Схема общий эмиттер: Расчёт усилительного каскада на транзисторе по схеме с общим эмиттером (ОЭ)

Что собой представляет, как устроен и работает биполярный транзистор

Принципы работы. Режимы: нормальный (в активной области), отсечки и
насыщения.
За счёт чего усиливает транзистор?

Сначала хотел приписать в названии темы малоприятные: «для начинающих» или «для чайников», но, слегка поразмыслив, пришёл к выводу —
«А ведь далеко не каждый электронщик, считающий себя продвинутыми, понимает: как технологически устроен транзистор, за счёт
чего он обладает усилительными свойствами, что влияет на характеристики транзистора и откуда появился
этот загадочный зверь — «дырка»«.

Начнём: Транзистор — это полупроводниковый электронный прибор, работающий по принципу взаимодействия двух, близко расположенных на
кристалле p-n переходов. А коли прибор полупроводниковый, то это значит, что, как ни крути, а изготовлен транзистор из
полупроводниковых материалов таких как: кремний, германий, индий и т.д. А что это такое — полупроводниковый материал или по-простому
полупроводник?

Полупроводники по своим свойствам занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.
При температурах, не сильно отличающихся от абсолютного нуля (-273,15°C), полупроводники обладают свойствами диэлектриков.
Однако даже при незначительном повышении температуры, сопротивление полупроводника быстро уменьшается, и он начинает проводить
электрический ток — т.е. становится проводящим. За счёт чего это происходит?

С ростом температуры кристалл полупроводника получает некоторую долю энергии в виде тепла, достаточную для того, чтобы часть
отрицательно заряженных электронов покинуло свои атомы и перешло в межатомное пространство.
Такие электроны называются свободными, а атомы кристаллической решётки, от которых отпочковались электроны,
приобретают несбалансированный положительный заряд и получают условное название — «дырка».

Таким образом, при температурах выше -273,15°C в кристалле чистого полупроводника содержится некоторое количество зарядов обоих знаков —
свободные электроны и дырки. Если кристалл не содержит примесей, то в любой момент времени количество свободных электронов равно числу
имеющихся в кристалле дырок.

Другое дело, если к чистому полупроводнику подмешать некое вещество! В зависимости от свойств этой примеси мы можем
получить: либо концентрацию дырок, намного превышающую концентрацию электронов (полупроводник p-типа), либо наоборот —
превышение концентрации электронов над концентрацией дырок (полупроводник n-типа).

Итак, p-полупроводник (от англ. positive) — это полупроводник с положительным дырочным типом проводимости, а n-полупроводник
(от англ. negative) — с отрицательным электронным типом проводимости.

Ну вот, а теперь можно переходить к описанию структурной схемы транзистора.

Рис.1

Как следует из рисунка Рис.1, биполярные транзисторы — это приборы, изготовленные на основе трёхслойной полупроводниковой
структуры.
В зависимости от порядка чередования областей, различают изделия двух типов проводимости: прямой (p-n-p) и
обратной (n-p-n).

Легко заметить, что подобная комбинация полупроводников в транзисторе напоминает встречно-последовательное соединение двух диодов
с общим катодом (p-n-p) либо анодом (n-p-n).
Эта аналогия справедлива лишь в одном случае — она позволяет легко тестировать транзистор на предмет его живучести
при помощи обычного омметра или мультиметра.

Рассмотрим цепь, иллюстрирующую работу n-p-n транзистора типа в различных режимах.

Рис.2 а) Режим отсечки тр-ра
б) Активный режим тр-ра
в) Режим насыщения тр-ра

На Рис.2 приведено классическое включение транзистора n-p-n типа по схеме с общим эмиттером. Положительный вывод источника питания
через нагрузку (в качестве которой в нашем случае выступает светодиод) подключается к коллектору транзистора, отрицательный —
к эмиттеру полупроводника и для кучи — к земляной шине.

Подадим нулевое смещение на базу транзистора (Рис.2 а)), посредством чего введём его в режим отсечки, соответствующий
условию Uэб .
В этом случае и эмиттерный, и коллекторный p-n-переходы
оказываются запертыми, и в коллекторной цепи будет протекать лишь незначительный обратный ток Iко ≈ току обратно
смещённого диода. Основные носители заряда (электроны в коллекторной/эмиттерной областях и дырки в базовой) сидят в отведённых
областях и никуда выбираться не собираются, ввиду отсутствия воздействия на них какого-либо электрического поля.

Другое дело если мы подадим между базой и эмиттером транзистора небольшое напряжение Uэб > 0,6—0,7 В (Рис.2 б)) и тем самым
переведём его в активный (нормальный) режим. В данном режиме переход база-эмиттер оказывается включённым в прямом
направлении (открыт), а переход база-коллектор — в обратном (закрыт):

Поскольку прослойка р-полупроводника базы технологически сделана очень тонкой, положительное напряжение, приложенное
к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим п

2.07. Усилитель с общим эмиттером

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ

Рассмотрим источник тока, нагрузкой для которого служит резистор (рис. 2.26). Напряжение на коллекторе равно

U_к=U_кк — I_кR_к.

Рис. 2.26.

Можно через емкость задать сигнал в цепь базы, тогда напряжение на коллекторе будет изменяться. Рассмотрим пример, представленный на рис. 2.27. Конденсатор С выбран так, что фильтр высоких частот, образованный этим конденсатором и последовательно соединенными с ним резисторами смещения базы, пропускает все нужные частоты (резисторы в цепи базы обычно выбирают так, чтобы импеданс со стороны базы, т.е. входное сопротивление транзистора, был гораздо больше и им можно было пренебречь).

Рис. 2.27. Каскад усиления переменного тока с общим эмиттером с отрицательной обратной связью в цепи эмиттера. Обратите внимание, что выходной сигнал снимается с коллектора, а не с эмиттера.

Иначе говоря,

C ≥ l/2πƒ(R₁ || R₂). U_к=U_кк — I_кR_к.

Благодаря напряжению смещения, приложенному к базе, и наличию эмиттерного резистора сопротивлением 1,0 кОм ток покоя коллектора составляет 1,0 мА. Этот ток создает на коллекторе напряжение +10 В ( + 20 В минус падение напряжения на сопротивлении 10 кОм при протекании тока 1,0 мА). Допустим теперь, что на базу подан сигнал u_б. Напряжение на эмиттере повторяет изменение напряжения на базе u_э — u_б и вызывает изменение эмиттерного тока:

i_э = u_э/R_э = u_б/R_э

и приблизительно такое же изменение коллекторного тока (транзистор имеет большой коэффициент h_21э). Итак, первоначальное изменение напряжения на базе вызывает изменение коллекторного напряжения:

u_к = — i_кR_к = — u_б(R_к/R_э)

Стоп! Получается, что схема представляет собой усилитель напряжения, коэффициент усиления которого определяется следующим образом:

Коэффициент усиления = u_вых/u_вх = — R_к/R_э.

В нашем примере коэффициент усиления равен -10000/1000, или -10. Знак минус говорит о том, что положительный сигнал на входе дает на выходе отрицательный сигнал (амплитуда которого в 10 раз больше, чем на входе). Такая схема называется усилителем с общим эмиттером с отрицательной обратной связью в цепи эмиттера.

