравнить коэффициенты усилителя по напряжению Ки на линейных участках амплитудных характе­ристик.

7.    Наблюдая форму выходного сигнала UН (1) на экране осциллографа, найти значение входного напряжения UВХ, при котором наступают заметные искажения выходного напряжения при отсутствии ОС и наличии ООС. Нарисовать форму искаженного сиг­нала и отметить на амплитудных характеристиках соответствующие этому значения XI.

Задание 2. Построить амплитудно-частотную характеристику усилителя без обратной связи. Для этого необходимо:

1.    Установить ручкой "Регулировка выхода" напряжение UВХ=100 мВ и в дальнейшем поддерживать его постоянным.

2.    Установить переключатель S4 в положение отсутствия ОС, оставив СЗ=10 мкФ.

3.    Изменяя дискретно частоту сигнала в диапазоне от 0 до 200 кГц и устанавливая ее значения в соответствии с табл. 2, измерить напряжение на нагрузке усилителя RH. Результаты за­нести в табл. 2.

4.    Вычислить значения коэффициента усиления по напряжению и построить амплитудно-частотную характеристику. Значения ча­стот по оси абсцисс откладываются в логарифмическом масштабе по основанию 2, т.е. 210°; 2101; 2102;….Гц, что соответст­вует значениям, указанным в табл. 2.

5. Определить по полученной характеристике полосу пропускания усилителя, отметив на характеристике граничные частоты.

Таблица 2

 

 Гц

Без ОС

 Гц

Без ОС

 В

 В

20

40

80

160

320

640

1280

2560

5120

10240

40960

81920

163840

 

Задание 3. Исследовать влияние на полосу пропускания уси­лителя значения ёмкости разделительных конденсаторов и ООС. Для этого необходимо:

1.Установить конденсатор С2=1 мкФ, переключатель S4 в положение, соответствующее отсутствию ОС по переменному току.

2.Установив UВХ=10 мВ и fг=1000 Гц, найти коэффици­ент усиления усилителя Кu0 на средних частотах (примерно 1000 Гц).  

3.Изменяя частоту генератора синусоидальных сигналов в пределах от 20 до 200 Гц, определить полосу пропускания уси­лителя.

Занести значения Кu0 нижней fн и верхней fв граничных частот в табл. 3.

Таблица 3

Режим

 Гц

 Гц

Без ОС

мкФ

мкФ

С ООС

мкФ

мкФ

4. Аналогично определить полосу пропускания усилителя с ОOC по переменному току при С2 =1 мкФ и СЗ =10 мкФ.

Результаты измерений (fH, fв) и расчетов (Кu0) зане­сти в табл. 3.

Исследование инвертирующего усилителя напряжения низкой частоты на базе ОУ

Задание 4. Исследовать зависимость коэффициента усиления усилителя от параметров цепи обратной связи и частоты входного сигнала.

Для этого необходимо:                                                   

1.Установить переключатель пределов выходного напряжения генератора в положение 10 мВ, ручку "Регулировка выхода" в крайнее левое положение, частоту, равную fг=1000 Гц.

2.Подсоединить измерительные приборы к операционному усилителю аналогично п.2 задания 1.

3.Подключить схему СУ.

4.    Подав напряжение на вход усилителя Uвх=5 мВ, изме­рять значение выходного напряжения UH при двух крайних положе­ниях ручки переменного резистора Roc2 в цепи 00С. По резуль­татам эксперимента вычислить для двух случаев коэффициент уси­ления по напряжению Кu и сравнить с расчетной величиной Кuрас = Roc/R1. Результаты измерений и расчетов занести в табл. 4.   

Таблица 4

Установлено

Измерено

Вычислено

 мВ

 кОм

 В

Эксперимент.

Расчёт.

5.Наблюдая форму выходного сигнала UН(t) на экране осциллографа, определить значение входного напряжения Uвх, при котором наступают заметные искажения при двух крайних положениях ручки переменного резистора R0C2. Нарисовать форму иска­женного сигнала и указать соответствующие значения Uвх2.

6.Установить напряжение Uвх=5 мВ; изменяя частоту в пределах от 20 Гц до 200 кГц, проследить, как зависит коэффи­циент усиления усилителя от частоты входного сигнала при двух крайних положениях ручки резистора.

Определить полосу пропускания ОУ, записать значения Кu0, fн и fв при двух крайних положениях ручки резистора  Roc2,  в таб­лицу, аналогичную табл. 3.

7. После окончания экспериментов выключить лабораторный стенд.

С0ДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.    Титульный лист с названием работы, указанием индекса группы, фамилии студента и даты исполнения.

2.    Краткое описание принципа работы и назначения исследуе­мого устройства.

3.    Электрические схемы исследуемых устройств, вычерченных с помощью чертежных инструментов с соблюдением условных графи­ческих обозначений элементов по ГОСТ.

4.    Графики и осциллограммы, выполненные на миллиметровой бумаге.

5.    Таблицы, графики, осциллограммы и выводы в соответст­вии с заданием.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.    Что называется электронным усилителем? Объяснить прин­цип действия усилителя.

2.    Перечислить основные параметры и характеристики усили­теля.

3.    Объяснить назначение элементов, входящих в схему уси­лительного каскада на транзисторе.

4.Объяснить характер экспериментальных зависимостей и осциллограмм, полученных в работе.

5.Что такое обратная связь? Как она влияет на параметры и характеристики усилителя?

6.Как осуществляется температурная стабилизация в усили­теле?

7.Что такое полоса пропускания усилителя? Как ее опреде­лить?

8.Что называется операционным усилителем? Каково его условное обозначение?

9.Что представляет собой операционный усилитель в интег­ральном исполнении?

10.Назовите возможные области применения электронных усилителей.

11.Назовите назначение используемых в работе электронных приборов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник. /Под ред. Н.Н.Горюнова. М.; Высш. шк., 1986.

2.Основы промышленной электроники. /Под ред. В.Г.Герасимова. М.: Высш. шк., 1986.

3.Справочное пособие по основам электротехники и электро­ники. /Под ред. А.В.Нетушила. М.: Энергоатомиздат, 1995.

4.Электротехника и основы электроники. /Под ред. О.П.Глудкина, Б.П.Соколова. М.: Высш. шк., 1993.

Общая электротехника и электроника (Электротехника и электроника)

Jump to... Jump to...ОбъявленияВидеоконференцияВопрос - ответOnline чатО науках "Электротехника" и "Электроника"Цель, задачи и результаты освоения дисциплиныСодержание дисциплиныМесто учебной дисциплины в структуре ОПОП ВОМетодика обучения студентов очной/заочной формы обученияАттестация по дисциплинеЧто нужно сделать чтобы получить оценку?Рекомендуемая литература по дисциплине "Общая электротехника и электроника"Лазута И.В. Реброва И.А. Основы электротехники и электроники. Учебное пособие. 2018Лазута И.В. Реброва И.А. Расчет и анализ электрических цепей и устройств. Учебно-методическое пособие. 2019Лазута И.В. Реброва И.А. Электротехника. Лабораторный практикум. 2017Стандарты и правилаЛитература для расширенного изучения дисциплиныПрограмма для чтения PDF и DJVUАнализ и расчёт цепей постоянного токаАнализ и расчёт линейных цепей однофазного синусоидального токаАнализ трёхфазных электрических цепейАнализ и расчёт магнитных цепейТрансформаторыЭлементная база современных электронных устройствИсточники вторичного электропитанияЛампочка в цепи постоянного токаЛампочка в цепи переменного токаКатушка в цепи постоянного токаКатушка в цепи переменного токаКонденсатор в цепи постоянного токаКонденсатор в цепи переменного токаДиод в цепи постоянного токаДиод в цепи переменного токаПараллельный колебательный контур в цепи переменного токаРезонанс токов в параллельном колебательном контуреТрансформаторДвухполупериодная мостовая выпрямительная схемаМостовая выпрямительная схема с фильтром и стабилизаторомЗагрузка ЛР №1. Измерение электрических величинЗагрузка ЛР №2. Разветвлённая цепь постоянного токаЗащита лабораторных работ 1 и 2 ЭлектротехникаЗащита лабораторных работ 3 и 4Защита лабораторных работ 5, 6 и 7Загрузка ЛР №1. Характеристика диодаЗагрузка ЛР №2. Характеристики транзистораЗагрузка ЛР №3. Неуправляемые выпрямителиЗагрузка ЛР №4. Управляемые выпрямители и регулятор токаВведение в Electronics WorkbenchУказания к лабораторным/практическим работам в Electronics WorkbenchЗагрузка EWB. Характеристика диодаЗагрузка EWB. Характеристики транзистораЗагрузка EWB. Неуправляемые выпрямителиЗагрузка EWB. Регулятор переменного токаЗагрузка EWB. Усилитель низких частотЗагрузка РГР по ЭлектроникеО расчётно-графической работеЗадания на РГРВыполнение расчётно-графической работыОформление расчётно-графической работыТитульный лист и примеры оформления задач РГРЗагрузка 1-й задачи РГРЗагрузка 2-й задачи РГРЗагрузка 3-й задачи РГРО контрольной работеЗадания на КРЗВыполнение контрольной работыОформление контрольной работыТитульный лист и примеры оформления задач КРЗЗагрузка КРЗТест "Электроника. Полупроводниковые устройства"Тест "Электроника. Источники вторичного электропитания"Тест "Электроника. Усилители электрических сигналов"Вопросы к итоговому контролю

Однокаскадный транзисторный усилитель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Однокаскадный транзисторный усилитель

Cтраница 1

Однокаскадный транзисторный усилитель ( рис. 1.14.2) содержит резистор нагрузки Ян и резистор обратной связи Roc.  [1]

Применение балансного однокаскадного транзисторного усилителя постоянного тока позволяет работать в области малого разбаланса моста ( изменение анодного тока 5 мкА) и обеспечивает хорошую линейность шкалы прибора при измерении зарядов обоих знаков.  [3]

В однокаскадном транзисторном усилителе легко реализуется коэффициент усиления К. Поэтому первое слагаемое 1 / / С в скобках в формулах (12.21) и (12.18) имеют один порядок. Однако в формуле (12.21) для транзисторного генератора не оно является определяющим. Входное сопротивление гвхэ обычно порядка сотен ом.  [4]

Такой генератор представляет собой однокаскадный транзисторный усилитель, между выходом и входом которого включена RC-цспь.  [5]

Принцип их работы рассмотрим на примере однокаскадного транзисторного усилителя, схема которого приведена на рис. 53, а. Схема каскада состоит из транзистора Т, входного и выходного конденсаторов С1 и С2, резисторов Rl, R2, R3, обеспечивающих температурную стабилизацию положения рабочей точки транзистора, сопротивления коллекторной нагрузки RK и конденсатора СЗ, закорачивающего переменную составляющую тока в эмиттерной цепи. Входной управляющий сигнал подается через конденсатор С1 в базовую цепь усилительного каскада.  [6]

Большое практическое значение имеет графический метод расчета однокаскадного транзисторного усилителя. В процессе расчета получают динамические характеристики, снятые при наличии нагрузки. Динамические характеристики имеют иной вид, чем статические, так как напряжение на коллекторе изменяется в зависимости от тока, протекающего по коллекторной цепи.  [7]

Она состоит из источника постоянного напряжения и однокаскадного транзисторного усилителя. Эта схема обычно включается на выходе запоминающего усилителя через некоторую переключающую схему. Перед переключением нагрузки, связанной с процессом, на схему ручного управления для перехода без скачков необходимо выполнить операцию предварительного выравнивания.  [8]

До сих пор основное внимание было уделено однокаскадному транзисторному усилителю. Практически, чтобы получить достаточное полное усиление, часто используют многокаскадные усилители. В этом разделе будет рассмотрено, какие факторы важны при проектировании таких усилителей, а именно при - получении желаемых характеристик в широкой полосе частот.  [9]

На лульте дистанционного управления, устанавливаемом вне агрегатного помещения, имеются выключатель ВЗ ограничения времени действия, сигнальная лампа СЛ и однокаскадный транзисторный усилитель с двумя диодами. На рис. 6.17 показана схема такого пульта, устанавливаемого в аппаратной станции узла, питающегося от данной электростанции, при сопротивлении проводов между агрегатом и дистанционным пультом не более 10 ом. Возможна установка пульта и в другом населенном пункте на расстоянии нескольких десятков километров от агрегатной. К зажимам же / вместо перемычки подключают дополнительный источник постоянного тока ( например, аккумуляторную батарею или выпрямитель) напряжением 1 2 в или более, плюсом к предохранителю ПР а минусом - к сигнальной лампе СЛ и внешнему проводу.  [10]

