Усилитель звука на транзисторах #1 ⋆ diodov.net

Усилитель звука относится к одному из наиболее интересных электронных устройств для начинающих электронщиков или радиолюбителей. И это не удивительно, ведь если устройство собрано правильно, то достаточно подключить динамик и сразу же раздастся звук, оповещающий о том, что усилитель мощности работает. Наличие звука приносить радость успешного завершения сборки усилителя звука своими руками, а его отсутствие – разочарование. Поэтому цель данной статьи – принести радость начинающему электронщику. Но сначала все по порядку…

Усилитель мощности на транзисторах. Базовые положения

Усилитель мощности на транзисторах присутствует в том или ином виде во многих электронных устройствах. Особенно ярко выделено его применение в звуковой технике.

Современный мир электроники полностью опутан различными запоминающими устройствами: флешки, жесткие диски и т.п. Для воспроизведения информации, хранящейся в памяти накопителей, нужно, прежде всего, преобразовать и усилить ее сигналы.

Главное назначение любого усилителя состоит в преобразовании маломощного сигнала в более мощный. При этом форма его должна сохраняться и не искажаться в процессе преобразования. Иначе произойдет частичная или полная утеря информации.

Начинающим электронщикам следует помнить очень важный момент. Усиление происходит не за счет каких-либо магических свойств транзистора, а за счет энергии блока питания. Транзистор лишь управляет потоком мощности от источника питания к нагрузке. Причем он выполняет свою работу в нужные моменты времени. Отсюда становится понятно, что мощность на нагрузке ограничена лишь мощностью блока питания. Если нагрузка, например динамик, имеет мощность 10 Вт, а источник тока способен выдать только 5 Вт, то нагрузка будет способна развить только 5 Вт.

Структура усилителя состоит из источника и узла, согласующего входной сигнал с источником тока. Такое согласование позволяет получить выходной сигнал.

Устройство транзистора

Поскольку главным элементом усилителя является транзистор, то рассмотрим вкратце устройство и принцип работы это полупроводникового прибора.

Среди довольно обширного выбора полупроводниковых приборов, как по характеристикам, так и по принципу действия, в данной статье мы рассмотрим, и будем применять исключительно биполярные транзисторы (БТ).

Такой электронный прибор состоит из полупроводникового кристалла и трех, подсоединенных к нему электродов. Вся конструкция помещается в корпус, который защищает прибор от разных внешних воздействий (пыль, влага и т.п.). От корпуса отходят три вывода: база (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э).

Существуют принципиально два типа БТ n-p-n и p-n-p структуры. Принцип работы их аналогичен, а отличие состоит лишь в полярности подключения к их выводам источника питания и радиоэлектронных элементов, имеющих полярность, например электролитических конденсаторов.

Биполярный транзистор имеет два pn-перехода, поэтому конструктивно его можно рассматривать, как два последовательно встречно соединенных диода. Точка соединения диодов аналогична базе. Но если взять два любых диода и соединить их соответствующим образом, то в такой конструкции не будут проявляться усилительные свойства. Причина в том, что у «настоящего» транзистора слишком малое расстояние между различными полупроводниковыми структурами (база-эмиттер, база-коллектор). Расстояние равно единицам микрометра, то есть несколько тысячных миллиметра (1мкм = 0,001 мм = 0,000001 м). Именно за счет малого расстояния получается транзисторный эффект.

Как работает биполярный транзистор (БТ)

Принцип работы БТ упрощенно рассмотрим на примере ниже приведенной схемы.

Базу оставим не подключенной либо соединим ее с минусом источника питания. Последний вариант более предпочтительный, поскольку исключает появление наводок на выводе.

Чтобы исключить короткое замыкание в цепь коллектора следует установить резистор Rн, он же будет служить нагрузкой. Однако при подключении источника питания Uип, ток в цепи VT и Rн протекать не будет (обратный ток мы не берем в счет, поскольку его значение слишком мало и не превышает единиц микроампер). Отсутствие тока в цепи поясняется тем, что транзистор закрыт. И если вернуться к аналогии с диодом, то мы заметим, что один из них находится под обратным напряжением, поэтому он заперт.

Открыть БТ не составит большого труда. Следует на базу относительно эмиттера (для n-p-n структуры) приложить положительный потенциал, то есть подать напряжение, например от другого источника питания – батарейки. Величина напряжения должна быть порядка 0,6 В, чтобы скомпенсировать падение напряжения на эмиттерном переходе. Резистор Rб служит для ограничения тока, протекающего в цепи базы.

Таким образом, если подать небольшое напряжение на базу, то в цепи нагрузки Rн будет протекать ток коллектора Iк. При смене полярности блока питания VT закроется. Чтобы не запутаться и правильно подключать источник питания следует обратить внимание на направление стрелки эмиттера. Она указывает на направление протекания токов Iк и Iб. Для БТ n-p-n типа Iк и Iб входят в эмиттер, а для p-n-p – выходят.