Входное и выходное сопротивление для усилителя с общим эмиттером. Нетрудно определить входное и выходное сопротивление усилителя. Для входного сигнала схема представляет собой параллельное соединение резисторов 110кОм, 10кОм и входного сопротивления со стороны базы. Последнее приблизительно равно 100 кОм (сопротивление R_э, увеличенное в h_21э раз), а значит, входное сопротивление равно приблизительно 8 кОм (преобладающую роль играет сопротивление 10 кОм). Если используется развязывающий конденсатор, указанный на схеме, то получаем фильтр высоких частот с точкой — 3 дБ на частоте 200 Гц. Для сигналов в рабочей полосе частот (выше частоты, соответствующей точке — 3 дБ) конденсатором емкостью 0,1 мкФ можно пренебречь и учитывать только сопротивление 8 кОм, соединенное с ним последовательно.

Выходное сопротивление определяется как параллельное соединение сопротивления 10 кОм и выходного сопротивления транзистора со стороны коллектора. Что же получается? Если бы не коллекторный резистор, то схема не отличалась бы от источника тока. Коллектор обладает очень большим сопротивлением (порядка мегаом), поэтому выходное сопротивление определяется коллекторным резистором, сопротивление которого составляет 10 кОм. Напомним, что сопротивление со стороны коллектора велико, а со стороны эмиттера мало (как и в схеме эмиттерного повторителя). В выходном сопротивлении усилителя с общим эмиттером преобладает сопротивление резистора нагрузки, стоящего в цепи коллектора, а выходное сопротивление эмиттерного повторителя определяется выходным сопротивлением транзистора со стороны эмиттера, а не сопротивлением нагрузки, стоящей в цепи эмиттера.

Модель Эберса-Молла для основных транзисторных схем

Работа схемы с общим эмиттером — Студопедия

Студопедия

Категории

Авто
Автоматизация
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Бухгалтерия
Военное дело
Генетика
География
Геология
Государство
Дом
Журналистика и СМИ
Изобретательство
Иностранные языки
Информатика
Искусство
История
Компьютеры
Кулинария
Культура
Лексикология
Литература
Логика
Маркетинг
Математика
Машиностроение
Медицина
Менеджмент
Металлы и Сварка
Механика
Музыка
Население
Образование
Охрана безопасности жизни
Охрана Труда
Педагогика
Политика
Право
Программирование
Производство
Промышленность
Психология
Радио
Регилия
Связь
Социология
Спорт
Стандартизация
Строительство
Технологии
Торговля
Туризм
Физика
Физиология
Философия
Финансы
Химия
Хозяйство
Черчение
Экология
Эконометрика
Экономика
Электроника
Юриспунденкция

Предметы

Авиадвигателестроения

Административное право

Административное право Беларусии

Алгебра

Архитектура

Безопасность жизнедеятельности

Введение в профессию «психолог»

Введение в экономику культуры

Высшая математика

Геология

Геоморфология

Гидрология и гидрометрии

Гидросистемы и гидромашины

История Украины

Культурология

Культурология

Логика

Маркетинг

Машиностроение

Медицинская психология

Менеджмент

Металлы и сварка

Методы и средства измерений

электрических величин

Мировая экономика

Начертательная геометрия

Основы экономической теории

Охрана труда

Пожарная тактика

Процессы и структуры мышления

Профессиональная психология

Психология

Психология менеджмента

Современные фундаментальные и
прикладные исследования

в приборостроении

Социальная психология

Социально-философская проблематика

Социология

Статистика

Теоретические основы информатики

Теория автоматического регулирования

Теория вероятности

Транспортное право

Туроператор

Уголовное право

Уголовный процесс

Управление современным производством

Физика

Физические явления

Философия

Холодильные установки

Экология

Экономика

История экономики

Основы экономики

Экономика предприятия

Экономическая история

Экономическая теория

Экономический анализ

Развитие экономики ЕС

Лабораторная работа «Исследование биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером»

Лабораторная работа № 8

«Исследование биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером»

Цель работы: научиться снимать опытным путём входные и выходные характеристи­ки транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, и опре­делять его параметры.

Материальное обеспечение:

Макет для снятия характеристик транзисто­ра, в котором вмонтированы:

а) источник питания;

б) транзистор типа П13;

в) вольтметр постоянного тока 0,5В;

г) вольтметр постоянного тока 12В;

д) миллиамперметр постоянного тока 1 мА;

е) миллиамперметр постоянного тока 50мА .

Содержание работы:

Полупроводниковым транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя р-п- переходами, разделяющими полупроводники с разным характером примесной проводимости: п-р или р-п , где п-область с электронной проводимостью , p -область с дырочной проводимостью.

Смежные области_, отделенные друг от друга р-п — переходами, называются эмиттер Э, база Б и коллектор К.

Наиболее распространённым является транзистор типа р-п-р, у которого база (средняя область) обладает электронной проводимостью. Возможны три основные схемы Включения транзистора: с общей базой ОБ, с общим эмиттером ОЭ и общим коллектором ОК.

Наибольшее распространение имеет схема с общим эмиттером ОЭ, как наиболее выгодная.

Схема соединения:

В схеме с ОЭ входным током является ток ба­зы I_б, а выходным — ток коллектора Iк. Ток эмиттера равен сумме токов I_б и Iк : Iэ = I_б+Iк . Зависимости между током и напряжением входной и выходной цепях транзистора определя­ются его входными и выходными статическими характеристиками.

Входная характеристика представляет собой зависимость тока базы I_б от напряжения между базой и эмиттером Uбэ при напряжении Uкэ=const I_б=f(U_бэ) при U_кэ= const.

Выходной характеристика представляет собой зависимость тока коллектора I_k от напряжения между коллектором и эмиттером Uкэ при токе базы I_б=const.

I_к=f(U_кэ) при I_б = const.

Входные (а) и выходные (б) статические характеристики транзистора в схеме с ОЭ имеют вид:

По характеристикам транзистора определяют­ся его параметры:

а) Входное сопротивление транзистора R_вх:

R_вх =h₁₁

6) коэффициент усиления по току : = при U_кэ1 = const; =h₂₁

Коэффициент усиления по току  этого транзистора, включенного по схеме с ОБ, определя­ется по формуле:

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с макетом и приборами, необ­ходимыми для выполнения работы, и записать их технические данные в таблицу 1.

Таблица 1

№ п/п

Наименование

Номинальные значения или пределы измерений

Цена деления

Класс точности

Заводской номер

2. Включить макет в сеть переменного тока с напряжением 220В.

3. Включить ток и снять три входные характе­ристики транзистора, изменяя напряжение U_бэ от 0 до 0,3 В через 0,05 В с помощью потенциометра R₁ при неизменных U_кэ1=0, U_кэ2 =-5В , U_кэ3= -7В.

3. Полученные значения тока базы I_б и напряже­ния U_бэ занести в таблицу2:

Таблица 2

изм

U_кэ1 = 0

U_кэ2=- 5 В

U_кэ3 = -7В

U_бэ

В

I_б

мА

U_бэ

В

I_б

мА

U_бэ

В

I_б

мА

1

0

0

0

2

0,05

0,05

0,05

3

0,1

0,1

0,1

4

0,15

0,15

0,15

5

0,2

0,2

0,2

6

0,25

0,25

0,25

7

0,3

0,3

0,3

5. Снять три выходные характеристики транзистора, изменяя напряжение Uкэ от 0 до -8 В через 1В с помощью потенциометра R₂ при неизменных
значениях тока базы I_{б 1}= 0,2мA, I_б2 =0,4мА, I_б3 = 0,6 мА.

