Эмиттер база коллектор на схеме: Как определить выводы транзистора – где у транзистора база, эмиттер, коллектор, обозначение выводов

Транзистор. Обозначение на схемах и внешний вид транзисторов.

Внешний вид и обозначение транзистора на схемах

На фото справа вы видите первый работающий транзистор, который был создан в 1947 году тремя учёными – Уолтером Браттейном, Джоном Бардином и Уильямом Шокли.

Несмотря на то, что первый транзистор имел не очень презентабельный вид, это не помешало ему произвести революцию в радиоэлектронике.

Трудно предположить, какой бы была нынешняя цивилизация, если бы транзистор не был изобретён.

Транзистор является первым твёрдотельным устройством, способным усиливать, генерировать и преобразовывать электрический сигнал. Он не имеет подверженных вибрации частей, обладает компактными размерами. Это делает его очень привлекательным для применения в электронике.

Это было маленькое вступление, а теперь давайте разберёмся более подробно в том, что же представляет собой транзистор.

Сперва стоит напомнить о том, что транзисторы делятся на два больших класса. К первому относятся так называемые биполярные, а ко второму – полевые (они же униполярные). Основой как полевых, так и биполярных транзисторов является полупроводник. Основной же материал для производства полупроводников — это германий и кремний, а также соединение галлия и мышьяка — арсенид галлия (GaAs).

Стоит отметить, что наибольшее распространение получили транзисторы на основе кремния, хотя и этот факт может вскоре пошатнуться, так как развитие технологий идёт непрерывно.

Так уж случилось, но вначале развития полупроводниковой технологии лидирующее место занял биполярный транзистор. Но не многие знают, что первоначально ставка делалась на создание полевого транзистора. Он был доведён до ума уже позднее. О полевых MOSFET-транзисторах читайте здесь.

Не будем вдаваться в подробное описание устройства транзистора на физическом уровне, а сперва узнаем, как же он обозначается на принципиальных схемах. Для новичков в электронике это очень важно.

Для начала, нужно сказать, что биполярные транзисторы могут быть двух разных структур. Это структура P-N-P и N-P-N. Пока не будем вдаваться в теорию, просто запомните, что биполярный транзистор может иметь либо структуру P-N-P, либо N-P-N.

На принципиальных схемах биполярные транзисторы обозначаются вот так.

Как видим, на рисунке изображены два условных графических обозначения. Если стрелка внутри круга направлена к центральной черте, то это транзистор с P-N-P структурой. Если же стрелка направлена наружу – то он имеет структуру N-P-N.

Маленький совет.

Чтобы не запоминать условное обозначение, и сходу определять тип проводимости (p-n-p или n-p-n) биполярного транзистора, можно применять такую аналогию.

Сначала смотрим, куда указывает стрелка на условном изображении. Далее представляем, что мы идём по направлению стрелки, и, если упираемся в «стенку» – вертикальную черту – то, значит, «Прохода Нет»! «Нет» – значит p-n-p (П-Н-П ).

Ну, а если идём, и не упираемся в «стенку», то на схеме показан транзистор структуры n-p-n. Похожую аналогию можно использовать и в отношении полевых транзисторов при определении типа канала (n или p). Про обозначение разных полевых транзисторов на схеме читайте тут.

Обычно, дискретный, то есть отдельный транзистор имеет три вывода. Раньше его даже называли полупроводниковым триодом. Иногда у него может быть и четыре вывода, но четвёртый служит для подключения металлического корпуса к общему проводу. Он является экранирующим и не связан с другими выводами. Также один из выводов, обычно это коллектор (о нём речь пойдёт далее), может иметь форму фланца для крепления к охлаждающему радиатору или быть частью металлического корпуса.

Вот взгляните. На фото показаны различные транзисторы ещё советского производства, а также начала 90-ых.

А вот это уже современный импорт.

Каждый из выводов транзистора имеет своё назначение и название: база, эмиттер и коллектор. Обычно эти названия сокращают и пишут просто Б (База), Э (Эмиттер), К (Коллектор). На зарубежных схемах вывод коллектора помечают буквой C, это от слова Collector — «сборщик» (глагол Collect — «собирать»). Вывод базы помечают как B, от слова Base (от англ. Base — «основной»). Это управляющий электрод. Ну, а вывод эмиттера обозначают буквой E, от слова Emitter — «эмитент» или «источник выбросов». В данном случае эмиттер служит источником электронов, так сказать, поставщиком.

В электронную схему выводы транзисторов нужно впаивать, строго соблюдая цоколёвку. То есть вывод коллектора запаивается именно в ту часть схемы, куда он должен быть подключен. Нельзя вместо вывода базы впаять вывод коллектора или эмиттера. Иначе не будет работать схема.

Как узнать, где на принципиальной схеме у транзистора коллектор, а где эмиттер? Всё просто. Тот вывод, который со стрелкой – это всегда эмиттер. Тот, что нарисован перпендикулярно (под углом в 90⁰) к центральной черте – это вывод базы. А тот, что остался – это коллектор.

Также на принципиальных схемах транзистор помечается символом VT или Q. В старых советских книгах по электронике можно встретить обозначение в виде буквы V или T. Далее указывается порядковый номер транзистора в схеме, например, Q505 или VT33. Стоит учитывать, что буквами VT и Q обозначаются не только биполярные транзисторы, но и полевые в том числе.

Далее узнаем, как найти транзисторы на печатной плате электронного прибора.

В реальной электронике транзисторы легко спутать с другими электронными компонентами, например, симисторами, тиристорами, интегральными стабилизаторами, так как те имеют такие же корпуса. Особенно легко запутаться, когда на электронном компоненте нанесена неизвестная маркировка.

В таком случае нужно знать, что на многих печатных платах производится разметка позиционирования и указывается тип элемента. Это так называемая шелкография. Так на печатной плате рядом с деталью может быть написано Q305. Это значит, что этот элемент транзистор и его порядковый номер в принципиальной схеме – 305. Также бывает, что рядом с выводами указывается название электрода транзистора. Так, если рядом с выводом есть буква E, то это эмиттерный электрод транзистора. Таким образом, можно чисто визуально определить, что же установлено на плате – транзистор или совсем другой элемент.

Как уже говорилось, это утверждение справедливо не только для биполярных транзисторов, но и для полевых. Поэтому, после определения типа элемента, необходимо уточнять класс транзистора (биполярный или полевой) по маркировке, нанесённой на его корпус.

Полевой транзистор FR5305 на печатной плате прибора. Рядом указан тип элемента — VT

Любой транзистор имеет свой типономинал или маркировку. Пример маркировки: КТ814. По ней можно узнать все параметры элемента. Как правило, они указаны в даташите (datasheet). Он же справочный лист или техническая документация. Также могут быть транзисторы этой же серии, но чуть с другими электрическими параметрами. Тогда название содержит дополнительные символы в конце, или, реже, в начале маркировки. (например, букву А или Г).

Зачем так заморачиваться со всякими дополнительными обозначениями? Дело в том, что в процессе производства очень сложно достичь одинаковых характеристик у всех транзисторов. Всегда есть определённое, пусть и, небольшое, но отличие в параметрах. Поэтому их делят на группы (или модификации).

Строго говоря, параметры транзисторов разных партий могут довольно существенно различаться. Особенно это было заметно ранее, когда технология их массового производства только оттачивалась.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Параметры и эквивалентная схема биполярного транзистора

Схемы ОБ, ОЭ, ОК. Свойства, характеристики усилительных каскадов
в зависимости от схемы включения.

Одной из основных функций, реализуемых аналоговыми устройствами, является усиление сигнала.

Усилительным устройством является любое устройство, предназначенное для повышения мощности входного сигнала, а в качестве активных
элементов чаще всего применяются полупроводниковые элементы — транзисторы.

Занимаясь проектированием электронных устройств, желательно выбирать транзисторы с такими расчётом, чтобы частотные характеристики
позволяли им работать на частотах, не превышающих значений (0,2…0,3), а лучше 0,1 от граничной (единичной) частоты усиления fт.

При выполнении этого простого правила, появляется возможность воспользоваться упрощённой моделью, а другими словами — малосигнальной
эквивалентной схемой транзистора, изображённой на Рис.1.

Схема приведена для npn полупроводников, для транзисторов pnp структуры — всё остаётся без изменений, меняется лишь направление
источника тока.

Параметры элементов эквивалентной схемы можно определить на основе справочных данных на транзистор либо, при их отсутствии, некоторого
набора незамысловатых формул.

Рис.1

Итак:
r_б = τ_ос / C_к
— объёмное сопротивление базы, где τ_ос —
постоянная времени внутренней обратной связи транзистора, а
C_к — ёмкость коллектор-база транзистора.

Причём, если параметр Ск фигурирует практически в любом справочнике, то «постоянная времени цепи обратной связи
на высокой частоте» указывается отнюдь не везде и не для каждого транзистора.

Однако, тут важно понимать то, что величина объёмного сопротивления базы БТ определяется чисто геометрическими особенностями конструкции
транзистора и находится в обратной пропорции к объёму переходов (а соответственно и мощности) полупроводника. А покопавшись по справочникам
и систематизировав поученную информацию, появляется возможность сформулировать формулу, позволяющую приблизительно оценить
величину объёмного сопротивления базы любого транзистора:
r_б(Ом) ≈ 10 / Р_макс(Вт),
где Р_макс — максимальная рассеиваемая мощность транзистора.