Коэффициент усиления транзистора

Токи базы Iб и коллектора Iк находятся в тесной взаимосвязи. Более того, величина тока, протекающего в цепи коллектора помимо параметров Uип и Rн определяются величиной Iб в прямопропорциональной зависимости. Отношение Iк к Iб называется коэффициентом усиления транзистора по току и обозначается буквой β («бета»):

Коэффициент усиления является одним из важнейших параметров БТ и всегда приводится в справочниках. Для большинства маломощных БТ он находится в диапазоне 50…550 единиц. В общем, β показывает во сколько раз ток коллектора больше тока базы.

Усилитель звука на транзисторах

Усилитель звука на транзисторах предназначен для повышения мощности сигнала звуковой частоты, поэтому его еще называют усилитель мощности звуковой частоты или сокращенно УМЗЧ. Источником звука, подлежащего усилению, чаще всего служит микрофон или выход звуковой карты компьютера, ноутбука, смартфона и т.п. Мощность таких источников довольно низкая и составляет микроватты, а для нормальной работы динамика (громкоговорителя) необходимо обеспечить мощность единицы и десятки ватт, а то и сотни ватт. Поэтому главной задачей УМЗЧ является повышение мощности слабого входного сигнала в тысячи и десятки тысяч раз.

Звуки раздающейся мелодии или речи имеют сложный характер. Однако любой из них, даже самой сложной формы можно разложить в ряд сигналов синусоидальной формы, отличающихся как по частоте, так и по амплитуде.

Поэтому с целью упростить пояснение принципа работы схемы УМЗЧ будем применять входной сигнал синусоидальной формы u_c. Нагрузкой на первых порах вместо динамика буде служить резистор Rн.

Однако приведенная выше схема применяется лишь для работы БТ в ключевом режиме, то есть когда полупроводниковый прибор VT находится в двух фиксированных состояниях – открытом и закрытом. Для усиления переменного сигнала данная схема непригодна, поскольку будет усиливаться только положительная полуволна входного сигнала. Для отрицательной полуволны транзистор будет закрыт. Кроме того, амплитуда входного сигнала должна быть не меньше 0,6 В, иначе просто останется незамеченным, поскольку не откроется эмиттерный переход.

Базовая схема входного каскада УМЗЧ

Чтобы схема УМЗЧ работала правильно, а это означает, усиливала без искажений положительные и отрицательные полуволны, изначально следует приоткрыть VT наполовину. Тогда положительная полуволна будет еще больше открывать БТ, а отрицательная – призакрывать его.

Приоткрыть БТ можно небольшим напряжением, поданным на базу, оно же называется напряжением смещения. Сам процесс называют установкой рабочей точки транзистора по постоянному току. Напряжение смещения зачастую подается от общего источника питания через токоограничивающий резистор Rб, согласно схемы, приведенной ниже.

Чтобы постоянное напряжение не воздействовало на источник переменного сигнала, а также не нарушался режим работы схемы по постоянному току, переменная составляющая отделяется конденсатором С1, а нагрузка подключается к коллектору через разделительный конденсатор C2 к клеммам u_вых.

Правильная установка или настройка рабочей точки транзисторного усилителя звука имеет ключевое значение, поскольку если ее установить неверно, то выходной сигнал будет иметь искажения либо вовсе отсутствовать. Чтобы установить рабочую точку пользуются выходной статической характеристикой биполярного транзистора. Она характеризует зависимость тока в цепи коллектора от приложенного напряжения между выводами коллектор-эмиттер при разных значениях тока базы. На данной характеристике располагается нагрузочная прямая, на которой выделяют три участка: 1-2, 2-3 и 3-4. Участок 1-2 называется областью отсечки – здесь БТ полностью закрыт; 3-4 – область насыщения – БТ полностью открыт; 2-3 – активная область – здесь БТ находится в приоткрытом состоянии. Участки 1-2 и 3-4 используются для работы транзистора в ключевом режиме. Активный участок 2-3 соответствует работе БТ в режиме усиления. Именного на него ориентируются при настройке рабочей точки.

Расчет параметров элементов усилителя мощности

Расчет основных параметров усилителя мощности начинается с определения сопротивления резистора, который находится в цепи коллектора Rк. Чтобы его посчитать, согласно закону Ома понадобится прежде определить падение напряжения на нем URк и ток Iк:

Напряжение URк принимают из таких соображений, чтобы на полуоткрытом транзисторе оно было, равное половине напряжения источника питания Uип. Это соответствует половине нагрузочной прямой на выходной статической характеристике – точке А.

Если рабочая точка будет находится значительно выше или ниже точки А, например А1 или А2, то выходной сигнал с усилителя будет искажаться. Произойдет срез его нижних или верхних полуволн, что отразится на ухудшении качества звука. Поэтому стоит придерживаться средней точки – т. А. Однако это не всегда оправдано, особенно для сигналов очень низкой мощности. В таком случае рабочую точку принимают насколько ниже т. А, что позволяет снизить потребление электроэнергии без искажения формы выходного сигнала.