Выключить ток.

6. Полученные значения тока коллектора I_к и напряжения U_кэ занести в таблицу 3:

Таблица3

изм.

I_{б 1}= 0,2мA

I_б2 =0,4мА

I_б3 = 0,6 мА.

U_кэ

_В

I_к мА

U_кэ

_В

I_к мА

U_кэ

_В

I_к мА

1

0

0

0

2

1

1

1

3

2

2

2

4

3

3

3

5

4

4

4

6

5

5

5

7

6

6

6

8

7

7

7

9

8

8

8

7. Построить на одном координатном поле семейство входных характеристик транзистора I_б =f(U_бэ ) при Uкэ = const и определить по ним входное сопро­тивление транзистора R_вx.

8. Построить на одном координатном поле семейство выходных характеристик транзистора I_к =f(U_кэ ) при I_б = const и определить по ним коэффициент усиления по току , а затем коэффициент усиления .

9. Составить отчет и предъявить его руководителю следующем занятии.

Контрольные вопросы:

1. Что такое биполярный транзистор?

2. Области биполярного транзистора.

3. Условно-графическое обозначение транзистора.

4. Какие типы биполярных транзисторов существуют?

5. Какие характеристики называют входными, а какие выходными?

6. Параметры транзистора.

Схема включения с общим эмиттером — Мегаобучалка

Введение

Современную жизнь трудно представить без хорошо развитой электроники.

Но современная аппаратура обеспечивается совокупностью электротехнических и электронных устройств различной сложности, состоящих из элементов, к которым приложены электрические напряжения или протекают электрические токи. Сколь угодно сложные электронные устройства, в конечном счете, состоят из разнообразных электронных приборов, обладающих вполне определенными свойствами. Таким образом, чтобы разрабатывать, изготавливать или эксплуатировать различную аппаратуру , следует, прежде всего, знать процессы, происходящие в электронных приборах при различных условиях, а также законы, которым подчиняются эти процессы, т.е. освоить основы электроники.

Транзистор представляет собой управляемый прибор, его коллекторный ток зависит от тока эмиттера, который в свою очередь можно изменять напряжением эмиттер – база, U_ЭБ. Поскольку напряжение в цепи коллектора, включенного в обратном направлении, значительно больше, чем в цепи эмиттера, включенного в прямом направлении, а токи в этих цепях практически равны, мощность, создаваемая переменной составляющей коллекторного тока в нагрузке, включенной в цепи коллектора, может быть значительно больше мощности, затрачиваемой на управление тока в цепи эмиттера, т. е. транзистор обладает усилительным эффектом.

Для усиления электрических сигналов применяются схемы с общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ). Работу биполярного транзистора по схеме с ОЭ определяют статические входные и выходные характеристики.

При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°. Усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.

Биполярные транзисторы управляются током. В схеме с ОЭ — током базы. Напряжение на переходе база-эмиттер при этом остаётся почти постоянным и зависит от материала полупроводника, для германия около 0,2 В, для кремния около 0,7 В, но на сам каскад подаётся управляющее напряжение. Ток базы, коллектора и эмиттера и другие токи и напряжения в каскаде можно вычислить по закону Ома и правилам Кирхгофа для разветвлённой многоконтурной цепи.

Режимы работы биполярного транзистора

Транзистором называют электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, пригодный для усиления мощности электрических сигналов и имеющий три или более выводов. По принципу действия транзисторы бывают биполярные и полевые.

Биполярный транзистор содержит три полупроводниковые области с чередующимися типами проводимости n-p-n или p-n-p, которые называют соответственно эмиттером, базой и коллектором.

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт) U_ЭБ>0;U_КБ<0;

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).

Режим отсечки

В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты).

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор.

В таком включении транзистор представляет из себя диод, включенный последовательно с резистором.

Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, неразборчивостью к параметрам транзисторов.

Эмиттерный повторитель — частный случай повторителей напряжения на основе биполярного транзистора. Характеризуется высоким усилением по току и коэффициентом передачи по напряжению, близким к единице. При этом входное сопротивление относительно велико (однако оно меньше, чем входное сопротивление истокового повторителя), а выходное — мало.

В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором (ОК). То есть напряжение питания подаётся на коллектор, входной сигнал подаётся на базу, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100 % отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. Следует также отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Такая схема включения используется для построения входных усилителей, в случае если выходное сопротивление источника велико, и как буферный усилитель, а также в качестве выходных каскадов усилителей мощности.

Схемы включения

Схема включения с общим эмиттером

I_вых = I_к

I_вх = I_б

U_вх = U_бэ

U_вых = U_кэ

· Коэффициент усиления по току:

I_вых/I_вх=I_к/I_б=I_к/(I_э-I_к) = α/(1-α) = β [β>>1]

· Входное сопротивление:

R_вх=U_вх/I_вх=U_бэ/I_б

Достоинства:

· Большой коэффициент усиления по току

· Большой коэффициент усиления по напряжению

· Наибольшее усиление мощности

· Можно обойтись одним источником питания

· Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

· Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

Составной транзистор (схема Дарлингтона и Шиклаи)

Составной транзистор — электрическое соединение двух или более биполярных транзисторов, полевых транзисторов или IGBT-транзисторов, с целью улучшения их электрических характеристик. К этим схемам относят так называемую пару Дарлингтона, пару Шиклаи, каскодную схему включения транзисторов, схему так называемого токового зеркала и др.

Условное обозначение составного транзистора

Составной транзистор имеет три вывода (база, эмиттер и коллектор), которые эквивалентны выводам обычного одиночного транзистора. Коэффициент усиления по току типичного составного транзистора (иногда ошибочно называемого «супербета»), у мощных транзисторов ≈ 1000 и у маломощных транзисторов ≈ 50000. Это означает, что небольшого тока базы достаточно для того, чтобы составной транзистор открылся.

В отличие от биполярных, полевые транзисторы не используются в составном включении. Объединять полевые транзисторы нет необходимости, так как они и без того обладают чрезвычайно малым входным током. Однако существуют схемы (например, биполярный транзистор с изолированным затвором), где совместно применяются полевые и биполярные транзисторы. В некотором смысле, такие схемы также можно считать составными транзисторами. Так же для составного транзистора достигнуть повышения значения коэффициента усиления можно, уменьшив толщину базы, но это представляет определенные технологические трудности.

Примером супербета (супер-β) транзисторов может служить серия КТ3102, КТ3107. Однако их также можно объединять по схеме Дарлингтона. При этом базовый ток смещения можно сделать равным всего лишь 50 пкА (примерами таких схем служат операционные усилители типа LM111 и LM316).

Фото типичного усилителя на составных транзисторах

Схема Дарлингтона

Один из видов такого транзистора изобрёл инженер-электрик Сидни Дарлингтон (Sidney Darlington).

