Схему включения транзистора с общим эмиттером: СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА

Схемы включения транзистора: общая база, коллектор, эмиттер

Транзисторы часто применяют для усиления переменных сигналов (которые при расчетах обычно считают синусоидальными), при этом в выходной цепи транзистора применяется нагрузка с ненулевым сопротивлением.

Во входной цепи, кроме источника постоянного напряжения, необходимого для обеспечения активного режима работы, также используют источник входного переменного напряжения. Изобразим три характерные схемы включения транзистора.

Схема с общей базой (ОБ)

(рис. 1.78). Если сопротивление нагрузки достаточно велико, то амплитуда переменной составляющей напряжения uвых значительно больше амплитуды напряжения uвх. Учитывая, что i_выx ~ i_вx, можно утверждать, что схема не обеспечивает усиления тока, но усиливает напряжение. Входной ток такой схемы достаточно большой, а соответствующее входное сопротивление малое.

Схема с общим эмиттером (ОЭ)

(рис. 1.79).

Так как i_выx >> i_вx, а при достаточно большом сопротивлении R_н амплитуда переменной составляющей напряжения u выхзначительно больше амплитуды напряжения uвх , следовательно, схема обеспечивает усиление и тока, и напряжения.

Входной ток схемы достаточно мал, поэтому входное сопротивление больше, чем у схемы с общей базой.

Схема с общим коллектором (ОК)

(рис. 1.80).

При определении переменных составляющих токов и напряжений источники постоянного напряжения u1и u2 заменяют закоротками (закорачивают). После этого к коллектору оказываются подключенными и источник входного напряжения uвх, и сопротивление нагрузки. Отсюда и название — схема с общим коллектором.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Само напряжение uбэи особенно переменная составляющая этого напряжения достаточно малы, поэтому амплитуда переменной составляющей напряжения uвх примерно равна амплитуде переменной составляющей напряжения uвых. В соответствии с этим усилительные каскады, в которых транзисторы включены по схеме с общим коллектором, называют эмиттерными повторителями.

Учитывая также, что i_вх<< i_вых, отмечают, что схема усиливает ток, но не усиливает напряжение.

Схема отличается повышенным входным сопротивлением, так как при увеличении входного напряжения увеличению входного тока препятствует увеличение как напряжения uбэ, так и напряжения uвых. На практике наиболее часто используется схема с общим эмиттером.

Немного теории. Схемы включения транзисторов. | Старый радиолюбитель

Эта статья для тех, кто хочет вспомнить или узнать о трех схемах включения транзисторов, их применении.

У транзисторов три вывода: эмиттер, коллектор и база. Поэтому транзистор в схему включают так, что один из его выводов является входным, второй – выходным, а третий – общим для входной и выходной цепей. В зависимости от того, какой электрод является общим, различают три схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) .

Рис. 1. Включение транзистора по схеме с общей базой.

Схема включения транзистора с общей базой используется преимущественно в каскадах усилителей высоких частот. Усиление каскада с ОБ обеспечивает усиление только по напряжению. Данное включение транзистора позволяет более полно использовать частотные характеристики транзистора при минимальном уровне шумов. Каскад, собранный по схеме с общей базой, обладает низким входным и высоким выходным сопротивлениями (эти параметры очень хорошо согласуются при работе в антенных усилителях с использованием так называемых «коаксиальных» несимметричных высокочастотных кабелей, волновое сопротивление которых как правило не превышает 100 ом). Если сравнивать величины сопротивлений для каскада с ОЭ и ОБ, то входное сопротивление каскада с ОБ в (1+h31э) раз меньше, чем с ОЭ, а выходное в (1+h31э) раз больше. Каскад с ОБ не изменяет фазы входного сигнала.

На рис. 1 справа приведена реальная схема усилителя с общей базой. Входное сопротивление не превышает 100 Ом. База транзистора соединена с общим проводом через конденсатор С2, который представляет для высокочастотных сигналов очень малое сопротивление. Если усилитель работает на частотах более 30 МГц, то параллельно С2 нужно включить конденсатор с емкостью 1 нФ. Высокое сопротивление каскада составляет сотни килоом, что позволяет полностью включить в цепь коллектора высокодобротный колебательный контур L1C3. Чтобы полностью использовать усилительные свойства каскада, следующий каскад должен иметь очень высокое сопротивление (например, каскад на полевом транзисторе или эмиттерный повторитель). Каскад с ОБ имеет высокую стабильность и мало зависит колебаний напряжения питания, так как охвачен ООС по постоянному току через резистор R1.

Рис. 2. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером.

Каскад с общим эмиттером обладает высоким усилением по напряжению и току (а следовательно и по мощности). К особенностям данной схемы включения можно отнести невысокое входное сопротивление каскада (порядка единиц кОм), и относительно высокое (порядка нескольких кОм) выходное сопротивление. Отличительная особенность — изменение фазы входного сигнала на 180 градусов (то есть — инвертирование). Благодаря высокому коэффициенту усиления по мощности схема с ОЭ имеет преимущественное применение по сравнению с ОБ и ОК. В качестве усилительной характеристики транзисторов используется величина «h31э» — это статический коэффициент усиления данного экземпляра транзистора, включенного по схеме с Общим Эмиттером.

Справа на рис. 2 приведена реальная схема резонансного усилителя, где транзистор включен по схеме с ОЭ. У этой схемы имеются недостатки, по сравнению с ОБ. Имеется зависимость коэффициента усиления от частоты. Поэтому следует выбирать транзистор, граничная частота усиления которого по крайней мере в 1,5 раза превышает частоту, на которой будет работать каскад. Следует также выбирать тип транзистора с низким уровнем собственных шумов (особенно в первых каскадах усилителей с большим коэффициентом усиления). Схема с ОЭ не так стабильна, как с ОБ, так как не охвачена ООС по постоянному току. Это можно сделать, если включить в цепь эмиттера параллельно включенные резистор и блокирующий его конденсатор. Чтобы не снижать добротности резонансного контура, коллектор подключен к части его витков.

Рис. 3. Включение транзистора по схеме с общим коллектором.

Схема с общим коллектором обладает высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Коэффициент усиления по напряжению этой схемы всегда меньше 1. Входное сопротивление каскада с ОК зависит от сопротивления нагрузки (Rн) и больше его (приблизительно) в h31э раз. Данная схема используется для согласования каскадов, либо в случае использования источника входного сигнала с высоким входным сопротивлением. В качестве такого источника можно привести, например, пьезоэлектрический звукосниматель или резонансный контур с высокой добротностью. Схема с ОК не изменяет фазы входного сигнала. Иногда такую схему называют Эмиттерным повторителем.

В схеме на рис. 3 конденсатор С3 замыкает токи высокой частоты на общий провод. Схема имет ООС по постоянному току через резистор R2.

Обобщим для ясности свойства всех схем в таблице:

Буду рад, если вам эта статья поможет.

Всем здоровья и успехов.

Схемы включения транзисторов — Ремонт220

Автор Светозар Тюменский На чтение 3 мин. Просмотров 2.2k. Опубликовано 10 марта
Обновлено 19 ноября

Что такое транзистор более или менее представляют практически все, кому довелось иметь дело с различными электроприборами, особенно – созданием и починкой этих самых приборов. Однако правильно подключить транзистор может не каждый. Тем более что подключать их следует согласно одной из нескольких схем.

Прежде чем перейти непосредственно к включению, давайте вспомним, чем различаются два типа приборов, о которых пойдет речь в статье – биполярные и полевые транзисторы.

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, в котором к трем последовательно расположенным слоям полупроводника подключены электроды.

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, ток которого изменяется под воздействием электрического поля, которое создается на затворе благодаря напряжению. В полевом транзисторе используются заряды только одного типа, что существенно отличает его от биполярного транзистора.
В сегодняшней статье мы рассмотрим схемы включения биполярного и полевого транзистора. И в том, и в другом случае существуют три основные схемы. О достоинствах и недостатках каждой из них скажем отдельно.

Схемы включения биполярного транзистора

1. Схема с общим эмиттером.

Считается, что подобная схема позволяет получить наибольшее усиление по мощности, а потому именно она наиболее распространена. Еще одним преимуществом является удобство питания от одного источника. На коллектор и базу идет подача питающего напряжения одного знака. Из недостатков следует отметить более низкие температурные и частотные свойства. Усиление в схеме с общим эмиттером будет снижаться при повышении частоты. Да и каскад при усилении будет вносить искажения, зачастую – значительные.

2. Схема с общей базой.

Подобный план включения значительного усиления не даст, зато обладает температурными и частотными свойствами. В этом его преимущество перед предыдущей схемой. Правда применяется он не так часто. Как и в схеме с общим эмиттером, здесь такой же коэффициент усиления напряжения. И входное сопротивление в десятки раз ниже. Плюс ко всему, такая схема вносит намного меньше искажений при усилении, чем первая.

3. Схема с общим коллектором.

Иначе ее еще называют эмиттерным повторителем. Главная особенность подобной схемы в том, что в ней очень сильна отрицательная обратная связь. Связано это с тем, что напряжение на входе полностью передается обратно на вход. В такой схеме отсутствует фазовый сдвиг между напряжением входным и выходным. Кстати, именно поэтому она называется эмиттерным повторителем (из-за напряжения). Важным преимуществом такой схемы является очень высокое сопротивление на входе и достаточно небольшое – на выходе.

Схема включения полевых транзисторов

Распространены три схемы включения полевых транзисторов. Первая схема – с общим истоком. Вторая – с общим стоком. Третья – с общим затвором.
Самой распространенной является схема с общим истоком. Она очень похожа на схему биполярного транзистора с общим эмиттером. Очень большое усиление мощности и тока достигается каскадом с общим истоком.

Схема с общим затвором также сравнима с одной из схем биполярных транзисторов, а именно – с общей базой. Усиления тока она не дает, а потому не трудно предположить, что в ней и усиление мощности намного меньше, чем в схеме с общим истоком.

Последняя схема – с общим затвором – имеет достаточно ограниченное применение на практике. Связано это в первую очередь с тем, что каскад общего затвора имеет крайне низкое сопротивление на входе.

4.1.3.   Схемы включения транзисторов | Электротехника

При использовании транзистора, имеющего три электрода, один из электродов оказывается общим для входной и выходной цепей. Все напряжения в схеме измеряются относительно общего электрода. Различают три схемы включения транзистора (рис. 4.3): с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК).

В схеме с общей базой (рис. 4.3, а) напряжения на эмиттере (U_эб) и коллекторе (U_кб) отсчитываются относительно базы – общего электрода для входной (эмиттерной) и выходной (коллекторной) цепей. Эта схема обладает усилением по мощности и напряжению (ΔU_кв > ΔU_зв), но не обеспечивает усиления тока (ΔI_k ≈ ΔI_з) и характеризуется малым входным сопротивлением (равным сопротивлению эмиттерного перехода при прямом напряжении).

Наиболее широко применяется схема с общим эмиттером (рис. 4.3, б), в которой напряжения на базе (U_бэ) и коллекторе (U_кэ) отсчитываются относительно эмиттерного электрода, общего для входной (базовой) и выходной (коллекторной) цепей. Так как

I_б = I_э – I_к << I_к (I_k ≈ I_э),

то эта схема обеспечивает усиление тока (ΔI_к >> ΔI_б) и напряжения (ΔU_кэ > ΔU_эб). Кроме того, ее входное сопротивление много больше входного сопротивления схемы ОБ.

В схеме с общим коллектором (рис. 4.3, в) напряжения на базе (U_бэ) и эмиттере (U_кэ) отсчитываются относительно коллектора – общего электрода для входной (базовой) и выходной (эмиттерной) цепей. Так как I_б << I_э, то эта схема обеспечивает усиление тока (ΔI_к >> ΔI_б), приблизительно такое же, как и схема ОЭ. В отличие от схем ОБ и ОЭ схема с общим коллектором не обеспечивает усиления напряжения. Ее достоинством является большое входное сопротивление.

В каждой схеме включения транзистор может характеризоваться четырьмя семействами ВАХ: входными, выходными, прямой передачи (проходных), обратной передачи (обратной связи).

Входной называется характеристика

I₁ = f(U₁)         при     U₂ = const,

показывающая связь тока входного электрода с напряжением на нем, измеряемым относительно общего электрода.

Выходной называется характеристика

I₂ = f(U₂)         при     I₁ = const,

показывающая связь тока выходного электрода с напряжением на нем, измеряемым относительно общего электрода.

Характеристики

I₂ = f(I₁)           или     I₂ = f(U₁)         при     U₂ = const

называются характеристиками прямой передачи, а характеристики

U₁ = f(U₂)        при I₁ = const

называются характеристиками обратной передачи.

В справочниках обычно приводятся усредненные семейства входных, выходных характеристик и реже – характеристик прямой передачи транзисторов, включенных по схеме с ОЭ и OБ.

Семейство входных характеристик схемы с ОБ (рис. 4.4, а) представляет собой зависимость

I_Э = f(U_эб)

при фиксированных значениях параметра напряжения на коллекторном переходе (U_кб).

При U_кб = 0 характеристика подобна ВАХ p-n-перехода, смещенного в прямом направлении. С ростом обратного напряжения U_кб вследствие уменьшения ширины базовой области (эффект Эрли) происходит смещение характеристики вверх: I_э растет при выбранном значении U_ЭБ. Если поддерживается постоянным ток эмиттера (I_э = const), т.е. градиент концентрации дырок в базовой области остается прежним, то необходимо понизить напряжение U_ЭБ, (характеристика сдвигается влево). Следует заметить, что при U_кб < 0 и U_эб = 0 существует небольшой ток эмиттера I_эо, который становится равным нулю только при некотором обратном напряжении.

Семейство выходных характеристик схемы с ОБ представляет собой зависимости

I_к = f(U_кб)

при заданных значениях параметра I_э (рис.4.4, б).

Выходная характеристика транзистора при I_э = 0 и обратном напряжении (U_кб< 0) подобна обратной ветви p-n-перехода. При этом I_к = I_кбо, т.е. характеристика представляет собой обратный ток коллекторного перехода, протекающий в цепи «коллектор – ба
за».