В нашем случае будем опираться на точку А. Примем напряжение источника питания Uип = 9 В (батарейка «крона»). Тогда напряжение на резисторе Rк равно:

Коллекторный ток, называемый током покоя коллектора, принимают для расчетов 0,8…1,2 мА. Возьмем среднее значение 1 мА = 0,001 А.

Сопротивление Rк равно:

Примем ближайший стандартный номинал резистора 4,7 кОм.

Теперь определит сопротивление в цепи базы Rб:

Коэффициент усиления БТ легко и с достаточной точность можно определить мультиметром. Для pn2222 я определил значение 170 единиц.

Более точную установку тока покоя коллектора устанавливают переменным резистором, включенным в цепь базы и изменяют его до тех пока, пока значение Iк станет равным 1мА. При этом ориентируются на показания миллиамперметра, установленного в цепь коллектора.

Ниже приведены схемы входных каскадов усилителей с полупроводниковыми приборами разной структуры.

Расчет емкости конденсаторов усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ)

При расчете УМЗЧ следует обратить внимание на емкость развязывающих конденсаторов С1 и С2. Если их принять слишком малыми, то плохо будут проходить токи низкой частоты. Поэтому емкость можно определить по следующему выражению:

где fн – нижняя граница частоты сигнала, Гц. Для УНЧ как правило принимают 20 Гц – нижний порог слышимости человеческого уха;

Rвх – входное сопротивление следующего каскада или нагрузки. Для усилителей, в которых применяется БТ, включенный по схеме с общим эмиттером это сопротивление равняется нескольким килоом. Примем Rвх = 4,7 кОм = 4700 Ом.

Таким образом емкости конденсаторов С1 и С2 следует принимать не менее 10 мкФ.

Однако рассмотренная выше схема усилителя звука имеет недостаток, который исключает применение ее в таком виде в электронных устройствах. В схеме отсутствует температурная стабилизация, поэтому любые изменение температуры могут привести к искажению формы выходного сигнала. Устранение данного недостатка и причины его возникновения подробно рассмотрено в следующей статье.

Еще статьи по данной теме

Несколько схем транзисторных УМЗЧ, хронология радиолюбителя

Свое знакомство с мощными усилителями я начал в 1958 году, когда учился в энергетическомтехникуме, и мне поручили обслуживать радиоузел. Он состоял из трех частей: малогабаритной радиотрансляционной установки “ТУ-100″, магнитофона “Днепр 9” и ЛАТРа на 2 А.

“ТУ-100” — громадный ящик из железа весом около 100 кг — содержал два блока выходных усилителей по 50 Вт на четырех лампах 6ПЗС каждый, шесть кенотронов 5Ц4С и пять двойных триодов 6Н9С в предварительном усилителе и фазоинверторах. Кроме того, в комплекте был радиоприемник “ТПС-54-С” (кстати, прекрасно работавший), а также электропроигрыватель грампластинок на 78 об/мин.

Потребляемая мощность радиоузла доходила до 600 Вт. Вещь, весьма “достойная” по аудиофильским меркам.

Во время работы усилители страшно грелись, лампы нужно было подбирать, напряжение в сети доходило до 240 В, и его приходилось постоянно контролировать и понижать ЛАТРом до 220 В.

Однажды вечером, уходя домой после озвучивания очередных танцев, я забыл выключить усилитель, и он сгорел, распространяя ужасный запах. Меня тут же отстранили от “ТУ-100”. Еще работая с “ТУ-100” и магнитофоном, я познакомился с таким явлением, как “микрофонный эффект” у ламп.

Методы борьбы с ним — амортизация ламповых панелек, одевание на лампы тяжелых колпаков (из металла) — мне не нравились, и я решил сделать микрофонный усилитель на транзисторах. Нужно сказать, что в это время уже появились первые транзисторы: П1 — маломощные и П3 — мощные, довольно оригинально выполненные заодно с радиатором, а затем П5 и, наконец, П6-уже оформленные как потом широко известные П13 и П16.

Я собрал усилитель на одном транзисторе П5Д в небольшой коробочке (меньше спичечной). Схему разработал, изучая публикации журнала “Радио”. Электролитических конденсаторов малого размера у меня не было, и я их делал сам, распиливая корпуса и “начинку” больших, а затем все заливая парафином.

Усилитель прекрасно работал от батарейки 4,5 В, не чувствовал ударов, не “шипел”, как многие лампы, и не “фонил”. Я стал поборником транзисторов, и появилась мечта построить малогабаритный УНЧ ватт на 10.

Первый транзисторный УНЧ

И я его построил в 1962 году по схеме Х.Лина [1]. Выходные транзисторы выбирать было не из чего — в наличии были только П4. Заработавший усилитель не возбуждался, но на высоких частотах (после 10 кГц) ток потребления возрастал в 3 раза из-за плохих частотных свойств транзисторов П4.