Едем дальше:
r_э(Ом) = 25,6 / I_э(мА) — активное сопротивление
эмиттера , где
I_э — ток эмиттера.

r_к = ∆U_кэ / ∆I_к (при I_б = const)
— дифференциальное сопротивление обратно
смещённого коллекторного перехода.

Наличие данного сопротивления не позволяет транзистору являться идеальным источником тока и обуславливает
наличие пресловутого эффекта Эрли — эффекта зависимости тока коллектора (при постоянном токе базы) от напряжения Uкэ.
Величина сопротивления коллекторного перехода гк обратна пропорциональна току эмиттера, определяется экспериментально и иногда приводится
производителями полупроводников в виде статической характеристики зависимости тока коллектора Iк от изменения напряжения Uкэ.

На Рис.2 приведён пример такой зависимости для npn транзистора BC546.

Что мы видим? При токе базы, равном 50мкА, а соответственно при токе коллектора Iк = h31э х Iб ≈ 260 х 50 = 13мА, график кривой практически
не имеет наклона, что даёт нам возможность считать сопротивление rк очень большим (не менее десятка мегаом).

При Iб = 100мкА (Iэ ≈ 26мА), rк = ∆Uкэ/∆Iк ≈ (14В — 3В)/(30мА-26мА) = 2,75мОМ.

Ну и т.д. и т.п. Чем больше ток транзистора, тем ниже значение сопротивления rк.


Рис.2

На эквивалентной схеме у нас фигурирует два конденсатора:
С_к — ёмкость обратно смещённого коллекторного перехода и
С_э — диффузионная ёмкость эмиттера являются справочными характеристиками,
повсеместно фигурируют в Datasheet-ах производителей и являются важной неотъемлемой частью, определяющей частотные свойства
полупроводников.

Далее на повестке — источник тока, который описан в эквивалентной схеме величиной
I_к = α x I_э , где
α = β / (1 + β) .


А для того, чтобы понять чему равен ток эмиттера Iэ, и как он зависит от входного сигнала, необходимо рассмотреть различные
схемы включения транзистора. Всего таких схем применяется три: схема с общим эмиттером (ОЭ), схема с общей базой (ОБ) и схема
с общим коллектором (ОК). Все эти схемы показаны на Рис.3.


Рис.3

Для схемы с общей базой (Рис.3 слева) входным сигналом является напряжение,
поданное между эмиттером и базой транзистора,
поэтому:
R_вх ≈ r_э ;
I_э = U_вх / (R_ист + r_э), где
Rист — выходное сопротивление источника сигнала ;
I_к = α x I_э = I_э x β / (1 + β) ;
R_вых = (r_к + r_э) ll R_к ;
K_u = α x R_к / (r_э + R_ист) ≈
R_к / (r_э + R_ист) ;
K_i = β / (1 + β) .

Схема с ОБ применяется в основном в высокочастотных приложениях, так как по своим частотным свойствам она имеет преимущества перед
схемой ОЭ.

Недостатками данной схемы являются отсутствие усиления по току и существенно меньшее входное сопротивление, чем в схеме ОЭ.

Для схемы с общим эмиттером (Рис.3 в центре):
R_вх = r_э x (1 + β) ;
I_б = U_вх / R_вх ;
I_э = I_б + I_к = I_б x (1 + β) ;
I_к = α x I_э = I_э x β / (1 + β) = I_б x β
;
R_вых = R_к ll [r_э + r_к / (1 + β)]
;
K_u = — β x R_к / [(β + 1) x r_э] ≈ R_к / r_э ;
K_i = β .


Каскады с общим эмиттером (ОЭ) являются наиболее распространёнными, т.к. обеспечивают усиление входного сигнала как по напряжению,
так и по току. При этом они имеют значительно большее значение входного сопротивления, чем схемы с ОБ.

Схема ОЭ инвертирует сигнал, т. е. между выходным и входным напряжением имеется фазовый сдвиг 180°.


Недостатками данной схемы являются худшие по сравнению со схемой ОБ частотные свойства. Объясняется это явление тем, что в схеме с
ОЭ ёмкость Ск образует частотозависимую обратную связь с выхода на вход так, что возникает интегрирующая цепь, ограничивающая усиление
на высоких частотах.

Внутреннее сопротивление rк в схеме с ОЭ также является резистором обратной связи, ответвляющим часть сигнала с
выхода на вход. Это, в свою очередь, является причиной снижения выходного сопротивления усилителя по сравнению с ОБ.

И, наконец, схема с общим коллектором (Рис.3 справа), она же эмиттерный
повторитель:
R_вх = (r_э + R_э) x (1 + β) ;
I_б = U_вх / R_вх ;
I_э = (β + 1) x I_б ;
I_к = α x I_э = I_э x β / (1 + β) = I_б x β
;
R_вых = r_э + R_ист / (1 + β) ;
K_u = R_э / [R_э + r_э + R_ист / (1 + β)]
;
K_i = β + 1 .

Как уже было сказано — данные формулы расчёта малосигнальных схем являются приблизительными, не учитывают частотных
свойств транзисторов и могут обеспечить приемлемую точность вычислений только в случае выбора полупроводников с большим
запасом по максимальной частоте.

К тому же практически все параметры, представленные в справочных источниках, приводятся для определённых (тестовых) начальных токов
транзисторов и могут иметь значительные расхождения при переводе полупроводника в другой, сильно отличающийся от тестового, режим.

А на следующих страницах рассмотрим практические схемы транзисторных каскадов ОБ, ОЭ и ОК, а также приведём методики по расчёту
сопутствующих им элементов.

Что такое транзисторы и как они работают

Рубрика: Статьи про радиодетали

Опубликовано 09.06.2020   ·  
Комментарии: 0
  ·  
На чтение: 7 мин
  ·  
Просмотры:

Post Views:
127

Транзисторы – это основа всей цифровой электроники 21 века. Они выполняют самые разнообразные функции. Это правопреемники и наследники радиоламп, так называемых вакуумных триодов. В этой статье мы на простом примере рассмотрим концепцию, принцип работы и применение транзисторов в электронике.

Концепция транзисторов

Что такое концепция? Это общее представление об объекте или процессе. Например, концепция автомобиля – это четыре колеса, руль, корпус, двигатель и коробка передач. Концепция одна, а выпускаются автомобили с разной конструкцией, устройством и предназначением.

У транзисторов, как и у вакуумных триодов, очень простая концепция и принцип работы.

Триод – это та деталь, у которой три контакта.

Давайте представим бак с водой, в центре которого установлена задвижка.

Что мы можем сделать с потоком воды? Мы можем управлять им за счет задвижки.

Например, если в баке течет вода, и задвижки нет в нем, то вода проходит без препятствия.

В тоже время, если мы полностью перекроем путь задвижкой, то и вода не будет поступать во вторую условную часть бака и поток прекратится.

А еще мы можем полностью управлять потоком воды при помощи регулировки задвижки.

Получается, что при помощи небольшой задвижки можно контролировать огромный поток воды.
Небольшие колебания (перемещения) задвижки позволяют с такой же частотой пропускать большой поток воды.

И именно в этом суть транзисторов и вакуумных триодов. С их помощью можно управлять электрическим током больших значений применяя небольшие усилия.

Но в тоже время, транзисторы могут быть по разному устроены.

Полевые транзисторы

Описанный выше пример – это полевой транзистор. У самого простого полевого транзистора есть сток, исток и затвор.

Транзисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов. Поэтому, у них есть второе название — полупроводниковые триоды.

При помощи полупроводников можно изготовить p-n переход.

Любой транзистор состоит из p-n переходов, которые пропускают электрический ток в одном направлении. И этот переход позволят управлять электрическим током как задвижкой.

Полевые транзисторы управляются при помощи напряжения, которое подается на затвор.

Так выглядит состав полевого транзистора с каналом p – типа.

А вот так с n – типом.

Канал транзистора – это область между истоком и стоком.

Почему транзисторы бывают разными по проводимости? Транзистор с n типом управляется при помощи положительного потенциала, а с p типом наоборот, отрицательным потенциалом. Это позволяет усиливать сигналы с разными потенциалами.

Затворов у полевых транзисторов на самом деле два, но их выводы объединены в один, так как функция у них одинакова. Зачем нужно два затвора? Так транзистором проще управлять.

Подавая напряжение на затвор, мы можем регулировать электрический ток проходящий от истока к стоку.

А самое главное не это. Самое главное, что мы можем таким образом не просто включить или выключить электрический ток по цепи, но и управлять его движением.

Например, можно подать на затвор полевого транзистора переменный сигнал 5 мкВ. И он будет модулировать электрический ток, который проходит через исток и сток транзистора. Так можно получить усиленный сигнал.

Также полевые транзисторы имеют разные схемы включения, которые позволяют согласовывать сопротивления и регулировать усилительные функции.

Обозначение (УГО) полевого транзистора с каналом n типа на принципиальных схемах:

Биполярные транзисторы

Это другой тип транзисторов. Такие транзисторы управляются при помощи электрического тока. И они состоят из чередующихся p-n переходов.