Принципиальная схема составного транзистора

Составной транзистор является каскадным соединением нескольких транзисторов, включенных таким образом, что нагрузкой в эмиттере предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора следующего каскада, то есть транзисторы соединяются коллекторами, а эмиттер входного транзистора соединяется с базой выходного. Кроме того, в составе схемы для ускорения закрывания может использоваться резистивная нагрузка первого транзистора. Такое соединение в целом рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого при работе транзисторов в активном режиме приблизительно равен произведению коэффициентов усиления первого и второго транзисторов:

β_с = β₁ ∙ β₂

Покажем, что составной транзистор действительно имеет коэффициент β, значительно больший, чем у его обоих компонентов. Задавая приращение dl_б = dl_б1, получаем:

dlэ1 = (1 + β₁) ∙ dl_б = dl_б2

dl_к = dl_к1 + dl_к2 = β₁ ∙ dl_б + β₂ ∙ ((1 + β₁) ∙ dl_б)

Деля dl_к на dl_б, находим результирующий дифференциальный коэффициент передачи:

β_Σ = β₁ + β₂ + β₁ ∙ β₂

Поскольку всегда β>1, можно считать:

β_Σ = β₁ ∙ β₁

Следует подчеркнуть, что коэффициенты β₁ и β₁ могут различаться даже в случае однотипных транзисторов, поскольку ток эмиттера I_э2 в 1 + β₂ раз больше тока эмиттера I_э1 (это вытекает из очевидного равенства I_б2 = I_э1).

Схема Шиклаи

Паре Дарлингтона подобно соединение транзисторов по схеме Шиклаи, названное так в честь его изобретателя Джорджа Шиклаи, также иногда называемое комплементарным транзистором Дарлингтона. В отличие от схемы Дарлингтона, состоящей из двух транзисторов одного типа проводимости, схема Шиклаи содержит транзисторы разной полярности (p–n–p и n–p–n). Пара Шиклаи ведет себя как n–p–n-транзистор c большим коэффициентом усиления. Входное напряжение — это напряжение между базой и эмиттером транзистора Q1, а напряжение насыщения равно, по крайней мере, падению напряжения на диоде. Между базой и эмиттером транзистора Q2 рекомендуется включать резистор с небольшим сопротивлением. Такая схема применяется в мощных двухтактных выходных каскадах при использовании выходных транзисторов одной полярности.

Каскад Шиклаи, подобный транзистору с n–p–n переходом

Каскодная схема

Составной транзистор, выполненный по так называемой каскодной схеме, характеризуется тем, что транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером, а транзистор VT2 — по схеме с общей базой. Такой составной транзистор эквивалентен одиночному транзистору, включенному по схеме с общим эмиттером, но при этом он имеет гораздо лучшие частотные свойства и большую неискаженную мощность в нагрузке, а также позволяет значительно уменьшить эффект Миллера (увеличение эквивалентной ёмкости инвертирующего усилительного элемента, обусловленное обратной связью с выхода на вход данного элемента при его выключении).

Достоинства и недостатки составных транзисторов

Высокие значения коэффициента усиления в составных транзисторах реализуются только в статическом режиме, поэтому составные транзисторы нашли широкое применение во входных каскадах операционных усилителей. В схемах на высоких частотах составные транзисторы уже не имеют таких преимуществ — граничная частота усиления по току и быстродействие составных транзисторов меньше, чем эти же параметры для каждого из транзисторов VT1 и VT2.

Достоинства:

а) Высокий коэффициент усиления по току.

б) Cхема Дарлингтона изготавливается в виде интегральных схем и при одинаковом токе рабочая поверхность кремния меньше, чем у биполярных транзисторов. Данные схемы представляют большой интерес при высоких напряжениях.

Недостатки:

а) Низкое быстродействие, особенно перехода из открытого состояния в закрытое. По этой причине составные транзисторы используются преимущественно в низкочастотных ключевых и усилительных схемах, на высоких частотах их параметры хуже, чем у одиночного транзистора.

б) Прямое падение напряжения на переходе база-эмиттер в схеме Дарлингтона почти в два раза больше, чем в обычном транзисторе, и составляет для кремниевых транзисторов около 1,2 — 1,4 В (не может быть меньше, чем удвоенное падение напряжения на p-n переходе).

в) Большое напряжение насыщения коллектор-эмиттер, для кремниевого транзистора около 0,9 В (по сравнению с 0,2 В у обычных транзисторов) для маломощных транзисторов и около 2 В для транзисторов большой мощности (не может быть меньше чем падение напряжения на p-n переходе плюс падение напряжения на насыщенном входном транзисторе).

Применение нагрузочного резистора R1 позволяет улучшить некоторые характеристики составного транзистора. Величина резистора выбирается с таким расчётом, чтобы ток коллектор-эмиттер транзистора VT1 в закрытом состоянии создавал на резисторе падение напряжения, недостаточное для открытия транзистора VT2. Таким образом, ток утечки транзистора VT1 не усиливается транзистором VT2, тем самым уменьшается общий ток коллектор-эмиттер составного транзистора в закрытом состоянии. Кроме того, применение резистора R1 способствует увеличению быстродействия составного транзистора за счёт форсирования закрытия транзистора VT2. Обычно сопротивление R1 составляет сотни Ом в мощном транзисторе Дарлингтона и несколько кОм в малосигнальном транзисторе Дарлингтона. Примером схемы с эмиттерным резистором служит мощный n-p-n — транзистор Дарлингтона типа кт825, его коэффициент усиления по току равен 10000 (типичное значение) для коллекторного тока, равного 10 А.

Схема усилителя с общим эмиттером

Работа и характеристики

Существует различных типов транзисторных усилителей , работающих от входного сигнала переменного тока. Он меняется между положительным значением и отрицательным значением, следовательно, это один из способов представить схему усилителя с общим эмиттером для работы между двумя пиковыми значениями. Этот процесс известен как усилитель смещения, и это важная конструкция усилителя, позволяющая установить точную рабочую точку транзисторного усилителя, который готов принимать сигналы, следовательно, он может уменьшить любые искажения выходного сигнала.

Что такое усилитель с общим эмиттером?

Усилитель с общим эмиттером представляет собой трехкаскадный однокаскадный биполярный переходной транзистор и используется в качестве усилителя напряжения. Вход этого усилителя берется с клеммы базы, выходной сигнал — с клеммы коллектора, а клемма эмиттера является общей для обоих клемм. Базовое обозначение усилителя с общим эмиттером показано ниже.

Усилитель с общим эмиттером

Работа усилителя с общим эмиттером

На приведенной ниже принципиальной схеме показана работа схемы усилителя с общим эмиттером и состоит из смещения делителя напряжения, используемого для подачи напряжения смещения базы в соответствии с необходимостью.Делитель напряжения смещения имеет делитель потенциала с двумя резисторами, подключенными таким образом, что средняя точка используется для подачи напряжения смещения базы.

Схема усилителя с общим эмиттером

В усилителе с общим эмиттером используются различные типы электронных компонентов: резистор R1 используется для прямого смещения, резистор R2 используется для развития смещения, резистор RL используется на выходе. называется сопротивлением нагрузки. Резистор RE используется для термостойкости.Конденсатор C1 используется для отделения сигналов переменного тока от напряжения смещения постоянного тока, а конденсатор известен как конденсатор связи.

На рисунке показано, что характеристики транзистора усилителя с общим эмиттером смещения в зависимости от коэффициента усиления: если резистор R2 увеличивается, то увеличивается прямое смещение, а R1 и смещение обратно пропорциональны друг другу. Переменный ток подается на базу транзистора схемы усилителя с общим эмиттером, после чего возникает небольшой ток базы.Следовательно, через коллектор проходит большой ток через сопротивление RC. Напряжение рядом с сопротивлением RC изменится, потому что значение очень велико и составляет от 4 до 10 кОм. Следовательно, в цепи коллектора присутствует огромное количество тока, который усиливается за счет слабого сигнала, поэтому транзистор с общим эмиттером работает как схема усилителя.