В некоторых случаях учитывают соображения, связанные с тепловым режимом устройства. Колебательные системы однокаскадного транзисторного усилителя ( рис. 2.33) выполнены на основе микрополосковых линий с использованием навесных конденсаторов в системе блокировки источника питания. Выводы транзистора соединяются с соответствующими контактными поверхностями, обозначенными буквами на рисунке.  [11]

На транзисторе Т2 собран усилитель с резонансной нагрузкой в виде колебательного контура C6L3, настроенного на среднюю частоту цветовых поднесущих. После ЛЗ обычно ставится однокаскадный транзисторный усилитель ( с коэффициентом усиления около 10), который компенсирует ослабление сигнала в ЛЗ.  [12]

На рис. 7.32 показана конструкция одного из возможных вариантов модуля фазовращателя на переключаемых отрезках линий. На рис. 7.33 приведена топология микросборки однокаскадного транзисторного усилителя, выполненного на основе МПЛ, бескорпусного транзистора и конденсатора, припаиваемых непосредственно к МПЛ.  [14]

Усилители переменного тока могут быть ламповыми или транзисторными. Принцип их работы рассмотрим на примере однокаскадного транзисторного усилителя, схема которого приведена на рис. 58, а. Схема каскада состоит из транзистора Т, входного и выходного конденсаторов С ] и С2, сопротивлений R, R2, Кз, обеспечивающих температурную стабилизацию положения рабочей точки транзистора, сопротивления коллекторной нагрузки RK и конденсатора С3, закорачивающего переменную составляющую тока в эмиттерной цепи. Входной управляющий сигнал подается через конденсатор С в базовую цепь усилительного каскада.  [15]

Страницы:      1    2

Принцип работы усилителя на биполярных транзисторах. Транзисторный — как ламповый

Страница 1 из 2

Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи.
Изменение напряжения эмиттерного перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство транзистора используется для усиления электрических сигналов.
Для преобразования изменений коллекторного тока, возникающих под действием входных сигналов, в изменяющееся напряжение в коллекторную цепь транзистора включают нагрузку. Нагрузкой чаще всего служит резистор или колебательный контур. Кроме того, при усилении переменных электрических сигналов между базой и эмиттером транзистора нужно включить источник постоянного напряжения, называемый обычно источником смещения, с помощью которого устанавливается режим работы транзистора. Этот режим характеризуется протеканием через его электроды при отсутствии входного электрического сигнала некоторых постоянных токов эмиттера, коллектора и базы. С применением дополнительного источника увеличиваются размеры всего устройства, его масса, усложняется конструкция, да и стоят два источника дороже, чем один. В то же время можно обойтись одним источником, употребляемым для питания коллекторной цепи транзистора. Одна из таких схем усилителя показана на рисунке.

В этой схеме нагрузкой усилителя является резистор R K , а используя резистор R б, задают необходимый ток базы транзистора. Если режим работы транзистора задан (при этом часто говорят, что задана рабочая точка на характеристиках транзистора), становятся известными ток базы и напряжение U БЭ, а сопротивление резистора R б, обеспечивающего этот ток, можно определить по формуле:
R б =(G K -U БЭ)/I Б.
Так как U БЭ обычно составляет не более 0,2...0,3В для германиевых транзисторов и 0,6...0,8 В — для кремниевых, а напряжение G K измеряется единицами или даже десятками вольт, то U БЭ и можно записать:
R б ≈G K /I Б.
Из выражений следует, что независимо от типа транзистора VT ток его базы будет постоянным: I Б = G K /R б. Поэтому такая схема получила название схемы с общим эмиттером (ОЭ) и фиксированным током базы.
Режим работы транзистора в усилительном каскаде при постоянных токах и напряжениях его электродов называют исходным, или режимом покоя.
Включение нагрузки в коллекторную цепь транзистора приводит к падению напряжения на сопротивлении нагрузки, равному произведению I K R K .
В результате напряжение, действующее между коллектором и эмиттером Uкэ транзистора, оказывается меньше, чем напряжение G K источника питания на величину падения напряжения на сопротивлении нагрузки, т. е.:
U КЭ =G K -I K R K .
Если эту зависимость отобразить графически на семействе статических выходных характеристик транзистора, то она будет иметь вид прямой линии. Для ее построения достаточно определить всего две принадлежащие ей точки (так как через две точки можно провести только одну прямую). Каждая точка должна быть задана двумя координатами: I K и U КЭ.
Задавшись конкретным значением одной из координат, определяют вторую координату, решая уравнение U КЭ =G K -I K R K . Прямая, построенная в соответствии с уравнением на семействе статических выходных характеристик, транзистора, называется нагрузочной прямой.
Нагрузочная прямая, показанная на рисунке (а), построена для случая, когда G K =10В и R К =200 Ом.3-200=10—6=4 В.

Если в исходном режиме (режиме покоя) ток базы равен 2 мА, этот режим будет определяться точкой A, лежащей на нагрузочной прямой в месте пересечения ее со статической выходной характеристикой, полученной при I БО =2 мА. При этом I КО =20 мА; U КЭO =5,8 В. Если перенести точку A на семейство входных характеристик (рис., б), можно найти U БЭО. Оно равно 0,25 В.
При подаче на вход усилителя переменного напряжения с амплитудой 50 мВ (0,05 В) на оси напряжений входных характеристик относительно напряжения U БЭО =0,25 В откладывают по обе стороны отрезки, соответствующие напряжению 0,05 В, и из их концов восстанавливают перпендикуляры к оси U БЭ до пересечения со статической характеристикой, на которой расположена точка А, обозначающая режим покоя усилителя. В точках пересечения перпендикуляров с характеристикой проставляют буквы В и С. Таким образом, при поступлении на вход переменного напряжения режим работы будет уже определяться не точкой А, а ее перемещениями между точками В и С. При этом ток базы изменяется от 1 до 3 мА. Другими словами, переменное напряжение на входе усилителя приводит к появлению переменной составляющей в его входном токе — токе базы. В данном примере амплитуда переменной составляющей тока базы, как видно из рисунка, равна 1 мА.
Точки B и С можно перенести на семейство выходных характеристик. Они будут находиться в местах пересечения нагрузочной характеристики со статическими, полученными при токах базы, равных 1 и 3 мА. Из этого рисунка, видно, что в режиме с нагрузкой появилась переменная составляющая коллекторного напряжения. Иначе, коллекторное напряжение теперь не остается постоянным, а изменяется синхронно
с изменениями входного напряжения. Причем изменение коллекторного напряжения ΔU КЭ =7,5—4,3=3,2В оказывается больше изменения входного напряжения ΔU БЭ =0,3—0,2=0,1В в 32 раза; т. е. получено усиление входного напряжения в 32 раза.
Поскольку напряжение источника питания G K постоянное, изменение коллекторного напряжения равно изменению напряжения на резисторе коллекторной нагрузки, т. е.ΔU КЭ = ΔI К R К. Из этого выражения видно, что чем больше сопротивление резистора R К, тем сильнее изменяется на нем напряжение и тем больше будет усиление. Однако увеличивать сопротивление резистора R K можно лишь до некоторого предела, превышение которого может привести даже к снижению усиления и появлению больших искажений усиливаемого сигнала.
В усилителе, схема которого приведена на верхнем рисунке, режим работы транзистора определяется током базы, который устанавливается резистором R б. Режим работы транзистора можно также установить, подав на его эмиттерный переход напряжение с делителя R1R2.



Ток делителя I Д, протекающий через резисторы R1 и R2, вызывает на сопротивлении резистора R2 падение напряжения, которое подается на эмиттерный переход транзистора и смещает его в прямом направлении. Это напряжение определяется в основном соотношением сопротивлений резисторов R1,R2 и протекающим через них током I Д и почти не зависит от типа транзистора. Поэтому такую схему иногда называют схемой с фиксированным напряжением смещения.

УНЧ с фазоинвертором на одном первом транзисторе. Многочисленные расчёты и эксперименты по созданию мощного высококачественного усилителя низкой частоты привели меня к мысли, что наиболее перспективным путём его конструирования может стать использование фазоинвертора на одном первом транзисторе. Любопытно, что такие усилители могли бы появиться лет сорок назад, но этого не произошло в силу ряда причин.

Прежде всего, с созданием транзисторов с n-р-n-переходом появилась возможность разделять сигнал за счёт свойств самих транзисторов, поскольку одни из них открываются положительным импульсом, а другие — отрицательным. Усилители на таких транзисторах существенно упростились, однако на их выходе появились значительные искажения сигнала. Чтобы избавиться от них, радиоконструкторы стали усложнять схемы усилителей, а не искать иные способы построения схем УНЧ.

И ещё одной, пожалуй, главной причиной неприятия схем с фазоинвертором на первом транзисторе стал значительный перегрев выходных транзисторов таких усилителей, исключающий их сколько-нибудь длительную работу при большой выходной мощности.

Все эти соображения заставили меня, музыканта и композитора, внимательно проанализировать известные схемы УНЧ с целью найти причину искажений. При этом я шёл своим путём, опираясь на свои знания «ламповой» радиоэлектроники. Для этого мне пришлось научиться конструировать и рассчитывать схемы, создавать сотни экспериментальных макетов, в итоге мне удалось отыскать причину перегрева и устранить её. В итоге разработанные мной усилители низкой частоты работают при напряжении питания до 90 В, развивая при этом на выходе мощность около 300 Вт.

Предлагаю вниманию читателей описание конструкции одного из таких усилителей с фазоинвертором на одном транзисторе — его выходная мощность составляет 120 Вт.

Фазоинвертор на одном транзисторе, созданный по аналогии с ламповым, производит точное разделение сигнала по фазе для верхнего и нижнего плечей схемы усилителя, исключая при этом появление «ступенек» и «звона». Работа же каскадов усиления по току в линейном режиме практически не вызывает других искажений.

В итоге получился усилитель с практически линейной характеристикой, не дающий искажений; «окраска» звука на выходе транзисторного УНЧ получается практически такой же, как у прошедшего через качественный ламповый усилитель.

Конструкция УНЧ с выходной мощностью 120 Вт с фазоинвертором на первом транзисторе

На первом транзисторе VТ-1 выполнен фазоинвертор, разделяющий сигнал по фазе для верхней и нижней частей схемы, и усилитель сигнала по напряжению для нижней части схемы УНЧ.

На транзисторе VТ-2 собран усилитель по напряжению эмиттерных импульсов от VТ-1. Для верхней части схемы сигнал снимается с эмиттера VT-1 и усиливается по напряжению транзистором VT-2, включённым по схеме с общей базой. На VT-4 — VT-13 производится усиление сигнала по току. На транзисторах VT-4 — VT-5 собраны фазоинверторы, которые использовались для того, чтобы на выходе можно было применить транзисторы типа КТ808А, КТ808БМ, КТ-819Г или другие п-р-п-транзисторы такой же мощности.

В усилителе используются три каскада усиления по току -как показала практика, двух каскадов для нормальной работы усилителя явно недостаточно.

(VT-1, VT-2, VT-3 — КТ-815Г; VT-4, VT-5 -КТ-814Г; VT-6, VT-7 — КТ-315Б; VT-8, VT-9 — КТ-817 Г; VT10, VT-11, VT-12, VT-13 — КТ-808А; VT-14 — КТ-808А; VD-1, VD-2 — Д-814В- VD-3 VD-4-Д-220)

Питание баз транзисторов VT-2 и VT-4 — от стабилитрона, что обеспечивает весьма «ровную» работу усилителя. Транзисторные фильтры на VT-3 и VT-14 практически полностью убирают фон переменного тока.

Транзисторы VT-6 и VT-7 обеспечивают защиту от перегрузок, возникающих в момент включения УНЧ в сеть; на качество сигнала они не влияют. Динамики подключены к выходу усилителя через конденсаторы по полумостовой схеме.

Между эмиттером VT-8 и базами VT-10 и VT-11 (равно как и между VT-9 и VT-12 — VT-13) включены RC цепочки R30, С5 и R31.C6, с помощью которых смещение на базах VT-10 — VT-13 при максимальном сигнале уменьшается и транзисторы не перегреваются. Отсутствие таких цепочек приводит к перегреву выходных транзисторов.

Конденсаторы С8, С-9, С-10 и С-11 должны быть рассчитаны на рабочее напряжение в 100В. Кстати, в 1970-е годы электролитические конденсаторы большой ёмкости были весьма дороги и дефицитны, что заставляло конструкторов разработать способ включения динамиков без этих электроэлементов, однако такая система защиты оказывалась порой дороже самих усилителей и не отличалась надёжностью.