Как и у полевого транзистора, у биполярного тоже три контакта. Это эмиттер, база и коллектор. База всегда по типу противоположна эмиттеру и коллектору.

А также размеры базы транзистора намного меньше, чем у коллектора или эмиттера. База только открывает транзистор. И так как через нее протекает ток, она не должна быть большой, чтобы на нее не тратилось много энергии.

Эмиттер — это большой источник основных носителей заряда. А коллектор — это самый большой контакт из этой троицы. С коллектора снимается усиленный сигнал в классической схеме, чтобы получить максимальную мощность. В транзисторах большой мощности коллектор припаян напрямую к корпусу, чтобы рассеивать тепло.

Бывают биполярные транзисторы n-p-n типа.

и p-n-p типа.

Обозначение (УГО) биполярного n-p-n транзистора на принципиальных схемах:

Отличие биполярных транзисторов от полевых

Полевые транзисторы управляются при помощи электрического поля и благодаря этому они очень энергоэффективны. Именно по этой причине они используются при производстве процессоров.

С другой стороны, у полевых транзисторов есть слабое место. Это их тонкий p-n переход. Он очень чувствителен к статическому электричеству. Кстати, именно из-за статического электричества перестают работать флешки и карты памяти, если вы их вытащили из устройства во время работы.

Схемы защиты от статического электричества не успевают сработать, и статика разрушает полевые транзисторы.

А вот биполярные транзисторы наоборот, лучше переносят статику. Но в тоже время, они потребляют больше мощности, так как для их открытия нужен электрический ток.

Схемы включения

Так как у транзисторов три контакта, то можно чередовать вход и выход. Что это даст? У каждого контакта свои особенности. Например, если мы подадим сигнал на базу и эмиттер биполярного транзистора, а снимать итоговый сигнал будем с эмиттера и коллектора, то такая схема будет называются с общим эмиттером.

Этот тип включения позволяет передать максимум мощности в нагрузку.

Прочитать подробнее про работу схемы с общим эмиттером можно в этой статье.

Аналогичным образом можно подключить схему с общим коллектором и с общей базой. По сути, общий контакт — это такой контакт, который работает и на входе и на выходе одновременно с разными контактами.

Все тоже самое справедливо и для полевых транзисторов. Есть схемы с общим стоком, истоком и затвором.

Другие типы транзисторов

А еще бывают однопереходные, комплементарные и КМОП, МДП (MOSFET) и множество других транзисторов. Они разные по своим характеристикам, выполняют разные задачи и предназначены для конкретных целей. Но в целом, принцип работы у всех одинаков. Это управление электрическим током.

Характеристики

Так как полупроводниковые триоды (транзисторы) выполнены из полупроводника, то и на их работу влияет окружающая среда. Например, при изменении температуры окружающей среды, транзистор может вносить нелинейные искажения в выходной сигнал. С этим борются при помощи термпостабидизционных схем, которые позволяют стабилизировать работу транзистора на высоких температурах.

Также у транзисторов есть ВАХ (вольт-амперные характеристики), которые в отличие от вакуумной техники, быстро переходят в насыщение.

У всех транзисторов есть следующие параметры:

• Коэффициент усиления по току;
• Коэффициент усиления по напряжению;
• Коэффициент усиления по току;
• Коэффициент обратной связи;
• Коэффициент передачи по току;
• Входное сопротивление;
• Выходное сопротивление;
• Время включения;
• Максимально допустимый ток и др.

У биполярных:

• Обратный ток коллектор-эмиттер;
• Частота коэффициента передачи тока базы;
• Обратный ток коллектора;
• Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером и др.

Режимы работы

В целом, можно выделить несколько режимов работы:

• Номинальный режим;
• Инверсный;
• Насыщения;
• Отсечка;
• Барьерный.

Функции транзисторов

Транзисторы выполняют следующие функции:

1. Позволяют усиливать электрические сигналы. Транзисторы усиливают любые электрические сигналы, как высокие так и низкие частоты.
2. Могут работать как ключ, включать и выключать поступление электрического тока. Благодаря этому простому включению и выключению работают все современные процессоры. Транзисторы – это основа всей современной цифровой техники.
3. Генерируют электрические сигналы за счет положительной обратной связи. На их основе можно сделать генераторы звука и сигналов.
4. Могут согласовывать сопротивления электрических цепях за счет различных схем включения и работают как ограничители тока. В блоках питания транзисторы могут ограничивать ток короткого замыкания, а также работать как предохранитель.

Чем транзисторы уступают лампам

Несмотря на неоспоримые преимущества транзисторов перед лампами, ламповые триоды по прежнему имеют ряд преимуществ., среди которых:

• Устойчивость к высоким электромагнитным наводкам и помехам. Это не значит, что полупроводниковая техника может выйти из строя от любых помех. Но если случится сильнейшая магнитная буря от Солнца (или мощный ЭМИ удар от ядерных бомб), то все p-n переходы в полупроводниковой технике могут выйти из строя из-за высоких токов наводки. Вакуумная техниках намного устойчивее к таким помехам.
• Ламповая техника намного лучше и стабильнее работает на высоких частотах. И это уже особенности конструкции. Так как в транзисторах есть p-n переходы, то у них тоже есть своя емкость. А паразитная емкость на высоких частотах негативно влияет на усиление сигнала. Появляются нелинейные искажения. А в вакуумной технике есть такие лампы, у которых по несколько экранирующих сеток, которые позволяют снизить эффект паразитных емкостей. Пример радиолампы — это клистрон.

Нельзя прямо сказать, что транзисторы полностью искоренили лампы. У каждой детали есть свои преимущества и недостатки в разных областях. Конечно, в цифровой технике транзисторам нет ровни среди ламп. Однако на сверхвысоких частотах транзисторы по-прежнему уступают лампам.

Post Views:
127

Схемы Подключения Биполярных Транзисторов — tokzamer.ru

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

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

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис.
Биполярные транзисторы

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

Рисунок 3.

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

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

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

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА. ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ [РадиолюбительTV 42]

Характеристики транзистора, включенного по схеме об

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

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

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

Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора.

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

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

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

Смотрите также: Энергоаудит предприятия для чего и когда проводится

Схема с общей базой

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

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

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

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

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

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором

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

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

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

Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:

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

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

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

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

Читайте также: Снип по прокладке кабеля в земле

Схемы включения биполярного транзистора

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

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

Устройство и принцип действия

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

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

Усилительный каскад с общим коллектором

Добавлено 5 октября 2017 в 18:40

Сохранить или поделиться

Наш следующий в изучении тип включения транзистора немного проще для вычисления коэффициентов усиления. Так называемая схема с общим коллектором показана на рисунке ниже.

В схеме с общим коллектором и вход, и выход используют коллектор (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Конфигурация этого каскада называется схемой с общим коллектором, потому что (игнорируя батарею источника питания) и источник сигнала, и нагрузка делят между собой вывод коллектора как общую точку (рисунок ниже).

Общий коллектор: входной сигнал подается на базу и коллектор, выходной сигнал берется со схемы эмиттер-коллектор

Должно быть очевидно, что через резистор нагрузки, помещенный в цепь эмиттера, в схеме усилителя с общим коллектором протекают как ток базы, так и ток коллектора. Поскольку через вывод эмиттера транзистора протекает самое большое значение тока (сумма токов базы и коллектора, которые всегда объединяются вместе для формирования тока эмиттера), было бы разумным предположить, что этот усилитель буде иметь очень большой коэффициент усиления по току. Это предположение действительно правильное: коэффициент усиления по току усилителя с общим коллектором довольно большой, больше, чем в любом другом типе схемы транзисторного усилителя. Однако это не совсем то, что его отличает от других типов схем транзисторных усилителей.

Давайте сразу же перейдем к SPICE анализу этой схемы усилителя, и вы сможете сразу увидеть, что уникального в этом типе включения транзистора. Схема и список соединений приведены ниже.

Схема усилительного каскада с общим коллектором для SPICE

common-collector amplifier 
vin 1 0 
q1 2 1 3 mod1   
v1 2 0 dc 15    
rload 3 0 5k    
.model mod1 npn 
.dc vin 0 5 0.2 
.plot dc v(3,0) 
.end

Общий коллектор: напряжение на выходе меньше напряжения на входе на 0,7 В (на падение напряжения V_БЭ)

В отличие от усилительного каскада с общим эмиттером из предыдущего раздела, схема с общим коллектором создает выходное напряжение в прямой, а не в обратной пропорции к возрастающему входному напряжению. Смотрите рисунок выше. По мере увеличения входного напряжения увеличивается и выходное напряжение. Более того, тщательный анализ показывает, что выходное напряжение почти идентично входному, отставая от него примерно на 0,7 вольта.

Это уникальная особенность усилительного каскада с общим коллектором: выходное напряжение, которое почти равно входному напряжению. При рассмотрении с точки зрения изменения выходного напряжения для заданного изменения величины входного напряжения, этот усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению, равный почти единице (1), или 0 дБ. Это справедливо для транзисторов с любым значением β и для любых сопротивлений нагрузки.