Коэффициент усиления по напряжению усилителя с общим эмиттером

Коэффициент усиления по току усилителя с общим эмиттером определяется как отношение изменения тока коллектора к изменению тока базы.Коэффициент усиления по напряжению определяется как произведение коэффициента усиления по току и отношения выходного сопротивления коллектора к входному сопротивлению базовых цепей. Следующие уравнения показывают математическое выражение усиления по напряжению и по току.

Коэффициент усиления по напряжению и току усилителя с общим эмиттером

Транзисторный усилитель с общим эмиттером

На следующей принципиальной схеме показан транзисторный усилитель с общим эмиттером. Этот транзисторный усилитель имеет общую конфигурацию и представляет собой стандартный формат транзисторной схемы, в которой желательно усиление напряжения.Усилитель с общим эмиттером также преобразован в инвертирующий усилитель. Различные типы конфигураций в транзисторных усилителях представляют собой транзисторы с общей базой и общим коллектором, и рисунок показан на следующих схемах.

Транзисторный усилитель с общим эмиттером

Характеристики усилителя с общим эмиттером

• Средний коэффициент усиления по напряжению усилителя с общим эмиттером
• Высокий коэффициент усиления по мощности в усилителе с общим эмиттером
• На входе и выходе имеется фазовое соотношение 180 градусов
• В усилителе с общим эмиттером входные и выходные резисторы средние.

График характеристик между смещением и усилением показан ниже.

График характеристик

Применение усилителя с общим эмиттером

• Усилители с общим эмиттером используются в усилителях напряжения низкой частоты.
• Эти усилители обычно используются в ВЧ схемах.
• Обычно усилители используются в усилителях с низким уровнем шума.

Преимущества усилителя с общим эмиттером

• Усилитель с общим эмиттером имеет низкое входное сопротивление и представляет собой инвертирующий усилитель.
• Выходное сопротивление этого усилителя высокое.
• Этот усилитель имеет наибольшее усиление мощности в сочетании со средним напряжением и усилением по току.
• Усиление по току у усилителя с общим эмиттером высокое

Недостатки усилителя с общим эмиттером

• На высоких частотах усилитель с общим эмиттером имеет не отвечает
• Коэффициент усиления по напряжению этого усилителя нестабилен
• Выходное сопротивление в этих усилителях очень высокое
• В этих усилителях наблюдается высокая тепловая нестабильность
• Высокое выходное сопротивление

В этой статье обсуждается работа усилителя схема усилителя с общим эмиттером.Прочитав приведенную выше информацию, вы получите представление об этой концепции. Кроме того, любые вопросы относительно этого или если вы хотите реализовать электрические проекты, пожалуйста, не стесняйтесь комментировать в разделе ниже. Вот вам вопрос, какова функция усилителя с общим эмиттером?

Усилитель с общим эмиттером — Характеристики, смещение, решенные примеры

Эта конфигурация известна как конфигурация с общим эмиттером, потому что здесь эмиттер используется как общий отрицательный вывод для входного базового сигнала и выходной нагрузки.Другими словами, вывод эмиттера становится опорным выводом как для входного, так и для выходного каскада (что означает, что общий вывод как для базы, так и для коллектора).

Усилитель с общим эмиттером — это наиболее часто используемая конфигурация транзисторов, которую можно увидеть на рис. 3.13 ниже для обоих транзисторов pnp и npn.

В основном, здесь транзистор базовой терминал используется в качестве входного сигнала, коллектор выполнен в виде выходного сигнала, а эмиттер подключен общий для обоих (например, если транзистор npn-излучатель может быть соединен с опорным основанием линии ), поэтому он получил свое название как обычный эмиттер.Для полевого транзистора аналогичная схема называется усилителем с общим истоком.

Характеристики общего эмиттера

Как и общая базовая конфигурация, здесь также два диапазона характеристик снова становятся важными для полного объяснения природы схемы с общим эмиттером: один для схемы входа или базы-эмиттера, а другой для выхода или коллектора. -эмиттерная схема.

Эти два набора показаны на Рис. 3.14 ниже:

Направления тока для эмиттера, коллектора и базы указаны в соответствии со стандартным условным правилом.

Хотя конфигурация изменилась, отношение для текущего потока, которое было установлено в нашей предыдущей общей базовой конфигурации, все еще применяется здесь без каких-либо изменений.

Это может быть представлено как: I E = I C + I B и I C = I E .

Для нашей нынешней конфигурации с общим эмиттером указанные выходные характеристики являются графическим представлением выходного тока (I C ) в зависимости от выходного напряжения (V CE ) для выбранного набора значений входного тока (I В ).

Входные характеристики можно рассматривать как график зависимости входного тока (I B ) от входного напряжения (V BE ) для данного набора значений выходного напряжения (V CE )

Обратите внимание на то, что характеристики на рис. 3.14 указано значение I B в микроамперах вместо миллиампер для IC.

Также мы обнаруживаем, что кривые I B не являются идеально горизонтальными, как те, что получены для I E в конфигурации с общей базой, что означает, что напряжение между коллектором и эмиттером может влиять на значение базового тока.

Активную область для конфигурации с общим эмиттером можно понимать как ту часть верхнего правого квадранта, которая обладает наибольшей степенью линейности, то есть той конкретной областью, где кривые для I B имеют тенденцию быть практически прямыми и равномерно разложить.

На рис. 3.14a эта область видна справа от вертикальной пунктирной линии в точке V CEsat и над кривой I B , равной нулю. Область слева от V CEsat известна как область насыщения.

В активной области усилителя с общим эмиттером переход коллектор-база будет смещен в обратном направлении, а переход база-эмиттер будет смещен в прямом направлении.

Если вы помните, это были точно такие же факторы, которые сохранялись в активной области установки с общей базой. Активная область конфигурации с общим эмиттером может быть реализована для усиления напряжения, тока или мощности.

Область отсечки для конфигурации с общим эмиттером, по-видимому, не очень хорошо охарактеризована по сравнению с областью конфигурации с общей базой.Обратите внимание, что в характеристиках коллектора на рис. 3.14 I C на самом деле не соответствует нулю, а I B — нулю.

Для конфигурации с общей базой, когда входной ток I E оказывается близким к нулю, ток коллектора становится равным только обратному току насыщения I CO , так что кривая I E = 0 и ось напряжения была одна для всех практических приложений.

Причину этого изменения характеристик коллектора можно оценить с помощью соответствующих модификаций формул.(3.3) и (3.6). как указано ниже:

Оценивая описанный выше сценарий, где IB = 0 A, и заменяя типичное значение, такое как 0,996 для α, мы можем получить результирующий ток коллектора, как указано ниже:

Если мы рассмотрим I CBO как 1 мкА, результирующий ток коллектора при I B = 0 А будет 250 (1 мкА) = 0,25 мА, как показано в характеристиках на рис. 3.14.

Во всех наших будущих обсуждениях ток коллектора, установленный условием I B = 0 мкА, будет иметь обозначение, определяемое следующим уравнением.(3.9).

Условия, основанные на вышеупомянутом новом установившемся токе, могут быть визуализированы на следующем Рис. 3.15 с использованием его эталонных направлений, как указано выше.

Для включения усиления с минимальными искажениями в режиме общего эмиттера отсечка устанавливается током коллектора I C = I CEO.

Это означает, что следует избегать области под I B = 0 мкА для обеспечения чистого и неискаженного выхода усилителя.