Звучание усилителя было не хуже, чем у тогдашних ламповых аппаратов (по крайней мере, при сравнении с радиолой “Дружба”), а мощность была больше, чем у всех выпущенных до той поры радиоприемников.

Рис. 1. Принципиальная схема УМЗЧ на германиевых транзисторах, 20Вт на 4Ом.

Выявился, правда, и другой недостаток: слабое подавление пульсаций напряжения выпрямителя при питании от сети. Но поскольку у него напряжение питания было около 30 В, ток потребления — не более 1… 1,5 А, этот недостаток я легко преодолел с помощью транзисторного стабилизатора напряжения. Затем стали появляться более совершенные транзисторы: П308, П605 и пр.

Стала расти мощность усилителей, а вместе с ней и габариты радиаторов охлаждения выходных транзисторов УНЧ и стабилизатора. Возникли проблемы с самовозбуждением (транзисторы стали более высокочастотными), нередко приводившие к выжиганию мощных и дорогих транзисторов.

Схема стабилизатора напряжения

Понадобилась быстродействующая защита от перегрузки по току. Схема одного канала построенного мной в 1968 году двухканального усилителя приведена на рис.1. Усилитель на нагрузке 4 Ом отдавал 20 Вт и звучал отлично. Питался он от стабилизатора с электронной защитой на туннельном диоде (рис.2).

Рис. 2. Схема стабилизатора напряжения с электронной защитой на туннельном диоде.

УНЧ на 50 Вт при нагрузке 8 Ом

Наступил 1969 год. И тут я в журнале “Электроника” (был в СССР такой переводной американский журнал) на какой-то рекламной странице в номере, то ли 5, то ли 9, сейчас не помню, увидел схему УНЧ без всякого описания.

Мощность — 50 Вт на 8-омной нагрузке, никаких стабилизаторов, двухполярное питание, нет громоздкого разделительного конденсатора и выходного трансформатора. Предел мечтаний! Схема этого усилителя приведена на рис. З. Не правда ли, она знакома многим?

Рис. 3. Схема транзисторного УМЗЧ с выходной мощностью 50Вт на 8Ом.

Но кто же автор? Как можно узнать из [2], — все тот же Х. Лин! И предложил он ее, якобы, еще в 1956 году! Сомнительно, но не будем придираться к автору работы [2], так как он посвятил анализу этой схемы полкниги, описал и проанализировал работу многих усилителей мощности, привел массу полезных данных и указал на разработанную им в 1984 году схему УМЗЧ с параллельным высокочастотым каналом.

Но вернемся к схеме на рис. З. Я построил усилитель на ее основе в 1972 году. Некоторые решения позаимствовал из усилителя Е5707 [4].

И этот макет стереоусилителя стоит у меня на полке до сих пор. Дорог как память! Схему усилителя я дополнил защитой от больших токов в выходном каскаде собственной разработки.

Усовершенствование усилителя

Схема окончательного варианта УМЗЧ показана на рис.4. Транзистор VT9 (МП25) контролирует ток через выходные транзисторы VT7 и VT8.

Рис. 4. Окончательный, доработанный вариант схемы УМЗЧ на транзисторах.

Схемы усилителей мощности на транзисторах, самодельные УНЧ и УМЗЧ (Страница 2)

Рассмотрена принципиальная схема простого транзисторного усилителя с выходом на TIP31, TIP32, питается усилитель от 12 Вольт и может обеспечить примерно 3Ватт мощности. Случилось так, что вечером, практически ночью, срочно потребовалась активная акустическая система для компьютера. Магазины …

7 5404 3

Принципиальная схема двухтактного УМЗЧ, каждое плечо которого состоит изсхемы усилителя мощности на операционном усилителе и мощного эмиттерного повторителя на транзисторе. В одном плече работает транзистор п-р-п структуры, и эмиттерный повторитель действует относительно плюса питания, а в другом …

6 4813 1

Здесь приводится простая схема УНЧ для наушников на распространенных транзисторах. Усилитель стереофонический, рассчитан на нагрузку сопротивлением 32 Ом. Сопротивление наушниковможет быть и больше, но не более 200 Ом, так как при большем сопротивлении нарушается режим работы УНЧ (если сигнал с …

4 4820 0

Принципиальная схема простого самодельного усилителя мощности ЗЧ, выполненного на трех транзисторах, выход 20Вт, однополярное питание +40В. Обычно, если требуется сделать УМЗЧ «по быстрому» и «без лишних деталей» радиолюбители обращают свои взоры на микросхемы — интегральные …

8 4997 2

Рассмотрена принципиальная схема достаточно простого усилителя мощности низкой частоты (УМЗЧ), который выполнен всего на пяти транзисторах, на выходе использованы составные транзисторы TIP142, TIP147. Изготавливаем самодельный транзисторный усилитель своими руками из минимума деталей, который подойдет как для домашнего аудио-центра, так и для автомобильного сабвуфера.