При I_э > 0 основная часть инжектированных в базу носителей доходит до границы коллекторного перехода и создает коллекторный ток, который существует даже при U_кб = 0 в результате ускоряющего действия контактной разности потенциалов. Ток можно уменьшить до нуля путем подачи на коллекторный переход прямого напряжения определенной величины. Этот случай соответствует режиму насыщения, когда существуют встречные потоки инжектированных дырок из эмиттера в базу и из коллектора в базу. Результирующий ток станет равен нулю, когда оба тока одинаковы по величине. Чем больше заданный ток I_э, тем большее прямое напряжение U_кб требуется для получения I_к = 0.

Область в первом квадранте (см. рис. 4.4, а), где U_кб < 0 (обратное) и параметр I_э > 0 (т.е. на эмиттерном переходе напряжение U_эб), соответствует нормальному активному режиму (НАР). Значение коллекторного тока в НАР определяется по формуле:

I_к = αI_э + I_кбо.

Выходные характеристики смещаются вверх при увеличении параметра I_э.

В идеализированном транзисторе не учитывается эффект Эрли, поэтому интегральный коэффициент передачи тока (α) можно считать постоянным, не зависящим от значения |U_кб|. Следовательно, в идеализированном биполярном транзисторе выходные характеристики оказываются горизонтальными (I_к = const). Реально же эффект Эрли при росте |U_кб| приводит к уменьшению потерь на рекомбинацию и росту α. Так как значение α близко к единице, то относительное увеличение α очень мало и может быть обнаружено только измерениями, поэтому отклонение выходных характеристик от горизонтальных линий вверх «на глаз» не заметно.

Семейство входных характеристик схемы с ОЭ (рис. 4.5, а) представляет собой зависимости I_б = f(U_бэ), напряжение U_кэ является параметром. Напряжение U_бэ >0 соответствует прямому включению эмиттерного перехода. Если при этом U_кэ = 0 (потенциалы коллектора и эмиттера одинаковы), то и коллекторный переход будет включен в прямом направлении:

U_кб = U_эб > 0.

Поэтому входная характеристика при U_кэ = 0 будет соответствовать режиму насыщения (РН), а ток базы будет равным сумме базовых токов из-за одновременной инжекции дырок из эмиттера и коллектора. Этот ток, естественно, увеличивается с ростом прямого напряжения U_эб, так как оно приводит к усилению инжекции в обоих переходах (U_кб = U_эб) и соответствующему возрастанию потерь на рекомбинацию, определяющих базовый ток. Процессы в транзисторе отражает схема рис. 4.6. Входная характеристика (см. рис. 4.5, а) имеет форму прямой ветви характеристики p-n-перехода.

Вторая характеристика (см. рис. 4.5, а) относится к нормальному активному режиму, для получения которого напряжение U_кэ должно быть в p-n-р-транзисторе отрицательным (U_кэ < 0) и по модулю превышать напряжение U_бэ В этом случае

U_кб = U_кэ – U_бэ < 0.

Ход входной характеристики в НАР можно объяснить с помощью выражения:

I_б = (1 – α) I_э – I_кбо.

Ток базы связан линейной зависимостью с током эмиттерного перехода, но значительно меньше. Кроме того, через базовую цепь протекает тепловой ток I_кбо

При малом напряжении U_бэ инжекция носителей практически отсутствует (I_э = 0) и ток базы равен:  I_б = -I_кбо, т.е. отрицателен. Увеличение прямого напряжения на эмиттерном переходе вызывает рост I_э и величины (1 – α) I_э. Когда

(1 – α) I_э = I_кбо,

ток базы равен нулю:

I_б = 0.

При дальнейшем росте напряжения U_бэ величина

(1 – α) I_э> I_кбо

и ток базы (I_б) меняет направление, становится положительным (I_б > 0) и сильно зависящим от напряжения перехода.

Влияние U_кэ на I_б в НAP можно объяснить тем, что рост U_кэ означает рост |U_кб| и, следовательно, уменьшение ширины базовой области (эффект Эрли). Последнее будет сопровождаться снижением потерь на рекомбинацию, т.е. уменьшением тока базы (смещение характеристики незначительно вниз).

Семейство выходных характеристик схемы с ОЭ представляе

Схем ы включения транзисторов — Энциклопедия по машиностроению XXL

На рис. 8.36, б приведена схема включения транзистора в цепь к истоку подается плюс, к стоку—минус источника напряжения Уст, к затвору — минус источника Vg-Для простоты рассмотрения будем считать, что поверхностные состояния отсутствуют. Тогда свойства  [c.252]

Усилители напряжения низкой частоты на транзисторах по сравнению с усилителями на электронных лампах отличаются некоторыми особенностями. Транзистор управляется не напряжением, как радиолампа, а током его параметры и усилительные свойства — функции рабочих токов, а токи эти зависят от температуры транзистора. Поэтому стабилизация режима транзистора по постоянному току (стабилизация тока коллектора) — непременное условие хорошей работы схемы. В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей усилителя, различают три схемы включения транзистора с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Параметры транзистора и усилителя для каждой из этих схем различны. Схема с ОЭ, имеющая наибольшее усиление по мощности и средние значения величин входного и выходного сопротивлений, применяют в усилителях чаще других.  [c.251]

Биполярные транзисторы — полупроводниковые приборы, используемые для усиления сигналов. В зависимости от силы тока, проходящего через переход база — эмиттер, меняется сопротивление перехода коллектор -г- эмиттер. Наиболее распространенной является схема включения транзистора с общим эмиттером, где входное напряжение подается на переход база — эмиттер, а выходное напряжение снимается с перехода коллектор — эмиттер (рис. 3.20). Параметры транзисторов описываются семейством входных характеристик /б = /( /бз) и семейством выходных характеристик /к = Я Укэ). Используя эти характеристики, можно установить связь между силой токов через переходы транзистора и приложенными к ним напряжениями, рассчитать коэффициент усиления транзистора / 21=/к//б, определить, в каком состоянии находится транзистор, и оценить, не произошло ли превышение предельно допустимых значений его параметров.  [c.470]

Передача (усиление) тока транзисторами либо полностью, либо частично связана с процессом диффузии поэтому верхняя граничная частота усиливаемого сигнала в П. у., как правило, определяется пе величинами паразитных емкостей и паразитных индуктивностей, как в обычном ламповом усилителе, а временем пролета т,-,р носителей тока (дырок или электронов) в базовой области транзистора Т ,р определяет т. н. критич. частоту транзистора /ц. В П. у. обычно /ц s /ц, к-рая лежит в интервале 108—108 гц (/ц обычных ламповых усилителей — 10 гц) и существенно зависит от схемы включения транзистора. Последнее связано с тем, что в различных схемах П. у. (рис. 1) усиливаемый сигнал тока изменяет эмиттерный или базовый токи транзистора, обусловленные различными носителями (основными или неосновными). Напр., в случае транзистора типа р—п р в П. у. с общей базой приходящий сигнал изменяет эмиттерный ток, т. е. количество дырок (неосновных носителей), инжектируемых в базовую область. Дырки диффундируют через базу со средним временем пролета tj,p, определяющим /ц г l T jp. В этом случае = / . В П. у. с общим эмиттером усиливаемый сигнал изменяет ток базы 1 , обусловленный гл. обр. процессом рекомбинации.  [c.127]

Из трех возможных схем включения транзисторов в усилителях наиболее широко используется схема с общим эмиттером. При таком включении транзистор обеспечивает наибольший ко фициент усиления и имеет в десять раз большее входное сопротивление, чем при включении по схеме с общей базой.  [c.142]

Схемы включения транзисторов р-п-р и п-р-п отличаются полярностью подключения источников питания.  [c.170]

Схемы включения транзисторов  [c.171]

Недостатков, присущих фильтрам ФК (малый к. п. д. и большое гвых), нет в схемах фильтров ФЭ на основе эмиттерного повторителя, приведенных на рис. 3.7, а и б. Эмиттерный повторитель в качестве фильтра имеет два важных преимущества его выходное сопротивление меньше, чем у всех других схем включения транзистора, и составляет величину от десятых до единиц ома, а его коэффициент усиления по напряжению немного меньше единицы. Из этого ясно, что в фильтре ФЭ легче ослабить влияние зависимой э. д. с. а/эгк- Кроме того, автоматическое смещение на базу уменьшает влияние изменения температуры окружающей среды и смены транзисторов на режим работы фильтра.  [c.141]

Из трех схем включения транзистора с общей базой ОБ, общим эмиттером ОЭ и общим коллектором ОК — для коммутации мощных цепей наиболее приемлемой является схема включения с общим эмиттером (в схеме ОБ сила тока управления больше нагрузочного тока, в схеме ОК амплитуда управляющего напряжения должна превышать выходное).  [c.188]

Усилители на транзисторах. В диапазоне СВЧ так же, как и на более низких частотах, в усилителях используются три схемы включения транзистора с общим эмиттером, с общей базой и с общим коллектором. Усиление на каскад, как правило, получается малым, поэтому используются многокаскадные схемы. Выполняются усилители в гибридно-интегральных конструкциях.  [c.96]

Транзистор симметричный — транзистор, электрические характеристики которого практически не изменяются при перемене местами (в схеме включения) коллекторного и эмиттерного выводов.  [c.159]

При включении транзистора по схеме, представленной на рисунке 162 (схема с общим эмиттером), отношение изменения тока коллектора к изменению тока базы Л/ является отношением изменения выходного тока А/дых к изменению входного тока A/jj. Это отношение называется коэффициентом усиления по току  [c.161]

Включение транзистора по схеме с общим эмиттером  [c.364]

В обычных условиях для коэффициента усиления р удается получить значения около 50 и больше. При включении транзистора по схеме с общим эмиттером он действует как усилитель тока.  [c.365]

Включение транзистора по схеме с общей базой  [c.366]

Схема полевою транзистора а) и его включение в схемы (б)  [c.366]

Параметры транзисторов зависят от схем включения и режимов работы. Наиболее распространены две схемы включения с общей базой (ОБ) и с общим эмиттером (ОЭ). Основными параметрами транзисторов. в этих схемах являются коэффициенты усиления по току а (для схемы ОБ) и (для схемы ОЭ), граничная чистота усиления по току а также предельно-  [c.151]

В отличие от рассмотренных схем в генераторной установке применена принципиально отличающаяся схема включения цепи питания обмотки возбуждения и регулятора напряжения. Обмотка возбуждения и выходной транзистор УТ вместе с гасящим диодом У0 выключены между нулевой точкой обмотки статора и корпусом. Питание обмотки возбуждения от аккумуляторной батареи при замкнутых контактах выключателя 5 и неработающем двигателе осуществляется через подпиточный резистор / под- Ток при этом не превышает 0,3 А. При разомкнутых контактах выключателя 5 выходной транзистор закрыт и ток в обмотку возбуждения не поступает.  [c.55]

Применение такой схемы питания обмотки возбуждения позволило применить такой же ротор, как у 14-вольтовых генераторов. Кроме того, такая схема включения обеспечивает уменьшение перенапряжения на выходном транзисторе, когда он находится в закрытом состоянии, за счет уменьшения более чем в 2 раза напряжения питания  [c.56]

Контроль ряда параметров бесконтактных систем зажигания имеет свои особенности. Так как в этих системах отсутствуют контакты, а-их функцию выполняет выходной транзистор, угол замкнутого состояния будет относиться к выходному транзистору. Для определения угла замкнутого состояния, асинхронизма искрообразования и характеристик центробежного и вакуумного регуляторов на стенде собирается схема (рис. 7.5), аналогичная схеме включения системы зажигания на автомобиле, но вместо катушки зажигания устанавливают резистор Я. Затем с помощью привода стенда устанавливают заданную частоту вращения валика датчика-распределителя. При этом падение напряжения на резисторе Я, которое пропорционально углу замкнутого состояния, подают на схему измерения. Стенд СПЗ-12 содержит также синхроноскоп, конструкция которого отличается от рассмотренной выше. Вместо неоновой лампы, расположенной под щелью, в данном случае на вращающемся диске закреплены светодиоды. В зависимости от числа коммутаций, которое должен обеспечить выходной транзистор (четыре, шесть или восемь) за один оборот валика датчика-распределителя, в схему подключается такое же число светодиодов. Каждый из светодиодов коммутируется последовательно один за другим и излучает свет в периоды, когда вы-  [c.124]

Третий вариант схемы предусматривает включение нагрузочного сопротивления в эмиттерный участок цепи. Общим электродом является коллектор. Эта схема обеспечивает усиление тока и мощности, но без увеличения напряжения. Третий вариант включения транзистора час-  [c.62]

На рис. 7.11 приведена принципиальная электрическая схема универсального усилителя, предназначенного для работы в устройствах, допускающих включение транзисторов по схеме с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором в цветных и черно-белых телевизионных приемниках.  [c.317]

При переключении S/1 в положение II или III на выводе / реле 52.3747, соединенному с входом операционного усилителя DA, появляется напряжение. Операционный усилитель обеспечивает периодический заряд конденсаторов С2 и СЗ, разряд которых на цепь база — эмиттер транзистора VTI открывает его и транзистор VT2, обмотка реле KV через переход эмиттер — коллектор VT2 и вывод 15 подключается к бортовой сети, реле срабатывает, замыкает контакты KV.1, включая через вывод S электродвигатель стеклоочистителя в работу на малой скорости. После разряда конденсаторов С2 и СЗ цепь базы транзистора VTI обесточивается и закрывается транзистор VT2, стеклоочиститель отключается. Появление напряжения на выводе S реле 52.3747 происходит с частотой 14 циклов в 1 мин. Реле 52.3747 при включении стеклоомывателя одновременно включает в работу и двигатель стеклоочистителя на малой скорости. Это обеспечивается схемой на транзисторах УТЗ, VT4. При переводе выключателя в положение VI (стеклоочиститель включен) через вывод 86 происходит смещение в прямом направлении перехода база — эмиттер транзистора VT4. Следствием этого является переход в открытое состояние транзисторов VT4, УТЗ, VTI и УТ2. Реле КУ замыкает контакты КУЛ, и стеклоочиститель вступает в работу.  [c.295]

Ослабление температурного дрейфа может быть достигнуто соответотвующим выбором схем включения транзисторов в последующих каскадах усилителя. Если собственный тепловой ток коллекторной цепи последующего каскада меет направление, встречное тепловому току предыдущего каскада, суммарный тепловой дрейф усилителя существенно уменьшается. Подобный метод возможен в схемах, где транзисторы включены с общим эмиттером.  [c.67]