Понять, почему выходное напряжение в схеме с общим коллектором всегда почти равно входному напряжению, очень просто. Обратившись к модели транзистора на базе диода и источника тока (рисунок ниже), мы увидим, что ток базы должен протекать через PN-переход база-эмиттер, который эквивалентен обычному выпрямляющему диоду. Если этот переход смещен в прямом направлении (транзистор проводит ток в активном режиме или режиме насыщения), падение напряжения на нем будет равно примерно 0,7 вольта (предполагаем, что транзистор кремниевый). Это падение 0,7 вольта во многом не зависит от реальной величины тока базы; таким образом, мы можем считать его постоянным.

Эмиттерный повторитель: напряжение на эмиттере повторяет напряжение на базе (меньше на величину падения напряжения база-эмиттер, 0,7 вольта) (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Учитывая полярности напряжений на PN-переходе база-эмиттер и на резисторе нагрузки, мы видим, что одни должны складываться вместе, чтобы в соответствии с законом напряжений Кирхгофа равняться входному напряжению. Другими словами, напряжение на нагрузке всегда будет примерно на 0,7 вольта меньше входного напряжения при всех условиях, когда транзистор проводит ток. Отсечка происходит при входном напряжении ниже 0,7 вольта, а насыщение – при входном напряжении выше напряжения батареи (источника питания) плюс 0,7 вольта.

Поэтому схема усилителя с общим коллектором также известна как повторитель напряжения или эмиттерный повторитель, поскольку напряжения на эмиттерной нагрузке почти повторяют напряжения на входе.

Применение схемы с общим коллектором для усиления сигналов переменного напряжения также требует использования «смещения» входного сигнала: постоянное напряжение должно быть добавлено к входному сигналу переменного напряжения, чтобы удерживать транзистор в активном режим в течение всего периода синусоиды входного сигнала. Когда смещение будет добавлено, в результате получится неинвертирующий усилитель, показанный на рисунке ниже.

Усилительный каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель)

common-collector amplifier
vin 1 4 sin(0 1.5 2000 0 0)
vbias 4 0 dc 2.3
q1 2 1 3 mod1
v1 2 0 dc 15
rload 3 0 5k
.model mod1 npn
.tran .02m .78m
.plot tran v(1,0) v(3,0)
.end

Результаты моделирования SPICE на рисунке ниже показывают, что выходной сигнал повторяет входной. Амплитуда выходного сигнала такая же, как и у входного. Тем не менее, уровень постоянной составляющей смещается вниз на падение напряжения V_БЭ.

Схема каскада с общим коллектором (эмиттерный повторитель): выход V(3) повторяет вход V(1), но ниже на V_БЭ = 0,7 вольта

Вот еще один вид схемы (рисунок ниже) с осциллографами, подключенным к нескольким интересным точкам.

Коэффициент усиления по напряжению каскада с общим коллектором равен 1

Поскольку эта конфигурация усилителя не обеспечивает никакого усиления по напряжению (на самом деле, коэффициент усиления по напряжению у нее чуть меньше 1), ее единственным усиливающим фактором является ток. Коэффициент усиления по току схемы усилителя с общим эмиттером, рассмотренной в предыдущем разделе, равен β транзистора, поскольку входной ток проходит через базу, а выходной ток (ток нагрузки) – через коллектор, а β – это и есть отношение тока коллектора к току базы. Однако в схеме с общим коллектором нагрузка расположена последовательно с эмиттером, и, следовательно, ток через неё равен току эмиттера. В схеме протекает два тока: ток от эмиттера к коллектору и ток базы. Через нагрузку в этом типе схемы усилителя протекают оба этих тока: ток коллектора плюс ток базы. Это дает коэффициент усиления по току, равный β плюс 1.

\[A_I = { I_{эмиттер} \over I_{база} }\]

\[A_I = { I_{коллектор} + I_{база} \over I_{база} }\]

\[A_I = { I_{коллектор} \over I_{база} } + 1\]

\[A_I =\beta + 1\]

Опять же, PNP транзисторы так же можно использовать в схеме с общим коллектором, как и NPN транзисторы. Расчеты усиления одинаковы, равно как и неинвертирование усиленного сигнала. Единственное различие заключается в полярностях напряжений и направлениях токов (рисунок ниже).

PNP версия усилительного каскада с общим коллектором

Популярное применение усилителя с общим коллектором – стабилизированные источники питания постоянного напряжения, где нестабилизированное (изменяющееся) постоянное напряжение источника фиксируется на заданном уровне для подачи стабилизированного (устойчивого) напряжения на нагрузку. Конечно, стабилитроны уже выполняют эту функцию по стабилизации напряжения (рисунок ниже).

Стабилизатор напряжения на стабилитроне

Однако при использовании этой схемы стабилизатора непосредственно для питания нагрузки величина тока, которая может быть подана на нагрузку, обычно очень сильно ограничена. По сути, эта схема стабилизирует напряжение на нагрузке, поддерживая ток на последовательном резисторе на уровне достаточно высоком, чтобы на нем упало всё избыточное напряжение источника, при этом и стабилитрон, если необходимо, потребляет ток, чтобы напряжение на нем было постоянным. Для сильноточных нагрузок простой стабилизатор напряжения на стабилитроне должен будет пропускать через стабилитрон большой ток, чтобы эффективно стабилизировать напряжение на нагрузке в случае сильных изменений сопротивления нагрузки или напряжения источника.

Одним из популярных способов увеличения допустимой величины тока, подаваемого на нагрузку, в подобных схемах является использование транзистора, включенного по схеме с общим коллектором, для усиления тока нагрузки так, чтобы цепь стабилитрона работала только с той величиной тока, которая необходима для подачи на базу транзистора (рисунок ниже).

Применение схемы с общим коллектором: стабилизатор напряжения (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Есть только одна оговорка: напряжение на нагрузке будет примерно на 0,7 вольта меньше напряжения стабилитрона из-за падения напряжения на PN переходе транзистора база-эмиттера. Так как эта разница в 0,7 вольта довольно постоянна в широком диапазоне токов нагрузки, в реальной схеме стабилитрон может быть выбран с номинальным напряжением на 0,7 вольта выше, чем необходимое выходное напряжение стабилизатора.

Иногда в конкретном приложении со схемой с общим коллектором бывает недостаточно высокого коэффициента усиления по току одиночного транзистора. Если это так, то несколько транзисторов могут быть объединены в популярную схему, известную как пара Дарлингтона, являющуюся просто расширением концепции схемы с общим коллектором (рисунок ниже).

NPN пара Дарлингтона

Пары Дарлингтона, по сути, ставят один транзистор в качестве нагрузки другого транзистора по схеме с общим коллектором, тем самым перемножая их собственные коэффициенты усиления по току. Ток базы верхнего левого транзистора усиливается на эмиттере этого транзистора, который напрямую соединен с базой нижнего правого транзистора, где ток снова усиливается. Общий коэффициент усиления по току выглядит следующим образом:

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона:

\[A_I = (\beta_1 + 1)(\beta_2 + 1)\]

где

• β₁ – бета первого транзистора;
• β₂ – бета второго транзистора;

Если вся сборка включена по схеме с общим коллектором, коэффициент усиления по напряжению по-прежнему равен почти 1, хотя напряжение на нагрузке будет на 1,4 вольта меньше входного напряжения (рисунок ниже).

В схеме усилителя с общим коллектором на паре Дарлингтона теряется удвоенное напряжение V_БЭ, падение напряжение на PN переходах

Пары Дарлингтона могут быть приобретены как отдельные устройства (два транзистора в одном корпусе) или могут быть собраны из пары отдельных транзисторов. Конечно, если требуется еще большее усиление по току, чем то, что может быть получено на паре, можно собрать и триплет, и квадруплет Дарлингтона.

Подведем итоги:

• Усилительный каскад с общим коллектором называется так потому, что (игнорируя батарею источника питания) и источник сигнала, и нагрузка делят между собой вывод коллектора как общую точку.
• Усилитель с общим коллектором также известен как эмиттерный повторитель.
• Выходное напряжение усилителя с общим коллектором будет синфазно с входным напряжением, что делает каскад с общим коллектором неинвертирующим усилителем.
• Коэффициент усиления по току у усилителя с общим коллектором равен β плюс 1. Коэффициент усиления по напряжению примерно равен 1 (на самом деле, чуть меньше).
• Пара Дарлингтона представляет собой пару транзисторов, «переплетающихся» друг с другом так, чтобы эмиттер одного из них был источником тока для базы другого по схеме с общим коллектором. Результатом является общий коэффициент усиления по току равный произведению их собственных коэффициентов усиления по току (β плюс 1).

Оригинал статьи:

Теги

Биполярный транзисторКаскад с общим коллекторомКоэффициент усиления по напряжениюКоэффициент усиления по токуОбучениеПара ДарлингтонаЭлектроникаЭмиттерный повторитель

Сохранить или поделиться

Проверка биполярного транзистора мультиметром

Добавлено 27 сентября 2017 в 07:35

Сохранить или поделиться

Биполярные транзисторы построены из трехслойного полупроводникового «сэндвича» либо NPN, либо PNP. Как таковые транзисторы при проверке мультиметром в режиме «сопротивление» или «проверка диода», как показано на рисунке ниже, показываются как два диода, соединенных друг с другом. Показания низкого сопротивления с черным отрицательным (-) выводом на базе соответствует N-типу материала в базе PNP транзистора. На условном обозначении на материал N-типа «указывает» стрелка перехода база-эмиттер, который в этом примере является базой. Эмиттер P-типа соответствует другому концу стрелки перехода база-эмиттер. Коллектор очень похож на эмиттер и так же является материалом P-типа PN-перехода.