12 6087 38

Очень простой в изготовлении и не требующий дефицитных деталей усилитель низкой частоты (УНЧ) на трех транзисторах КТ315 с выходной мощностью, достаточной для для использования с наушниками, а также для работы с маломощным динамиком.

8 6820 6

Для тех, у кого еще остались в старых запасах транзисторы серии ГТ и П, предлагаю для повторения свою конструкцию УНЧ на германиевых транзисторах П210. Схема была взята мною с не помню за какой год брошюры «в помощь радиолюбителю». В оригинале схемы использовались транзисторы МП42, МП37 и П217.

8 6060 37

Усилитель предназначен для озвучивания залов средних размеров. При дополнении его предусилителем соответствующей чувствительности, оборудованным регулятором тембра, может работать с электрической гитарой, органом или магнитофоном. Основные характеристики: диапазон усиливаемых частот 20 Гц-20…

8 6123 2

Такие достоинства полевых транзисторов, как малые нелинейные искажения, высокое входное сопротивление и низкий уровень шумов, делают их весьма привлекательными для использования в каскадах предварительного усиления УМЗЧ. Однако широкое применение этих транзисторов в таких устройствах сдерживается…

1 5127 0

Схема сам

Схемы усилителей мощности на транзисторах, самодельные УНЧ и УМЗЧ (Страница 3)

Усилитель предназначен для работы с предварительным усилителем, обеспечивающим выходное напряжение 2 В. Отличительные черты усилителя — высокая устойчивость к самовозбуждению и очень малые нелинейные искажения. Усилитель содержит два каскада усиления напряжения сигнала. Первый из них —…

2 5954 0

Особенность устройства — применение для снижения нелинейных искажений так называемой прямой связи. Усилитель содержит четырехкаскадный предварительный усилитель, работающий в режиме А (микросхема А1 и транзисторы V3—V6, V9), выходной каскад, работающий в режиме В (транзисторы…

0 5268 0

Снижение динамических искажений в усилителе достигнуто расширением полосы пропускания исходного (без общей ООС) усилителя, применением линеаризующих местных ООС и соответствующим выбором частот среза амплитудно-частотных характеристик каскадов. Высокая термостабильность обеспечивается…

0 4808 0

Так называемые динамические интермодуляционные искажения возникают в транзисторных усилителях при резких перепадах уровня сигнала. Особенно заметны эти искажения при воспроизведении музыкальных программ. Для сведения таких искажений к минимуму в данном усилителе широко использованы…

0 5333 0

Усилитель рассчитан на работу с предварительным усилителем-темброблоком на операционном усилителе. Отличительная особенность устройства — наличие эффективного стабилизатора тока’ покоя транзисторов дифференциальных каскадов. Усилитель содержит два дифференциальных каскада усиления…

2 4629 0

Использование в оконечном каскаде режима В полностью сняло проблему температурной стабилизации тока покоя, сделало усилитель экономичным и термостабильным. К числу достоинств такого усилителя относится также его способность работать от источника питания с повышенными пульсациями….

2 5568 0

Особенностью усилителя является синхронное (с сигналом) питание каскада на операционном усилителе изменяющимися напряжениями и применение в выходном каскаде режима В. Усилитель содержит каскад усиления напряжения сигнала на операционном усилителе А1 и выходной каскад на…

0 4358 0

Отличительная особенность устройства — предельная простота и высокая температурная стабильность, позволяющая эксплуатировать транзисторы выходного каскада при температуре переходов, близкой к предельной. Усилитель — двухкаскадный, первый каскад выполнен на ОУ А1 …

1 7070 3

Простой усилитель мощности предназначен для работы в любительском радиокомплексе. Усилитель содержит входной дифференциальный каскад (V1, V2), каскад усиления напряжения сигнала (V4) со стабилизатором тока (V5), фазоинверсный предоконечный каскад (V7, V5) и оконечный каскад (V9, V10)….

1 5094 0

Особенностью устройства является применение для связи предоконечного каскада с окон

УНЧ на полевых транзисторах — радиоэлектроника, схемы и статьи

Ниже приведены принципиальные схемы и статьи по тематике «УНЧ на полевых транзисторах» на сайте по радиоэлектронике и радиохобби RadioStorage.net .

Что такое «УНЧ на полевых транзисторах» и где это применяется, принципиальные схемы самодельных устройств которые касаются термина «УНЧ на полевых транзисторах».

2sa2018 техническое описание (1/3 страницы) ROHM | Транзистор низкочастотный

2SA2018 / 2SA2030 / 2SA2119K

Транзисторы

Rev.A

1/2

Транзистор низкочастотный

2SA2018 / 2SA2030 / 2SA2119K транзистор

52, был размером только

52 достигается в 1608 или 1208 размерах.

Приложения

Для переключения, для отключения звука.

Характеристики

1) Большой ток коллектора.

2) Напряжение насыщения коллектора низкое.