Принципиальная схема приемника приведена на рис. 25. Она представляет собой однодиапазаиный вариангг схемы рис. 18, в которой упрощена входная цепь, изменена схема включения транзистора Тз УПЧ, УНЧ выполнен по бестрансформаторной схеме и понижено начальное напряжение питания с 9 до 4,5 в.  [c.44]

Основнрле параметры транзистора входное и выходное сопротивление, коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности — зависят не только от схемы включения, но и от состояния и режима его работы Из приведенных схем наибольшее применение в аппаратах и системах автоматики получила схема включения транзистора с общим эмиттером. Эта схема дает возможность получить наибольший коэффициент усиления по мощности, достигающий нескольких тысяч, в то время как в двух других схемах (см. рис. 4, б и в) он измеряется десятками или сотнями.  [c.12]

На рис. в.8 приведена схема включения транзистора тина р-п-р с дырочной проводимостью, используемого в качестве элеит-роматнитного реле. Если напряжение в проводах входной цепи 1 (эмиттер—база у транзистора) неодинаково (рис. 6.8а) и на базу  [c.66]

Т ранзисторы — представляют собой трехэлектродные полупроводниковые элементы. Возможны три схемы включения транзистора  [c.35]

Наибольшее распространение получили УРЧ с включением транзистора по схеме р общим эмиттером, что позволяет получать большее усиление по сравнению со схемой включения транзистора с общей базой. Однахо для получения устойчивого коэффициента усиления В блоках УКВ транзистор в УРЧ включают по схеме с общей базой.  [c.5]

Измерение статических характеристик производится для маломощного биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, в режиме анализа по постоянному току (Апа1уз1з>0С). Сначала измерения проводятся при стандартной температуре +27°С, а затем в интервале температур. Схема включения транзистора показана на рис. П7.  [c.357]

Благодаря использованию транзисторов с высоким коэффициентом усиления и каскодных схем включения удается исключить дополнительный источник питания, а питание базовой цепи производить от напряжения на данном элементе. Опорный сигнал для питания базы в такой схеме снимается с кремниевого диода в прямом включении (рис. 27). Нелинейные элементы, построенные по такой схеме, имеют вольт-амперные характеристики, которые образуют семейство параболических кривых. Для настройки этих характеристик служат резисторы R2, R3, R4 и R5. Проведены испытания схемы с различными типами транзисторов, цель которых — исследование погрешности элементов от временного дрейфа и температуры, изучение стабильности нелинейной характеристики и точности аппроксимации заданных кривых вольт-амперными характеристиками нелинейного элемента [206].  [c.106]

Часть схемы на транзисторах VTI, УТЗ, УГ4 и УТБ является регулирующим элементом. Интерес представляют транзисторы УТ4 и УТ5, включенные по схеме составного транзистора (схема Дарлингтона). При такой схеме включения два транзистора рассматриваются как один с большим коэффициентом усиления. Применение составного транзистора в выходной цепи регулятора напряжения позволило снизить силу его базового тока, а следовательно, исключить применение в базовой цепи резистора большого  [c.36]

naf-st >> Радиокомпоненты >> Схемы включения биполярных транзисторов

Существует три основные схемы включения транзисторов. При этом один из электродов транзистора является общей точкой входа и выхода каскада. Надо помнить, что под входом (выходом) понимают точки, между которыми действует входное (выходное) переменное напряжение. Основные схемы включения называются схемами с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

Схема с общим эмиттером (ОЭ). Такая схема изображена на рисунке 1. Во всех книжках написано, что эта схема является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.

Рис. 1 — Схема включения транзистора с общим эмиттером

Усилительные свойства транзистора характеризует один из главных его параметров — статический коэффициент передачи тока базы или статический коэффициент усиления по току β. Поскольку он должен характеризовать только сам транзистор, его определяют в режиме без нагрузки (R_к = 0). Численно он равен:

при U_к-э = const

Этот коэффициент бывает равен десяткам или сотням, но реальный коэффициент k_i всегда меньше, чем β, т. к. при включении нагрузки ток коллектора уменьшается.

Коэффициент усиления каскада по напряжению k_u равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение u_б-э, а выходным — переменное напряжение на резике, или что то же самое, напряжение коллектор-эмиттер. Напряжение база-эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное достигает единиц и десятков вольт (при достаточном сопротивлении нагрузки и напряжении источника E₂). Отсюда вытекает, что коэффициент усиления каскада по мощности равен сотням, тысячам, а иногда десяткам тысяч.

Важной характеристикой является входное сопротивление R_вх, которое определяется по закону Ома:

и составляет обычно от сотен Ом до единиц килоом. Входное сопротивление транзистора при включении по схеме ОЭ, как видно, получается сравнительно небольшим, что является существенным недостатком. Важно также отметить, что каскад по схеме ОЭ переворачивает фазу напряжения на 180°

К достоинствам схемы ОЭ можно отнести удобство питания ее от одного источника, поскольку на базу и коллектор подаются питающие напряжения одного знака. К недостаткам относят худшие частотные и температурные свойства (например, в сравнении со схемой ОБ). С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается. К тому же, каскад по схеме ОЭ при усилении вносит значительные искажения.

Схема с общей базой (ОБ). Схема ОБ изображена на рисунке 2.

Рис. 2 — Схема включения транзистора с общей базой

Такая схема включения не дает значительного усиления, но обладает хорошими частотными и температурными свойствами. Применяется она не так часто, как схема ОЭ.

Коэффициент усиления по току схемы ОБ всегда немного меньше единицы:

т. к. ток коллектора всегда лишь немного меньше тока эмиттера.

Статический коэффициент передачи тока для схемы ОБ обозначается α и определяется:

при u_к-б = const

Этот коэффициент всегда меньше 1 и чем он ближе к 1, тем лучше транзистор. Коэффициент усиления по напряжению получается таким же, как и в схеме ОЭ. Входное сопротивление схемы ОБ в десятки раз ниже, чем в схеме ОЭ.

Для схемы ОБ фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует, то есть фаза напряжения при усилении не переворачивается. Кроме того, при усилении схема ОБ вносит гораздо меньшие искажения, нежели схема ОЭ.

Схема с общим коллектором (ОК). Схема включения с общим коллектором показана на рисунке 3. Такая схема чаще называется эмиттерным повторителем.

Рис. 3 — Схема включения транзистора с общим коллектором

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь. Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме ОЭ. Коэффициент усиления по напряжению приближается к единице, но всегда меньше ее. В итоге коэффициент усиления по мощности примерно равен k_i, т. е. нескольким десяткам.

В схеме ОК фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Входное сопротивление схемы ОК довольно высокое (десятки килоом), а выходное — сравнительно небольшое. Это является немаловажным достоинством схемы.

Основные схемы включения транзисторов

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

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

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

Схема с общим эмиттером

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

Рисунок 1. Функциональная схема включения транзистора с общим эмиттером

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

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

Схема с общей базой

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

Рисунок 2. Функциональная схема включения транзистора с общей базой

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

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

Схема с общим коллектором

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

Рисунок 3. Функциональная схема включения транзистора с общим коллектором

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

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

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

Вместе со статьей «Схемы включения транзистора» читают:

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА

Любой усилитель, независимо от частоты, содержит от одного до нескольких каскадов усиления. Для того, чтобы иметь представление по схемотехнике транзисторных усилителей, рассмотрим более подробно их принципиальные схемы.

Транзисторные каскады, в зависимости от вариантов подключения транзисторов, подразделяются на:

1 Каскад с общим эмиттером (на схеме показан каскад с фиксированным током базы – это одна из разновидностей смещения транзистора).

2 Каскад с общим коллектором

3 Каскад с общей базой

Каскад с общим эмиттером обладает высоким усилением по напряжению и току. К недостаткам данной схемы включения можно отнести невысокое входное сопротивление каскада (порядка сотен ом), высокое (порядка десятков Килоом) выходное сопротивление. Отличительная особенность – изменение фазы входного сигнала на 180 градусов (то есть – инвертирование). Благодаря высокому коэффициенту усиления схема с ОЭ имеет преимущественное применение по сравнению с ОБ и ОК.

Рассмотрим работу каскада подробнее: при подаче на базу входного напряжения – входной ток протекает через переход «база-эмиттер» транзистора, что вызывает открывание транзистора и, в следствии этого, увеличение коллекторного тока. В цепи эмиттера транзистора протекает ток, равный сумме тока базы и тока коллектора. На резисторе в цепи коллектора, при прохождении через него тока, возникает некоторое напряжение, величиной значительно превышающей входное. Таким образом происходит усиление транзистора по напряжению. Так как ток и напряжение в цепи – величины взаимосвязанные, аналогично происходит и усиление входного тока.

Схема с общим коллектором обладает высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Коэффициент усиления по напряжению этой схемы всегда меньше 1. Входное сопротивление каскада с ОК зависит от сопротивления нагрузки (Rн) и больше его (приблизительно) в Н21э раз . (Величина «Н21э» – это статический коэффициент усиления данного экземпляра транзистора, включенного по схеме с Общим Эмиттером). Данная схема используется для согласования каскадов, либо в случае использования источника входного сигнала с высоким входным сопротивлением. В качестве такого источника можно привести, например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон. Схема с ОК не изменяет фазы входного сигнала. Иногда такую схему называют Эмиттерным повторителем .

Схема включения транзистора с общей базой используется преимущественно в каскадах усилителей высоких частот. Усиление каскада с ОБ обеспечивает усиление только по напряжению. Данное включение транзистора позволяет более полно использовать частотные характеристики транзистора при минимальном уровне шумов. Что такое частотная характеристика транзистора? Это – способность транзистора усиливать высокие частоты, близкие к граничной частоте усиления, Эта величина зависит от типа транзистора. Более высокочастотный транзистор способен усиливать и более высокие частоты. С повышением рабочей частоты, коэффициент усиления транзистора понижается. Если для построения усилителя использовать, например, схему с общим эмиттером, то при некоторой (граничной) частоте каскад перестает усиливать входной сигнал. Использование этого – же транзистора, но включенного по схеме с общей базой, позволяет значительно повысить граничную частоту усиления. Каскад, собранный по схеме с общей базой, обладает низким входным и невысоким выходным сопротивлениями (эти параметры очень хорошо согласуются при работе в антенных усилителях с использованием так называемых «коаксиальных» несимметричных высокочастотных кабелей, волновое сопротивление которых как правило не превышает 100 ом). Если сравнивать величины сопротивлений для каскада с ОЭ и ОБ, то входное сопротивление каскада с ОБ в (1+Н21э) раз меньше, чем с ОЭ, а выходное в (1+Н21э) раз больше. Каскад с ОБ не изменяет фазы входного сигнала.

В практике радиолюбителя иногда приходится использовать параллельное включение транзисторов для увеличения выходной мощности (коллекторного тока). Один из вариантов данного включения приведен ниже:

При таком включении нужно стремиться использовать транзисторы с близкими параметрами Вст. Транзисторы большой мощности при этом должны устанавливаться на один теплоотвод. Для дополнительного выравнивания токов в данной схеме в цепях эмиттеров применены резисторы. Сопротивление резисторов следует выбирать исходя из падения напряжения на них (в интервале рабочих токов) около 1 вольта (или, по крайней мере, – не менее 0,7 вольта). Данная схема должна применяться с большой осторожностью, так как даже транзисторы одного типа и из одной партии выпуска имеют очень большой разброс по параметрам. Выход из строя одного из транзисторов неизбежно приведет к выходу из строя и других транзисторов в цепочке. При параллельном включении двух транзисторов максимальный суммарный ток коллектора не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора одного из транзисторов! Количество транзисторов, включенных по этой схеме может быть сколько угодно большим – все зависит от целесообразности.

В радиолюбительской практике иногда необходим транзистор с проводимостью, отличной от имеющегося (например – в выходном каскаде УЗЧ и проч.) . Выйти из положения позволяет схема включения, приведенная ниже:

В данном каскаде используется как правило маломощный транзистор VT1 необходимой проводимости, транзистор VT2 необходимой мощности , но другой проводимости. Данный каскад (в частности) эквивалентен транзистору с проводимостью N-P-N большой мощности с высоким коэффициентом передачи тока базы (h31Э). Если мы используем в качестве VT1, VT2 транзисторы противоположной проводимости – получим мощный составной транзистор с проводимостью P-N-P.

Если в данной схеме применить транзисторы одной структуры – получим так называемый Составной транзистор. Такое включение транзисторов называют Схемой Дарлингтона . Промышленность выпускает такие транзисторы в одном корпусе. Существуют как маломощные (типа КТ3102 и т.п.) так и мощные (например – КТ825) составные транзисторы.

А сейчас поговорим немного о температурной стабилизации усилителя.

Транзистор, являясь полупроводниковым прибором, изменяет свои параметры при изменении рабочей температуры. Так, при повышении температуры, усилительные свойства транзистора ухудшаются. Обусловлено это рядом причин : при повышении температуры значительно увеличивается такой параметр транзистора, как обратный ток коллектора . Увеличение обратного тока коллектора транзистора приводит к значительному увеличению коллекторного тока и к смещению рабочей точки в сторону увеличения тока. При некоторой температуре коллекторный ток транзистора возрастает до такой величины, при которой транзистор перестает реагировать на слабый входной (базовый) ток. Попросту говоря – каскад перестает быть усилительным. Для того, чтобы расширить диапазон рабочих температур, необходимо применять дополнительные меры по температурной стабилизации рабочей точки транзистора. Самым простым способом является коллекторная стабилизация рабочего тока смещения. Рассмотренная нами выше схема каскада по схеме с общим эмиттером является схемой с фиксированным током базы. Ток коллектора в данной схеме зависит от параметров конкретного экземпляра транзистора и должен устанавливаться индивидуально при помощи подбора величины резистора R1. При смене транзистора начальный (при отсутствии сигнала) ток коллектора приходится подбирать заново, так как транзисторы даже одного типа имеют очень большой разброс статического коэффициента усиления тока базы (h31 Э). Другая разновидность каскада – схема с фиксированным напряжением смещения. Эта схема также обладает недостатками, описанными выше:

Для повышения термостабильности каскада необходимо использовать специальные схемы включения:

Схема коллекторной стабилизации, обладая основными недостатками схемы с общим эмиттером (подбор резистора базового смещения под конкретный экземпляр транзистора), тем не менее позволяет расширить диапазон рабочих температур каскада. Как видим, данная схема отличается подключением резистора смещения не к источнику питания, а в коллекторную цепь. Благодаря такому включению удалось значительно (за счет применения отрицательной обратной связи ) расширить диапазон рабочих температур каскада. При увеличении обратного тока коллектора транзистора, увеличивается ток коллектора, что вызывает более полное открывание транзистора и уменьшение коллекторного напряжения. Уменьшение коллекторного напряжения, в свою очередь, уменьшает напряжение начального смещения транзистора, что вызывает уменьшение коллекторного тока до приемлемой величины. Таким образом – осуществляется отрицательная обратная связь, которая несколько уменьшает усиление каскада, но зато позволяет увеличить максимальную рабочую температуру.