Проверка PNP транзистора мультиметром: (a) прямое смещение переходов Б-Э и Б-К, сопротивление низкое; (b) обратное смещение переходов Б-Э, Б-К, сопротивление равно ∞

Здесь я предполагаю использовать мультиметр с единственной функцией измерения (сопротивление) для проверки PN-переходов. Некоторые мультиметры оснащены двумя отдельными функциями измерения: сопротивление и «проверка диода», каждая служит своей цели. Если у вашего мультиметра есть функция «проверка диода», используйте её, вместо измерения сопротивления, в этом случае мультиметр покажет прямое падение напряжения PN-перехода, а не только то, проводит ли он ток.

Разумеется, показания мультиметра будут совершенно противоположными для NPN транзистора, причем оба PN-перехода будут направлены в противоположную сторону. Показания низкого сопротивления с красным (+) выводом на базе являются «противоположным» состоянием для NPN транзистора.

Если в этом тесте используется мультиметр с функцией «проверка диода», будет установлено, что переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем переход коллектор-база. Эта разница прямых напряжений обусловлена несоответствием концентрации легирования между областями эмиттера и коллектора: эмиттер представляет собой кусок полупроводникового материала, гораздо более легированный, чем коллектор, в результате чего его переход с базой создает более высокое прямое падение напряжения.

Зная это, становится возможным определение назначение выводов на немаркированном транзисторе. Это важно, потому что корпуса, к сожалению, не стандартизированы. Разумеется, все биполярные транзисторы имеют три вывода, но расположение этих трех выводов на реальном физическом корпусе не имеет универсального стандартизированного порядка.

Предположим, что техник нашел биполярный транзистор и начинает измерять его проводимость с помощью мультиметра, установленного в режим «проверка диода». Измерения между парами выводов и запись значений, отображаемых мультиметром, дают ему следующие данные.

Неизвестный биполярный транзистор. Где здесь эмиттер, база, коллектор? Ниже приведены показания мультиметра.

Мультиметр подключен к выводу 1 (+) и 2 (-): “OL”
Мультиметр подключен к выводу 1 (-) и 2 (+): “OL”
Мультиметр подключен к выводу 1 (+) и 3 (-): 0.655 V
Мультиметр подключен к выводу 1 (-) и 3 (+): “OL”
Мультиметр подключен к выводу 2 (+) и 3 (-): 0.621 V
Мультиметр подключен к выводу 2 (-) и 3 (+): “OL”

Единственными комбинациями тестовых измерений, дающих на мультиметре показания, говорящие о проводимости, являются выводы 1 и 3 (красный щуп на выводе 1, черный щуп на выводе 3) и выводы 2 и 3 (красный щуп на выводе 2, черный щуп на выводе 3). Эти два показания должны указывать на прямое смещения перехода эмиттер-база (0,655 вольт) и перехода коллектор-база (0,621 вольт).

Теперь мы ищем один провод, общий для обоих показаний проводимости. Это должен быть вывод базы транзистора, поскольку база единственным слоем трехслойного устройства, общего для обоих PN-переходов (база-эмиттер и база-коллектор). В этом примере это провод номер 3, являющийся общим для комбинаций тестовых измерений 1-3 и 2-3. В обоих этих измерениях черный (-) щуп мультиметра касался к выводу 3, что говорит нам, что база этого транзистора изготовлена из полупроводникового материала N-типа (черный = отрицательный). Таким образом, это PNP-транзистор с базой на выводе 3, эмиттером на выводе 1 и коллектором на выводе 2, как показано на рисунке ниже.

Выводы биполярного транзистора определены с помощью мультиметра.

Обратите внимание, что вывод базы в этом примере не является средним выводом транзистора, как это можно было бы ожидать от трехслойной «сэндвичной» модели биполярного транзистора. Это довольно частый случай, и, как правило, это часто путает новых студентов. Единственный способ определить назначение выводов – это проверка мультиметром или чтение технического описания на конкретную модель транзистора.

Знание того, что биполярный транзистор при тестировании мультиметром в режиме проводимости ведет себя как два соединенных «спинами» диода, полезно для идентификации неизвестного транзистора только по показаниям мультиметра. Это также полезно для быстрой проверки работоспособности транзистора. Если техник измерит проводимость между тремя выводами в разных комбинациях, он или она сразу узнает, что транзистор неисправен (или что это не биполярный транзистор, а что-то еще – отличная возможность, если на детали нет маркировки для точной идентификации!). Однако модель «двух диодов» для транзистора не может объяснить, как и почему он действует как усилительное устройство.

Чтобы лучше проиллюстрировать этот парадокс, рассмотрим одну из схем транзисторных ключей, используя для представления транзистора физическую схему (как показано на рисунке ниже), а не условное обозначение. Так легче будет видеть два PN-перехода.

Небольшой ток базы, протекающий в прямо смещенном переходе база-эмиттер, обеспечивает большой ток через обратно смещенный переход база-коллектор (на рисунке показано направление движения потоков электронов, общепринятые направления электрических токов будут противоположными)

Диагональная стрелка серого цвета показывает направление потока электронов через переход эмиттер-база. Эта часть имеет смысл, так как электроны протекают от эмиттера N-типа к базе P-типа, очевидно прямое смещение перехода. Однако с переходом база-коллектор совсем другое дело. Обратите внимание, как толстая стрелка серого цвета указывает в направлении потока электронов (вверх) от базы к коллектору. С базой из материала P-типа и коллектором из материала N-типа, это направление потока электронов явно указывает на направление, противоположное тому, с каким ассоциируется PN-переход! Обычный PN-переход не позволил бы потоку электронов протекать в этом «обратном» направлении, по крайней мере, не без значительного сопротивления. Однако открытый (насыщенный) транзистор демонстрирует очень малое противодействие электронам на всем пути от эмиттера к коллектору, о чем свидетельствует свечение лампы!

Ясно, что здесь происходит что-то, что бросает вызов простой «двухдиодной» модели биполярного транзистора. Когда я впервые узнал о работе транзистора, я попытался построить свой собственный транзистор из двух диодов, включенных в противоположных направлениях, как показано на рисунке ниже.

Пара включенных в противоположных направлениях диода не действуют как транзистор!

Моя схема не работала, и я был озадачен. Однако полезное «двухдиодное» описание транзистора может использоваться для проверки, оно не объясняет, почему транзистор ведет себя как управляемый ключ.

То, что происходит в транзисторе, заключается в следующем: обратное смещение перехода база-коллектор предотвращает протекание тока коллектора, когда транзистор находится в режиме отсечки (закрыт, т.е. при отсутствии тока базы). Если переход база-эмиттер смещен в прямом направлении с помощью управляющего сигнала, нормально блокирующее поведение перехода база-коллектор изменяется, и ток через коллектор пропускается, несмотря на то, что электроны через этот PN-переход идут «неправильно». Это поведение зависит от квантовой физики полупроводниковых переходов и может иметь место только тогда, когда два перехода расположены правильно, и концентрации легирования этих трех слоев распределены правильно. Два диода, соединенных последовательно, не соответствуют этим критериям; верхний диод никогда не может «включиться», когда он смещен в обратном направлении, независимо от того, какая величина тока проходит через нижний диод в схеме через вывод базы. Для более подробной информации смотрите раздел «Биполярные транзисторы» главы 2.

То, что концентрации легирования играют решающую роль в особых способностях транзистора, еще раз подтверждается тем фактом, что коллектор и эмиттер не являются взаимозаменяемыми. Если транзистор просто рассматривается как два противоположно направленных PN-перехода или просто как N-P-N или P-N-P сэндвич материалов, может показаться, что любой конец этого сэндвича может служить в качестве коллектора или эмиттера. Это, однако, неверно. При «противоположном» включении транзистора в схему, ток база-коллектор не сможет управлять током между коллектором и эмиттером. Несмотря на то, что эти оба слоя (эмиттер и коллектор) биполярного транзистора имеют один и тот же тип легирования (либо N, либо P), коллектор и эмиттер определенно не одинаковы!

Ток через переход эмиттер-база позволяет протекать току через обратно смещенный переход база-коллектор. Действие тока базы можно рассматривать как «открывание клапана» для тока через коллектор. Более конкретно, любая заданная величина тока от эмиттера к базе допускает протекание ограниченной величины тока от базы к коллектору. На каждый электрон, который проходит через переход эмиттер-база и через вывод базы, через переход база-коллектор проходит определенное количество электронов и не более.

В следующем разделе это ограничение тока транзистора будет исследовано более подробно.

Подведем итоги:

• При проверке с помощью мультиметра в режимах «сопротивление» и «проверка диода» биполярный транзистор ведет себя как два встречно направленных PN-перехода (диода).
• PN-переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем PN-переход коллектор-база, из-за более сильного легирования полупроводникового слоя эмиттера.
• Обратно смещенный переход база-коллектор обычно блокирует любой ток через транзистор между эмиттером и коллектором. Однако этот переход начинает проводить ток, если протекает ток и через вывод базы. Ток базы можно рассматривать как «открывание клапана» для определенной, ограниченной величины тока через коллектор.