VCE (насыщ.) ≤ 250 мА

При IC = 200 мА / IB = 10 мА

Абсолютные максимальные значения

(Ta = 25

° C)

Параметр

Символ

VCBO

VCEO

Tstg

Пределы

15

12

150

от −55 до +150

Агрегат

В

В

мВт

° C

-эмиттер

Рассеиваемая мощность коллектора

Температура хранения

IC

ICP

500

1

∗

мА

A

Ток коллектора

Tj

Tj

300

VMT3

EMT3

∗ Одиночный импульс, Pw = 1 мс

Внешние размеры

(Единица: мм)

(1) Излучатель

(2) База

(3) Коллектор

ROHM: EMT3

EIAJ: SC-75A

JEDEC: SOT-416

0.1 мин.

1,6

0,8

(2)

(3)

(1)

Каждый провод имеет одинаковые размеры

Сокращенный символ: BW

2SA2018

0,3 Мин.

2,8

1,6

(1) Излучатель

(2) База

(3) Коллектор

ROHM: SMT3

EIAJ: SC-59

JEDEC: SOT-346

Каждый вывод имеет одинаковые размеры

Сокращенное обозначение: BW

2SA2119K

(3)

1.2

0,8

0,2 ​​

0,2 ​​

(2)

(1)

(1) База

(2) Излучатель

(3) Коллектор

ROHM: VMT3

Каждый вывод имеет одинаковые размеры

Сокращенное обозначение: BW

2SA2030

Электрические характеристики

(Ta = 25

° C)

Параметр

Напряжение пробоя коллектор-база

Символ

Мин.

Тип. Максимум.

Агрегат

Условия

BVCBO

15

−−

VIC

= 10 мкА

IC

= 1 мА

IE

= 10 мкА

000

= 10 мкА

000

= 10 мкА

= 10 мкА

200 мА / IB = 10 мА

VCE

= 2 В / IC = 10 мА

VCE

= 2 В, IE = 10 мА, fT = 100 МГц

VCB

= 10 В, IE = 0A, f = 1 МГц

Коллектор- Напряжение пробоя эмиттера

BVCEO

12

−−

В

Напряжение пробоя эмиттер-база

BVEBO

6

−−

V IC

нА

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер

VCE (насыщ.)

—

100

250

мВ

Коэффициент передачи постоянного тока

hFE

270

— 0003

—

Частота перехода

fT

—

260

—

МГц

Выходная емкость

Cob

—

6.5

—

пФ

транзисторов — learn.sparkfun.com

Режимы работы

В отличие от резисторов, которые обеспечивают линейную зависимость между напряжением и током, транзисторы являются нелинейными устройствами. У них есть четыре различных режима работы, которые описывают протекающий через них ток. (Когда мы говорим о токе, протекающем через транзистор, мы обычно имеем в виду ток , протекающий от коллектора к эмиттеру NPN .)

Четыре режима работы транзистора:

• Насыщение — Транзистор действует как короткое замыкание . Ток свободно течет от коллектора к эмиттеру.
• Отсечка — Транзистор действует как разомкнутая цепь . Нет тока от коллектора к эмиттеру.
• Активный — Ток от коллектора к эмиттеру составляет , пропорционально току, протекающему в базу.
• Reverse-Active — Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении.Ток течет от эмиттера к коллектору (не совсем то, для чего были предназначены транзисторы).

Чтобы определить, в каком режиме находится транзистор, нам нужно посмотреть на напряжения на каждом из трех выводов и на то, как они соотносятся друг с другом. Напряжения от базы к эмиттеру (V _BE ) и от базы к коллектору (V _BC ) задают режим транзистора:

Упрощенный квадрантный график выше показывает, как положительное и отрицательное напряжение на этих клеммах влияет на режим.На самом деле все немного сложнее.

Давайте рассмотрим все четыре режима транзистора по отдельности; мы исследуем, как перевести устройство в этот режим и как это влияет на ток.

Примечание: Большая часть этой страницы посвящена NPN транзисторам . Чтобы понять, как работает транзистор PNP, просто поменяйте полярность или знаки> и <.

Режим насыщенности

Насыщенность — это в режиме транзистора.Транзистор в режиме насыщения действует как короткое замыкание между коллектором и эмиттером.

В режиме насыщения оба «диода» в транзисторе смещены в прямом направлении. Это означает, что V _BE должно быть больше 0, и , поэтому V _BC должен быть. Другими словами, V _B должен быть выше, чем V _E и V _C .

Поскольку переход от базы к эмиттеру выглядит как диод, на самом деле V _BE должно быть больше, чем пороговое напряжение , чтобы войти в насыщение.Есть много сокращений для этого падения напряжения — V _th , V _γ и V _d — несколько — и фактическое значение варьируется между транзисторами (и даже больше в зависимости от температуры). Для большинства транзисторов (при комнатной температуре) это падение может составить около 0,6 В.

Еще один облом реальности: между эмиттером и коллектором не будет идеальной проводимости. Между этими узлами образуется небольшое падение напряжения. В технических характеристиках транзисторов это напряжение определяется как CE напряжение насыщения, В _{CE (насыщение)} — напряжение от коллектора до эмиттера, необходимое для насыщения.Это значение обычно составляет 0,05-0,2 В. Это значение означает, что V _C должно быть немного больше, чем V _E (но оба все еще меньше, чем V _B ), чтобы транзистор перешел в режим насыщения.