Более качественную стабилизацию температурных параметров каскада усиления можно осуществить, если несколько усложнить схему и применить так называемую » эмиттерную » температурную стабилизацию . Данная схема, несмотря на сложность, позволяет каскаду сохранять усилительные свойства в очень широком интервале рабочих температур. Кроме того, применение данной схемы стабилизации дает возможность замены транзисторов без последующей настройки. Отдельно скажу о конденсаторе С3 . Этот конденсатор служит для повышения коэффициента усиления каскада на переменном токе. Он устраняет отрицательную обратную связь каскада. Емкость этого конденсатора зависит от рабочей частоты усилителя. Для усилителя звуковых частот емкость конденсатора может колебаться от 5 до 50 микрофарад, для диапазона радиочастот – от 0,01 до 0,1 микрофарады (но его в некоторых случаях может и не быть) .

Теперь давайте попробуем расчитать термостабильный каксад по постоянному току:

ВНИМАНИЕ! Данные расчета получаются довольно приблизительные! Окончательный номинал резистора R1 потребуется подобрать при наладке более точно!

Для начала нам нужно определиться с исходными данными для расчета. На верхнем прямоугольнике даны постоянные величины соответственно для германиевого (Ge) и кремниевого (Si) транзистора.

Теперь давайте расчитаем работу каскада по переменному току:

Сначала определяем сопротивление Rэ. Для нашего случая (ток коллектора 1 миллиампер) Rэ = 26 ом,
Далее определим проводимость S = 38.46 микросименса (ориентировочно),
Вычисляем значение R11. Для транзистора типа КТ315Б среднее значение параметра h31э равно 200, отсюда R11 равно 5200,
Величину Rb необходимо определить для вычисления входного сопротивления каскада, являющегося нагрузкой расчитываемого. Она равна (при номиналах резисторов, взятых в нашем примере) 5,75 килоом,
Для упрощения расчета можно не вычислять сопротивление Rн, а принять его равным R3.
Ожидаемый коэффициент усиления данного каскада на транзисторе типа КТ315Б со средним значением h31э равным 200 получается около 40.
Следует иметь в виду, что полученное значение коэффициента усиления каскада весьма приблизительно! На практике это значение может отличаться в 1,5 – 2 раза (иногда – больше) и зависит от конкретного экземпляра транзистора!
При расчете коэффициента усиления транзистороного каскада по переменному току следует учитывать, что этот коэффициент зависит от частоты усиливаемого сигнала. Максимальная частота примененного транзистора должна быть по крайней мере в 15-20 раз выше предельной частоты усиления (определяется по справочнику).

Для написания этой странички использовались материалы из книги «Краткий радиотехнический справочник.» Авторы Богданович и Ваксер, Издательство «Беларусь» 1976 год.

Литература по теме: Небольшой учебник «Азы транзисторной схемотехники» (около 380 килобайт), найденный мной в интернете, можно скачать по этой ссылке .

Книжка «Расчет схем на транзисторах» лежит здесь (довольно древняя – 1969 года издания, но вполне актуальная!) обьем около 8 мБайт.

Транзистор, как полупроводниковый прибор, имеющий три электрода (эмиттер, базу, коллектор), можно включить тремя основными способами (рис. 3.1 — 3.6). Как известно, входной сигнал поступает на усилитель по двум проводам; выходной сигнал отводится также по двум проводам. Следовательно, для трех-электродного усилительного прибора при подаче входного и съеме выходного сигнала по двум проводам один из электродов будет непременно общим. Соответственно тому, какой из электродов в схеме включения транзистора будет являться общим, различают три основные схемы включения: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ).

Рис. 3.1. Схема с общим эммитером (ОЭ)

Рис. 3.2. Схема с общим коллектором (ОК)

Практические варианты схем включения транзисторов структуры п-р-п и р-п-р приведены на рис. 3.1 — 3.6. Как следует из сопоставления рисунков, схемы эти идентичны и различаются лишь полярностью подаваемого напряжения.

Для определения входного (RBX.) и выходного (RBbix.) сопротивления каждой из схем включения, а также коэффициентов усиления по току (К,), напряжению (Ки) и мощности (КР=К|ХКи) расчетные и экспериментальные значения и формулы приведены в таблицах 3.1 и 3.2.

Таблица с формулами приведена для приближенных расчетов, а для первоначальной, первичной оценки и сравнения свойств основных схем включения транзисторов предназначена вторая таблица с численными оценками.

Рис. 3.3. Схема с общей базой (ОБ)

Обозначения в таблице следующие: RH — сопротивление нагрузки; R3 — сопротивление эмиттера или отношение изменения напряжения на эмиттерном переходе к изменению тока эмиттера в режиме короткого замыкания в выходной цепи по переменному току; RB — сопротивление базы или отношение изменения напряжения между эмиттером и базой к изменению тока коллектора в режиме холостого хода входной цепи по переменному току; а — коэффициент усиления по току для схемы с общей базой; р — коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером.

Рис. 3.4. Схема с общим эммитером (ОЭ)

Рис. 3.5. Схема с общим коллектором (ОК)

Рис. 3.6. Схема с общей базой (ОБ)

Наиболее часто в практических схемах используют режим включения транзистора с общим эмиттером (как обладающий наибольшим коэффициентом усиления по мощности).

Эмиттерные повторители (схемы с общим коллектором) применяют для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с низким входным сопротивлением нагрузки. Для построения высокочастотных усилителей (имеющих низкое входное сопротивление) используют схемы с общей базой.

В зависимости от наличия, полярности и величины потенциалов на электродах транзисторов различают несколько режимов его работы. Насыщение — транзистор открыт, напряжение на переходе К— Э минимально, ток через переходы максимален. Отсечка — транзистор закрыт, напряжение на переходе К — Э максимально, ток через переходы минимален. Активный — промежуточный между режимом насыщения и отсечки. Инверсный — характеризуется подачей на электроды транзистора обратной (инверсной) полярности рабочего напряжения.

В переключательно-коммутирующих схемах, имеющих только два состояния: включено (сопротивление ключевого элемента близко к нулю) и выключено (сопротивление ключевого элемента стремится к бесконечности), используются режимы насыщения и отсечки. Активный режим широко применяют для усиления сигналов. Инверсный режим используют достаточно редко, поскольку улучшить показатели схемы при таком включении транзистора не удается.

Для того чтобы без расчетов первоначально оценить величины RC-элементов, входящих в состав схем (рис. 3.1, 3.2, 3.4, 3.5), можно принять величину сопротивления в коллекторной (эмиттерной) цепи равной нескольким кОм, а величину сопротивления в цепи базы в 30. 50 раз большим. При этом напряжение на коллекторе (эмиттере) должно быть равно половине напряжения питания. Для схемы с общей базой (рис. 3.3, 3.6) величина сопротивления R3, обычно не превышает 0,1. 1 кОм, величина сопротивления R2 составляет несколько кОм.

Величины реактивных сопротивлений конденсаторов С1 — СЗ для наиболее низких частот, которые требуется усилить, должны быть примерно на порядок ниже соединенных с ними активных сопротивлений R1 — R3 (рис. 3.1 — 3.6). В принципе, величины этих емкостей можно было бы выбрать со значительным запасом, но в этом случае увеличиваются габариты переходных конденсаторов, их стоимость, токи утечки, длительность переходных процессов и т.д.

В качестве примера приведем таблицу 3.3 для быстрого определения величины реактивного сопротивления конденсаторов для нескольких частот.

Напомним, что реактивное сопротивление конденсатора Хс, Ом, можно вычислить по формуле:

Для постоянного тока реактивное сопротивление конденсаторов стремится к бесконечности. Следовательно, для усилителей постоянного тока (нижняя граничная частота усиления равна нулю) переходные конденсаторы не требуются, а для разделения каскадов необходимо предусматривать специальные меры. Конденсаторы в цепях постоянного тока равносильны обрыву цепи. Поэтому при построении схем усилителей постоянного тока используют схемы с непосредственными связями между каскадами. Разумеется, в этом случае необходимо согласование уровней межкаскадных напряжений.

При усилении переменного тока в цепи нагрузки усилительных каскадов зачастую используют индуктивные элементы. Отметим, что реактивное сопротивление индуктивностей растет с увеличением частоты. Соответственно, с изменением сопротивления нагрузки от частоты, растет и коэффициент усиления такого каскада.

Помимо биполярных транзисторов широкое распространение приобрели более современные элементы — полевые транзисторы (рис. 3.7 — 3.9).

Рис. 3.7. Схема с общим истоком (ОИ)

Рис. 3.8. Схема с общим стоком (ОС)

По аналогии со схемами включения биполярных транзисто ров полевые включают с общим истоком, общим стоком и с об щим затвором.

Основные расчетные соотношения для этих схем включения полевых транзисторов приведены в таблице 3.4, где S — крутизна характеристики полевого транзистора, мА/В; R, — внутреннее сопротивление транзистора.

Рис. 3.9. Схема с общим затвором (03)

Основные расчетные соотношения для этих схем включения полевых транзисторов приведены в таблице 3.4, где S — крутизна характеристики полевого транзистора, мА/В; R, — внутреннее сопротивление транзистора.

Ориентировочно величина R1 (рис. 3.7 — 3.9) может быть от нескольких Ом до единиц МОм R2 — несколько кОм. Отметим, что, как и для биполярных транзисторов, полевые также допускают работу с отсечкой, с насыщением; активный и инверсный режимы.

Для увеличения коэффициента передачи по току биполярного транзистора используют «составные» транзисторы, включаемые по схеме Дарлингтона (рис. 3.10 — 3.13). Общий их коэффициент усиления несколько отличается от произведения коэффициентов усиления каждого из транзисторов. Одновременно ухудшается температурная стабильность схемы.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Конструкция усилителя с общим эмиттером на транзисторе

»Lectronics Notes

Простые в использовании пошаговые инструкции по проектированию электронной схемы каскада усилителя на транзисторах с общим эмиттером, показывающие расчеты значений электронных компонентов.

Учебное пособие по проектированию схем транзисторов Включает:
Проектирование схем транзисторов
Конфигурации схемы
Общий эмиттер
Общая схема эмиттера
Эмиттер-повторитель
Общая база

См. Также:
Типы транзисторных схем

Усилитель с общим эмиттером широко используется, и его электронная схема относительно проста..

Есть несколько простых расчетов, которые можно комбинировать с простой схемой проектирования, чтобы получить надежный результат. Довольно легко принять предпочтительные значения компонентов в конструкции усилителя с общим эмиттером.

Существует несколько вариантов усилителя с общим эмиттером, и они могут быть легко включены в конструкцию. Самая основная форма конструкции усилителя с общим эмиттером — это простой логический буфер / выход, состоящий из транзистора и пары резисторов.В него можно добавить несколько дополнительных компонентов, которые позволят превратить его в усилитель со связью по переменному току со смещением по постоянному току и резистором обхода эмиттера.

Простая логическая конструкция усилителя с общим эмиттером

Эта очень простая конструкция логического буфера или усилителя с общим эмиттером настолько проста, насколько это возможно.

На схеме показан транзистор с входным резистором и коллекторным резистором. Входной резистор используется для ограничения тока, протекающего в базу, а резистор коллектора используется для создания этого напряжения на выходе.

Когда на входе появляется высокий логический уровень, это вызывает протекание тока через R1 в базу. Это вызывает включение транзистора. В свою очередь, напряжение на коллекторе падает почти до нуля, и все напряжение вырабатывается на резисторе R1.

Видно, что есть инверсия фазы. При высоком входном напряжении выходной сигнал низкий, т.е.
Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером — этот вариант часто используется с логическими схемами в качестве простого переключателя.

Усилитель с общим эмиттером, действующий как буфер для логической ИС, очень легко спроектировать.

Хотя это не единственный способ спроектировать сцену, можно использовать следующее пошаговое руководство.

1. Выберите транзистор: Выбор транзистора, обозначенного на схеме как TR1, будет зависеть от ряда факторов:
   
   • Ожидаемое рассеивание мощности.
   • Требуемая скорость переключения — для коммутационных приложений выбирайте переключающий транзистор, а не другую форму транзистора с широкой полосой пропускания, фут.
   • Требуется текущее усиление.
   • Требуемый ток.
   • Коллектор-эмиттер напряжения.

   Все это можно предвидеть с достаточной точностью до начала проектирования. После завершения проектирования следует проверить все цифры, чтобы убедиться, что транзистор соответствует выбранным значениям.

2. Рассчитать резистор коллектора: Выбрав тип транзистора, необходимо определить значения других электронных компонентов.Определение резистора коллектора R2 достигается путем определения тока, необходимого для протекания через резистор. Это будет зависеть от таких элементов, как ток, который должна обеспечивать цепь. Также может потребоваться светодиодный индикатор, включенный последовательно с резистором коллектора. Сила тока должна быть определена так, чтобы обеспечить требуемый световой поток. Номинал резистора можно определить с помощью закона Ома, зная ток, протекающий через резистор, и напряжение на нем.
3. Определите номинал резистора базы: Ток базы — это ток коллектора, деленный на значение β или hfe, которое практически одинаково. Убедитесь, что имеется достаточный ток привода, чтобы включить транзистор для самых низких значений β даже при низких температурах, когда значения β будут ниже. Следует проявлять осторожность, чтобы не пропускать чрезмерный ток в базу, поскольку в результате переключение может занять больше времени, поскольку необходимо удалить избыточный накопленный заряд.
4. Переоценить исходные допущения: После того, как проект завершен, необходимо повторно оценить некоторые из начальных решений и оценок на случай, если окончательный проект что-то изменил.