Как работают схемы с общим эмиттером

В случае, если вы хотите, чтобы конфигурация работала как логический переключатель, например, с микропроцессором, конфигурация представит пару из точек интереса: сначала как точка отсечки, а другой — как область насыщения.

В идеале отсечка может быть установлена ​​на I C = 0 мА для указанного напряжения V CE .

Поскольку I CEO i обычно довольно мал для всех кремниевых BJT, отсечка может быть реализована для коммутационных действий, когда I B = 0 мкА или I C = I CEO

Если вы помните в нашей общей базовой конфигурации набор входных характеристик был приблизительно установлен через эквивалент прямой линии, что приводит к результату V BE = 0.7 В для всех уровней I E , который был больше 0 мА

Мы можем применить тот же метод для конфигурации с общим эмиттером, что даст приблизительный эквивалент, как показано на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Кусочно-линейный эквивалент характеристик диода на рис. 3.14b.

Результат соответствует или нашему предыдущему выводу, согласно которому напряжение базового эмиттера для BJT в активной области или во включенном состоянии будет 0,7 В, и это будет фиксироваться независимо от тока базы.

Решенный практический пример 3.2

Как смещать усилитель с общим эмиттером

Конфигурации транзисторных схем

»Примечания к электронике

В схемах транзисторов

используется одна из трех конфигураций транзисторов: общая база, общий коллектор (эмиттерный повторитель) и общий эмиттер — одна из них выбирается в процессе проектирования электронной схемы.

Руководство по проектированию транзисторных цепей Включает:
Проектирование транзисторных цепей
Конфигурации схемы
Общий эмиттер
Общая схема эмиттера
Эмиттер-повторитель
Общая база

См. Также:
Типы транзисторных схем

При рассмотрении конструкции электронной схемы для транзисторной схемы можно использовать три различных основных конфигурации схемы.

Три различных конфигурации схемы транзистора: общий эмиттер, общая база и общий коллектор (эмиттерный повторитель), эти три конфигурации схемы имеют разные характеристики, и в зависимости от требований будет выбран один тип схемы.

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

Каждая из различных топологий транзисторов имеет входы и выходы, подключенные к разным точкам, при этом одна клемма является общей для входа и выхода.

В дополнение к выбору правильной конфигурации схемы или топологии на этапе проектирования электронной схемы для обеспечения требуемых основных характеристик вокруг транзистора размещаются дополнительные электронные компоненты: обычно резисторы и конденсаторы, и значения рассчитываются для получения точных необходимых характеристик .

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

Конфигурации транзисторных схем

Названия трех основных конфигураций транзисторов указывают на вывод транзистора, который является общим для входных и выходных цепей. Это дает начало трем терминам: общая база, общий коллектор и общий эмиттер.

2N3553 Транзистор в металлической банке TO39

Термин «заземленный», т.е. заземленная база, заземленный коллектор и заземленный эмиттер, также может использоваться в некоторых случаях, поскольку сигнал общего элемента обычно заземлен.

Существуют конфигурации эквивалентных схем для полевых транзисторов, а также термоэлектронных клапанов / вакуумных ламп. Эти конфигурации имеют одинаковые типы свойств, хотя и немного изменены в зависимости от типа используемого электронного устройства.

Для полевых транзисторов используются такие термины, как общий сток, общий исток и общий затвор, а для клапанов / трубок терминология включает общий катод, общий анод и общую сетку.

Конфигурация транзистора с общей базой

По алфавиту это первая конфигурация транзистора, но, вероятно, она будет использоваться меньше всего.

Эта конфигурация транзистора обеспечивает низкий входной импеданс при высоком выходном сопротивлении. Несмотря на высокое напряжение, коэффициент усиления по току невелик, а общий коэффициент усиления по мощности также невелик по сравнению с другими доступными конфигурациями транзисторов. Другой важной особенностью этой конфигурации является то, что вход и выход находятся в фазе.

Эта конфигурация транзистора, вероятно, используется меньше всего, но она дает преимущества, заключающиеся в том, что база, общая для входа и выхода, заземлена, и это дает преимущества в уменьшении нежелательной обратной связи между выходом и входом для различных приложений проектирования радиочастотных схем.Это происходит потому, что база, которая физически является электродом между эмиттером и коллектором, заземлена, тем самым создавая барьер между ними.

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

Также низкий входной импеданс часто может обеспечить хорошее согласование с сопротивлением 50 Ом, что является полезным атрибутом для многих сценариев проектирования ВЧ.

Конфигурация схемы общей базы транзистора

Общий коллектор (эмиттерный повторитель)

Конфигурация схемы общего коллектора, возможно, более широко известна как эмиттерный повторитель, потому что напряжение эмиттера следует за напряжением базы, хотя и ниже по напряжению на величину, равную напряжению включения базового эмиттерного перехода.

Общий коллектор, эмиттерный повторитель обеспечивает высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Коэффициент усиления по напряжению равен единице, хотя коэффициент усиления по току велик.Входные и выходные сигналы синфазны.

Принимая во внимание эти характеристики, конфигурация эмиттерного повторителя широко используется в качестве буферной схемы, обеспечивающей высокий входной импеданс для предотвращения нагрузки предыдущего каскада и низкий выходной импеданс для управления следующими каскадами.

Конфигурация схемы общего коллектора транзистора

Как видно из схемы, в этой конфигурации транзистора коллекторный электрод является общим как для входных, так и для выходных цепей. Несколько дополнительных электронных компонентов используются с резистором для эмиттера, возможно, конденсаторами на входе и выходе и резисторами смещения на базе, если это необходимо.В некоторых случаях эмиттерный повторитель может быть напрямую соединен с предыдущим каскадом, поскольку выходное напряжение постоянного тока может быть подходящим для согласования с цепью повторителя. Это означает, что требуется очень мало дополнительных электронных компонентов.

Конфигурация транзистора с общим эмиттером

Эта конфигурация транзисторов, вероятно, наиболее широко используется. Схема обеспечивает средние уровни входного и выходного сопротивления. Прирост как по току, так и по напряжению можно описать как средний, но выход является обратным входу, т.е.е. Изменение фазы на 180 °. Это обеспечивает хорошую общую производительность и поэтому часто является наиболее широко используемой конфигурацией.

Конфигурация схемы общего эмиттера транзистора

Как видно из схемы, в этой конфигурации транзистора электрод эмиттера является общим как для входной, так и для выходной цепи.

Сводная таблица конфигурации схемы транзистора

В таблице ниже дается сводка основных свойств различных конфигураций транзисторов.При разработке транзисторной схемы важным аспектом является не только усиление, но и такие параметры, как входное и выходное сопротивление.

Дополнительные электронные компоненты

Какая бы форма подтверждения транзистора ни была выбрана на этапе проектирования электронной схемы, вокруг транзистора потребуются дополнительные компоненты: резисторы для установки точек смещения и конденсаторы для обеспечения связи и развязки.

Схема транзистора с общим эмиттером, показывающая дополнительные компоненты, необходимые для обеспечения смещения, связи и развязки и т. Д.

В этой схеме усилителя с общим эмиттером базовая конфигурация устанавливает основные условия схемы: среднее входное сопротивление, среднее выходное сопротивление, приемлемое напряжение усиление и тому подобное. Затем рассчитываются дополнительные электронные компоненты, чтобы обеспечить требуемые рабочие условия сверх указанных.