Режим отсечки

Режим отсечки противоположен насыщению. Транзистор в режиме отсечки выключен — нет тока коллектора и, следовательно, нет тока эмиттера. Это почти похоже на обрыв цепи.

Чтобы перевести транзистор в режим отсечки, базовое напряжение должно быть меньше, чем напряжение эмиттера и коллектора.Оба V _BC и V _BE должны быть отрицательными.

На самом деле, V _BE может быть где угодно между 0 В и _th (~ 0,6 В) для достижения режима отсечки.

Активный режим

Чтобы работать в активном режиме, транзистор V _BE должен быть больше нуля, а V _BC должен быть отрицательным. Таким образом, базовое напряжение должно быть меньше, чем на коллекторе, но больше, чем на эмиттере. Это также означает, что коллектор должен быть больше эмиттера.

На самом деле нам нужно ненулевое прямое падение напряжения (сокращенно V _th , V _γ или V _d ) от базы к эмиттеру (V _BE ), чтобы «включить» транзистор. Обычно это напряжение обычно составляет около 0,6 В.

Усиление в активном режиме

Активный режим — это самый мощный режим транзистора, потому что он превращает устройство в усилитель . Ток, идущий на вывод базы, усиливает ток, идущий в коллектор и выходящий из эмиттера.

Наше сокращенное обозначение для коэффициента усиления (коэффициент усиления) транзистора — β (вы также можете увидеть его как β _F или h _FE ). β линейно связывает ток коллектора ( I _C ) с базовым током ( I _B ):

Фактическое значение β зависит от транзистора. Обычно это около 100 , но может варьироваться от 50 до 200 … даже 2000, в зависимости от того, какой транзистор вы используете и сколько тока проходит через него.Если, например, у вашего транзистора β = 100, это будет означать, что входной ток в 1 мА на базу может производить ток 100 мА через коллектор.

Модель активного режима. V _BE = V _th и I _C = βI _B .

Что насчет тока эмиттера, I _E ? В активном режиме токи коллектора и базы идут в устройства, а выходит I _E . Чтобы связать ток эмиттера с током коллектора, у нас есть другое постоянное значение: α .α — коэффициент усиления по току общей базы, он связывает эти токи как таковые:

α обычно очень близко к 1. Это означает, что I _C очень близко, но меньше I _E в активном режиме.

Вы можете использовать β для вычисления α или наоборот:

Если, например, β равно 100, это означает, что α равно 0,99. Так, если я _C , например, 100 мА, то я _E это 101 мА.

Реверс Актив

Так же, как насыщение противоположно отсечке, обратный активный режим противоположен активному режиму.Транзистор в обратном активном режиме проводит, даже усиливает, но ток течет в обратном направлении, от эмиттера к коллектору. Обратной стороной активного режима является то, что β (β _R в данном случае) на намного меньше на .

Чтобы перевести транзистор в обратный активный режим, напряжение на эмиттере должно быть больше, чем на базе, которое должно быть больше, чем на коллекторе (V _BE <0 и V _BC > 0).

Обратный активный режим обычно не является состоянием, в котором вы хотите управлять транзистором.Приятно знать, что он есть, но он редко воплощается в приложении.

Относительно PNP

После всего, о чем мы говорили на этой странице, мы все еще покрыли только половину спектра BJT. А как насчет транзисторов PNP? PNP работает очень похоже на NPN — у них те же четыре режима, но все изменилось. Чтобы узнать, в каком режиме находится PNP-транзистор, поменяйте местами все знаки <и>.

Например, чтобы перевести PNP в режим насыщения, V _C и V _E должны быть выше, чем V _B .Вы опускаете базу ниже, чтобы включить PNP, и поднимаете ее выше, чем коллектор и эмиттер, чтобы выключить. И, чтобы перевести PNP в активный режим, V _E должен иметь более высокое напряжение, чем V _B , которое должно быть выше, чем V _C .

Итого:

Другой противоположной характеристикой NPN и PNP является направление тока.В активном режиме и режиме насыщения ток в PNP течет от эмиттера к коллектору . Это означает, что эмиттер, как правило, должен иметь более высокое напряжение, чем коллектор.

Если вы перегорели концептуальными вещами, перейдите к следующему разделу. Лучший способ узнать, как работает транзистор, — это изучить его в реальных схемах. Давайте посмотрим на некоторые приложения!

RC с использованием операционного усилителя

Генератор с фазовым сдвигом представляет собой схему электронного генератора , которая выдает синусоидальный выходной сигнал. Он может быть спроектирован с использованием транзистора или операционного усилителя в качестве инвертирующего усилителя. Как правило, эти генераторы сдвига фазы используются в качестве генераторов звукового сигнала. В RC-генераторе с фазовым сдвигом фазовый сдвиг на 180 градусов генерируется RC-цепью, а еще на 180 градусов генерируется операционным усилителем, поэтому результирующая волна инвертируется на 360 градусов.