Простая конструкция усилителя с общим эмиттером со связью по переменному току

Конструкция электронной схемы для базовой схемы усилителя с общим эмиттером со связью по переменному току приведена ниже.

Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером и одиночным базовым резистором смещения

Эта схема не получила широкого распространения, поскольку трудно определить точную рабочую точку схемы из-за встречающихся вариаций значений β.

Можно использовать пошаговый процесс, показанный ниже:

1. Выберите транзистор: Выбор транзистора будет зависеть от факторов, включая ожидаемую рассеиваемую мощность, напряжение коллектор-эмиттер, полосу пропускания и т. Д.
2. Выберите резистор коллектора: Значение должно быть выбрано таким образом, чтобы коллектор находился примерно на половине питающей шины для требуемого тока. Величину сопротивления можно определить просто по закону Ома. Текущее значение следует выбирать так, чтобы сопротивление / выходное сопротивление было приемлемым для следующего этапа.
3. Выберите базовый резистор: Используя показатель β для транзистора, определите базовый ток.Затем, используя закон Ома, зная напряжение питания и тот факт, что база будет на 0,5 В (для кремния) над землей, рассчитайте резистор.
4. вычислить разделительные конденсаторы: Используя знание входного и выходного импеданса, определите значение конденсатора, равное импедансу при самой низкой частоте использования. (Xc = 2π f C, где C — в фарадах, а частота — в Гц).
5. Пересмотрите расчеты: Пересмотрите все расчеты и допущения, чтобы убедиться, что все они остаются в силе в свете способа развития схемы.

Комплексная конструкция усилителя с общим эмиттером со связью по переменному току

Включив несколько дополнительных компонентов в общую схему эмиттера, можно обеспечить лучший уровень усиления, а также улучшенную температурную стабильность на постоянном токе.

Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером

Конструкция усилителя с общим эмиттером относительно проста. В качестве основы можно использовать следующую схему проектирования.

1. Выберите транзистор: Как и прежде, тип транзистора следует выбирать в соответствии с ожидаемыми требованиями к рабочим характеристикам.
2. Расчет резистора коллектора: Необходимо определить ток, необходимый для адекватного управления следующей ступенью. Зная, какой ток должен протекать через резистор, выберите напряжение коллектора, равное примерно половине напряжения питания, чтобы обеспечить равные колебания сигнала вверх и вниз. Это определит номинал резистора по закону Ома.
3. Рассчитайте резистор эмиттера: обычно для напряжения эмиттера выбирается напряжение около 1 вольт или 10% от значения шины.Это обеспечивает хороший уровень устойчивости схемы по постоянному току. Вычислите сопротивление, зная ток коллектора (фактически такой же, как ток эмиттера) и напряжение эмиттера.
4. Определить базовый ток: Можно определить базовый ток, разделив ток коллектора на β (или hfe, что по сути то же самое). Если указан диапазон для β, работайте с осторожностью.
5. Определите базовое напряжение: Это легко вычислить, потому что базовое напряжение — это просто напряжение эмиттера плюс напряжение перехода база-эмиттер.Это принято равным 0,6 В для кремниевых и 0,2 В для германиевых транзисторов.
6. Определите номиналы резистора базы: Предположим, что ток, протекающий через цепь R1 + R2, примерно в десять раз больше необходимого тока базы. Затем выберите правильное соотношение резисторов, чтобы обеспечить необходимое напряжение на базе.
7. Конденсатор обхода эмиттера: Коэффициент усиления схемы без конденсатора на резисторе эмиттера составляет приблизительно R3 / R4.Чтобы увеличить коэффициент усиления для сигналов переменного тока, добавлен конденсатор С3 обхода эмиттерного резистора. Это должно быть рассчитано таким образом, чтобы реактивное сопротивление равнялось R4 при самой низкой рабочей частоте.
8. Определите значение входного конденсатора: Значение входного конденсатора должно равняться сопротивлению входной цепи на самой низкой частоте, чтобы обеспечить падение на -3 дБ на этой частоте. Полный импеданс цепи будет β умноженным на R3 плюс любое сопротивление, внешнее по отношению к цепи, т.е.е. сопротивление источника. Внешнее сопротивление часто игнорируется, так как оно, скорее всего, не окажет чрезмерного влияния на схему.
9. Определите значение выходного конденсатора: Опять же, выходной конденсатор обычно выбирается равным сопротивлению цепи на самой низкой рабочей частоте. Сопротивление цепи — это выходное сопротивление эмиттерного повторителя плюс сопротивление нагрузки, то есть следующей цепи.
10. Переоценка допущений: В свете того, как развивалась схема, переоценить все допущения о схеме, чтобы убедиться, что они остаются действительными.Такие аспекты, как выбор транзистора, значения потребления тока и т. Д.

Можно получить более определенное усиление для каскада для сигналов более высокой частоты, поместив резистор (R5) последовательно с C3. Для низких значений усиления по напряжению это можно определить из простого соотношения A _v = R3 / R5.

Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером с дополнительным эмиттерным резистором в цепи обхода конденсатора

После небольшой практики различные каскады в конструкции транзисторного усилителя с общим эмиттером становятся второй натурой, и их можно очень легко выполнить.Выбор транзистора также может быть упрощен. Как упоминалось выше, очень важно использовать переключающий транзистор для коммутационных приложений — даже транзисторы с большим ft или отсечкой не будут работать так же хорошо, как правильный переключающий транзистор.

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».. .

Схемы транзисторов

Схемы транзисторов

Главная |
Карта |
Проекты |
Строительство |
Пайка |
Исследование |
Компоненты |
555 |
Символы |
FAQ |
Ссылки

На этой странице объясняется работа транзисторов в схемах.
Практические вопросы, такие как тестирование, меры предосторожности при пайке и идентификация выводов, рассматриваются в
Страница транзисторов.

Общие: Типы | Токи |
Функциональная модель | Пара Дарлингтона

Коммутация: Введение | Использовать реле? |
Выход чипа | для NPN | и ПНП |
Датчики | Инвертор

Следующая страница: Аналоговые и цифровые системы

См. Также: Транзисторы (пайка, идентификация выводов)

Типы транзисторов

Есть два типа стандартных транзисторов, NPN и PNP , с разными обозначениями схем.Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор.
Большинство используемых сегодня транзисторов являются NPN-транзисторами, потому что их проще всего сделать из кремния.
Эта страница в основном посвящена транзисторам NPN, и если вы новичок в электронике, лучше всего
начните с изучения того, как их использовать.

Выводы имеют маркировку база (B), коллектор (C) и эмиттер (E).
Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но их не так много.
Помогите понять, как используется транзистор, поэтому просто относитесь к ним как к ярлыкам!

Пара Дарлингтона — это два транзистора, соединенных вместе
чтобы дать очень высокий коэффициент усиления по току.

Помимо стандартных (биполярных) транзисторов, есть
полевых транзисторов , которые обычно обозначаются как FET s.
У них разные символы схем и свойства, и они (пока) не рассматриваются на этой странице.

Токи транзисторов

На схеме показаны два пути тока через транзистор. Вы можете построить
эта схема с двумя стандартными 5-миллиметровыми красными светодиодами и любым универсальным маломощным
Транзистор NPN (например, BC108, BC182 или BC548).

Малый базовый ток управляет большим током коллектора .

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

Когда переключатель разомкнут Базовый ток не течет, поэтому транзистор отключается
коллекторный ток.Оба светодиода выключены.

Транзистор усиливает ток и может использоваться как переключатель.

Это устройство, в котором эмиттер (E) находится в цепи управления (базовый ток)
а в управляемой цепи (коллекторный ток) называется общим эмиттерным режимом .
Это наиболее широко используемая схема транзисторов, поэтому ее нужно изучить в первую очередь.

Функциональная модель NPN-транзистора

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

• Переход база-эмиттер ведет себя как диод.
• А базовый ток I _B протекает только при напряжении V _BE
  на переходе база-эмиттер составляет 0,7 В или более.
• Малый базовый ток I _B управляет большим током коллектора Ic.
• Ic = h _FE × I _B
  (если транзистор не открыт и не насыщен)
  
  h _FE — это усиление по току (строго по постоянному току),
  типичное значение для h _FE — 100 (у него нет единиц измерения, потому что это отношение)
• Сопротивление коллектор-эмиттер R _CE регулируется током базы I _B :
  • I _B = 0 R _CE = бесконечный транзистор выключен
  • I _B малый R _CE уменьшенный транзистор частично включен
  • I _B увеличенный R _CE = 0 транзистор полностью открыт («насыщен»)

Дополнительные примечания:

• Резистор часто требуется последовательно с базой, чтобы ограничить базу.
  ток I _B и предотвратить повреждение транзистора.
• Транзисторы имеют максимальный ток коллектора Ic.
• Коэффициент усиления по току h _FE может широко варьироваться ,
  даже для однотипных транзисторов!
• Транзистор, заполненный на на (с R _CE = 0), называется
  « насыщенный ».
• Когда транзистор насыщен, напряжение коллектор-эмиттер В _CE
  снижается почти до 0В.
• Когда транзистор насыщен, определяется ток коллектора Ic.
  напряжением питания и внешним сопротивлением в цепи коллектора, а не
  коэффициент усиления транзистора по току.В результате соотношение Ic / I _B
  для насыщенного транзистора коэффициент усиления по току меньше h _FE .
• Ток эмиттера I _E = Ic + I _B , но Ic
  намного больше, чем I _B , поэтому примерно I _E = Ic.

На плате есть таблица с техническими характеристиками некоторых популярных транзисторов.
страница транзисторов.

Пара Дарлингтона

Это два транзистора, соединенных между собой так, что ток усиливается первым
усиливается вторым транзистором.Общий коэффициент усиления по току равен
два индивидуальных выигрыша, умноженные вместе:

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона, ч _FE = h _FE1 × h _FE2

(h _FE1 и h _FE2 — коэффициенты усиления отдельных транзисторов)

Это дает паре Дарлингтона очень высокий коэффициент усиления по току, например 10000, так что
для включения пары требуется лишь крошечный базовый ток.

Пара Дарлингтона ведет себя как одиночный транзистор с очень
высокий коэффициент усиления по току. Имеет три вывода
( B , C и E )
которые эквивалентны выводам стандартного отдельного транзистора.
Для включения должно быть 0,7 В на обоих соединенных переходах база-эмиттер.
последовательно внутри пары Дарлингтона, поэтому для включения требуется 1,4 В.

Пары Дарлингтона доступны в виде полных пакетов, но вы можете составить свои собственные.
от двух транзисторов; TR1 может быть маломощным, но обычно TR2 должен быть высоким.
мощность.Максимальный ток коллектора Ic (max) для пары одинаков.
как Ic (max) для TR2.

Пара Дарлингтона достаточно чувствительна, чтобы реагировать на небольшой ток, проходящий через
ваша кожа, и его можно использовать для изготовления сенсорного переключателя , как показано на схеме.
Для этой схемы, которая просто зажигает светодиод, два транзистора могут быть любыми.
транзисторы малой мощности.
100 тыс.
резистор защищает транзисторы, если контакты соединены куском провода.

Использование транзистора в качестве переключателя

Когда транзистор используется в качестве переключателя, он должен быть либо ВЫКЛ. , либо полностью ВКЛЮЧЕННЫМ .
В полностью открытом состоянии напряжение V _CE на транзисторе почти равно нулю.
и транзистор называется насыщенным , потому что он больше не может проходить
ток коллектора Ic.
Устройство вывода, переключаемое транзистором, обычно называется «нагрузкой».

Мощность, развиваемая переключающим транзистором, очень мала:

• В состоянии ВЫКЛ. : мощность = Ic × V _CE ,
  но Ic = 0, поэтому мощность равна нулю.
• В состоянии полный ВКЛ : мощность = Ic × V _CE ,
  но V _CE = 0 (почти), поэтому мощность очень мала.

Это означает, что транзистор не должен нагреваться при использовании, и вам не нужно
рассмотрите его максимальную номинальную мощность. Важные характеристики в схемах переключения
— максимальный ток коллектора Ic (max) и
минимальный коэффициент усиления по току h _FE (мин) .
Номинальное напряжение транзистора может быть проигнорировано, если вы не
используют напряжение питания более 15 В.На плате есть таблица с техническими характеристиками некоторых популярных транзисторов.
страница транзисторов.

Для получения информации о работе транзистора см.
функциональная модель выше.

Защитный диод

Если нагрузка — двигатель , реле или соленоид (или любое другое устройство с катушкой)
диод должен быть подключен к нагрузке для защиты
транзистор (и микросхема) от поломки при отключении нагрузки.На диаграмме показаны
как это связано «в обратном направлении», так что обычно НЕ будет проводить. Только проведение
возникает при выключении нагрузки, в этот момент ток пытается продолжить течь
через катушку и безвредно отводится через диод. Без диода нет
ток может течь, и катушка вызовет разрушительный выброс высокого напряжения в ее
попытаться сохранить текущее течение.

Когда использовать реле

Транзисторы не могут переключать переменный ток или высокое напряжение (например, электросеть), и они
обычно не лучший выбор для коммутации больших токов (> 5A).В этих случаях потребуется реле, но учтите, что
для переключения тока катушки реле все же может потребоваться маломощный транзистор!

Преимущества реле:

• Реле могут переключать переменного тока и постоянного тока, транзисторы могут переключать только постоянный ток.
• Реле могут переключать высокого напряжения , транзисторы — нет.
• Реле — лучший выбор для коммутации больших токов (> 5A).
• Реле могут переключать много контактов одновременно.

Недостатки реле:

• Реле на крупнее транзисторов для коммутации малых токов.
• Реле не может переключаться быстро , транзисторы могут переключаться много раз в секунду.
• Реле потребляют больше энергии из-за тока, протекающего через их катушку.
• Реле требует большего тока, чем могут обеспечить многие микросхемы , поэтому низкое энергопотребление
  Транзистор может понадобиться для переключения тока катушки реле.