Каждый из электронных компонентов должен быть рассчитан на этапе проектирования электронной схемы, чтобы обеспечить требуемые характеристики.

Хотя общий эмиттер, вероятно, будет чаще всего встречаться с электронными компонентами, такими как резисторы и конденсаторы, при использовании для проектирования ВЧ-схемы в схему также могут быть включены такие компоненты, как индукторы и трансформаторы. То же самое верно и для других конфигураций транзисторных схем.

Наиболее часто используемая конфигурация схемы — это общий эмиттер — он используется для многих каскадов усилителя, обеспечивающих усиление по напряжению. Также широко используется эмиттерный повторитель или общий коллектор.Обеспечивая высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс, он действует как буфер и обеспечивает только усиление по току — его усиление по напряжению равно единице. Общая база используется в более специализированных приложениях и заметно меньше.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем

Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Соединение с общим эмиттером (или конфигурация CE) — кривая входных и выходных характеристик

Определение : Конфигурация, в которой эмиттер подключается между коллектором и базой, известна как конфигурация с общим эмиттером. Входная цепь соединена между эмиттером и базой, а выходная цепь взята из коллектора и эмиттера. Таким образом, эмиттер является общим как для входной, так и для выходной цепи, и, следовательно, название является общей конфигурацией эмиттера.Схема общего эмиттера для транзисторов NPN и PNP показана на рисунке ниже.

Коэффициент усиления базового тока (β)

Коэффициент усиления базового тока определяется как отношение выходного и входного тока в конфигурации с общим эмиттером. При обычном усилении эмиттера выходной ток — это ток коллектора I _C, , а входной ток — это ток базы I _B .

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

Связь между текущим коэффициентом усиления (α) и базовым коэффициентом усиления (β)

Соотношение между Β и α может быть получено как

Мы знаем,

Сейчас,

Подставляя значение ΔI _E в уравнение (1), получаем,

Вышеприведенное уравнение показывает, что когда α достигает единицы, тогда β достигает бесконечности. Другими словами, коэффициент усиления по току в конфигурации с общим эмиттером очень высок, и по этой причине схема с общей схемой расположения эмиттеров используется во всех транзисторных приложениях.

Ток коллектора

В конфигурации CE входной ток I _B и выходной ток I _C связаны уравнением, показанным ниже.

Если базовый ток открыт (т. Е. I _B = 0). Коллекторный ток поступает на эмиттер, и этот ток обозначается сокращенно I _CEO , что означает ток коллектор-эмиттер при разомкнутой базе.

Подставляем значение ΔI _B в уравнения (1), получаем

Характеристики конфигурации общего эмиттера (CE)

Характеристика схемы транзистора с общим эмиттером показана на рисунке ниже.Напряжение между базой и эмиттером изменяется регулировкой потенциометра R ₁ . А напряжение между коллектором и эмиттером меняли регулировкой потенциометра R ₂ . Для различных настроек ток и напряжение снимаются с миллиамперметра и вольтметра. На основе этих показаний кривая ввода и вывода строится на кривой.

Кривая входных характеристик

Кривая, построенная между базовым током I _B и напряжением база-эмиттер V _EB , называется кривой входных характеристик.Для построения входной характеристики токи базы снимаются через амперметр на эмиттерном напряжении V _BE при постоянном токе коллектор-эмиттер. Кривая для различных значений тока коллектор-база показана на рисунке ниже.

Кривая для конфигурации с общей базой аналогична характеристике прямого диода. Базовый ток I _B увеличивается с увеличением напряжения эмиттер-база V _BE . Таким образом, входное сопротивление конфигурации CE сравнительно выше, чем у конфигурации CB.

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

Входное сопротивление: Отношение изменения напряжения база-эмиттер V _BE к изменению базового тока ∆I _B при постоянном напряжении коллектор-эмиттер V _CE известно как входное сопротивление, т. Е.

Выходная характеристика

В конфигурации CE кривая проходит между током коллектора I _C и напряжением коллектор-эмиттер V _CE при постоянном базовом токе I _B называется выходной характеристикой.Характеристическая кривая для типичного транзистора NPN в конфигурации CE показана на рисунке ниже.

В активной области ток коллектора немного увеличивается по мере увеличения тока коллектора-эмиттера V _CE . Наклон кривой намного больше, чем выходная характеристика конфигурации CB. Выходное сопротивление соединения с общей базой больше, чем у соединения CE.

Значение тока коллектора I _C увеличивается с увеличением V _CE при постоянном напряжении I _B , значение β также увеличивается.

Когда V _CE падает, I _C также быстро падает. Коллектор-база транзистора всегда находится в прямом смещении и работает в режиме насыщения. В области насыщения ток коллектора становится независимым и свободным от входного тока I _B

В активной области I _C = βI _B малый ток I _C не равен нулю и равен обратному току утечки I _CEO .

Выходное сопротивление: Отношение изменения напряжения коллектор-эмиттер к току коллектор-эмиттер известно при токах коллектора при постоянном базовом токе I _B называется выходным сопротивлением r _o .

Значение выходного сопротивления конфигурации CE больше, чем у CB

Практическая конструкция усилителя с общим эмиттером

— TECH Inside

Вселенная началась с большого взрыва, точно так же, как история электроники началась с транзисторов. Я посвящаю эту страницу наиболее распространенному применению биполярных транзисторов (BJT), в частности, NPN-транзистору. В этом посте вы найдете практическую разработку и анализ усилителя с общим эмиттером класса А.Моим любимым программным обеспечением SPICE является LTspice, и я буду использовать его для моделирования и проверки конструкции. Готов идти ?

Обо всем по порядку. Давайте посмотрим на принципиальную схему нашего усилителя.

Хотя существуют более подробные образцы передового опыта, приведенная выше схема лучше всего подходит для учебных целей. Он работает с однополярным питанием и имеет каскад смещения постоянного тока, а также элементы связи по переменному току.

Технические характеристики

Начнем с определения требуемых требований ввода-вывода и условий нагрузки усилителя.

Выбор транзистора

Для простого урока я решил выбрать транзистор с хорошим техническим описанием и хорошей предустановленной моделью в LTspice. Варианты были ограничены, поэтому я выбрал 2SC4102, транзистор малой мощности от ROHM. Показанные ниже напряжение база-эмиттер и выходные характеристики дают достаточно информации.

Смещение постоянного тока

Конструкция

класса A требует, чтобы транзистор находился в активной области даже при отсутствии входного сигнала.Нам нужно заменить все конденсаторы с разомкнутой цепью (из-за того, что конденсаторы не допускают элементов постоянного тока) и устранить ненужные части, чтобы иметь следующее.

Каждая цепь нуждается в источнике питания, поэтому я не вижу причин, мешающих нам выбрать для этой схемы В, _CC = 20 В, . Во-вторых, мы можем выбрать напряжение коллектор-эмиттер и ток покоя коллектор, глядя на Рис. 2 . Мы можем выбрать любую точку на рис. 2 произвольно в зависимости от приложения, как показано ниже.

При сделанных выше предположениях мы можем получить линию нагрузки (также известную как Q-точка) усилителя.

Глядя на кривые, мы можем аппроксимировать параметр усиления транзистора β для нашей желаемой рабочей точки I _CQ = 5 мА и В _CEQ = 10 В . Затем мы можем выбрать напряжения коллектора и эмиттера в состоянии покоя.