Оригинал статьи:

Теги

PN переходБиполярный транзисторМультиметрОбучениеЭлектроника

Сохранить или поделиться

Конфигурация транзистора

— общая база, коллектор и эмиттер

Мы знаем, что транзистор состоит из трех выводов, а именно эмиттера, коллектора и базы, и они обозначаются буквами E, C и B. Но для транзисторов нам нужны четыре вывода, два клеммы для входа и оставшиеся две клеммы для выхода. Чтобы решить эту проблему, мы используем один терминал для действий i / p и o / p. Используя эту концепцию, мы проектируем схемы, которые будут предлагать требуемые характеристики, и эти конфигурации называются конфигурациями транзисторов.

Конфигурации транзисторов

Типы конфигураций транзисторов

Три различных типа конфигураций транзисторов:

• Конфигурация транзисторов с общей базой
• Конфигурация транзисторов с общим эмиттером
• Конфигурация транзисторов с общим коллектором

Конфигурации транзисторов со схемами.

Типы конфигураций транзисторов

Конфигурация транзисторов с общей базой (CB)

Конфигурация транзисторов с общей базой дает низкое значение I / P при высоком импедансе O / P.Когда напряжение CB-транзистора высокое, коэффициент усиления по току и общий коэффициент усиления мощности также низкие по сравнению с другими конфигурациями транзисторов. Основная особенность транзистора B заключается в том, что i / p и o / p транзистора находятся в фазе. На следующей схеме показана конфигурация транзистора CB. В этой схеме базовая клемма является взаимной для обеих схем i / p и o / p.

Конфигурация транзистора с общей базой

Текущее усиление цепи выключателя вычисляется методом, связанным с концепцией CE, и обозначается буквой альфа (α).Это соотношение между током коллектора и током эмиттера. Коэффициент усиления по току рассчитывается по следующей формуле.

Alpha — это отношение тока коллектора (выходной ток) к току эмиттера (входной ток). Альфа рассчитывается по формуле:

α = (∆Ic) / ∆IE

Например, если ток i / p (IE) в токе общей базы изменяется с 2 мА на 4 мА, а ток отключения (IC) изменяется с 2 мА на 3.8 мА коэффициент усиления тока будет 0,90

Коэффициент усиления тока выключателя меньше 1. Когда ток эмиттера протекает через вывод базы и не работает как ток коллектора. Этот ток всегда меньше, чем вызвавший его ток эмиттера. Коэффициент усиления общей базовой конфигурации всегда меньше 1. Следующая формула используется для расчета текущего усиления CE (α), когда задано значение CB, то есть (β).

Конфигурация транзистора с общим коллектором (CC)

Конфигурация транзистора с общим коллектором также известна как эмиттерный повторитель, потому что эмиттерное напряжение этого транзистора следует за выводом базы транзистора.В качестве буфера обычно используются высокий импеданс i / p и низкий импеданс o / p. Коэффициент усиления по напряжению этого транзистора равен единице, коэффициент усиления по току высокий, а сигналы o / p синфазны. На следующей схеме показана конфигурация транзистора CC. Клемма коллектора является взаимной для цепей i / p и o / p.

Конфигурация транзистора с общим коллектором

Коэффициент усиления по току CC-цепи обозначается (γ) и рассчитывается по следующей формуле.

Это усиление связано с усилением тока выключателя, равным бета (β), и усиление цепи CC вычисляется, когда значение b задается по следующей формуле

Когда транзистор подключен к любому из трех основных конфигурации, такие как CE, CB и CC, то существует взаимосвязь между альфа, бета и гамма.Эти отношения приведены ниже.

Например, значение усиления по току для значения общей базы (α) составляет 0,90, тогда значение бета может быть рассчитано как

Следовательно, изменение тока базы этого транзистора приведет к изменению тока коллектора. это будет в девять раз больше. Если мы хотим использовать тот же транзистор в CC, мы можем рассчитать гамму по следующему уравнению.

Конфигурация транзистора с общим эмиттером (CE)

Конфигурация транзистора с общим эмиттером является наиболее широко используемой конфигурацией.Схема CE-транзистора дает средние уровни импеданса i / p и o / p. Коэффициент усиления как по напряжению, так и по току можно определить как средний, но o / p противоположно i / p, которое составляет 1800 изменений фазы. Это дает хорошую производительность и часто считается наиболее часто используемой конфигурацией. На следующей схеме показана конфигурация транзистора CE. В такой схеме вывод эмиттера является взаимным как для i / p, так и для o / p.

Конфигурация транзистора с общим эмиттером

В следующей таблице ниже показаны конфигурации транзисторов с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором.

Коэффициент усиления по току схемы с общим эмиттером (CE) обозначается с помощью бета (β). Это соотношение между током коллектора и током базы. Для вычисления бета (β) используется следующая формула. Дельта используется для указания небольшого изменения

Например, если ток i / p (IB) в CE изменяется с 50 мА на 75 мА, а ток включения / выключения (IC) изменяется с 2,5 мА до 3,6 мА, коэффициент усиления по току (b) будет 44. Из приведенного выше коэффициента усиления по току мы можем сделать вывод, что изменение тока базы вызывает изменение тока коллектора, которое в 44 раза больше.

Это все о различных типах конфигураций транзисторов, которые включают общую базу, общий коллектор и общий эмиттер. Мы уверены, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые вопросы относительно этой концепции или проектов электроники, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. У вас есть вопрос, какова функция транзистора?

.Конфигурация

с общей базой (CB) или усилитель с общей базой

Общая база
Конфигурация

В
общая базовая конфигурация, эмиттер — входной терминал,
коллектор — это выходной терминал, а базовый терминал —
подключен как общий терминал для входа и выхода. Который
означает, что клемма эмиттера и клемма общей базы известны
как входные клеммы, тогда как клемма коллектора и общий
базовый терминал известен как выходной терминал.

В
общая базовая конфигурация, базовая клемма заземлена, поэтому
общая базовая конфигурация также известна как заземленная база
конфигурация. Иногда упоминается общая базовая конфигурация
к усилителю общей базы, усилителю CB или CB
конфигурация.

входной сигнал подается между выводами эмиттера и базы
в то время как соответствующий выходной сигнал снимается через
коллекторные и базовые клеммы.Таким образом, базовый терминал
транзистор является общим для входных и выходных клемм и
поэтому она называется общей базовой конфигурацией.

напряжение питания
между базой и эмиттером обозначается V _BE
а напряжение питания между коллектором и базой обозначено
Автор: V _CB .

As
упоминалось ранее, в каждой конфигурации база-эмиттер
соединение J _E всегда смещено вперед и
коллектор-база J _C всегда обратный
предвзято.Поэтому в общей базовой конфигурации
переход база-эмиттер J _E имеет прямое смещение и
коллектор-база J _C имеет обратное смещение.

общая базовая конфигурация для обоих NPN
и PNP
транзисторы показаны на рисунке ниже.

От
приведенные выше принципиальные схемы транзисторов npn и pnp, он может
видно, что для транзисторов npn и pnp вход
применяется к эмиттеру, а вывод берется из
коллекционер.Общая клемма для обеих цепей — это
основание.

Текущий поток
в общей базе усилителя

Для
ради понимания, давайте рассмотрим транзистор NPN в
общая базовая конфигурация.

npn-транзистор образуется, когда одиночный p-тип
полупроводниковый слой зажат между двумя n-типами
полупроводниковые слои.

переход база-эмиттер J _E смещен вперед
напряжение питания _{В ВЕ} при коллектор-база
переход J _C обратно смещен напряжением питания
В _CB .

Срок
к напряжению прямого смещения V _BE , свободные электроны
(основные носители) в области эмиттера испытывают
сила отталкивания от отрицательной клеммы аккумулятора
аналогично отверстия
(большинство перевозчиков) в базовом регионе испытывают
сила отталкивания от положительного вывода
аккумулятор.

As
в результате свободные электроны начинают перетекать от эмиттера к базе
аналогично дырки начинают перетекать от базы к эмиттеру. Таким образом бесплатно
электроны, которые текут от эмиттера к базе и дыркам
протекающие от базы к эмиттеру, проводят электрические
текущий. Фактический ток переносится свободными электронами.
которые перетекают от эмиттера к базе.Однако мы следуем
обычный
текущее направление от базы к эмиттеру. Таким образом
электрический ток создается в области базы и эмиттера.

свободные электроны, которые текут от эмиттера к базе, будут
Совместите с отверстиями в области основания аналогично отверстиям
которые текут от базы к эмиттеру, будут сочетаться с
электроны в эмиттерной области.

От
На рисунке выше видно, что ширина базовой области
очень тонкий. Поэтому лишь небольшой процент бесплатных
электроны из области эмиттера объединятся с дырками в
базовый регион и оставшееся большое количество свободных
электроны пересекают базовую область и попадают в коллектор
область, край. Большое количество свободных электронов, попавших в
регион коллектора испытает притягательную силу от
положительный полюс аккумуляторной батареи.Следовательно, бесплатные
электроны в области коллектора будут течь к
положительный полюс аккумуляторной батареи. Таким образом, электрический ток равен
производится в коллекторском регионе.