Подключение транзистора к выводу микросхемы

Большинство микросхем не могут обеспечивать большие выходные токи, поэтому может потребоваться транзистор.
для переключения большего тока, необходимого для выходных устройств, таких как лампы, двигатели и реле.
Микросхема таймера 555 необычна тем, что может обеспечивать относительно большой ток до
200 мА, которого достаточно для некоторых устройств вывода, таких как слаботочные лампы, зуммеры и
много катушек реле без необходимости использования транзистора.

Транзистор также можно использовать для включения микросхемы, подключенной к источнику низкого напряжения (например, 5 В).
для переключения тока для выходного устройства с отдельным источником более высокого напряжения (например, 12 В).
Два источника питания должны быть соединены, обычно это делается путем соединения их 0В соединений.
В этом случае следует использовать транзистор NPN.

Резистор R _B необходим для ограничения тока, протекающего в базе
транзистор и предотвратить его повреждение.Однако R _B должен быть достаточно низким, чтобы
убедитесь, что транзистор полностью пропитан, чтобы предотвратить его перегрев, это
особенно важно, если транзистор коммутирует большой ток (> 100 мА).
Безопасное правило — сделать базовый ток I _B примерно в пять раз больше, чем
значение, которое должно просто насыщать транзистор.

Выбор подходящего NPN-транзистора

На схеме показано, как подключить NPN транзистор , он включится
нагрузка при выходе микросхемы высокая .Если вам нужно обратное
действие, с включенной нагрузкой, когда выход микросхемы низкий (0В) пожалуйста
см. схему транзистора PNP ниже.

В приведенной ниже процедуре объясняется, как выбрать подходящий переключающий транзистор.

1. Максимальный ток коллектора транзистора Ic (макс.)
   должен быть больше тока нагрузки Ic.

   ток нагрузки Ic =	напряжение питания Vs
   	сопротивление нагрузки R L

2. Минимальное усиление тока транзистора h _FE (мин)
   должно быть не менее пяти -кратного деленного тока нагрузки Ic.
   по максимальному выходному току с микросхемы.

   ч FE (мин)> 5 ×	ток нагрузки Ic
   	макс. ток микросхемы

3. Выберите транзистор, который соответствует этим требованиям, и обратите внимание на
   его свойства: Ic (max)
   и h _FE (мин).
   
   Имеется таблица с техническими характеристиками некоторых популярных транзисторов.
   на странице транзисторов.
4. Рассчитайте приблизительное значение для базового резистора:
   

   R B =	Vc × h FE	где Vc = напряжение питания микросхемы (в простой схеме с одним источником питания это Vs)
   	5 × Ic

   Для простой схемы, в которой микросхема и нагрузка используют один и тот же источник питания
   (Vc = Vs) вы можете предпочесть использовать:
   R _B = 0.2 × R _L × h _FE

   Затем выберите ближайшее стандартное значение для базового резистора.

5. Наконец, помните, что если нагрузкой является двигатель или катушка реле,
   требуется защитный диод.

Пример
Выход КМОП-микросхемы серии 4000 необходим для работы реле с
100 катушек.

Напряжение питания составляет 6В как для микросхемы, так и для нагрузки. Чип может обеспечивать максимальный ток 5 мА.

1. Ток нагрузки = Vs / R _L = 6/100 = 0,06 A = 60 мА,
   поэтому транзистор должен иметь Ic (макс.)> 60 мА.
2. Максимальный ток от микросхемы 5мА,
   поэтому транзистор должен иметь h _FE (мин)> 60
   (5 × 60 мА / 5 мА).
3. Выберите транзистор BC182 малой мощности общего назначения с
   Ic (макс.) = 100 мА
   и h _FE (мин) = 100.
4. R _B = 0,2 × R _L × h _FE
   = 0.2 × 100 × 100 =
   2000 г.
   поэтому выберите R _B = 1k8 или 2k2.
5. Для катушки реле требуется защитный диод.

Выбор подходящего транзистора PNP

На принципиальной схеме показано, как подключить транзистор PNP , он включится.
нагрузка при выходе микросхемы низкий (0В).Если вам нужно обратное
действие, с включенной нагрузкой, когда выход чипа высокий пожалуйста
см. схему NPN-транзистора выше.

Процедура выбора подходящего PNP-транзистора точно такая же.
как для NPN-транзистора, описанного выше.

Использование транзисторного ключа с датчиками

На верхней принципиальной схеме показан LDR (датчик освещенности).
подключен так, чтобы светодиод загорался, когда LDR находится в темноте.Переменный резистор регулирует яркость, при которой транзистор включается и выключается.
В этой схеме можно использовать любой транзистор малой мощности общего назначения.

Постоянный резистор 10 кОм
защищает транзистор от чрезмерного базового тока (который приведет к его разрушению), когда переменная
резистор уменьшен до нуля. Чтобы переключить эту схему на подходящую яркость, вы можете
нужно поэкспериментировать с разными значениями постоянного резистора, но оно не должно быть меньше
1к.

Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки, такой как двигатель или реле, помните
для добавления защитного диода к нагрузке.

Действие переключения можно инвертировать , поэтому светодиод загорается, когда
LDR ярко освещен, если поменять местами LDR и переменный резистор. В этом случае фиксированный
резистор можно не устанавливать, потому что сопротивление LDR не может быть уменьшено до нуля.

Обратите внимание, что переключающее действие этой схемы не очень хорошее, потому что
будет промежуточная яркость, когда транзистор будет частично на (не насыщенный).В этом состоянии транзистор может перегреться, если он не переключает
небольшой ток. Нет проблем с небольшим током светодиода, но с большим током
лампа, двигатель или реле могут вызвать перегрев.

Другие датчики, такие как термистор,
могут использоваться с этой схемой, но для них может потребоваться другой переменный резистор.
Вы можете рассчитать приблизительное значение переменного резистора (Rv), используя
мультиметр для определения минимального и максимального значений
сопротивления датчика (Rmin и Rmax):

Переменный резистор, Rv = квадратный корень из (Rmin × Rmax)

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

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

Транзисторный инвертор (НЕ затвор)

Инверторы (НЕ вентили) доступны на логических микросхемах, но если вам нужен только один
инвертор, как правило, лучше использовать эту схему. Выходной сигнал (напряжение)
является инверсией входного сигнала:

• Когда на входе высокий уровень (+ Vs), на выходе низкий уровень (0V).
• Когда на входе низкий уровень (0 В), на выходе высокий уровень (+ Vs).

Можно использовать любой маломощный NPN-транзистор общего назначения. Для общего пользования
R _B = 10 тыс.
и R _C = 1k,
тогда выход инвертора можно подключить к устройству с входным сопротивлением (сопротивлением)
не менее 10к
например, логическая микросхема или таймер 555 (входы триггера и сброса).

Если вы подключаете инвертор к входу логической микросхемы CMOS (очень высокий импеданс)
вы можете увеличить R _B до
100 тыс.
и R _C до 10k,
это снизит ток, используемый инвертором.

Следующая страница: Аналоговые и цифровые системы
| Изучение электроники

© Джон Хьюс 2007, Клуб электроники,
www.kpsec.freeuk.com


Этот сайт был взломан с использованием ПРОБНОЙ версии WebWhacker. Это сообщение не появляется на лицензированной копии WebWhacker.

Усилитель с общим эмиттером

Усилитель с общим эмиттером

Транзистор как переключатель

В приведенной ниже схеме, когда V _в переключается с 0 В на 2 В, ток через R3 составляет 2 мА (I _b ), что приводит к 150 мА тока коллектора (I _c ), протекающего через R1.

Рисунок 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Рис. 4. Vin = 0 В, транзистор выключен.

Источник питания Vcc и мультиметр показывают ток коллектора 150 мА, протекающий через R1 ниже.

Рис. 5. Vin = 2,2 В, транзистор включен

Смещение усилителя с общим эмиттером

Рассмотрим транзисторный усилитель NPN , изображенный на рис.1. Это конфигурация с общим эмиттером, и небольшой сигнал переменного тока на базе появляется как усиленный сигнал переменного тока на коллекторе.Входной сигнал переменного тока V _i усиливается Q ₁ и появляется на V _C

Мы хотим найти идеальное напряжение на базе Q ₁ (найти значения для резисторов R ₁ и R ₂ ). Другими словами, мы хотели бы, чтобы сместил в эту схему.

Переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор имеет обратное смещение.

Допустим, \ (V_ {cc} = 15V \)

Мы устанавливаем коллектор транзистора Q1 на половину напряжения питания, так что мы можем иметь равные положительные и отрицательные размах переменного тока.

$$ \ \ Set \ V_c = 7,5 В $$

Напряжение на базе V _B имеет составляющую переменного тока от входа V _i и составляющую постоянного тока от резисторного делителя R ₁ и R ₂

Поскольку переход база-эмиттер в основном представляет собой диод с падением напряжения 0,6 В, любое изменение входного сигнала переменного тока V _i приведет к аналогичному изменению напряжения эмиттера, V _E

Поскольку базовый ток в транзисторе на порядок меньше, чем ток коллектора, мы можем приблизить ток в эмиттере, $$ \ I_E \ приблизительно I_C $$
Изменение входного сигнала переменного тока V _i приведет к изменению тока на R _E , что приведет к изменению тока на R _L .
Следовательно, соотношение R _L / R _E устанавливает усиление.Предполагая усиление 10, мы можем установить
$$ \ R_L = 10K, \ \ R_E = 1K $$
Падение напряжения на R _L составляет $$ \ V_ {R_L} = 15–7,5 В = 7,5 В $$.
Ток через R _L , $$ \ I_C = {7,5 В \ более 10 кОм} = 0,75 мА $$
Итак, $$ \ I_E \ приблизительно I_C = 0,75 мА $$
Поскольку R _E = 1K, напряжение эмиттера составляет $$ \ V_E = R_E * I_e = 1K * 0,75 мА = 0,75 В $$.
Поскольку переход база-эмиттер в основном представляет собой диод с падением напряжения 0,6 В, база Q1 находится на $$ \ V_B = 0,75 В + 0,6 В = 1,35 В $$.
Базовый ток,
$$ \ I_B = {I_E \ over h_ {FE}} $$
Рассмотрим транзистор с $$ \ h_ {FE} = 100, \ then \ I_B = 7.5uA $$
Чтобы свести к минимуму влияние I _B , установите ток через R ₁ и R ₂ в десять раз. I _B
$$ \ 10 * I_B = 75uA $$
Теперь мы вычисляем R1 и R2 как
$$ \ R1 = {(15V — 1,35V) \ более 75uA} = 182K $$
$$ \ R2 = {1,35V \ более 75uA} = 18K $$

Когда входное переменное напряжение V _i увеличивается, ток через R _L увеличивается, поэтому падение на R _L увеличивается, а напряжение коллектора V _C уменьшается.Следовательно, V _C перевернут по фазе на 180 градусов по сравнению с V _i .

Однако есть несколько проблем со схемой усилителя CE на рис.1. Во-первых, напряжение на базе эмиттера не фиксировано на уровне 0,6 В, а изменяется в зависимости от температуры на уровне около 2,2 мВ / ° C. Во-вторых, напряжение питания может изменяться от 15 В и вызывать изменение V _C . Таким образом, усиленный выход может не быть истинным отражением входного сигнала. Чтобы их преодолеть, был разработан операционный усилитель.

Артикул:

1. Проф. Гунасекхаран, Схемы для проектирования аналоговых систем, Лекция 1 (видео)

BJT-устройство как коммутатор [Analog Devices Wiki]

Цель:

Транзистор с биполярным соединением (BJT) может использоваться во многих конфигурациях схем, таких как усилитель, генератор, фильтр, выпрямитель, или просто как двухпозиционный переключатель.Если транзистор смещен в линейную область, он будет работать как усилитель или другая линейная схема, если смещен поочередно в областях насыщения и отсечки, то он используется в качестве переключателя, позволяя току течь или не течь. в других частях схемы. Это лабораторное задание описывает BJT, работающий как переключатель.

Примечания:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования.Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока — В, добавляется, как в CA-, V , или когда настроено для принудительного измерения тока / измерения напряжения, добавляется -I, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, -H добавляется как CA-H.

Следы осциллографа аналогично обозначаются по каналу и напряжению / току.Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Цепи переключения существенно отличаются от линейных цепей. Их также легче понять. Прежде чем исследовать более сложные схемы, мы начнем с представления дискретных твердотельных переключающих схем: построенных на основе BJT.

Переключатель состоит из BJT-транзистора, который попеременно управляется между областями насыщения и отсечки.Простая версия переключателя показана на рисунке 1. Когда входной сигнал равен — В, _в , переход база-эмиттер смещен в обратном направлении или отключен, поэтому ток в коллекторе не течет. Это иллюстрируется красной линией нагрузки, показанной на рисунке. Когда BJT находится в отключенном состоянии, схема (в идеале) имеет следующие значения:

Это состояние похоже на разомкнутый переключатель.

Когда входной сигнал равен + В _в , транзистор переводится в состояние насыщения и возникают следующие условия:

Это состояние похоже на замкнутый переключатель, соединяющий нижнюю часть R _C с землей.

Рисунок 1 Переключатель NPN BJT и его линия нагрузки.

Характеристики переключателя BJT предполагают, что:

1. — В _в достаточно мало, чтобы перевести транзистор в режим отсечки.
2. + В _в должен производить достаточный базовый ток через R _B , чтобы перевести транзистор в состояние насыщения.

3. Транзистор — идеальный компонент.

Эти условия можно обеспечить, спроектировав схему так, чтобы:

2. + V _дюйм = V _BE + I _B R _B ( V _CC — хороший максимум)

3. I _B > I _Csat / ß

Условие 1 гарантирует, что схема будет переведена в область отсечки входом.Условия 2 и 3 гарантируют, что транзистор будет переведен в область насыщения.
Настоящий переключатель BJT отличается от идеального переключателя по нескольким аспектам. На практике даже в режиме отсечки через транзистор возникает небольшой ток утечки. Кроме того, при насыщении на внутреннем сопротивлении транзистора всегда падает некоторое напряжение. Как правило, это будет от 0,2 до 0,4 В в насыщении в зависимости от тока коллектора и размера устройства. Эти отклонения от идеала обычно незначительны для устройства правильного размера, поэтому мы можем предположить, что условия близки к идеальным при анализе или проектировании схемы переключателя BJT.