Настраивается усилитель очень легко, всего за несколько минут. Первое включение желательно произвести через последовательно подсоединённую лампу накаливания мощностью от 40 до 75 Вт. Если усилитель собран правильно, лампа при подключении ярко вспыхивает, а затем гаснет. В процессе работы возможно неяркое свечение нити накала лампы.

Движок резистора R14 устанавливается в нижнее положение, R15 — в верхнее, R9 и R10 — в среднее.

К базе транзистора VT12 следует подсоединить высокоомный вольтметр на напряжение 1 — 3 В и резистором R15 выставить напряжение 0,4 — 0,5 В. Резистором R10 следует выставить напряжение на средней точке, равное половине напряжения питания. Резистором R14 на коллекторе VT-2 устанавливается такое же напряжение, как на коллекторе VT1. Резистором R9 уравниваются сигналы, идущие на верхнюю и нижнюю части схемы — это несложно сделать и на слух.

Затем следует включить усилитель, отсоединив лампу накаливания, и все настройки повторить. Если УНЧ был собран правильно и из исправных электроэлементов, можно сразу подключать к нему динамики.

Выходные транзисторы смонтированы на радиаторах с поверхностью охлаждения 1200 см2, VT8 и VT9 — на радиаторах площадью 80 см2 и VT-14 — 500 см2.

Диоды в блоке питания должны быть рассчитаны на ток не менее 20 А, а у остальных — на ток более 50 А.

Сопротивление нагрузки усилителя составляет 3-8 Ом. Коэффициент усиления по току выходных транзисторов должен быть не меньше 20 единиц, а у остальных - более 50 единиц.

Усилитель обладает хорошей термостабильностью и может работать неограниченно долго, причём за это время режимы работы транзисторов не меняются. Звук на выходе УНЧ получается чистым, естественным, мало отличающимся от того, что воспроизводят динамики качественного лампового усилителя.

В. СМИРНОВ, Воронежская область, р.п. Таловая

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

Транзистор - это полупроводниковый элемент, предназначенный для усиления электрических сигналов.

Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые. Первые управляются сигналом тока, подаваемым на его вход, а вторые - напряжением. Биполярный транзистор имеет два электронно-дырочных, перехода и три вывода – эмиттер, базу и коллектор. Биполярные транзисторы могут быть прямой или обратной проводимостями, а полевые с р или п каналами. Возможны три схемы включения транзистора: с общей базой, с общим коллектором и с общим эмиттером.

На рис. 2 показаны схемы включения биполярного транзистора прямой проводимости их основные характеристики: а) – с общей базой; б) с общим коллектором; в) с общим эмиттером:

где К i – коэффициент усиления по току; K u – коэффициент усиления по напряжению; R вх – входное сопротивление; R вых – выходное сопротивление.

Преимущественное распространение имеет схема с общим эмиттером (рис. 2, в).


Свойства транзистора в статическом режиме при такой схеме включения определяются семействами входных и выходных характеристик, показанных нарис. 3, а, б. Зависимость тока коллектора от тока базы определяется выражением

I к = βI б + I к.о,

где I к - ток коллектора; I б -ток базы; I к.о - обратный ток коллектора; β -коэффициент передачи тока базы. Значение коэффициента β в зависимости от типа транзистора и режима его работы может быть от 30 до 300. Биполярный транзистор имеет малое входное и значительное выходное сопротивление. Если в цепь коллектора включить резистор, то при изменении тока базы будут одновременно изменяться ток и напряжение коллектора. При этом изменение мощности, выделяемой в коллекторной цепи, будет значительно больше изменения мощности на входе транзистора. На этом основана работа транзисторного усилителя.

По роду усиливаемого, сигнала различают транзисторные усилители постоянного и переменного тока. Так как с помощью одного каскада не удается решить задачу усиления, то усилители обычно выполняются многокаскадными. В многокаскадных усилителях переменного тока связи между каскадами, между источником сигнала и входом усилителя, а также между выходом и нагрузкой выполняются с помощью конденсаторов или трансформаторов. В усилителях постоянного тока эти связи выполняются непосредственно. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельные каскадов.

Каскад (усиления) – это функциональный узел устройства, содержащий усилительный элемент, связанный с предыдущими или последующими узлами устройства.

Схема усилительного каскада переменного тока с ёмкостной связью показана на рис. 4, а.

Бестрансформаторные усилители мощности: схемы, устройство, принцип работы

Рассмотрим двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах различного типа проводимости (комплементарный эмиттерный повторитель, усилитель с дополнительной симметрией) (рис. 2.45).

Транзисторы усилителя работают в режиме класса «В». При поступлении на вход усилителя положительной полуволны напряжения uвх транзистор Т1 работает в режиме усиления, а транзистор Т2 — в режиме отсечки.

При поступлении отрицательной полуволны транзисторы меняются ролями.

Так как напряжение между базой и эмиттером открытого транзистора мало (около 0,7 В), напряжение uвых близко к напряжению u вх.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Однако выходное напряжение оказывается искаженным из-за влияния нелинейностей входных характеристик транзисторов. Для рассматриваемого усилителя максимально возможная амплитуда напряжения на нагрузке Um равна Е. Поэтому максимально возможная мощность нагрузки определяется выражением РНmax= (Um/ √2 )2 · 1/RН=E2/ 2RН

Можно показать, что при максимальной мощности нагрузки усилитель потребляет от источников питания мощность, определяемую выражением Рпотрmax= 2 · Е2 / (π·RН)

Отсюда получаем максимально возможный коэффициент полезного действия усилителя ηmax= РНmax/Рпотрmax=π / 4 ≈ 0,78

Для уменьшения нелинейных искажений обеспечивают некоторое начальное смещение на входах транзисторов и тем самым переводят их в режим класса «АВ» (рис. 2.46).

При этом коэффициент полезного действия несколько уменьшается.

Рассмотрим двухтактный усилитель мощности с операционным усилителем (рис. 2.47).

В схеме использована общая отрицательная обратная связь (резисторы R1 и R2 ), охватывающая оба каскада (на операционном усилителе и на биполярных транзисторах), благодаря которой схема создает настолько малые нелинейные искажения, что часто не требует дополнительных цепей смещения для каскада на транзисторах T1 и Т2.

Поскольку напряжение на нагрузке RH примерно равно напряжению на выходе ОУ, то мощность на выходе всего усилителя ограничивается выходным напряжением ОУ.

Кафедра технологии бетона и строительных материалов — Технологии определяют всё

Является одним из старейших подразделений современного Брестского технического университета.

История кафедры начинается с 1967 года, когда ещё в Брестском инженерно-строительном институте (сегодня Брестский государственный  технический университет)  была основана кафедра «Строительные материалы».

Кафедру возглавляли:
Жоров Владимир Леонтьевич, к.т.н., доцент (с 1967  по 1977 год)
Зайцев Анатолий Алексеевич, к.т.н., доцент (с 1977 по 1987 год)
Волкова Флора Николаевна, к.т.н., доцент (с 1987-1988 год).

В 1988 году кафедра «Строительные материалы» была объединена с кафедрой «Технология строительного производства». Объединённая кафедра стала называться «Технология строительного производства и строительные материалы», которую возглавляли:
Бобко Фадей Александрович к.т.н., доцент (с 1988 по 1989 год)
Голубицкая Галина Андреевна, к.т.н., доцент  (с 1989 по1991 год)
Плосконосов Владимир Николаевич, к.т.н., доцент  ( с 1991 по 1992 год).

В 1991 году в институте открывается подготовка инженеров-технологов-строителей по специальности  «Производство строительных изделий и конструкций». Организация учебного процесса по данной специальности возложена на кафедру «Технологии строительного производства и строительных материалов». Разнообразие направлений работы кафедры не позволяет эффективно управлять её деятельностью и требует совершенствования структуры управления учебным процессом. В связи с чем приказом ректора по Брестскому политехническому  институту №67 от 12 июня 1992 года в отдельное подразделение выделяется уже кафедра  «Технологии бетона и строительных материалов» которую с 1992 по1993 год возглавляет Довнар Надежда Ивановна, к.т.н., доцент.

С 1993 года кафедрой  руководит Тур Виктор Владимирович, профессор, доктор технических наук.

Кафедра технологии бетона и строительных материалов является выпускающей кафедрой по специальности 70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций» и готовит специалистов, имеющих квалификацию инженер-строитель-технолог, что позволяет им работать практически в любом направлении строительного, и не только, производства.

Так же на кафедре изучают специальные дисциплины строительного профиля студенты следующих специальностей очного и заочного обучения: «Промышленное и гражданское строительство» (1-70 02 01), «Автомобильные дороги» (1-70 03 01), «Экспертиза и управление недвижимостью» (1-70 02 02), «Архитектура» (1-69 01 01), «Сельское строительство и обустройство территорий» (1-74 04 0), «Автоматизация технологических процессов и производств» (1-53 01 01), «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов» (1-70 04 03),  «Мелиорация и водное хозяйство» (1-74 05 01), «Коммерческая деятельность» (1-25 01 10).

На кафедре проводится подготовка  аспирантов по специальности «Строительные конструкции, здания и сооружения», «Строительные материалы и изделия».

 

Принцип работы транзисторного усилителя

- Inst Tools

Линейный усилитель обеспечивает усиление сигнала без каких-либо искажений, так что выходной сигнал является точной усиленной копией входного сигнала. Транзистор с делителем напряжения с источником синусоидального переменного тока, емкостным образом связанным с базой через C1, и нагрузкой, емкостной связью с коллектором через C2, показан на рисунке. Конденсаторы связи блокируют постоянный ток и, таким образом, не позволяют внутреннему сопротивлению источника Rs и сопротивлению нагрузки R L изменять напряжения смещения постоянного тока на базе и коллекторе.

Конденсаторы идеально подходят для замыкания на напряжение сигнала. Синусоидальное напряжение источника заставляет базовое напряжение синусоидально изменяться выше и ниже его уровня смещения постоянного тока, V BQ . Результирующее изменение тока базы вызывает большее изменение тока коллектора из-за усиления тока транзистора.

По мере увеличения синусоидального тока коллектора напряжение коллектора уменьшается. Ток коллектора изменяется выше и ниже своего значения Q-точки, I CQ , в фазе с током базы.Синусоидальное напряжение коллектор-эмиттер изменяется выше и ниже значения точки Q, V CEQ , на 180 ° не в фазе с напряжением базы, как показано на рисунке. Транзистор всегда производит инверсию фазы между напряжением базы и напряжением коллектора.

Графическое изображение

Только что описанная операция может быть проиллюстрирована графически на линии нагрузки переменного тока, как показано на рисунке ниже. Синусоидальное напряжение на базе создает базовый ток, который изменяется выше и ниже точки Q на линии нагрузки переменного тока, как показано стрелками.

Рис. Графическое изображение работы линии нагрузки переменного тока усилителя, показывающее изменение тока базы, тока коллектора и напряжения между коллектором и эмиттером относительно их значений точки Q постоянного тока. I b и I c находятся в разных масштабах.

Линии, проецируемые от пиков базового тока к оси I C и вниз к оси V CE , показывают размах колебаний тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер, как показано.Линия нагрузки переменного тока отличается от линии нагрузки постоянного тока, потому что эффективное сопротивление коллектора переменного тока составляет R L параллельно с RC и меньше, чем сопротивление коллектора постоянного тока R C отдельно.

Транзистор

в качестве усилителя | Теория | Принцип работы

Транзистор может усиливать ток или напряжение сигнала. Ток усиления означает, что выходной ток транзистора выше, чем его входной ток. Усиление напряжения означает, что изменение напряжения на выходе выше, чем изменение напряжения на входе.

При соединении несколько транзисторов могут служить усилителем мощности (усиливая как напряжение, так и ток). Например, очень слабый электромагнитный сигнал, принимаемый антенной радиоприемника, имеет небольшое напряжение и не может вызвать значительный ток в цепи. Он должен быть усилен в сотни раз, чтобы его можно было слышать через громкоговоритель.

Точно так же слабый сигнал, улавливаемый датчиком во многих промышленных приложениях, усиливается, прежде чем его можно будет использовать для дальнейшей обработки.

Пример усиления напряжения

Схема в Рисунок 1 иллюстрирует простой пример того, как можно усилить напряжение простого синусоидального сигнала. Другими словами, если синусоидальный сигнал вводится в качестве входа транзистора, выход транзистора представляет собой аналогичный сигнал (имеющий ту же форму и частоту) с более высоким напряжением. Мы изучаем изменение напряжения на нагрузке и сравниваем его с входным напряжением.

Рисунок 1 Пример усиления напряжения транзистором.

Вход представляет собой синусоидальное напряжение с размахом 2 В, вводимое в точке K, которая подключена к базе транзистора через резистор 470 кОм. Другой провод для этого сигнала подключен к земле.