электрический ток, производимый в области коллектора, в основном
за счет свободных электронов из области эмиттера аналогично
электрический ток, производимый в базовой области, также
в первую очередь за счет свободных электронов из эмиттерной области.Следовательно, ток эмиттера больше, чем базовый
ток и ток коллектора. Ток эмиттера — это сумма
тока базы и коллектора.

I _E
= I _B + I _C

ср
Знайте, что ток эмиттера — это входной ток, а ток коллектора
ток — это выходной ток.

выходной ток коллектора меньше входного эмиттера
ток, поэтому текущий коэффициент усиления этого усилителя фактически
меньше 1.Другими словами, усилитель с общей базой
ослабляет электрический ток, а не усиливает его.

база-эмиттер
разветвление J _E на входе действует как передний
смещенный диод. Таким образом, усилитель с общей базой имеет низкий
входное сопротивление (низкое сопротивление входящему току). На
С другой стороны, переход коллектор-база J _C при
выходная сторона действует как обратная
смещенный диод.Таким образом, усилитель с общей базой имеет высокий
выходное сопротивление.

Следовательно,
то
усилитель с общей базой обеспечивает низкий входной импеданс и высокий
выходное сопротивление.

Транзисторы
с низким входным сопротивлением и высоким выходным сопротивлением
обеспечивают высокий коэффициент усиления по напряжению.

Даже
хотя коэффициент усиления по напряжению высокий, коэффициент усиления по току очень низкий
и общий коэффициент усиления мощности общего базового усилителя низкий
по сравнению с другими конфигурациями транзисторных усилителей.

транзисторные усилители с общей базой в основном используются в
приложения, где требуется низкий входной импеданс.

Усилитель с общей базой в основном используется как усилитель напряжения или
текущий буфер.

Это
тип схемы транзистора не очень распространен и не является
так же широко используются, как и две другие конфигурации транзисторов.

Принцип работы pnp-транзистора с конфигурацией CB:
То же, что и npn-транзистор с конфигурацией CB. Единственный
разница в том, что свободные электроны npn-транзистора проводят большую часть
ток, тогда как в транзисторе pnp отверстия проводят больше всего
тока.

Кому
полностью описать поведение транзистора с CB
конфигурации нам понадобится два набора характеристик: они

• Ввод
  характеристики
• Выход
  характеристики.

Ввод
характеристики

входные характеристики описывают взаимосвязь между входными
ток (I _E ) и входное напряжение (V _BE ).

Первый,
проведите вертикальную линию и горизонтальную линию. Вертикальная линия
представляет ось y, а горизонтальная линия представляет ось x. В
принимается входной ток или ток эмиттера (I _E )
по оси y (вертикальная линия) и входное напряжение (V _BE ) _{берется по оси x (горизонтальная линия).}

Кому
определить входные характеристики, выходное напряжение V _CB
(напряжение коллектор-база) поддерживается постоянным на уровне нуля вольт и
входное напряжение V _BE увеличено с нуля вольт
на разные уровни напряжения. Для каждого уровня напряжения
входное напряжение (В _BE ), входной ток (I _E )
записывается на бумаге или в любой другой форме.

Тогда кривая
между входным током I _E и входным напряжением V _BE
при постоянном выходном напряжении V _CB (0 вольт).

Далее,
выходное напряжение ( _{В CB} ) увеличено с нуля
вольт до определенного уровня напряжения (8 вольт) и поддерживается постоянным
на 8 вольт. При увеличении выходного напряжения ( _{V CB} ),
входное напряжение (V _BE ) поддерживается постоянным на нуле
вольт.После мы сохранили выходное напряжение ( _{V CB} )
постоянная при 8 вольт, входное напряжение V _BE равно
увеличился от нуля вольт до разных уровней напряжения. За
каждый уровень входного напряжения (В _BE ),
входной ток (I _E ) записывается на бумаге или в любом
другая форма.

А
Затем строится кривая между входным током I _E и
входное напряжение В _BE при постоянном выходном напряжении В _CB
(8 вольт).

Это
повторяется для более высоких фиксированных значений выходного напряжения (V _CB ).

Когда
выходное напряжение ( _{В CB} ) равно нулю и
переход эмиттер-база J _E смещен вперед
входное напряжение (В _BE ), переход эмиттер-база действует
как обычный диод p-n перехода. Итак, входные характеристики
такие же, как и передние характеристики нормального pn
переходной диод.

напряжение отключения кремниевого транзистора составляет 0,7 вольт и
на германиевом транзисторе 0,3 вольта. В нашем случае это
кремниевый транзистор. Итак, из приведенного выше графика мы видим, что
после 0,7 В небольшое увеличение входного напряжения (В _BE )
быстро увеличит входной ток (I _E ).

Когда
выходное напряжение ( _{В CB} ) увеличено с нуля
вольт до определенного уровня напряжения (8 вольт), эмиттер
ток будет увеличиваться, что, в свою очередь, уменьшает
ширина обедненной области на переходе эмиттер-база.Как результат,
падение напряжения будет уменьшено. Следовательно, кривые
смещен влево для более высоких значений вывода
напряжение В _CB .

Выход
характеристики

выходные характеристики описывают взаимосвязь между
выходной ток (I _C ) и выходное напряжение ( _CB В).

Первый,
проведите вертикальную линию и горизонтальную линию. Вертикальная линия
представляет ось y, а горизонтальная линия представляет ось x. В
выходной ток или ток коллектора (I _C ) берется
по оси y (вертикальная линия) и выходное напряжение (V _CB ) _{снимается по оси x (горизонтальная линия).}

Кому
определить выходные характеристики, входной ток или
ток эмиттера I _E поддерживается постоянным равным нулю мА и
выходное напряжение V _CB увеличено с нуля вольт
на разные уровни напряжения.Для каждого уровня напряжения
выходное напряжение В _CB ,
выходной ток (I _C ) записывается.

А
Затем строится кривая между выходным током I _C и
выходное напряжение В _CB при постоянном входном токе I _E
(0 мА).

Когда
ток эмиттера или входной ток I _E равен
0 мА транзистор работает в области отсечки.

Далее,
входной ток (I _E ) увеличен с 0 мА до 1
мА, регулируя входное напряжение V _BE и входное
ток I _E поддерживается постоянным на уровне 1 мА. Пока
увеличение входного тока I _E , выходного напряжения
V _CB остается неизменным.

После
мы сохранили входной ток (I _E ) постоянным на уровне 1 мА,
выходное напряжение ( _{В CB} ) увеличено с нуля
вольт на разные уровни напряжения.Для каждого уровня напряжения
выходное напряжение ( _CB V), выходной ток (I _C )
записывается.

А
Затем строится кривая между выходным током I _C и
выходное напряжение В _CB при постоянном входном токе I _E
(1 мА). Эта область известна как активная область
транзистор.

Это
повторяется для более высоких фиксированных значений входного тока I _E
(Я.е. 2 мА, 3 мА, 4 мА и так далее).

От
Из приведенных выше характеристик видно, что при постоянном
входной ток I _E , при выходном напряжении V _CB
увеличивается, выходной ток I _C остается
постоянный.

в
область насыщения, оба перехода эмиттер-база J _E
переход коллектор-база J _C смещены в прямом направлении.Из приведенного выше графика мы видим, что внезапное увеличение
ток коллектора при выходном напряжении V _CB составляет
переход коллектор-база J _C смещен вперед.

Ранний эффект

Срок
для прямого смещения переход база-эмиттер J _E действует
как диод с прямым смещением и из-за обратного смещения
коллектор-база J _C действует как обратносмещенный
диод.

Следовательно,
то
ширина истощения
область на переходе база-эмиттер J _E составляет
очень мала, тогда как ширина обедненной области на
коллектор-база J _C очень большой.

Если
выходное напряжение V _CB приложено к
коллектор-базовый переход J _C дополнительно увеличен,
ширина области обеднения еще больше увеличивается.Базовый регион
слабо легирован по сравнению с областью коллектора. Так что
область истощения проникает больше в базовую область и меньше
в коллекторский регион. В результате ширина основания
регион уменьшается. Эта зависимость базовой ширины от вывода
напряжение (В _CB ) известно как ранний эффект.

Если
выходное напряжение V _CB приложено к
коллектор-база J _C сильно увеличена,
ширина основания может быть уменьшена до нуля и вызывает напряжение
пробой в транзисторе.Это явление известно как удар
через.

Транзистор
параметры

Динамический ввод
сопротивление (r _i )

динамический
входное сопротивление определяется как отношение изменения входного
напряжение или напряжение эмиттера (В _BE ) на
соответствующее изменение входного тока или тока эмиттера (I _E ),
с выходным напряжением или напряжением коллектора (В _CB )
держится на постоянном уровне.

Входное сопротивление общей базы
усилитель очень низкий.

Динамический
выход
сопротивление (r _o )

динамический
выход
сопротивление определяется как отношение изменения выходного напряжения
или напряжение коллектора (В _CB ) к соответствующему
изменение выходного тока или тока коллектора (I _C ),
при сохранении входного тока или тока эмиттера (I _E )
при постоянном.