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
Макетная плата без пайки
Резистор 1 — 6,8 кОм (R _B )
1 — Резистор 100 Ом (R _C )
Светодиод 1 — 5 мм (любого цвета)
1 — транзистор NPN с малым сигналом (2N3904)

Направление:

Одним из распространенных применений переключателя BJT (или любого другого) является управление светодиодом. Драйвер светодиода показан на рисунке 2. Драйвер, показанный на этом рисунке, используется для соединения слаботочной части схемы с относительно сильноточным устройством (светодиодом).Когда на выходе из слаботочной цепи низкий уровень (0 В ), транзистор находится в отключенном состоянии и светодиод не горит. Когда на выходе из цепи низкого тока появляется высокий уровень (+3 В ), транзистор переводится в состояние насыщения и загорается светодиод. Драйвер используется потому, что слаботочная часть схемы может не иметь возможности по току для подачи 20 мА (типично), необходимых для освещения светодиода на полную яркость.

Постройте схему переключателя светодиодов, показанную на рисунке 2, на беспаечной макетной плате.R _C служит для ограничения тока, протекающего в светодиоде от источника питания +5 В . Переключатель управляется выходным напряжением канала А с разъема ввода / вывода. В канале осциллографа B будет отображаться напряжение на переключающем транзисторе Q ₁ ( В, _CE ) или напряжение на светодиоде, как показано зелеными стрелками.

Настройка оборудования:

Генератор CA должен быть настроен для прямоугольной волны 100 Гц с максимальным напряжением 3 вольта и минимальным напряжением 0 вольт.Канал осциллографа B подключен для измерения напряжения на транзисторе или в верхней части светодиода. Ток, протекающий через транзистор, можно рассчитать как разницу напряжений между питанием +5 В и CB- В , деленную на номинал резистора (100 Ом). Трасса тока в канале A измеряет ток в R _B .

Процедура:

Сохраните кривую напряжения на коллектор-эмиттер транзистора (пунктирная зеленая линия на канале B) и на светодиоде (сплошная зеленая линия канала B) и включите их в описание своей лаборатории.

Вопросы:

Какой ток протекает через резисторы R _C и R _B , когда светодиод горит и когда светодиод не горит?

Вычислите ß, когда Q ₁ насыщен. Как это значение соотносится с spec , указанным в таблице данных?

параллельных переключателей:

Два NPN-транзистора могут быть соединены с их коллекторами и эмиттерами параллельно, рисунок 3, что обеспечивает возможность включения нагрузки от двух разных сигналов.Любой из входов может включить нагрузку, но оба должны быть выключены, чтобы нагрузка отключилась. Это называется логической функцией «ИЛИ».

Рисунок 3, два переключателя параллельно

Измените схему на макетной плате, чтобы она выглядела как на рисунке 3. Добавьте второй транзистор NPN, Q ₂ , и второй базовый резистор, R _B2 , как показано. Теперь подключите другие концы R _B1 и R _B2 к контактам порта цифрового ввода / вывода PIO 0 и PIO 1 соответственно.Откройте окно цифрового управления и установите PIO 0 и PIO 1 на все четыре комбинации логических 0 и 1. Обратите внимание, какие комбинации включают светодиод. Напряжение на светодиоде и резисторе коллектора можно контролировать с помощью входа осциллографа CHB, как и раньше.

Коммутаторы в серии:

Два NPN-транзистора могут быть соединены последовательно с коллектором нижнего транзистора, подключенным к эмиттеру верхнего транзистора, рис. 4, что позволяет отключать нагрузку от двух разных сигналов.Любой из входов может выключить нагрузку, но для включения нагрузки должны быть включены оба. Это называется логической функцией «И».

Рисунок 4, два переключателя последовательно

Измените схему на макетной плате, чтобы она выглядела как на рисунке 4. Теперь второй транзистор NPN включен последовательно с эмиттером Q ₁ . Снова другие концы R _B1 и R _B2 подключены к контактам порта цифрового ввода / вывода PIO 0 и PIO 1 соответственно. Опять же, установите PIO 0 и PIO 1 на все четыре комбинации логических 0 и 1.Обратите внимание, какие комбинации включают светодиод. Напряжение на светодиоде и резисторе коллектора можно контролировать с помощью входа осциллографа CHB, как и раньше. Вы также должны измерить напряжение на соединении между эмиттером Q ₁ и коллектором Q ₂ для каждого из четырех условий. Прокомментируйте напряжения, наблюдаемые на коллекторе Q ₂ в вашем лабораторном отчете, и почему.

BJT Транзисторная реализация затвора XNOR

Однотранзисторный инверторный каскад вместе с несколькими входными резисторами можно комбинировать для создания более сложных логических функций.Конфигурация, показанная на рисунке 5, реализует двухвходовую исключительную логическую функцию NOR (XNOR). Всего вам понадобится 5 транзисторов NPN, 13 резисторов и один светодиод.

Резисторы, используемые в качестве входов на базах 5 NPN-транзисторов, не имеют одинакового номинала, и теоретически все они должны иметь одинаковое значение. Но диапазон значений по-прежнему будет работать, учитывая относительно высокую бета транзисторов 2N3904, и показанные значения были выбраны таким образом, чтобы не требовалось больше пяти из любого одного значения, входящего в комплект аналоговых деталей.Вы можете поэкспериментировать с другими номиналами резисторов, чтобы найти диапазон минимальных и максимальных значений.

Рис. 5. Резистор и затвор XNOR на NPN-транзисторе.

Снова установите PIO 0 и PIO 1 на все четыре комбинации логических 0 и 1. Обратите внимание, какие комбинации включают светодиод. Напряжение на светодиоде и коллекторном резисторе Q ₅ можно контролировать с помощью входа осциллографа CH-B, как и раньше. Вы также можете использовать вход CH-B (и / или CH-A) для контроля напряжений на коллекторах Q ₁ — Q ₄ при изменении PIO 0 и 1.

Ресурсы:

Для дальнейшего чтения:

Транзистор
Светодиод
Схема LED

Вернуться к содержанию «Введение в работу лаборатории электротехники»
Вернуться к содержанию работы лаборатории схемотехники
Вернуться к оглавлению деятельности лаборатории электроники.

Транзистор

в качестве переключателя — статья

Транзистор в качестве переключателя
Транзисторные переключатели могут использоваться для переключения низковольтных устройств постоянного тока (например.грамм. Светодиоды) ВКЛ или ВЫКЛ при использовании транзистора в насыщенном или отключенном состоянии.
При использовании в качестве усилителя переменного сигнала напряжение смещения базы транзисторов прикладывается таким образом, что оно всегда работает в своей «активной» области, то есть используется линейная часть кривых выходных характеристик.
Однако как NPN & amp; Биполярные транзисторы типа PNP можно заставить работать как твердотельный переключатель типа «ВКЛ / ВЫКЛ», смещая вывод базы транзистора иначе, чем в усилителе сигнала.
Твердотельные переключатели — одно из основных применений транзисторов для переключения выхода постоянного тока в положение «ВКЛ» или «ВЫКЛ». Некоторым устройствам вывода, таким как светодиоды, требуется всего несколько миллиампер при напряжении постоянного тока логического уровня, и поэтому они могут управляться непосредственно выходом логического элемента. Однако мощные устройства, такие как двигатели, соленоиды или лампы, часто требуют большей мощности, чем мощность, обеспечиваемая обычным логическим вентилем, поэтому используются транзисторные переключатели.
Если в схеме используется биполярный транзистор в качестве переключателя , то смещение транзистора, NPN или PNP, настраивается для работы транзистора с обеих сторон кривых «ВАХ», которые мы видели ранее.
Рабочие области транзисторного переключателя известны как область насыщения и область отсечки . Это означает, что мы можем игнорировать рабочую схему смещения точки Q и делителя напряжения, необходимую для усиления, и использовать транзистор в качестве переключателя, перемещая его вперед и назад между его положениями «полностью выключено» (отсечка) и «полностью отключено». ON ”(насыщенность), как показано ниже.

Рабочие регионы

Базовая схема переключения транзисторов NPN

Схема напоминает схему с общим эмиттером , которую мы рассматривали в предыдущих руководствах.На этот раз разница в том, что для работы транзистора в качестве переключателя транзистор должен быть либо полностью выключен (отключен), либо полностью включен (насыщен). Идеальный транзисторный переключатель имел бы бесконечное сопротивление цепи между коллектором и эмиттером, когда он был полностью выключен, что приводило к нулевому току, протекающему через него, и нулевому сопротивлению между коллектором и эмиттером, когда он был полностью включен, что приводило к максимальному протеканию тока.
На практике, когда транзистор выключен, через транзистор протекают небольшие токи утечки, а когда он полностью включен, устройство имеет низкое значение сопротивления, вызывая небольшое напряжение насыщения (V _CE ) на нем.Несмотря на то, что транзистор не является идеальным переключателем, как в области отсечки, так и в области насыщения мощность, рассеиваемая транзистором, минимальна.
Для протекания тока базы необходимо сделать входную клемму базы более положительной, чем у эмиттера, увеличив ее выше 0,7 В, необходимых для кремниевого устройства. Изменяя это напряжение база-эмиттер V _BE , также изменяется базовый ток, который, в свою очередь, регулирует величину тока коллектора, протекающего через транзистор, как обсуждалось ранее.
Когда протекает максимальный ток коллектора, транзистор считается насыщенным . Величина базового резистора определяет, какое входное напряжение требуется и соответствующий базовый ток для полного включения транзистора.

Переключатель транзисторов PNP

Мы также можем использовать транзисторы PNP в качестве переключателя, разница в том, что на этот раз нагрузка подключена к земле (0 В), а транзистор PNP переключает на нее питание. Чтобы включить PNP-транзистор, работающий как переключатель, клемма базы подключается к земле или к нулевому напряжению (LOW), как показано.

Схема переключения транзисторов PNP

Уравнения для расчета сопротивления базы, тока коллектора и напряжений точно такие же, как и для предыдущего транзисторного переключателя NPN. На этот раз разница в том, что мы переключаем мощность с помощью транзистора PNP (ток источника) вместо переключения заземления с помощью транзистора NPN (ток стока).

Символ, конструкция, работа, характеристики и применение

Транзисторы — один из очень важных компонентов, используемых в конструкциях электронных схем.Эти скромные компоненты можно найти почти повсюду; Транзисторы доказывают свое присутствие от простых схем релейных драйверов до сложных схем материнской платы. Фактически, ваши микроконтроллеры и микропроцессоры представляют собой не что иное, как набор большого количества транзисторов, синтезированных для выполнения коллективной операции. Помните, что многие переключающие устройства, такие как BJT, MOSFET, IGBT, SCR, TRIAC, DIAC и т. Д., Могут вместе называться транзисторами. Но самым основным (самым старым) транзистором является транзистор BJT, поэтому в этой статье мы подробно рассмотрим это, вы можете использовать ссылки, чтобы узнать больше о других переключателях питания.

BJT — это сокращенная форма биполярного переходного транзистора , это твердотельное устройство, управляемое током, которое можно использовать для электронного переключения цепи, вы можете думать об этом как о своем обычном переключателе вентилятора или света, но вместо вас включив его вручную, им можно управлять электронным способом. С технической точки зрения, BJT — это трехконтактное устройство с эмиттером, коллектором и выводом базы, ток, протекающий через эмиттер и коллектор, регулируется величиной тока, приложенного к базе.Опять же, вы можете рассматривать эмиттер и коллектор как два конца вашего переключателя, и вместо нажатия переключателя у нас есть базовый штифт, который может принимать управляющий сигнал. Но как именно это работает? А как с помощью транзистора построить интересные схемы? Это именно то, на что мы ответим в этом уроке.

Обозначение транзисторов BJT

Начнем с символа транзисторов , чтобы вы могли идентифицировать их в цепи.На приведенной ниже схеме показаны обозначения двух транзисторов типа . Слева — это символ PNP-транзистора , а справа — символ NPN-транзистора . Как я уже сказал, вы сможете увидеть три клеммы: эмиттер, коллектор и базу для обоих типов транзисторов.

Разница между транзисторами PNP и NPN заключается в том, что стрелка на конце эмиттера, если вы заметили, стрелка в транзисторе PNP упоминается как движущаяся от эмиттера к базе, тогда как в транзисторе NPN стрелка будет переход от базы к эмиттеру.Направление стрелки представляет направление тока в транзисторе, в PNP ток будет течь от эмиттера к базе, аналогично в транзисторе NPN ток будет течь от базы к эмиттеру.

Еще одно важное отличие состоит в том, что транзистор NPN остается открытым до тех пор, пока он не получит сигнал на выводе базы, в то время как транзистор PNP остается закрытым до тех пор, пока на вывод базы не будет подан управляющий сигнал, как показано в приведенном выше файле GIF.

Конструкция биполярного переходного транзистора

BJT образован тремя слоями полупроводниковых материалов, если это транзистор PNP, он будет иметь две области P-типа и одну область N-типа, аналогично, если это транзистор NPN, он будет иметь две области N-типа. области и одна область P-типа.Два внешних слоя — это места, где фиксируются выводы коллектора и эмиттера, а вывод базы фиксируется на центральном слое.

Конструкция может быть просто объяснена аналогией с двумя диодами для транзистора , как показано на изображении выше. Если вы хотите узнать больше о диодах, вы можете прочитать его статью. Рассмотрим два диода, соединенных друг с другом с помощью катода, тогда точка встречи может быть расширена, чтобы сформировать базовый вывод, а два конца анода действуют как коллектор и эмиттер PNP-транзистора.Точно так же, если вы подключаете анодные концы диода, то точка встречи анодов может быть расширена до клеммы базы, а два катодных конца действуют как коллектор и эмиттер NPN-транзистора.

Работа транзистора (BJT)

Практически транзистор работает очень просто, он может использоваться как переключатель или как усилитель. Но для базового понимания давайте начнем с того, как транзистор в качестве переключателя работает в цепи.

Когда управляющее напряжение подается на базовый вывод, требуемый базовый ток (I _B ) протекает на базовый вывод, который управляется базовым резистором . Этот ток включает транзистор (переключатель закрыт) и позволяет току течь от коллектора к эмиттеру. Этот ток называется током коллектора (I _C ) , а напряжение на коллекторе и эмиттере называется V _BE . Как вы можете видеть на изображении, мы используем напряжение низкого уровня, например 5 В, для управления нагрузкой с более высоким напряжением 12 В с помощью этого транзистора.