Роль конденсатора перед точкой K очень важна. Он фильтрует (предотвращает прохождение) любое содержимое постоянного тока, которое может смешиваться с входным сигналом.

Соответствующие значения для входа (синусоидальная форма волны) и выхода (напряжение на нагрузке) для каждых 30 ° одного цикла вводятся в Таблица 1 вместе с некоторыми другими значениями, как обсуждалось.

ТАБЛИЦА 1 Изменение входного и выходного напряжения для схемы на Рисунке 1

Предполагая, что этот транзистор сделан из кремния, потому что в транзисторе с кремниевой базой всегда есть падение напряжения около 0,7 В между базой и эмиттер, напряжение на K должно быть таким, чтобы оно никогда не опускалось ниже 0,7 В. В противном случае транзистор переходит в состояние отсечки и перестает проводить.

В этом примере резисторы 13,7 кОм и 1000 Ом образуют делитель напряжения, обеспечивающий 1.7 В постоянного тока в точке К. Это значение 1,7 В было специально выбрано таким образом, чтобы при наиболее отрицательном значении синусоидальной волны переход база-эмиттер все еще был смещен в прямом направлении, а его VBE составлял не менее 0,7 В (1,7 - 1 / 2 × 2) = 0,7 В; входное напряжение 2 В от пика до пика.

Сигнал переменного тока с размахом 2 В и сигнал 1,7 В постоянного тока суммируются, и в результате напряжение в точке K изменяется от 2,7 до 0,7 В.

Таблица 1 показывает следующее значения для 12 различных точек (360 ° с интервалом 30 °):

  1. Угол входного сигнала в различные моменты времени в течение одного цикла.
  2. Напряжение входного сигнала.
  3. Напряжение в точке К.
  4. В BE (Напряжение в точке К - 0,7 В).
  5. Базовый ток в микроамперах (мкА), в соответствии с законом Ома V BE /470 кОм.
  6. Ток коллектора в мА, если принять, что 100 × базовый ток (IC = βI B = 100I B ).
  7. Падение напряжения на резисторе R (см. Рисунок 1).
  8. Напряжение в точке L. Это V CE , потому что эмиттер заземлен, V CE = 25 В - падение напряжения в 5.Резисторы 6 кОм.

Обратите внимание, что здесь мы намеренно подключили нагрузку через резисторы 5,6 кОм. Изменение напряжения на нагрузке синусоидальное, то есть аналогично входному. Хотя такой способ подключения нагрузки возможен, это не единственный способ сделать это.

Нагрузка может быть подключена между землей и точкой L. В этой конфигурации как выходное напряжение, так и напряжение на нагрузке имеют синусоидальную форму, но два напряжения имеют разность фаз 180 °.

На рисунке 2 показано соотношение между напряжениями входных и выходных сигналов (строки 2 и 8 таблицы 1). Из рисунков 1 и 2 можно увидеть ряд важных моментов:

  1. Транзистор используется в конфигурации с общим эмиттером.
  2. Входной сигнал имеет синусоидальную форму.
  3. Входной сигнал был смешан с положительным значением постоянного тока, чтобы создать переменный сигнал постоянного тока (изменяющийся по величине, но в остальном всегда положительный).
  4. Выходной сигнал также всегда положительный, но он имеет вариацию в виде синусоидальной волны.
  5. Вариация выхода (синусоидальная диаграмма) имеет ту же частоту, что и вход.
  6. Размах изменения выходного напряжения имеет большее значение, чем входной сигнал.
  7. Когда входной сигнал максимален, выходной сигнал минимален, и наоборот. То есть выход на 180 ° не совпадает по фазе с входом.

Рис. 2 Соотношение входа и выхода в транзисторе при использовании в конструкции с общим эмиттером.

Точно так же, как входной сигнал был смешан с постоянным напряжением постоянного тока, выходной сигнал имеет содержание постоянного тока, как показано на рисунке 2.

Чтобы удалить содержание постоянного тока из выходного сигнала, к конденсатору добавляется конденсатор. цепь в точке, где снимается выходной сигнал (точка L).

Обновленная схема показана на Рисунок 3 . Этот конденсатор соответствующей емкости может отфильтровывать содержимое постоянного тока (блокировать постоянный ток). Результатом этой фильтрации является сигнал, который изменяется в пределах -11.9 и +11,9 В, $ \ left (\ frac {25-1.2} {2} \ right) $, то есть его размах составляет около 23,8 В. На рисунке 4 показаны напряжения в точках H. , K, L и M схемы на рисунке 3; однако коэффициент усиления показан меньшим, чтобы соответствовать размеру страницы.

Входной сигнал вводится между точкой H и землей, а выходной сигнал принимается между точкой M и землей. Синусоидальный входной сигнал был усилен в 11,9 раза (отношение между пиковым значением на выходе и пиковым значением на входе).

Рисунок 3 Конденсатор C 2 добавлен к схеме на рисунке 2.

Рисунок 4 Напряжение формируется в различных точках цепи на рисунке 3.

PNP транзистор - принцип работы, Характеристики и применение

PNP-транзистор является подтипом биполярных переходных транзисторов (BJT). Это базовый транзистор, который часто используется в различных электронных схемах. Он используется для таких функций, как усиление сигнала, переключатели и генераторы.В этом посте представлена ​​подробная информация о транзисторе PNP, принципах работы транзистора PNP, его характеристиках, применении, преимуществах и недостатках.

Что такое PNP-транзистор

PNP-транзистор - это тип биполярного переходного транзистора, который состоит из трех слоев, в которых слой с примесью "N" расположен между двумя слоями с примесью "P". В транзисторах PNP электроны являются неосновными носителями заряда, а дырки - основными носителями заряда. Течение тока происходит из-за движения отверстий.Он имеет два PN-перехода:

  • Соединение эмиттер-база
  • Соединение коллектор-база

Рис. это устройство, управляемое током. Структура противоположна транзистору NPN, но аналогична по работе.

Символ транзистора PNP показывает стрелку, направленную внутрь от эмиттера к базе, которая указывает направление обычного тока.PNP-транзистор считается включенным, когда напряжение источника, подключенного к базе, низкое, и выключается, когда оно высокое.

Рис. 2 - Обозначение транзистора PNP

Как работает транзистор PNP

Чтобы понять принцип работы транзистора, необходимо знать характеристики полупроводников.

Четвертый столбец периодической таблицы содержит определенные элементы, которые в контролируемых условиях ведут себя как проводники и изоляторы.Эти элементы называются полупроводниками. Электроны движутся в полупроводнике медленно, а дырки движутся медленнее, чем электроны. Для изменения удельного сопротивления полупроводника требуется всего несколько донорных или акцепторных атомов.

PNP-транзистор работает, когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Говорят, что переход имеет прямое смещение, когда полупроводник P-типа подключен к положительному выводу, а полупроводник N-типа подключен к отрицательному выводу.При обратном смещении полупроводник P-типа подключается к отрицательной клемме, а полупроводник N-типа подключается к положительной клемме.

Рис. 3 - Конструкция и обозначение схемы PNP-транзистора

Область базового коллектора имеет обратное смещение, в котором используется внешний источник напряжения. Это означает, что база имеет более высокий потенциал, чем коллектор. Обратное смещение не создает диффузии и, следовательно, между клеммами не протекает ток.

Область базового эмиттера смещена в прямом направлении, так что напряжение на эмиттере имеет более высокий потенциал, чем на базе (V BE ).Отверстия вставляются в эмиттер (P-область), пересекая область обеднения в базу от положительного вывода источника напряжения (V BE ). Поскольку эмиттер сильно легирован, он притягивает много электронов, которые диффундируют в базовую область.

В то же время электроны текут из отрицательной клеммы, толкая электроны около перехода эмиттер-база в эмиттер. Это заставляет ток (I E ) течь от эмиттера к коллектору.

Ток коллектора или ток базы можно рассчитать по формуле:

База отрицательнее эмиттера примерно на 0.7 вольт для кремниевого полупроводника и 0,3 вольт для германиевого полупроводника.

Подводя итог, при увеличении напряжения прямого смещения барьер перехода эмиттер-база уменьшается. Это позволяет большему количеству носителей достигать коллектора, что, в свою очередь, увеличивает ток от эмиттера к коллектору. Это также означает, что уменьшение напряжения прямого смещения уменьшает ток.

  Прочтите о PN-переходе, прямом смещении, обратном смещении и слое истощения  

Характеристики транзистора PNP

Взаимосвязь между постоянными токами и напряжениями представлена ​​графически, которые известны как характеристики.Двумя важными характеристиками транзистора PNP являются:

  • Входные характеристики
  • Выходные характеристики

Входные характеристики для конфигурации с общей базой

В конфигурации с общей базой для различных постоянных значений выходного напряжения (В BC ) кривая строится между входным током (I E ) и входным напряжением (V BE ).

На рисунке ниже показан приблизительный график для входных характеристик.Из этой характеристической кривой мы можем сделать вывод, что для фиксированного значения выходного напряжения (V BC ) напряжение эмиттера прямо пропорционально току эмиттера (I E ).

Рис.4 - Входные характеристики для общей базовой конфигурации

Выходные характеристики для общей базовой конфигурации

Для различных постоянных значений входного тока (I E ) кривая строится между выходным током ( I C ) и выходное напряжение (V BC ).На рисунке ниже показаны выходные характеристики с тремя интересующими областями, указанными как активная область, область отсечки и область насыщения. Транзистор действует как переключатель «ВЫКЛ» в области отсечки и переключатель «ВКЛ» в области насыщения.

Рис. 5 - Выходные характеристики для конфигурации с общей базой

  • В активной области переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход с базой-коллектором смещен в обратном направлении.
  • В области отсечки и соединение база-эмиттер, и соединение-база коллектора имеют обратное смещение.
  • В области насыщения переходы база эмиттер и база коллектора смещены в прямом направлении.

Применение транзистора PNP

Применение транзисторов PNP включает:

  • Они используются при проектировании схем усилителя, таких как усилители класса B.
  • Они используются в общем управлении двигателем.
  • Транзисторы PNP широко используются в парных схемах Дарлингтона.
  • Используются как переключатели.
  • Используются как генераторы.

Преимущества транзистора PNP

Преимущества транзисторов PNP:

  • Транзисторы PNP используются для источника тока.
  • Упрощает конструкцию схемы, поскольку генерирует сигнал, привязанный к отрицательной шине питания.
  • Как и другие транзисторы, он меньше по размеру и может входить в состав интегральных схем.
  • Они генерируют меньше шума, чем транзисторы NPN.

Недостатки транзистора PNP

Недостатки транзисторов PNP:

  • Транзистор PNP сравнительно медленнее, чем транзистор NPN.
  • Они не могут работать на более высоких частотах.
  • Уровни производительности ниже по сравнению с транзисторами NPN.
  Также читают: 
  Однопереходный транзистор (UJT) - конструкция, работа, характеристики и применение 
  Твердотельный накопитель (SSD) - как это работает, типы, применение, SSD против HDD 
  Мультиплексор (Mux) - Типы, каскадирование, методы мультиплексирования, применение  

bjt - Базовая работа транзистора с биполярным переходом

Вот как я это вижу, надеюсь, это добавит что-нибудь полезное в обсуждение:

ПОЛУПРОВОДНИКИ, ДИОДЫ И ТРАНЗИСТОРЫ

ЭЛЕКТРОНЫ И ОТВЕРСТИЯ

Давайте представим себе ряд монет, лежащих в линию и соприкасающихся друг с другом на столе.Переместите правый конец пенни на один пенни вправо, оставив зазор. Затем продолжайте перемещать пенни слева от щели в пространство. По мере того, как вы продолжаете, все пенни перемещаются вправо, а зазор перемещается через стол влево. Теперь представьте монетки как электроны, и вы увидите, как электроны, движущиеся в одном направлении по полупроводнику, заставляют дырки двигаться в противоположном направлении.

Чтобы продолжить аналогию, мы могли бы использовать маленькие груды монет, поэтому многие должны сдвинуться вправо, прежде чем дыра переместится влево.Или у нас может быть несколько пенсов и много места, чтобы дыры легко перемещались, когда мелкие монеты перемещаются через широкие зазоры. Эти два случая моделируют две формы легированного кремния, много добавленных электронов, и у нас есть N-тип, много дырок (электроны удалены) и у нас есть P-тип. Типы достигаются путем смешивания (легирования) кремния с небольшими количествами других металлов.

Поскольку электроны должны бороться через атомы полупроводника, его удельное сопротивление относительно высокое.В ранних полупроводниках использовался германий, но, за исключением особых случаев, в настоящее время кремний является универсальным выбором.