Выходное сопротивление общего
базовый усилитель очень высокий.

Текущее усиление (α)

текущий
усиление транзистора в конфигурации CB определяется как
соотношение выходного тока или тока коллектора (I _C )
к входному току или току эмиттера (I _E ).

текущий коэффициент усиления транзистора в конфигурации CB меньше чем
единство.Типичный коэффициент усиления по току обычного базового усилителя составляет
0,98.

.

смещение этого транзистора: усилитель с общим эмиттером

Если вы откроете извечный любимый учебник по электронике The Art Of Electronics и перейдете к разделу о транзисторах, вы увидите небольшой мультфильм. Транзистор показан как комната, в которой «человек-транзистор» стоит, наблюдая за шкалой, показывающей базовый ток, одновременно регулируя потенциометр, ограничивающий ток коллектора. Если подать чуть больше базового тока, он немного подтолкнет коллектор. Если свернуть базовый ток, он сбросит его обратно.Это простой, но эффективный способ объяснить основную работу транзистора, но в нем не рассматриваются некоторые нюансы того, как работает транзистор.

Конечно, переход база-эмиттер представляет собой диод, и это не простой потенциометр, который находится между коллектором и эмиттером. «Лучшее» описание этих аспектов устройства заполняет головы студентов-электронщиков первого курса до тех пор, пока они за всю свою жизнь не захотят больше слышать о h-параметре или модели транзисторной функции Эберса-Молла.К счастью, с транзисторами можно работать без такого глубокого понимания их работы, но перед выбором компонентов, окружающих устройство, все же необходимо выйти за рамки «человека-транзистора».

Самый простой пример смещения

Потенциометр можно использовать для исследования смещения транзистора.

Представьте на мгновение простую транзисторную схему, включающую один транзистор NPN с заземленным эмиттером, его коллектор, связанный с положительным источником питания с помощью резистора, и потенциометр между землей и источником питания, позволяющий подавать любое напряжение. поставляться на базу.Поскольку эмиттер заземлен, даже если иногда через резистор, эта конфигурация транзистора упоминается как усилитель Common Emitter . В этой схеме, если бы вы начали с потенциометра на заземленном конце, тогда транзистор был бы выключен, и ток не протекал бы.

В NPN-транзисторе соединение между базой и коллектором является PN-переходом, поэтому, как вы могли ожидать, он разделяет свои свойства с PN-переходом в диоде. Кремниевый диод начинает проводить, когда напряжение на нем достигает примерно 0.6 В, и когда напряжение на нашем потенциометре на переходе база-коллектор достигает 0,6 В, он также начинает проводить. В базу протекает небольшой ток, и поскольку мы говорим о транзисторе, это приводит к большему току, протекающему через коллектор. Мы вернулись к маленькому человечку из мультфильма Horrowitz & Hill , и связь между током базы и током коллектора называется усилением транзистора . Вы увидите, что это указано в технических характеристиках, и, например, транзистор с коэффициентом усиления 100 будет пропускать 100 мА на коллекторе при базовом токе 1 мА.

Когда базовое напряжение чуть выше 0,6 В, в коллекторе протекает небольшой ток, но не такой большой, поскольку транзистор почти не включается. По мере того, как наш потенциометр перемещается вверх, напряжение базы будет увеличиваться, и будет соответствующее увеличение тока базы с сопутствующим увеличением тока коллектора. Будет область, в которой соотношение между током базы и током коллектора близко к линейному, но в конечном итоге будет достигнута точка, в которой ток коллектора перестанет увеличиваться независимо от того, насколько вы увеличите ток базы.В этот момент говорят, что транзистор насыщен или полностью включен, пропуская ток, ограниченный R1.

Создание более практичного усилителя

А теперь представьте на мгновение нашу простую цепь постоянного тока, используемую в качестве усилителя переменного тока. Мы сохраняем потенциометр, но также подаем на базу источник переменного тока, синусоидальную волну. По мере того, как синусоидальная волна растет и спадает, растет и базовое напряжение, а значит, и его ток. Если база удерживается в точке включения 0,6 В, тогда транзистор будет включен только во время верхней части цикла, а если он будет удерживаться около точки насыщения транзистора, то транзистор будет проходить только через нижняя часть цикла.В обоих случаях на коллекторе отсутствует половина цикла. Следовательно, чтобы усилить весь цикл нашей синусоидальной волны, мы должны удерживать базу с нашим потенциометром так, чтобы транзистор находился в этой близкой к линейной области во всем диапазоне базового тока, генерируемого синусоидальной волной. Удержание базового напряжения транзистора таким образом называется смещением его, и транзистор с этим типом смещения будет пропускать постоянный стоячий ток через свой коллектор при подключении к источнику питания и без входящего сигнала, такого как наш синусоидальный сигнал. волна.

Классический простой транзисторный усилитель переменного тока.

В классической схеме транзисторного усилителя имеется пара резисторов, включенных последовательно между источником питания и землей, которые образуют делитель потенциала, который обеспечивает смещение базы. Эмиттер заземлен, а другой резистор находится между коллектором и питанием. На базу подается слабый входящий сигнал, а его усиленная и инвертированная версия появляется на коллекторе. Существует множество вариаций и усовершенствований этой схемы с использованием эмиттерных резисторов и байпасных конденсаторов для изменения высокочастотной характеристики, но этой простейшей схемы должно быть достаточно, чтобы понять ее работу.

Как же тогда получить значения для различных резисторов? Для преданных математиков есть набор формул, которые можно легко найти в Интернете, и которые лучше не вырезать и вставлять здесь, под предлогом того, что я и многие другие инженеры даже взглянули на них еще раз со времен университета. Для большинства других, кто проектирует, исходя из первых принципов, существует бесчисленное количество программ для анализа схем, многие из которых ведут свою родословную от почтенного SPICE. Я встречал инженеров, которые изучали SPICE с помощью перфокарт, я изучал его через терминал в мини-компьютере VAX, считайте, что вам повезло, если вы познакомились с ним через графический интерфейс рабочего стола.Мой любимый симулятор, просто чтобы назвать его, — это QUCS.

Как всегда, есть «официальный» ответ и «неофициальный» ответ. Нужно ли мне обращаться к QUCS каждый раз, когда подключаю 2N3904? Конечно нет. Как и все, кто познакомился с чем-то благодаря длительной практике, я считаю себя умнее SPICE. Поэтому я делаю несколько предположений, затем создаю макет полученной схемы и подправляю кое-что, если она не совсем правильная. Например, я бы выбрал коллекторный резистор, используя закон Ома, чтобы обеспечить желаемый максимальный ток, когда транзистор насыщен, затем сделал бы несколько предположений с резисторами смещения, сделав их общее значение в 10 раз больше, чем резистор коллектора и отношение верхнего смещения. резистор к понижению составляет примерно 2 к 1.Вы можете коснуться сена в комментариях и проткнуть его дырами на основе ваших симуляций, экспериментов или опыта, но на самом деле это призыв ко всем читателям попробовать и поэкспериментировать со смещением в своих схемах.

Самосмещение, гораздо более простой вариант

Простой, но эффективный усилитель с самосмещением. Попробуйте 330k для R6 и 1k для R7.

Если потенциальный делитель для вас слишком сложен, есть другой вариант. Так называемая схема самосмещения заменяет делитель потенциала одним резистором высокого сопротивления (R6) от коллектора к базе.

Эта схема работает по принципу, согласно которому базовый резистор выбирается для подачи только необходимого тока для включения транзистора, чтобы он оставался в почти линейной области, упомянутой ранее. Таким образом, базовый резистор обычно имеет высокое значение, обычно в диапазоне нескольких сотен кОм. Во времена германиевых транзисторов вы даже могли увидеть схемы без резистора смещения, которые основывались на более высоком токе утечки германиевых устройств. Если вы прочитаете нашу недавнюю статью о письме [Клайва Синклера], вы, возможно, видели пример в одном из цифры.Как и раньше, если вы предпочитаете не моделировать его, вы можете рассчитать значение базового резистора в зависимости от базового тока, необходимого для обеспечения желаемого тока коллектора, но, опять же, это простая схема, для которой можно угадать значение резистора. Коллекторный резистор 1 кОм и базовый резистор 330 кОм никогда не подводили меня для малосигнального самосмещающего аудиоусилителя, я ничто, если не человек привычки.

Примерно месяц назад я написал статью, оплакивающую отсутствие основ электроники, таких как смещение транзисторов, в поколении, выросшем на Arduino или Raspberry Pi.Им посчастливилось выйти из подросткового возраста с полезными навыками, такими как внутреннее устройство ОС GNU / Linux или тонкости взаимодействия с SPI, но аналоговая электроника на этом уровне попросту не появилась. Отчасти это была попытка решить эту проблему, а также дань уважения к одиночному транзисторному усилителю. Я ни в коем случае не утверждаю, что предоставил исчерпывающее введение в предмет, но это легко оставляет дверь открытой для возможности вернуться в будущем.Между тем, если кто-то из вас никогда не брал в руки 2N3904 и не экспериментировал с ним, а не следил за чужой схемой, я надеюсь, вы получили некоторую поддержку. Удачи!

.