Помимо генерации синусоидального сигнала, они также используются для обеспечения значительного контроля над процессом фазового сдвига. Другие применения генераторов фазового сдвига:

1. В аудиогенераторах
2. Инвертор синусоидальной волны
3. Синтез голоса
4. Блоки GPS
5. Музыкальные инструменты.

Прежде чем мы начнем проектировать RC-генератор с фазовым сдвигом, давайте узнаем больше о фазе и фазовом сдвиге.

Что такое фаза и фазовый сдвиг?

фазы является полным периодом цикла синусоидальной волны в качестве ссылки на 360 градусов.Полный цикл определяется как интервал, необходимый для того, чтобы сигнал вернул свое произвольное начальное значение. Фаза обозначается как отмеченная точка на этом цикле сигнала. Если мы видим синусоидальную волну, мы можем легко определить фазу.

На изображении выше показан полный волновой цикл. Начальная начальная точка синусоидальной волны — это 0 градусов по фазе, и если мы определим каждый положительный и отрицательный пик и 0 точек, мы получим фазу 90, 180, 270, 360 градусов.Таким образом, когда начинается синусоидальный сигнал, это путешествие, кроме 0 градусов ссылки, мы называем это сдвига фазы дифференцировать от 0 градусов ссылки.

Если мы увидим следующее изображение, мы определим, как выглядит синусоидальная волна с фазовым сдвигом …

На этом изображении представлены две синусоидальные сигнальные волны переменного тока, первая зеленая синусоидальная волна имеет 360 градусов в фазе , а красная, которая сдвинута по фазе на 90 градусов относительно фазы зеленого сигнала.

Этот сдвиг фазы может быть выполнен с помощью простой RC-цепи.

RC-фазовый генератор

Простой RC-генератор с фазовым сдвигом обеспечивает минимальный фазовый сдвиг 60 градусов.

На изображении выше показана RC-цепь с однополюсным фазовым сдвигом или лестничная схема , которая сдвигает фазу входного сигнала на 60 градусов или меньше.

В идеале фазовый сдвиг выходной волны RC-цепи должен составлять 90 градусов, но на практике это прибл.60 градусов, так как конденсатор не идеален. Формула для расчета фазового угла RC-цепи приведена ниже:

  φ = загар -1  (Xc / R)  

Где, Xc — реактивное сопротивление конденсатора, а R — резистор, включенный в RC-цепочку.

Если мы каскадируем там RC-сеть, мы получим сдвиг фазы на 180 градусов .

Теперь, чтобы создать колебательный и синусоидальный выход, нам нужен активный компонент, транзистор или операционный усилитель в инвертирующей конфигурации.

Если вы хотите узнать больше о RC Phase Shift Oscillator, то перейдите по ссылке

Зачем использовать ОУ для RC-генератора с фазовым сдвигом вместо транзистора?

Существуют некоторые ограничения при использовании транзистора для построения RC-генератора фазового сдвига:

1. Стабильно только на низких частотах.
Генератор с фазовым сдвигом
2. RC требует дополнительных схем для стабилизации амплитуды сигнала.
3. Точность частоты не идеальна, и он не защищен от шумных помех.
4. Неблагоприятный эффект нагрузки. Из-за образования каскада входное сопротивление второго полюса изменяет свойства сопротивления резисторов фильтра первого полюса. Чем больше фильтры каскадированы, тем хуже ситуация, так как это повлияет на точность расчета частоты генератора фазового сдвига.

Из-за затухания на резисторе и конденсаторе потери на каждом каскаде увеличиваются, и общие потери составляют примерно 1/29 входного сигнала.

Поскольку схема затухает на 1/29, нам необходимо восстановить потерю.Узнайте больше о них в нашем предыдущем руководстве.

RC-фазовый генератор с операционным усилителем

Когда мы используем операционный усилитель для RC-генератора с фазовым сдвигом, он работает как инвертирующий усилитель. Изначально входная волна попала в RC-сеть, из-за чего мы получаем сдвиг фазы на 180 градусов. И этот выход RC подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.

Теперь, когда мы знаем, что операционный усилитель будет производить сдвиг фазы на 180 градусов, когда он работает как инвертирующий усилитель.Итак, мы получаем фазовый сдвиг выходной синусоиды на 360 градусов. Этот RC-генератор с фазовым сдвигом, использующий операционный усилитель, обеспечивает постоянную частоту даже при изменяющихся условиях нагрузки.

Необходимые компоненты

• Микросхема операционного усилителя — LM741
• Резистор — (100k — 3nos, 10k — 2nos, 4.7k)
• Конденсатор — (100pF — 3nos)
• Осциллограф

Принципиальная схема

Моделирование RC-генератора с фазовым сдвигом с использованием операционного усилителя

  F = 1 / 2πRC√2N