Медный провод можно представить как имеющий большие груды электронов за пенни, все близко друг к другу, поэтому ток - это движение нескольких пенсов на верхушках стопок, а отверстия не образуются вообще. При таком большом количестве доступных для тока удельное сопротивление, как мы знаем, невелико.

ДИОДЫ

Самый распространенный полупроводниковый диод (есть и другие специализированные типы) имеет переход между N-типом и P-типом.Если на диод подается напряжение, положительное на конец N-типа и отрицательное на другой, все электроны притягиваются к положительному концу, оставляя дыры на отрицательном конце. В середине почти нет электронов, поэтому ток почти не может течь. Диод "обратный смещенный"

Когда напряжение прикладывается в другую сторону, отрицательное к концу N-типа и положительное к концу P-типа, электроны притягиваются к середине и могут пересекаться, чтобы нейтрализовать дырки в P-типе, и уходить в соединительный провод.На другом конце, отрицательном напряжении, электроны отталкиваются в середину диода, чтобы быть замененными теми, которые текут из провода, поэтому в целом ток может течь легко: диод смещен в прямом направлении.

Соединения с диодом называются «анодом», который является положительным концом, когда диод смещен в прямом направлении, и «катодом», который является отрицательным концом. Я помню их по аналогии с теми же терминами для клапанов, которым для протекания тока требуется высокое положительное напряжение (H.T. для «High Tension» - не трогайте пальцы) на аноде.Хорошей мнемоникой полярности диода с прямым смещением может быть PPNN: «Положительный, P-тип, N-тип, отрицательный».

Варакторный диод основан на том факте, что две отдельные области заряда, положительная и отрицательная, образуют грубый конденсатор. Таким образом, специально разработанные диоды созданы для использования этого при обратном смещении. Приложенное напряжение разъединяет заряды, образуя «обедненный слой» между контактами. Увеличение приложенного обратного напряжения делает этот слой толще, тем самым уменьшая емкость, и наоборот.Варакторные диоды обычно используются в настроенных схемах для изменения частоты, заменяя лопаточные конденсаторы, которые использовались во времена ламп.

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Биполярный транзистор - это транзистор, работа которого зависит как от электронов, так и от дырок. Он состоит из двух диодов, соединенных друг с другом на общем центральном слое. Один из внешних выводов - это коллектор C, а другой - эмиттер E. Центральное соединение - это база B, и она является частью диодов CB и BE.Итак, у нас есть трехслойный бутерброд. При нормальном использовании диод между C и B имеет обратное смещение, поэтому без присутствия BE-диода и его эффекта ток не будет течь, потому что все электроны притягиваются к одному концу секции CB, а отверстия - к другой конец, как у диода, по приложенному напряжению.

Диод BE имеет прямое смещение, поэтому ток может течь, и внешняя цепь настроена так, чтобы ограничить его до довольно небольшого значения, но все еще есть много дырок и электронов, протекающих через базу и эмиттер.

Теперь самое умное. Общее соединение диодов CB и BE на базе сделано очень тонким, поэтому поток электронов и дырок в части BE заменяет те, которые были удалены обратным напряжением коллектора, и теперь через этот диод CB в в обратном направлении, а затем через прямое смещенное соединение BE к эмиттеру и наружу во внешнюю цепь.

Я думаю, что очевидно, что вы не можете сделать транзистор, спаяв два диода друг к другу, действие требует тесного разделения тонкого слоя внутри кремния.

Ток коллектора зависит от протекающего тока базы, и транзистор спроектирован таким образом, что небольшой ток в диоде BE открывает путь для гораздо большего тока в переходе выключателя. Таким образом, мы имеем усиление тока. Падение напряжения на внешних резисторах может быть преобразовано в усиление напряжения.

Эти транзисторы называют «биполярными», потому что они фактически имеют два перехода.

Я тщательно избегал упоминания типа материала в диодах CB и BE, идеи одинаковы для обоих, и мы можем использовать NPN или PNP в качестве возможных слоев.Стрелка на эмиттере в символе, который показывает направление обычного коллекторного тока (противоположного потоку электронов), указывает в направлении отрицательной стороны приложенного напряжения CE, поэтому ток "вне P" или в N у эмиттера ».

ТРАНЗИСТОРЫ ПОЛЕВЫХ ЭФФЕКТОВ или полевые транзисторы

Существует множество различных конструкций полевых транзисторов, и это очень упрощенный взгляд на их основной принцип.

Это «униполярные» транзисторы, хотя этот термин используется нечасто, поскольку их работа зависит только от электронов и электрических полей, а не от дырок.

Здесь мы имеем единый блок легированного кремния, «канал», с комками противоположного типа по бокам или в виде окружающего кольца. Таким образом, у нас есть только один диодный переход, который называется затвором G, между кусками или кольцом и каналом. Канал действует как резистор, при этом ток течет через один конец, источник S, к другому, сток D. Соединение между затвором и каналом имеет обратное смещение, поэтому ток не течет, но создается электрическое поле, которое притягивает заряды, электроны или дырки к сторонам канала, оставляя меньше доступного для SD тока.Таким образом, у нас есть ток SD, контролируемый напряжением на затворе.

Обратите внимание, что это устройство, управляемое напряжением, практически не протекает ток в затвор и не выходит из него. Подумайте о законе Ома: сопротивление = вольт / ампер, и мы увидим, что очень низкий ток означает очень высокое сопротивление, поэтому говорят, что полевой транзистор имеет очень высокое входное сопротивление - его главное преимущество перед биполярным, где Напротив, для передачи тока через базу требуется небольшое напряжение, что дает ей низкий входной импеданс

Что такое транзистор, его функции и характеристики [видео]

Теплые советы: Слово в этой статье составляет около 3200 слов, а время чтения составляет около 15 минут.

Каталог

Введение

В этой статье в основном будет рассказано, что такое транзистор , а также его подробные характеристики и функции. Транзистор - это своего рода твердотельное полупроводниковое устройство, которое выполняет множество функций, таких как обнаружение, выпрямление, усиление, переключение, стабилизация напряжения, модуляция сигнала и так далее. В качестве переключателя переменного тока транзистор может управлять выходным током в зависимости от входного напряжения.

В отличие от обычных механических переключателей (таких как реле и переключатели), транзисторы используют телекоммуникационные сигналы для управления своим включением и выключением, а скорость переключения может быть очень высокой, которая может достигать более 100 ГГц в лаборатории. В 2016 году команда из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли преодолела физический предел и сократила самый сложный из доступных транзисторных процессов с 14 нм до 1 нм, сделав прорыв в вычислительных технологиях.

Что такое транзистор? Определение, функции и использование

Ядро статьи

Введение в транзисторы

Назначение

Знакомство с транзистором, его функциями и характеристиками

Английское название

Транзистор

Категория

Дискретный полупроводник Продукция

Функция

Используется как детектор, выпрямитель, усилитель, переключатель, стабилизатор напряжения, модуляция сигнала

Характеристика

Высокий отклик и высокая точность

I Что такое транзистор?

Транзисторы - это полупроводниковые устройства, которые обычно используются в усилителях или электрически управляемых переключателях.Транзисторы являются основным строительным блоком, регулирующим работу компьютеров, мобильных телефонов и всех других современных электронных схем.

Благодаря своему высокому отклику и высокой точности транзисторы могут использоваться для широкого спектра цифровых и аналоговых функций, включая усилители, переключатели, стабилизаторы напряжения, модуляцию сигнала и генераторы. Транзисторы могут быть упакованы независимо или на очень небольшой площади, вмещая часть 100 миллионов или более транзисторных интегральных схем.

(транзисторная технология Intel 3D)

Строго говоря, под транзисторами понимаются все отдельные элементы на основе полупроводниковых материалов, включая диоды, транзисторы, полевые транзисторы, тиристоры и т. Д., Изготовленные из различных полупроводниковых материалов. Транзисторы в основном относятся к кристаллическим триодам.

Транзисторы

делятся на две основные категории: биполярные транзисторы (BJT ) и полевые транзисторы (FET) .

Структура транзистора

Транзистор имеет три полюса: три полюса биполярного транзистора состоят из N-типа и P-типа соответственно: эмиттер, база и коллектор ; Три полюса полевого транзистора : исток , затвор, сток .

Из-за трех полярностей транзистора их также можно использовать тремя способами: заземленный эмиттер (также называемый общим усилителем излучения / конфигурацией CE), заземленная база (также называемая конфигурацией усилителя общей базы / CB) и заземленный коллектор (также называется общим набором усилителя / конфигурации CC / эмиттерного соединителя).


II Разработка транзисторов

В декабре 1947 года группа компаний Belle Labs, Shockley, Barding и Bratton разработала германиевый транзистор с точечным контактом, появление которого было главным изобретением 20 века и предшественником Революция в микроэлектронике. С появлением транзисторов люди смогли использовать небольшое электронное устройство с низким энергопотреблением вместо трубки с большим объемом и большим потреблением энергии. Изобретение транзистора послужило толчком к рождению интегральной схемы.

В начале 1910-х годов в системах связи начали использовать полупроводники. В начале 1910-х годов в системах связи начали использовать полупроводники. В первой половине 20 века рудные радиоприемники были широко популярны среди радиолюбителей. Они используются для обнаружения с помощью таких полупроводников. Электрические свойства полупроводников также применяются в телефонных системах.

В феврале 1939 года лаборатория Белла делает великое открытие - кремниевый PN переход.В 1942 году студент по имени Сеймур Бензер из исследовательской группы Университета Пердью под руководством Ларка Горовица обнаружил, что монокристаллы германия обладают превосходными выпрямляющими свойствами, которых нет у других полупроводников. Эти два открытия соответствовали требованиям правительства США и заложили основу для последующего изобретения транзисторов.

  • 2.2 Точечно-контактные транзисторы

В 1945 году точечный транзистор, изобретенный Шокли и другими учеными, стал предвестником революции в области микроэлектроники человека.По этой причине Шокли подал заявку на патент на первый транзистор для Bell. Наконец, он получил разрешение на первый патент на транзистор.

  • 2.3 Биполярные и униполярные транзисторы

В 1952 году Шокли предложил концепцию униполярного переходного транзистора на основе биполярного транзистора в 1952 году, который сегодня называется переходным транзистором. Его структура аналогична структуре биполярного транзистора PNP или NPN , но на границе раздела с PN-материалом имеется обедненный слой, образующий выпрямительный контакт между затвором и проводящим каналом исток-сток.В то же время полупроводник на обоих концах используется в качестве затвора. Ток между истоком и стоком регулируется затвором.

Подробное описание того, как работает биполярный переходной транзистор NPN и что он делает

Fairy Semiconductor, производящая транзисторы, выросла из компании, состоящей из нескольких человек, в большую компанию с 12 000 сотрудников.

После изобретения кремниевых транзисторов в 1954 году большие перспективы применения транзисторов становились все более очевидными.Следующая цель ученых - еще более эффективно соединять транзисторы, провода и другие устройства.

  • 2,6 Полевой транзистор (FET) и МОП-транзистор

В 1962 году Стэнли, Хейман и Хофштейн, работавшие в исследовательской группе интеграции устройств RCA, обнаружили, что транзисторы, МОП-транзисторы, могут быть сконструированы путем диффузии и термического окисления проводящих полос, каналов с высоким сопротивлением и оксидных изоляторов на подложках Si.

В начале основания Intel компания все еще фокусировалась на планках памяти.Хофф объединил все функции центрального процессора на одном кристалле, а также память. И это первый в мире микропроцессор ---- 4004 (1971 г.). Рождение 4004 года знаменует начало целой эпохи. С тех пор Intel стала неконтролируемой и доминирующей в области исследований микропроцессоров.

В 1989 году Intel представила 80486 процессоров. В 1993 году Intel разработала новое поколение процессоров. А в 1995 году Intel выпустила Pentium_Pro. Процессор Pentium II выпущен в 1997 году. В 1999 году выпущен процессор Pentium III, а процессор Pentium 4 выпущен в 2000 году.

III Классификация транзистора
  • 3.1 Как классифицировать транзистор

> Материал, используемый в транзисторе

В зависимости от полупроводниковых материалов, используемых в транзисторе, его можно разделить на кремниевый транзистор и германиевый транзистор. В зависимости от полярности транзистора его можно разделить на германиевый NPN-транзистор , германиевый PNP-транзистор , кремниевый NPN-транзистор и кремниевый PNP-транзистор.

> Технологии

По своей структуре и процессу изготовления транзисторы можно разделить на диффузионные транзисторы, транзисторы из сплава и планарные транзисторы.

> Текущая мощность

По текущей емкости транзисторы можно разделить на транзисторы малой мощности, транзисторы средней мощности и транзисторы большой мощности.