Еще одно необходимое нам значение, скрытое на рис. 1, это В _BEQ напряжение база-эмиттер в точке Q.

Это конец предположениям. Теперь можно рассчитать резисторы смещения R ₁ и R ₂ . На основе практического опыта мы можем выбрать ток R ₁ как 10-кратный базовый ток и ток R ₂ как 9-кратный. (Примечание: для высокоскоростных приложений нам нужно подумать еще раз)

Здесь я приблизил значения резисторов к ближайшим 10% стандартного сопротивления E12, поскольку это округление не меняет кардинально условия работы.Найдем коллекторные и эмиттерные резисторы.

Анализ переменного тока

В отличие от предыдущей части, теперь мы должны заменить все источники постоянного напряжения и конденсаторы короткозамкнутыми (потому что мы выберем конденсаторы такой емкости, чтобы они передавали расчетную входную частоту переменного тока с небольшим затуханием), чтобы получить модель усилителя переменного тока. . Результат следующий.

Теперь давайте рассчитаем размах выходного сигнала и базовые токи, используя R _из эквивалентное выходное сопротивление.

Работа

переменного тока показана на следующем графике. При изменении тока базы соответственно изменяются ток коллектора и напряжение коллектор-эмиттер. Видно, что при увеличении тока базы и коллектора напряжение коллектор-эмиттер уменьшается, вызывая разность фаз 180 * между входом и выходом.

Обратите внимание, что транзистор имеет собственное сопротивление эмиттера, которое обозначено как r _E в эквивалентной схеме переменного тока, и его приблизительное значение зависит от теплового напряжения В _T (~ 26 мВ при 25 * C) и покоящегося эмиттера. ток I _EQ .Сопротивление, которое видно со стороны базы, составляет β раз, а входное сопротивление зависит от его значения.

Наконец, поскольку нам нужно пропустить ток I _{B (PP)} на внутренний резистор r _B, , напряжение на r _B должно управляться с помощью резистора истока R _S и его значение рассчитано ниже.

Коэффициент усиления усилителя

Теоретический коэффициент усиления зависит только от выходного сопротивления и внутреннего сопротивления эмиттера разработанного усилителя, в то время как на общий коэффициент усиления влияет также сопротивление источника.

Конденсаторы связи переменного тока

Конденсаторы связи должны успешно обходить смещение постоянного тока. Вот почему их следует выбирать так, чтобы их емкостное сопротивление X _C было менее 1%, чем эквивалентные сопротивления, которые они обходят.

На основе значений, полученных во время проектирования, строится симуляция LTspice. Обратите внимание, что T _A установлено на 25 * C.

А характеристики усилителя показаны ниже.

Амплитуда выходного сигнала составляет ± 4,9 В, что очень близко к желаемому выходному значению ± 5 В, а коэффициент усиления -49 очень близок к расчетному коэффициенту усиления -48. Причины различия — предположения, приближения и вариации модели. Нетрудно догадаться, что реальная схема будет иметь большую погрешность.

Файлы дизайна

Вы можете скачать файлы моделирования LTspice здесь.

Целью этой статьи было помочь вам разработать базовый усилитель переменного тока. Конечно, на пути к успешному продукту есть еще кое-что.Рабочая температура будет большой проблемой для разработчика, в то время как шум и частота сигнала — другие проблемы. Берегитесь, пока не получите более подробное руководство?

Теги: усилитель, В архиве, bjt, общий эмиттер, npn, транзистор, конструкция транзисторного усилителя

Эксперимент с усилителем с общим эмиттером

Эксперимент с усилителем с общим эмиттером

Технологический интерфейс / пружина 97

по

Билл Хаффин
Хаффин @ uscolo.edu
Департамент инженерных технологий
Университет Южного Колорадо

Abstract : Усилитель с общим эмиттером является одним из
три основные конфигурации транзисторных усилителей. В этом эксперименте
студент построит и исследует простой общий эмиттер NPN
транзисторный усилитель. Предполагается, что студент имел
некоторые основы теории транзисторных усилителей, в том числе
использование эквивалентных схем переменного тока.Ожидается, что студент будет развивать
его или ее собственная процедура проведения лабораторного эксперимента после
выполнив полный предварительный анализ, а затем проанализируйте и
вдумчиво резюмируйте, результаты эксперимента в лаборатории
отчет.

Цель эксперимента : исследовать операцию
транзисторного усилителя NPN с общим эмиттером.

Некоторые примечания к схеме :

1) Транзистор является NPN-транзистором общего назначения (2N3904,
2N2222) или аналогичный.

2) Предположим, что Beta = 100, V _BE = 0,7V, r ‘ _e =
25 мВ / I _E в предварительном анализе.

Prelab :

Для показанной схемы спрогнозируйте следующие параметры постоянного тока: I _E ,
V _E , V _B , V _C и V _CE ,
с помощью «приблизительного метода». Нарисуйте эквивалент переменного тока
цепи и прогнозировать усиление напряжения (A _v ), входное сопротивление
Z _i , и выходное сопротивление Z _o, при условии, что все
конденсаторы — это «шорты переменного тока».Также нарисуйте «составной»
формы сигналов, ожидаемые в точках A, B, C, D и E в цепи,
предполагая, что V _в (в точке A) представляет собой пик 100 мВ, синусоидальную волну 5 кГц.

Также нарисуйте базовую модель «черного ящика» (эквивалентную схему).
для усилителя напряжения, состоящего из входного сопротивления Z _i ,
источник зависимого напряжения и выходное сопротивление Z _o .
(Напомним, что Z _i появляется на входе усилителя,
и Z _o появляется последовательно с выходом усилителя.
зависимый источник напряжения).Обратитесь к этой эквивалентной схеме для
следующие процедуры.

Вы можете измерить Z _i , вставив тестовый резистор (например:
10 кОм) последовательно с входным сигналом усилителя, и
измерение того, какая часть сигнала генератора переменного тока действительно появляется
на входе усилителя (обратите внимание на делитель напряжения между
R _test и Z _i на вашей диаграмме). Например,
если R _test = Z _i, входной сигнал усилителя
будет половина подаваемого входного сигнала.

Вы можете определить Z _o следующим образом: временно удалить
нагрузочный резистор и измерьте выходное напряжение без нагрузки переменного тока.
Затем замените нагрузку и повторно измерьте выходное напряжение переменного тока.
Используйте эти измерения для определения Z _o (обратите внимание на напряжение
разделитель между Z _o и R _L в вашем эквиваленте
цепь).

Лаборатория :

Постройте показанную схему и проверьте ВСЕ вышеприведенные прогнозы.При необходимости используйте связь по постоянному току и двойную трассировку осциллографа.
Затем временно удалите C _E и повторно измерьте выход
вольтаж.

Комментарии :

Сравните свои результаты с предварительными расчетами. Объясните любое
существенные расхождения. Также объясните цель или функцию
различных компонентов схемы; например, что такое
назначение резистора 100 Ом у эмиттера? эмиттер
байпасный конденсатор?

Рисунок 1 — Усилитель с общим эмиттером NPN

Рекомендуемые артикулы:

Т.Floyd, Electronic Devices , Prentice Hall

Т. Флойд, Основы линейных цепей , Merrill

Р. Бойлестад и Л. Нашельский, Электронные устройства и схемы
Теория , Прентис Холл

А. Мальвино, Electronic Principles , McGraw-Hill

W. Stanley, Операционные усилители с линейными интегральными схемами ,
Prentice Hall

.