Теперь для теории, рассмотрим транзистор NPN, переход BE — это с прямым смещением , а переход CB — это с обратным смещением . Ширина области истощения в соединении CB больше по сравнению с областью истощения в соединении BE. Когда BE-переход смещен вперед, он уменьшает барьерный потенциал, следовательно, электроны начинают течь от эмиттера к базе. Базовая область очень тонкая и слабо легирована по сравнению с другими областями, следовательно, она состоит из очень небольшого количества дырок, электроны, которые текут из эмиттера, будут рекомбинировать с дырками, присутствующими в базовой области, и начнут течь. вне базовой области в виде базового тока.Большое количество оставшихся электронов будет перемещаться через коллекторный переход обратного смещения в виде коллекторного тока.

Основываясь на действующем законе Кирхгофа , мы можем сформулировать текущее уравнение как

  I  E  = I  B  + I  C   

Где, I _E , I _B, и I _C — ток эмиттера, базы и коллектора соответственно. Здесь базовый ток будет очень мал по сравнению с током эмиттера и коллектора, поэтому I _E ~ I _C

Точно так же, когда вы рассматриваете транзистор PNP, они работают так же, как транзистор NPN, но в транзисторах NPN основными носителями заряда являются дырки (положительно заряженная частица), но в транзисторе NPN носителями заряда являются электроны (отрицательно заряженные частица).

Характеристики BJT

BJT можно подключить в трех различных конфигурациях, оставив одну общую клемму и используя две другие клеммы для входа и выхода. Эти три типа конфигураций по-разному реагируют на входной сигнал, подаваемый на схему, из-за статических характеристик BJT. Три различных конфигураций BJT перечислены ниже.

• Конфигурация Common Base (CB)
• Конфигурация с общим эмиттером (CE)
• Общий коллектор (CC) Конфигурация

Среди них конфигурации с общей базой будут иметь усиление по напряжению, но без усиления по току, тогда как конфигурация с общим коллектором имеет усиление по току, но без усиления по напряжению, а конфигурация с общим эмиттером будет иметь усиление как по току, так и по напряжению.

Конфигурация Common Base (CB)

Конфигурация с общей базой также называется конфигурацией с заземленной базой , где база BJT соединена как общая между входным и выходным сигналами. Входной сигнал BJT подается через клеммы базы и эмиттера, а выходной сигнал от BJT поступает через клеммы базы и коллектора. Входной ток (I _E ), протекающий через эмиттер, будет значительно выше по сравнению с током базы (I _B ) и током коллектора (I _C ), поскольку ток эмиттера является суммой обоих Базовый ток и ток коллектора.Поскольку выходной ток коллектора меньше входного тока эмиттера, коэффициент усиления по току для этой конфигурации будет равен единице (1) или меньше .

Входные характеристики

Вход Характеристическая кривая для конфигураций с общей базой проведена между током эмиттера I _E и напряжением между базой и эмиттером V _EB . Во время конфигурации с общей базой транзистор смещается в прямом направлении, поэтому он будет показывать характеристики, аналогичные характеристикам прямого действия p-n диода, где I _E увеличивается для фиксированного V _EB , когда V _CB увеличивается.

Выходные характеристики

Выходные характеристики конфигурации с общей базой даны между током коллектора I _C и напряжением между коллектором и базой V _CB , здесь ток эмиттера I _E является параметром измерения. В зависимости от операции, на кривой есть три разных участка, сначала активная область , , здесь BJT будет работать нормально, а эмиттерный переход смещен в обратном направлении.Затем идет область насыщения , где и эмиттерный, и коллекторный переходы смещены в прямом направлении. Наконец, область отсечки , где и эмиттерный, и коллекторный переходы смещены в обратном направлении.

Конфигурация общего эмиттера (CE)

Конфигурация общего эмиттера также называется конфигурацией заземленного эмиттера, где эмиттер действует как общий вывод между входом, применяемым между базой и эмиттером, и выходом, полученным между коллектором и эмиттером.Эта конфигурация дает самый высокий ток и прирост мощности по сравнению с двумя другими типами конфигураций, это связано с тем, что входной импеданс низкий, поскольку он подключен к прямому смещенному PN-переходу, тогда как выходное сопротивление высокое как это получается для PN-перехода с обратным смещением.

Входные характеристики

Характеристики входа конфигурации общего эмиттера рисуются между базовым током I _B и напряжением между базой и эмиттером V _BE .Здесь наиболее распространенным параметром является напряжение между коллектором и эмиттером. Если бы вы могли видеть, не будет большой разницы между характеристической кривой предыдущей конфигурации, за исключением изменения параметров.

Выходные характеристики

Выходные характеристики показаны между током коллектора I _C и напряжением между коллектором и эмиттером V _CE . Конфигурация CE также имеет три разные области: в активной области , , , коллекторный переход смещен в обратном направлении, а эмиттерный переход смещен в прямом направлении, в области отсечки , эмиттерный переход слегка смещен в обратном направлении и ток коллектора полностью не отключается, и, наконец, в области насыщения как коллекторный, так и эмиттерный переходы смещены в прямом направлении.

Общий коллектор (CC) Конфигурация

Конфигурация общего коллектора также называется конфигурацией заземленного коллектора, в которой клемма коллектора остается общей клеммой между входным сигналом, подаваемым на базу и эмиттер, и выходным сигналом, полученным на коллекторе и эмиттере. Эта конфигурация обычно называется повторителем напряжения или схемой эмиттерного повторителя .Эта конфигурация будет полезна для приложений согласования импеданса , поскольку она имеет очень высокий входной импеданс, порядка сотен тысяч Ом, при относительно низком выходном импедансе.

Применение биполярных переходных транзисторов (BJT)

BJT может использоваться в различных приложениях, таких как логические схемы, схемы усиления, колебательные схемы, схемы с несколькими вибраторами, схемы ограничения, схемы таймера, схемы задержки времени, схемы переключения и т. Д.

Виды упаковки

Для лучшего использования в различных приложениях, BJT доступны в различных пакетах, таких как TO-3, TO-5, TO-8, TO-18, TO-36, TO-39, TO-46, TO-52. , ТО-66, ТО-72, ТО-92, ТО-126, ТО-202, ТО-218, ТО-220, ТО-226, ТО-254, ТО-257, ТО-258, ТО-259, ТО -264 и ТО-267. Вы также можете ознакомиться с нашими статьями о различных типах пакетов IC, чтобы узнать о популярных типах и их названиях.

Транзисторы 101: подробное описание транзисторов

Транзисторы — один из наиболее часто используемых элементов в электронных схемах.Их простота использования и простой принцип работы — вот что делает их популярными среди разработчиков электроники. В основном они выполняют две функции: переключение и усиление. Вам просто нужно несколько вычислений, чтобы внедрить это трехногий прибор в ваш следующий проект и дать ему возможность правильно работать. Итак, давайте подробно рассмотрим транзисторы и посмотрим, как вы можете использовать их в своем предстоящем электронном проекте. К концу этого сообщения в блоге у вас будет четкое представление о внутренней структуре транзистора, его различных типах и способах их включения в электронные схемы.

Насколько важны транзисторы?

Транзисторы используются почти во всех электронных схемах. Более того, они используются в интегральных схемах (IC), логических вентилях (AND, OR, NOT, XOR и т. Д.) И многих других электронных компонентах. В среднем ИС содержит 42 миллиона транзисторов, а iPhone 11 — 8,5 миллиардов транзисторов.

Как выглядит внутренняя структура транзистора?

Транзисторы изготовлены из полупроводникового материала, такого как кремний, германий и др.Добавление примесей в полупроводниковые пластины позволяет производителям транзисторов создавать области n-типа и p-типа. Этот процесс называется допингом.

Легирование позволяет полупроводниковой пластине, такой как кремний, разделяться на две области; n-тип и p-тип. Что это за регионы и чем они отличаются? Количество положительных и отрицательных зарядов, присутствующих в этой области, — вот что их отличает. Отрицательно заряженные частицы называются электронами, а положительно заряженные области называются дырками, потому что отсутствие электрона создает «дырку».В области n-типа основными носителями являются электроны, а в области p-типа основными носителями являются дырки.

Транзистор создается путем размещения области p-типа между двумя областями n-типа, и наоборот. NPN и PNP — это два типа транзисторов, в зависимости от их внутренней структуры. Три вывода транзистора берут начало от каждой из трех легированных областей, находящихся внутри него. Средняя зона — это базовая клемма, а две другие — эмиттерная и коллекторная.

Как работают транзисторы?

Транзисторы работают как усилители или переключатели. При работе в качестве усилителя транзистор принимает небольшой входной ток и усиливает его, чтобы получить больший выходной ток. С другой стороны, при работе как выключатель низкий входной ток на входной клемме включается и вызывает больший ток на выходной клемме. Обе конфигурации транзисторов выгодны, что делает их очень популярными в проектировании электронных схем.

Если мы подключим отрицательную клемму батареи к области n-типа (эмиттер), а положительную клемму к базе (область p-типа), ток будет течь от базы к эмиттеру. Точно так же, если мы поместим коллектор (область n-типа) на более высокий положительный потенциал, чем база и эмиттер, ток эмиттера будет генерироваться и течь к коллектору. Ток коллектор-эмиттер I _CE регулируется посредством напряжения базы.

Режимы переключения и усиления достигаются за счет обеспечения правильного напряжения базы, коллектора и эмиттера. Давайте рассмотрим некоторые основные схемы транзисторов, чтобы понять, как происходит усиление и переключение.

Конфигурации транзисторов

Существует три основных конфигурации транзисторов, которые широко используются в проектировании электронных схем:

• Общий эмиттер
  Конфигурация с общим эмиттером работает как усилитель, а также как переключатель.Входной сигнал подается на базу, а выходной сигнал измеряется на клемме коллектора. Эмиттер является общим для входных и выходных клемм, поскольку входной сигнал подается на клеммы база-эмиттер, а выходной сигнал собирается на клеммах коллектора и эмиттера. На схеме ниже показано, как можно построить схему усилителя с общим эмиттером. В этих примерах схем мы рассматриваем NPN-транзисторы.

• Общий коллектор
  В этой конфигурации входной сигнал подается на базу, а выходной сигнал собирается с клеммы эмиттера.Коллектор является общим как для входных, так и для выходных клемм; вам необходимо заземлить эту клемму при построении вашей схемы с общим коллектором. Эта конфигурация в основном используется в качестве схемы буфера напряжения, переключателя и схемы согласования импеданса. На схеме ниже показана базовая реализация схемы с общим коллектором.

• Общая база
  Как вы, возможно, уже догадались, клемма базы является общей для входных и выходных сигналов.Эмиттер действует как входной терминал, а выходной сигнал генерируется на коллекторе. Базовая клемма заземлена так, что она является общей для обеих других клемм. Конфигурация с общей базой в основном используется для согласования импеданса. На схеме ниже показано, как можно реализовать схему усилителя с общей базой.

Среди трех конфигураций транзисторов наиболее популярной является конфигурация с общим эмиттером. Это в основном из-за его усиления по напряжению, которого достаточно для большинства транзисторных приложений по сравнению с коэффициентом усиления двух других конфигураций.

Транзистор как переключатель

Переключатель — это электронный компонент, который позволяет создавать или разрывать соединение в цепи. Разрыв соединения называется разомкнутой цепью (ВЫКЛ), в то время как замкнутая цепь (ВКЛ) — когда соединение установлено. Самым популярным применением транзисторов является их использование в качестве переключателя. Как работают три вывода транзистора, когда он действует как переключатель?

Транзистор

А работает в двух режимах — насыщения и отсечки.Когда он работает как переключатель, он отключается, когда находится в режиме отсечки, поскольку через него не течет ток коллектора, и он включается при работе в режиме насыщения. Ток коллектора генерируется при наличии входного сигнала на базе; это когда транзистор включен. При отсутствии входного сигнала транзистор переходит в режим отсечки и выключается, при этом ток через коллектор не протекает.

Вот базовая схема, в которой транзистор NPN работает как переключатель.На базу подается входное напряжение. Вы должны иметь в виду, что кремниевым устройствам с p-n переходом для работы требуется напряжение выше 0,7 В. Следовательно, для включения транзистора напряжение база-эмиттер (V _BE ) должно быть выше 0,7 В. Резистор на входе определяет величину напряжения на базе.

Когда V _BE больше 0,7 В, переходы база-эмиттер и база-коллектор смещены в прямом направлении, что приводит к максимальному току коллектора.Это когда ваш транзистор находится в режиме насыщения и действует как замкнутая цепь. В результате загорится светодиод на выходе.

Точно так же, когда вход заземлен, напряжение база-эмиттер будет меньше 0,7 В, что приведет к обратному смещению на переходах база-эмиттер и база-коллектор. Следовательно, через коллектор не будет протекать ток, и транзистор будет в режиме отсечки, что приведет к выключению выходного светодиода.

Применение транзистора: Генератор

Очень распространенной электронной схемой является генератор, используемый в различных приложениях, таких как светодиоды, обработка сигналов и тактовые генераторы микроконтроллера.Используя пару транзисторов, мы можем быстро построить схему генератора, как показано на схеме ниже.

Конденсаторы, присутствующие в цепи генератора, играют наиболее важную роль. Когда один конденсатор заряжается, он включает транзистор до его разрядки. Между тем, второй конденсатор заряжается и включает второй транзистор, когда первый выключается. Это генерирует осциллирующий импульс, поскольку транзисторы соединены в виде зеркала с противоположной полярностью.

Вы можете изменить частоту колебаний, изменив номиналы конденсатора и резистора в соответствии с вашими потребностями. Все, что вам нужно, — это пара транзисторов, пара конденсаторов и несколько резисторов для построения многоцелевой схемы генератора.

Хотите узнать ТЗ? Изучите возможности электроники Fusion 360, включая ТЗ и ТЗ, загрузив бесплатную пробную версию.

Autodesk Fusion 360 предлагает множество инструментов для инженеров, включая трехмерное проектирование печатных плат, исчерпывающие наборы данных и многое другое.Чего же ты ждешь? Начните свой следующий электронный проект в Fusion 360 уже сегодня.

.