> Рабочая частота

По рабочей частоте транзисторы можно разделить на низкочастотные транзисторы, высокочастотные транзисторы и сверхвысокочастотные транзисторы.

> Структура пакета

В соответствии со структурой упаковки транзисторы можно разделить на транзисторы с металлической упаковкой, транзисторы с пластиковой упаковкой, транзисторы со стеклянной оболочкой, транзисторы с поверхностной упаковкой и транзисторы с керамической упаковкой и т. Д.

> Функции и использование

В зависимости от функций и использования транзисторы можно разделить на малошумящие транзисторы усилителя, транзисторы усилителя средней и высокой частоты, переключающие транзисторы, транзисторы Дарлингтона, транзисторы с высоким обратным напряжением, транзисторы с ограничением полосы пропускания, демпфирующие транзисторы, микроволновые транзисторы, оптические транзисторы и магнитный транзистор и многие другие типы.

  • 3.2 Типы транзисторов и их характеристики

> Гигантский транзистор (GTR)

GTR - это высоковольтный сильноточный биполярный транзистор (BJT), поэтому его иногда называют мощным BJT.

Особенности: Высокое напряжение, высокий ток, хорошие характеристики переключения, высокая мощность привода, но схема управления сложна; Принцип работы ОТО и обычных биполярных транзисторов одинаков.

> Фототранзистор

Фототранзисторы - это оптоэлектронные устройства, состоящие из биполярных транзисторов или полевых транзисторов. Свет поглощается в активной области таких устройств, производя фотогенерируемые носители, которые проходят через внутренний механизм электрического усиления и генерируют усиление фототока. Фототранзисторы работают на трех концах, поэтому легко реализовать электронное управление или электрическую синхронизацию.

Материалами, используемыми в фототранзисторах, обычно являются GaAs, которые в основном делятся на биполярные фототранзисторы, полевые фототранзисторы и связанные с ними устройства.Биполярные фототранзисторы обычно имеют высокое усиление, но не слишком быстрое. Для GaAs-GaAlAs коэффициент увеличения может быть больше 1000, время отклика больше наносекунды, что часто используется в качестве фотодетектора и оптического усиления.

Фототранзисторы с полевым эффектом (FET) реагируют быстро (около 50 пикосекунд), но недостатком является то, что светочувствительная область и коэффициент усиления малы, что часто используется в качестве сверхвысокоскоростного фотодетектора. Есть много других связанных планарных оптоэлектронных устройств, отличительными чертами которых являются высокая скорость отклика (время отклика составляет десятки пикосекунд) и которые подходят для интеграции.Ожидается, что такие устройства будут применяться в оптоэлектронной интеграции.

> Биполярный транзистор

Биполярный транзистор - это разновидность транзистора, обычно используемого в аудиосхемах. Биполярность возникает в результате протекания тока в двух типах полупроводниковых материалов. Биполярные транзисторы можно разделить на тип NPN или тип PNP в зависимости от полярности рабочего напряжения.

> Биполярный переходной транзистор (BJT)

«Биполярный» означает, что электроны и дырки движутся одновременно с работой.Биполярный переходной транзистор, также известный как полупроводниковый триод, представляет собой устройство, которое объединяет два PN перехода посредством определенного процесса. Есть две комбинированные структуры PNP и NPN. Внешнее выявление трех полюсов: коллектора, эмиттера и базы. BJT имеет функцию усиления, которая в зависимости от его эмиттерного тока может передаваться через область базы в область коллектора.

Чтобы обеспечить этот процесс транспортировки, с одной стороны, должны быть выполнены внутренние условия.Это означает, что концентрация примеси в области излучения должна быть намного больше, чем концентрация примеси в базовой области, а толщина базовой области должна быть очень малой. С другой стороны, должны выполняться внешние условия. Это означает, что эмиссионный переход должен иметь положительное смещение (плюс положительное напряжение), а коллекторный переход должен иметь обратное смещение. Есть много видов BJT, в зависимости от частоты, есть высокочастотные и низкочастотные лампы; по мощности бывают лампы малой, средней и большой мощности; по материалу полупроводника бывают кремниевые и германиевые трубки и т. д.Схема усилителя состоит из общего эмиттера, общей базы и общего коллектора.

БЮТ

> Полевой транзистор (FET)

Значение «полевого эффекта» заключается в том, что принцип работы транзистора основан на эффекте электрического поля полупроводника.

Полевые транзисторы - это транзисторы, работающие по принципу полевых эффектов. Существует два основных типа полевых транзисторов: Junction FET (JFET) и металл-оксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOS-FET).В отличие от BJT, полевой транзистор состоит только из одной несущей, поэтому его также называют униполярным транзистором. Он относится к полупроводниковым устройствам с регулируемым напряжением, которые обладают такими преимуществами, как высокое входное сопротивление, низкий уровень шума, низкое энергопотребление, широкий динамический диапазон, простая интеграция, отсутствие вторичного пробоя, широкая безопасная рабочая зона и т. Д.

Эффект поля заключается в изменении направления или величины электрического поля, перпендикулярного поверхности полупроводника, для управления плотностью или типом большинства носителей в полупроводниковом проводящем слое (канале).Ток в канале модулируется напряжением, а рабочий ток переносится большинством носителей в полупроводнике. По сравнению с биполярными транзисторами, полевые транзисторы характеризуются высоким входным сопротивлением, низким уровнем шума, высокой предельной частотой, низким энергопотреблением, простым производственным процессом и хорошими температурными характеристиками, которые широко используются в различных усилителях, цифровых схемах, микроволновых схемах и т. Д. Металлические полевые МОП-транзисторы. Полевые транзисторы на основе кремния и барьера Шоттки (MESFET) на основе GaAs являются двумя наиболее важными полевыми транзисторами.Они являются основными устройствами крупномасштабной интегральной схемы MOS и сверхбыстрой интегральной схемы MES соответственно.

полевой транзистор

> Одноэлектронный транзистор

Одноэлектронный транзистор - это транзистор, который может записывать сигнал с одним или небольшим количеством электронов. С развитием технологии травления полупроводников интеграция крупномасштабных интегральных схем становится все выше и выше. Возьмем, к примеру, динамическую память с произвольным доступом (DRAM), ее интеграция растет почти в четыре раза каждые два года, и ожидается, что одноэлектронный транзистор станет конечной целью.

В настоящее время средняя память содержит 200 000 электронов, в то время как одноэлектронный транзистор содержит только один или несколько электронов, поэтому это значительно снизит энергопотребление и улучшит интеграцию интегральных схем. В 1989 г. Ф. Скотт-Томас и другие исследователи открыли феномен кулоновской блокировки. Когда приложено напряжение, через квантовую точку не будет проходить ток, если изменение количества электрического заряда в квантовой точке меньше одного электрона.

Таким образом, отношение тока к напряжению - это не нормальная линейная зависимость, а ступенчатая. В этом эксперименте впервые в истории управление движением электрона осуществляется вручную, что обеспечивает экспериментальную основу для изготовления одноэлектронного транзистора.

> Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

Биполярный транзистор

с изолированным затвором сочетает в себе преимущества гигантских транзисторов GTR и силовых полевых МОП-транзисторов.Обладает хорошими свойствами и широким спектром применения. IGBT также является трехполюсным устройством: затвор, коллектор и эмиттер.

IV Основные параметры транзисторов

Основные параметры транзистора включают коэффициент усиления тока, мощность рассеяния, характеристическую частоту, максимальный ток коллектора, максимальное обратное напряжение, обратный ток и так далее.

  • 4.1 Коэффициент усиления постоянного тока

Коэффициент усиления постоянного тока, также называемый коэффициентом усиления статического тока или коэффициентом усиления постоянного тока, относится к отношению IC тока коллектора транзистора к базовому току IB, которое обычно выражается через hFE или β, когда вход статического сигнала не изменяется. .

  • 4,2 Коэффициент усиления переменного тока

Коэффициент усиления переменного тока, также называемый коэффициентом усиления переменного тока и коэффициентом усиления динамического тока, относится к отношению IC к IB в состоянии переменного тока, которое обычно выражается через hFE или β. HFE и β тесно связаны, но также различны. Эти два параметра близки на низкой частоте и имеют некоторые различия на высокой частоте.

Мощность рассеивания, также известная как максимально допустимая мощность рассеивания коллектора ---- PCM, относится к максимальной мощности рассеивания коллектора, когда параметр транзистора не превышает заданное допустимое значение.

Рассеиваемая мощность тесно связана с максимально допустимым переходным и коллекторным током транзистора. Фактическая потребляемая мощность транзистора не должна превышать значение PCM при его использовании, в противном случае транзистор будет поврежден из-за перегрузки.

Транзистор, мощность рассеяния PCM которого меньше 1 Вт, обычно называют транзистором малой мощности, который равен или превышает 1 Вт. Транзистор мощностью менее 5 Вт называется транзистором средней мощности, а транзистор, чей ИКМ равен или превышает 5 Вт, называется транзистором высокой мощности.

  • 4.4 Характеристическая частота (fT)

Когда рабочая частота транзистора превышает граничную частоту fβ или fα, коэффициент усиления тока β будет уменьшаться с увеличением частоты. Характерная частота - это частота транзистора, при которой значение β уменьшается до 1.

Транзисторы, характеристическая частота которых меньше или равна 3 МГц, обычно называют низкочастотными транзисторами.Транзисторы с fT больше или равным 30 МГц называются высокочастотными транзисторами. Транзисторы с fT более 3 МГц и транзисторы менее 30 МГц называются транзисторами промежуточной частоты.

  • 4,5 Максимальная частота (фМ)

Максимальная частота колебаний - это частота, при которой коэффициент усиления по мощности транзистора уменьшается до 1.

В общем, максимальная частота колебаний высокочастотных транзисторов ниже, чем общая базовая частота среза fα, в то время как характеристическая частота fT выше, чем общая базовая частота среза fα, и ниже, чем частота среза общего коллектора fβ.

  • 4,6 Максимальный ток коллектора (ICM)

Максимальный ток коллектора (ICM) - это максимальный ток, допустимый через коллектор транзистора. Когда ток коллектора IC транзистора превышает ICM, значение β транзистора, очевидно, изменится, что повлияет на его нормальную работу и даже вызовет повреждение.

  • 4,7 Максимальное обратное напряжение

Максимальное обратное напряжение - это максимальное рабочее напряжение, которое транзистор может прикладывать во время работы.Оно включает в себя обратное напряжение пробоя коллектор-эмиттер, обратное напряжение пробоя коллектор-база и обратное напряжение пробоя эмиттер-база.

> Напряжение обратного пробоя коллектор-коллектор

Это напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между коллектором и эмиттером, когда цепь базы транзистора разомкнута, обычно выражается в VCEO или BVCEO.

> Обратное напряжение пробоя база - база

Напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между коллектором и базой при срабатывании транзистора, которое выражается в VCBO или BVCBO.

> Напряжение обратного пробоя эмиттер-эмиттер

Это напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между эмиттером и базой, когда коллектор транзистора открыт, которое выражается в VEBO или BVEBO.

> Коллектор - база обратного тока (ICBO)

ICBO, также называемый током обратной утечки коллектора, относится к обратному току между коллектором и базовым электродом, когда эмиттер транзистора открыт.Обратный ток чувствителен к температуре. Чем меньше значение, тем лучше температурная характеристика транзистора.

> Ток обратного пробоя коллектор - эмиттер (ICEO)

Обратный ток пробоя ICEO между коллектором и эмиттером

ICEO - обратный ток утечки между коллектором и эмиттером при открытой базе транзистора. Чем меньше ток, тем лучше характеристики транзистора.

Часто задаваемые вопросы о транзисторе, его функциях и характеристиках

1. Что такое транзистор и как он работает?
Транзистор - это миниатюрный электронный компонент, который может выполнять две разные задачи. Он может работать либо как усилитель, либо как переключатель: ... Крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может вызвать гораздо больший ток через другую его часть. Другими словами, малый ток включает больший.

2. Каковы основные функции транзистора?
Транзистор - это полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии. Транзисторы - один из основных строительных блоков современной электроники. Он состоит из полупроводникового материала, как правило, с тремя выводами для подключения к внешней цепи.

3. Каков принцип работы транзистора?
Транзистор состоит из двух PN-диодов, соединенных спина к спине.Он имеет три вывода: эмиттер, базу и коллектор. Основная идея транзистора заключается в том, что он позволяет вам управлять потоком тока через один канал, изменяя интенсивность гораздо меньшего тока, протекающего через второй канал.

4. Какие два основных типа транзисторов?
Транзисторы в основном делятся на два типа; это биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET). BJT снова подразделяются на транзисторы NPN и PNP.

5. Сколько существует типов транзисторов?
два типа
Есть два типа транзисторов, которые имеют небольшие различия в том, как они используются в схеме. Биполярный транзистор имеет клеммы, обозначенные как база, коллектор и эмиттер.

6. Что такое транзисторы PNP и NPN?
В транзисторе NPN положительное напряжение подается на вывод коллектора для создания тока, протекающего от коллектора к эмиттеру.В транзисторе PNP на вывод эмиттера подается положительное напряжение для создания тока, протекающего от эмиттера к коллектору.

7. Как измеряются характеристики транзисторов?
Выходная характеристика транзистора определяется путем исследования изменения напряжения между выводами коллектор-эмиттер, принадлежащих току коллектора, для разных токов базы. Эксперимент запускается нажатием кнопки «Выходная характеристика» на мобильном устройстве.

8. Что такое транзистор в процессоре?
Транзистор - это основной электрический компонент, который изменяет поток электрического тока. Транзисторы - это строительные блоки интегральных схем, таких как компьютерные процессоры или ЦП. Транзисторы в компьютерных процессорах часто включают или выключают сигналы.

9. Для чего нужен NPN-транзистор?
Определение: Транзистор, в котором один материал p-типа помещен между двумя материалами n-типа, известен как NPN-транзистор.Транзистор NPN усиливает слабый сигнал, поступающий на базу, и производит сильные сигналы усиления на конце коллектора.

10. Для чего используются транзисторы в мобильном телефоне?
Они хранят электрический заряд. Они хранят данные. Они усиливают входящий сигнал телефона.


Предложение книги

Этот весьма успешный учебник, тщательно отредактированный и обновленный, знакомит студентов с анализом и проектированием транзисторных схем.Он охватывает широкий спектр схем, как линейных, так и переключающих. Методы транзисторных схем: дискретные и интегральные дает студентам обзор основных качественных операций схемы с последующим изучением процедуры анализа и проектирования. Он включает в себя решенные задачи и примеры дизайна, чтобы проиллюстрировать концепции. Это третье издание включает две дополнительные главы об усилителях мощности и источниках питания, которые развивают многие методы проектирования схем, представленные в предыдущих главах.Эта книга, входящая в серию «Руководства по электронной инженерии», предназначена для студентов первого и второго курсов бакалавриата. Сам по себе полный текст, он предлагает дополнительное преимущество в виде перекрестных ссылок на другие заголовки в серии. Это идеальный учебник как для студентов, так и для преподавателей.

- Гордон Дж. Ричи

Создавайте сложные транзисторные радиоприемники, которые недороги, но очень эффективны. Создайте свои собственные транзисторные радиоприемники: «Руководство по высокопроизводительным и маломощным радиосхемам» для любителей предлагает полные проекты с подробными схемами и идеями о том, как были спроектированы радиоприемники.Узнайте, как выбирать компоненты, создавать различные типы радиомодулей и устранять неполадки в своей работе. Если копнуть глубже, этот практический ресурс покажет вам, как разрабатывать инновационные устройства, экспериментируя с существующими конструкциями и радикально улучшая их.

- Рональд Куан


Актуальная информация по теме «Что такое транзистор, а также его функции и характеристики»

О статье «Что такое транзистор, его функция и характеристики», Если у вас есть лучшие идеи, не стесняйтесь писать свои мысли в следующей области комментариев.Вы также можете найти больше статей об электронных полупроводниках через поисковую систему Google или обратиться к следующим связанным статьям.

Альтернативные модели

Деталь Сравнить Производителей Категория Описание
Производитель.Номер детали: 5962-9176404M3A Сравнить: DAC8413BTC / 883C VS 5962-9176404M3A Изготовители: ADI Категория: Цифро-аналоговый Описание: ЦАП 4CH R-2R 12Bit 28Pin LCC
Производитель.Номер детали: 5962-9176403MXA Сравнить: DAC8413BTC / 883C VS 5962-9176403MXA Изготовители: ADI Категория: Цифро-аналоговый Описание: DAC 4CH R-2R 12Bit 28Pin CDIP Tube
Производитель.Номер детали: DAC8413AT / 883C Сравнить: DAC8413BTC / 883C VS DAC8413AT / 883C Изготовители: ADI Категория: Цифро-аналоговый Описание: DAC 4CH R-2R 12Bit 28Pin CDIP Tube
Производитель.Номер детали: DAC8413BTC / 883C Сравнить: Текущая часть Изготовители: ADI Категория: Цифро-аналоговый Описание: ЦАП 4CH R-2R 12Bit 28Pin LCC

Усилитель класса A смещения

  • Изучив этот раздел, вы сможете описать:
  • Причины смещения постоянного тока в усилителях.
  • Преимущества и недостатки Смещение класса А.
  • Простой общий эмиттер с фиксированным смещением постоянного тока.
  • • Использование входных характеристик.
  • • Условия покоя.
  • • Предотвращение искажений с помощью правильного смещения.
  • • Выходные характеристики.
  • • Грузовая марка.
  • • Основные расчеты фиксированного смещения.
  • Стабилизация смещения.
  • • Смещение коллектора.
  • • Базовые сети смещения.
  • • Стабилизация излучателя.
  • • Использование эмиттерных байпасных конденсаторов.
  • Смещение полевого транзистора.

Общее соединение усилителя

Транзисторы в усилителях обычно используют один из трех основных режимов подключения. Транзистор имеет три соединения (коллектор, база и эмиттер), в то время как для входа и выхода схемы усилителя требуется по два соединения, всего четыре, поэтому одно из трех соединений транзистора должно быть общим для входа и выхода.Выбор коллектора, базы или эмиттера как общего для входа и выхода оказывает заметное влияние на работу транзисторного усилителя. В этом разделе описывается смещение транзистора в режиме общего эмиттера, наиболее часто используемом из трех режимов подключения усилителей напряжения.

Смещение класса A

Усилители

класса A смещены напряжением постоянного тока, приложенным к переходу база-эмиттер транзистора, так что их рабочая точка покоя (или отсутствия сигнала) находится на линейной части характеристик транзистора.Кроме того, форма сигнала, подаваемого на базу, не должна приводить транзистор к насыщению или отключению. Если бы это произошло, это привело бы к сглаживанию пиков формы волны, вызывая искажение. При смещении класса A напряжение коллектора поддерживается примерно на уровне половины напряжения питания, однако это означает, что транзистор постоянно пропускает ток коллектора, даже когда сигнал не подается, поэтому мощность тратится впустую, и хотя класс A обеспечивает очень низкий искажения, он также относительно неэффективен в использовании мощности.

Теоретический максимальный КПД усилителя класса A составляет 50%, но на практике этот показатель будет ближе к 25%. Основное применение смещения класса A - это маломощные усилители звукового и радиочастотного напряжения, где потери мощности менее значительны, чем основное преимущество усилителя - низкий уровень искажений. Однако класс A может также использоваться для усилителей мощности с низким уровнем искажений в аудиосистемах Hi-Fi с питанием от сети (от сети), где эффективность менее важна.

Фиксированное смещение общего эмиттера

Рис.1.2.1 Простое смещение общего эмиттера.

Усилители необходимы в большинстве единиц электронного оборудования не только для воспроизведения звука и изображения, но также в системах управления и связи. Конструкция усилителей направлена ​​на создание схемы, которая имеет прогнозируемый коэффициент усиления в определенной полосе частот с минимальными искажениями. Усилитель также должен быть устойчивым и не подверженным колебаниям. Биполярные транзисторы PNP или NPN или полевые транзисторы могут использоваться в самых разных конструкциях в зависимости от их предполагаемого назначения.

Рассмотрим простой биполярный усилитель с общим эмиттером NPN, показанный на рис. 1.2.1, состоящий из транзистора и двух резисторов. Для правильной работы усилитель должен выдавать на своем выходе усиленную версию сигнала на входе без искажений. Для этого сначала должны быть правильными его условия покоя или отсутствия сигнала (DC). Его выход может быть неискаженным, только если его вход неискажен.

Использование входных характеристик.

Рис. 1.2.2 Входные характеристики.

На рис. 1.2.2 показана типичная кривая входных характеристик для транзистора усилителя небольшого сигнала, где изменения базового напряжения V b нанесены на график в зависимости от результирующих изменений базового тока I b .

Если изменения в сигнальном напряжении переменного тока (изменения в V b ), приложенные к базе, должны произвести пропорциональные изменения переменного тока базы I b , тогда необходимо использовать некоторое значение постоянного тока V B , чтобы положительное и отрицательные отклонения напряжения сигнала возникают только на линейной части входной кривой (форма сигнала b на рис.1.2.2). Это постоянное напряжение (0,7 В на рис. 1.2.2), приложенное к базе, называется напряжением смещения базы. Из рисунка 1.2.2 видно, что при недостаточном напряжении смещения только положительные выводы формы волны входного напряжения будут производить базовый ток, и, следовательно, в форме волны базового тока a будут возникать серьезные искажения.

Также можно увидеть, что для этого транзистора постоянное напряжение смещения базы (R B ) 0,7 В создает ток покоя (постоянный ток) в 40 мкА. Эти значения устанавливаются правильным выбором значения сопротивления для R B (рис.1.2.1).

Установка выходных условий покоя

Необходимо также учитывать условия покоя на выходе , так как базовый ток покоя I b будет производить ток покоя коллектора I c , который будет зависеть от значения I b и коэффициента усиления по току h fe транзистора. Кроме того, поскольку I c протекает через нагрузочный резистор (R L ), он создает разность потенциалов на R L , которая при вычитании из напряжения питания (V cc ) дает значение коллектора транзистора / напряжение эмиттера ( В, В).

Рис. 1.2.3 Неправильные условия смещения.

На рис. 1.2.3 показаны два экстремальных условия для значений I c и V ce . В первом случае (рис. 1.2.3a) можно увидеть, что если ток коллектора I C равен нулю, из-за того, что базовое напряжение достаточно низкое, чтобы отключить базовый ток, на R L возникает напряжение. будет равно нулю, и все V cc будет развиваться через транзистор, поэтому V ce повысится до напряжения питания V cc .

Если сигнал подается в этих условиях (рис. 1.2.3a), положительные полупериоды выходного сигнала (который находится в противофазе с формой волны напряжения на базе) не могут заставить V ce подняться больше, чем V cc , поэтому положительные полупериоды напряжения коллектора не будут воспроизводиться, вызывая серьезные искажения.

В качестве альтернативы, если I c очень высокое (рис. 1.2.3b) из-за чрезмерного смещения базы, транзистор будет в состоянии насыщения, и V ce упадет почти до нуля.Поскольку напряжение коллектора не может упасть ниже 0 В, отрицательные полупериоды выходного сигнала будут потеряны. Отсюда следует, что для воспроизведения полной формы волны на коллекторе идеальное значение покоя для V ce будет примерно посередине между V cc и нулевым вольт. Это позволит воспроизводить максимальные амплитуды как положительных, так и отрицательных полупериодов выходной волны без искажений.

Использование выходных характеристик

Рис.1.2.4 Выходные характеристики и нагрузка.

В выходных характеристиках, показанных на рис. 1.2.4, изменения I c показаны в зависимости от изменений V ce для различных постоянных базовых токов I b .

«Линия нагрузки» проведена на рис. 1.2.4 между двумя крайними точками, описанными на рис. 1.2.3.

Точка P - это где V CE = V cc (что в данном случае равно 10 В) и I c = ноль, и поскольку токосъемник не течет, транзистор называется «отключенным».

Точка R - это максимальное значение I c (где I c = V cc ÷ R L ), а V ce равно нулю (поскольку практически весь V cc развивается через R л ). Это называется «насыщением», поскольку дальнейшего увеличения тока коллектора не произойдет.

Если линия нагрузки проведена от P к R, можно увидеть, что значение V ce может быть выбрано на полпути вдоль линии нагрузки в точке Q, которая в этом случае совпадает с кривой для I B .

Вертикальная линия, проецируемая вниз от Q, затем пересекает ось V CE на полпути между V cc и нулем, а горизонтальная линия, проецируемая из Q, пересекает ось I C , давая значение покоя 8 мА.

Из указанных значений V Cce и IC теперь можно рассчитать значение для R L , используя:

R L = (V cc - V ce ) ÷ I c

Итак, используя линию нагрузки в точке Q (или любой другой точке с другими парами значений):

R L = (10-5) ÷ 8 x10 −3 = 625 Ом

Смещение усилителя таким образом, чтобы рабочая точка находилась в центре линейной части характеристических кривых транзистора, называется «смещением класса А».

Пример:

Разработайте условия фиксированного смещения постоянного тока для простого усилителя с общим эмиттером класса A, показанного на рис. 1.2.1, при условии напряжения питания ( куб.см ) 10 В с использованием транзистора с общим коэффициентом усиления по току эмиттера (h fe ) из 200.

Исходя из входных характеристик (рис. 1.2.3) I b должен быть 40 мкА, что означает, что значение V составляет 0,7 В.

Следовательно:

R b = (V cc - V be ) ÷ I b

= (10-0.7) ÷ 40 мкА = 232,5 кОм

Потому что в практической схеме будет выбрано ближайшее предпочтительное значение для базового резистора R b , чтобы R b = 220 кОм.

Поскольку выбран базовый ток 40 мкА, а транзистор h fe равен 200:

I C = I b x h fe = 40 мкА x 200 = 8 мА

Если ток коллектора (I c ) 8 мА достаточен для падения V ce до 5 В (половина от V cc ), то 16 мА приведет к падению напряжения V ce практически до нуля и насыщению транзистора.Следовательно, 16 мА будет точкой R на линии нагрузки.

Поскольку напряжение покоя коллектора должно составлять 5 В (половина от куб. См В), а напряжение на R L также составляет 5 В, можно рассчитать значение R L для получения правильных условий в точке Вопрос:

R L = V RL ÷ I c = 5 В ÷ 8 мА = 625 Ом

или приблизительно 680 Ом (следующее более высокое предпочтительное значение резистора).

Проблемы с конструкцией с фиксированным смещением.

Хотя конструкция, описанная на рис. 1.2.1, проста и требует минимума компонентов, существуют некоторые проблемы, которые необходимо преодолеть для практического использования.

Если по какой-либо причине изменится напряжение питания или температура транзистора, изменится и напряжение смещения. Если напряжение смещения увеличивается, то будет протекать больший базовый ток, что приведет к увеличению тока коллектора. Это, в свою очередь, вызовет повышение температуры перехода внутри транзистора и, следовательно, дальнейшее увеличение тока.Тогда транзистор будет пропускать еще больший ток, вызывая дальнейшее повышение температуры и так далее.

Конечный результат этого процесса, называемого «тепловым разгоном», заключается в том, что транзистор будет становиться все горячее и горячее, пока не будет разрушен. Несмотря на то, что для современных силовых транзисторов тепловой разгон представляет собой гораздо меньшую проблему, для малых типов сигналов он все же представляет собой возможную опасность, которую следует избегать, встраивая в конструкцию усилителя некоторую форму стабилизации смещения.

Стабилизация постоянного тока

Рис.1.2.5 Смещение коллектора.

Рис. 1.2.6 Стабилизация излучателя

На рис. 1.2.5 показан простой метод улучшения температурной стабилизации усилителя с обычным эмиттером. Вместо подачи тока смещения от V cc он подается с конца коллектора R L .

При таком расположении любое увеличение тока коллектора вызовет увеличение разности потенциалов на R L , и, поскольку верхняя часть R L поддерживается стабильным за счет V cc , напряжение коллектора V cc при низ R L должен упасть.Это, в свою очередь, приведет к падению V на и, таким образом, уменьшит ток коллектора. Условия смещения в значительной степени регулируются автоматически и, как говорят, стабилизируются с помощью обратной связи по постоянному току.

Стабилизированное смещение эмиттера

Альтернативная и гораздо более распространенная схема смещения, используемая в большинстве коммерческих схем, использует делитель потенциала, состоящий из двух резисторов (R 1 и R 2 на рис. 1.2.6), чтобы обеспечить постоянное значение V , равное . и эмиттерный резистор R e для обеспечения стабилизации с помощью обратной связи по постоянному току.

Если ток коллектора в этой цепи увеличивается, то увеличивается и ток эмиттера, что вызывает повышение напряжения эмиттера V e . Это повышение по сравнению с установившимся напряжением базы вызывает уменьшение напряжения V база-эмиттер до и последующее падение тока коллектора. Обратная связь по постоянному току с использованием стабилизирующего резистора эмиттера поддерживает стабильные условия схемы, когда другие условия (например, температура или температура транзистора h fe ) могут измениться.

Однако резистор эмиттера также вызовет нежелательную обратную связь по переменному току, потому что в условиях сигнала форма сигнала переменного тока, появляющаяся на эмиттере, будет синфазна с формой сигнала базы, а две формы сигнала, изменяющиеся вместе, будут иметь тенденцию уменьшать вариации напряжения база-эмиттер, вызывая существенное снижение прироста.Чтобы избежать этой проблемы, обычно стабилизирующий резистор эмиттера R и шунтируется (обычно) конденсатором большой емкости, подключенным к R E , который формирует путь с очень низким импедансом для любого присутствующего сигнала переменного тока, предотвращая любой переменный ток. появляется на эмиттере, но без изменения каких-либо условий постоянного тока.

Смещение полевого транзистора

Рис. 1.2.7 Смещение полевого транзистора.

Смещение полевых транзисторов проще, чем в биполярных схемах, поскольку ток затвора (входной) не течет.На рис. 1.2.7 показана типичная схема смещения полевого транзистора. (МОП-транзисторы также используют аналогичную схему смещения).

При использовании в режиме истощения затвор полевого транзистора должен быть более отрицательным, чем источник. Это достигается удержанием затвора при нулевом напряжении, в то время как ток стока / истока через резистор R 3 делает вывод истока положительным. Поскольку ток затвора в полевых транзисторах не протекает, напряжение на резисторе R 1 не может развиваться, а на затворе остается нулевое напряжение. Использование очень высокого значения для R 1 поддерживает очень высокий входной импеданс, который является полезным свойством усилителей на полевых транзисторах.

Сигнал переменного тока, приложенный к затвору, вызовет небольшие колебания напряжения затвора выше и ниже нуля, что вызовет изменения переменного тока в токе сток-исток, и, как в биполярном усилителе, они преобразуются в изменения напряжения с помощью R 2 . Истоковый резистор R 3 выполняет стабилизацию по постоянному току так же, как эмиттерный резистор в биполярном усилителе, и также обычно шунтируется, чтобы предотвратить отрицательную обратную связь по переменному току.

Верх страницы

Как работает биполярный транзистор?

Биполярный транзистор - трехконтактный (три электрода), управляемый током полупроводниковый электронный компонент, который имеет возможность усиливать сигналы постоянного и переменного тока, поэтому каждый транзистор относится к семейству усилителей .Усилитель - это устройство, которое может управлять большей мощностью при меньшем потреблении энергии.

Существует два типа биполярных транзисторов: транзисторы N-P-N и транзисторы P-N-P . Электроды биполярного транзистора имеют следующие названия: - C, - коллектор, B, - база, E - эмиттер. Чаще всего используются кремниевые кремниевые транзисторы (Threshold Voltage V T = 0,6 - 0,7 В), реже - германиевые Ge (V T = 0,2 - 0.3В). Транзисторы используются практически везде: от усилителей, генераторов, систем переключения питания до компьютеров и более совершенных систем.


Транзистор биполярный - Задания для студентов

Если вы студент или просто хотите научиться решать задачи с биполярными транзисторами, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы можете найти широкий спектр электронных задач.


Биполярный транзистор - конструкция

Биполярный транзистор состоит из трех полупроводниковых областей с разными типами проводимости: N-P-N или P-N-P.В этом примере две формы p-n перехода ( диоды ): база-эмиттер (BE) и база-коллектор (BC).

Рис. 1. Обозначение биполярного транзистора NPN и конструкция его переходов

Рис. 2. Условное обозначение биполярного транзистора PNP и конструкция его переходов

Рис. 3. Модель диодной замены NPN-транзистора

.

Рис. 4. Модель диодной замены транзистора PNP

.

Рис. 5. Распределение токов в NPN-транзисторе

.

Биполярный транзистор - принцип работы Работа

Главной особенностью биполярных транзисторов является возможность управления большим током с использованием малого .В зависимости от режима работы транзистор может находиться в четырех режимах работы:

  • Режим отсечки - переход база-эмиттер вообще не смещен или имеет обратное смещение. Значения тока коллектора очень маленькие,
  • Прямой активный режим (чаще всего называется активным режимом ) - переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Здесь стоит отметить, что не следует превышать напряжение перехода (кремниевые или германиевые диоды), что может привести к протеканию большого тока базы и возможному повреждению транзистора.Ток коллектора принимает значение, в β раз превышающее значение базового тока. Напряжение база-эмиттер вводит основные носители от эмиттера через переход к базе (в N-P-N электронах и в P-N-P дырках). Носители вводятся из эмиттера в базовую область (поплавок) (явление диффузии) в область перехода база-коллектор, где их концентрация ниже). Здесь под действием электрического поля в области обеднения они притягиваются к коллектору.В результате этих операций между базой и эмиттером должен протекать небольшой ток, позволяющий протекать большему току между электродами коллектора и эмиттера.
  • Обратно-активный режим (инвертированный режим) - Переход база-эмиттер смещен в обратном направлении, а база-коллектор смещен в прямом направлении. Усиление тока небольшое,
  • Режим насыщения - Напряжение коллектор-эмиттер падает до небольшого значения. Базовый ток настолько велик, что коллекторная цепь не может усилить его в β раз больше.

Биполярный транзистор - вольт-амперные характеристики

Рис. 6. Семейство вольт-амперных характеристик биполярного транзистора (ОЭ)

.

Рис. 7. Семейство вольт-амперных характеристик биполярного транзистора (БТ)

.

Эти области транзистора обычно используются в соответствии с потребностями, например:

  • Транзистор как усилитель - транзистор, работающий в прямой активной области, может быть использован для создания системы, которая будет усиливать электрический ток.
  • В качестве переключателя (клапана) - здесь используется переход между областью насыщения (вкл.) И отсечкой (выкл.). Используется в цифровых и импульсных схемах.

Биполярный транзистор - Предельные параметры
  • В EB0max - максимально допустимое обратное смещение база-эмиттер,
  • В CB0max - максимально допустимое обратное смещение база-коллектор,
  • В CE0max - максимально допустимое прямое смещение база-эмиттер,
  • I Cmax - максимальный ток коллектора,
  • I Bmax - максимальный базовый ток.

Биполярный транзистор - Операционные системы

Система общего коллектора

Усиленное напряжение входного сигнала подается между базой и коллектором транзистора, тогда как сигнал после усиления принимается между коллектором и эмиттером. Усиление напряжения этой схемы близко к единице, поэтому на выходе усилителя появляется «повторяющееся» напряжение со входа, отсюда и второе общеупотребительное название этого усилителя - эмиттер.

Рис. 8. Схема переменного тока напряжения усилительной системы с общим эмиттером (ОЭ)

Система общей базы

Усиленное напряжение входного сигнала подается между базой и эмиттером транзистора, тогда как сигнал получается между базой и коллектором после усиления.

Рис. 9. Схема напряжения переменного тока усилительной системы с общей базой (ОБ)

Система общего коллектора

Усиленное напряжение входного сигнала подается между базой и эмиттером транзистора, тогда как сигнал после усиления принимается между коллектором и эмиттером.Таким образом, эмиттерный электрод является довольно «обычным» для входных и выходных сигналов - отсюда и название системы.

Рис. 10. Схема общего коллектора ОК

Транзистор биполярный как переключатель

Биполярный транзистор подходит для работы в качестве переключателя. Принцип его работы основан на двух рабочих состояниях транзистора: отсечка и насыщение. Под действием сигнала (напряжения) транзистор активируется и переходит из состояния отсечки через активное состояние в насыщение.Когда нет больше управляющего напряжения, транзистор возвращается в состояние отсечки. В отключенном состоянии транзистор имеет очень высокое сопротивление, поэтому он не пропускает никакого сигнала (это можно рассматривать как разрыв цепи). Однако, когда транзистор насыщен, он имеет низкое сопротивление, и ситуация обратная.

Идеальный транзисторный ключ должен менять состояние почти сразу и иметь очень крутой (вертикальный) переходный процесс, а время переключения должно быть равным нулю.

Есть способы значительно ускорить работу процесса переключения транзисторов:

  • Уменьшить номинал резистора базы транзистора,
  • Добавьте емкость, параллельную резистору базы транзистора. Это устраняет эффект интеграции и сокращает время включения транзистора,
  • Соедините базу и коллектор транзистора через германиевый диод (такой переключатель становится квазинасыщенным), который характеризуется более высоким значением насыщения и меньшим временем переключения.Недостатком этой системы является более высокое значение напряжения в низком состоянии, поскольку транзистор не насыщается.
  • Подключение блока питания к базе транзистора.

Биполярный транзистор - системы поляризации

Ниже представлены наиболее часто встречающиеся системы смещения транзисторов:

Рис. 11. Система с потенциометрической базовой мощностью

Рис. 12. Система с принудительным базовым током

Рис.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *