4.4. Схемы включения биполярных транзисторов

68 Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

данный каскад даѐт чуть меньшее усиление по мощности, чем по напряжению.

Для усиления сигналов любые транзисторные каскады тратят энергии источников питания, к которым подключены, и при этом всегда теряют часть энергии, и мощности потерь вызывают тепловыделения в компонентах.

4.4.1. Схема включения транзистора с общим эмиттером

Между базой и эмиттером транзистора, включѐнного по схеме с общим эмиттером, подсоединяют источник сигнала, а к коллектору

– нагрузку. К эмиттеру транзистора подключают полюсы одинаковых знаков источников питания. Входным током каскада выступает ток базы транзистора, а выходным током – ток коллектора. Это показано на рис. 4.3, на примере включения в электрическую цепь биполярного p-n-p транзистора.

Рис. 4.3. Включение p-n-p транзистора по схеме с общим эмиттером

69 Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

На практике обходятся одним источником питания, а не двумя. Направление протекания тока по выводам транзистора дано на рисунке. Включение n-p-n транзистора совершенно аналогично включению p-n-p транзистора, однако в данном случае придѐтся поменять полярность обоих источников питания.

Рис. 4.4. Включение n-p-n транзистора по схеме с общим эмиттером Коэффициент усиления каскада равен отношению тока коллектора к току базы и обычно может достигать от десятков до нескольких сотен. Транзистор, включѐнный по схеме с общим эмиттером, теоретически может дать максимальное усиление сигнала по мощности, относительно других вариантов включения транзистора. Входное сопротивление рассматриваемого каскада, равное отношению напряжения база-эмиттер к току базы, лежит в пределах от сотен до тысяч Ом. Это меньше, чем у каскада с транзистором, подсоединѐнным по схеме с общим коллектором. Выходной сигнал каскада с общим эмиттером обладает фазовым сдвигом в 180° относительно входного сигнала. Флюктуации температуры оказывают значительное влияние на режим работы транзистора, включѐнного по схеме с общим эмиттером, и поэтому следует применять специальные цепи температурной стабилизации. В связи с тем, что сопротивление коллекторного перехода транзистора в рассмотренном

70 Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

каскаде выше, чем в каскаде с общей базой, то необходимо больше времени на рекомбинацию носителей заряда, а, следовательно, каскад с общим эмиттером обладает худшим частотным свойством.

4.4.2. Схема включения транзистора с общим коллектором

К эмиттеру транзистора, включѐнного по схеме с общим коллектором, подсоединяют нагрузку, на базу подают входной сигнал. Входным током каскада является ток базы транзистора, а выходным током – ток эмиттера. Это отражено на рис. 4.5, на котором изображена схема включения биполярного p-n-p транзистора.

Рис. 4.5. Включение транзистора по схеме с общим коллектором С нагрузочного резистора, включѐнного последовательно с выводом

эмиттера, снимают выходной сигнал. Вход каскада обладает высоким сопротивлением, обычно от десятых долей мегаома до нескольких мегаом из-за того, что коллекторный переход транзистора заперт. А выходное сопротивление каскада – напротив, мало, что позволяет использовать такие каскады для согласования предшест-

71 Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

вующего каскада с нагрузкой. Каскад с транзистором, включѐнным по схеме с общим коллектором, не усиливает напряжение, но усиливает ток (обычно в 10 … 100 раз). Фаза входного напряжения сигнала, подаваемого на каскад, совпадает с фазой выходного напряжения, т.е. отсутствует его инверсия. Именно из-за сохранения фазы входного и выходного сигнала каскад с общим коллектором носит другое название – эмиттерного повторителя. Температурные и частотные свойства эмиттерного повторителя хуже, чем у каскада, в котором транзистор подключѐн по схеме с общей базой.

4.4.3.Схема включения транзистора с общей базой

Вкаскаде, собранном по схеме с общей базой, напряжение входного сигнала подают между эмиттером и базой транзистора, а выходное напряжение снимают с выводов коллектор-база. Включение транзистора p-n-p структуры по схеме с общей базой приведено на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Включение транзистора по схеме с общей базой В данном случае эмиттерный переход компонента открыт и велика

его проводимость. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни ом, что относят к не-

Биполярные транзисторы.Часть 3.Усилительный каскад. | HomeElectronics

Здравствуйте, продолжим знакомство с биполярными транзисторами. В предыдущем посте был рассмотрен транзистор в качестве электронного ключа. Но это ещё не все возможности биполярных транзисторов, можно сказать даже ключевой режим работы – это лишь малая доля в схемах, где используются транзисторы. В львиной доле транзисторных схем транзистор используется в качестве усилительного прибора. В данных схемах транзистор используется в так называемой активной области. Транзистор в качестве усилительного прибора, включается в усилительный каскад, который кроме транзистора содержит ещё цепи питания, нагрузку и цепи связи с последующим каскадом.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Схемы включения транзистора

Для биполярных транзисторов возможны три схемы включения, которые обладают способностью усиливать мощность: с общим эмиттером (ОЭ)

, общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК). Схемы отличаются способом включения источника сигнала и нагрузки (R_Н).

Схема с общим эмиттером

 

Схема с общей базой

 

Схема с общим коллектором.

Для всех схем включения транзистора при отсутствии сигнала, подаваемого от источника (е_Г), необходимо установить начальный режим по постоянному току – режим покоя. При этом как и говорилось в предыдущем посте эмиттерный переход должен быть открытым, а коллекторный – закрытым. Для транзисторов p-n-p это достигается подачей отрицательного напряжения на коллектор (коллекторного напряжения E

0C) и отрицательного напряжения на базу (напряжения смещения E_0B). Для транзисторов n-p-n полярность этих напряжений должна быть противоположной. Режим покоя транзистора опредяляется положением его рабочей точки, которое зависит от тока эмиттера I_E (практически равного току коллектора I_С и зависящего от E_0B) и от напряжения E_0C.

Усилительные параметры транзистора

Усилительные свойства транзисторов для малого переменного сигнала оцениваются с помощью различных систем параметров, связывающих входные токи и напряжения, но нормируются только два основных параметра: h

21e и f_Т (или f_h31b). Зная параметр транзистора h_21e для заданного режима покоя I_E, можно с помощью следующих формул определить основные параметры усилительного каскада в области НЧ:

 

 

где S — проводимость транзистора, r_e — сопротивление эмиттера транзистора.

Таким образом, можно вычислить значения |K| — коэффициент усиления напряжения транзистора, |K_i| — коэффициент усиления тока транзистора, Z_ВХ — входное сопротивление транзистора:

 

Параметры усилительного каскада	Схема включения
	ОЭ	ОБ	ОК
|K|	S*RH	S*RH	S*RH /( 1 + S*RH)
|Ki|	h21e	h21e/(1 +  h21e)	h21e
ZВХ	h21e*re	re	h21e*RH

 

Области применения усилительных каскадов ОЭ, ОБ и ОК определяются их свойствами.

Каскад с общим эмиттером обеспечивает усиление, как по напряжению, так и по току. Его входное сопротивление порядка сотен Ом, а выходное – десятков кОм. Отличительная особенность – изменяет фазу усиливаемого сигнала на 180°. Обладает лучшими усилительными свойствами по сравнению с ОБ и ОК и поэтому является основным типом каскада для усиления малых сигналов.

Каскад с общей базой обеспечивает усиление только по напряжению (практически такое же, как ОЭ). Входное сопротивление каскада в (1+h_21e) раз меньше, чем ОЭ, а выходное – в (1+h_21e) раз больше. В отличие от ОЭ каскад ОБ не изменяет фазы усиливаемого сигнала. Малое входное сопротивление каскада ОБ ограничивает его применение в УНЧ: практически он используется только как элемент дифференциального усилителя.

Каскад с общим коллектором обеспечивает усиление только по току (практически такое же, как ОЭ). В отличие от ОЭ каскад ОК не изменяет фазы усиливаемого сигнала. При К = 1 каскад ОК как бы повторяет усиливаемое напряжение по величине и фазе. Поэтому такой каскад называется эмиттерным повторителем. Входное сопротивление ОК зависит от сопротивления нагрузки R_H и велико (почти в h_21e раз больше R_H), а выходное сопротивление зависит от сопротивления источника сигнала R

Г и мало (почти в h_21e раз меньше R_Г). Каскад ОК благодаря большому входному и малому выходному сопротивлению находит применение как в предварительных, так и в мощных УНЧ.

Цепи питания биполярных транзисторов

Для обеспечения заданного режима работы биполярного транзистора требуется установить положение точки покоя, определяемое током покоя I_С. С этой целью на электроды транзистора должны быть поданы два напряжения: коллекторное и напряжение смешения базы. Полярность этих напряжений зависит от структуры транзистора. Для транзисторов p-n-p оба этих напряжения должны быть отрицательными, а для n-p-n – положительными, относительно эмиттера транзистора.. Величины коллекторного и базового напряжения должны быть различны; кроме того, различными оказываются и требования к стабильности этих напряжений. Поэтому используются две отдельные цепи питания – коллектора и базы.

Питание коллектора

Цепи питания коллектора содержат элементы, показанные ниже.

В многокаскадных усилителях коллекторные цепи всех каскадов подключаются параллельно к одному общему источнику E_0C. В этом случае цепь питания коллектора содержит развязывающий фильтр R_фC_ф. Назначение такого фильтра – устранить паразитную обратную связь через общий источник питания. При питании от сети переменного тока, кроме того, уменьшаются пульсации напряжения питания. Резистор R

ф включают последовательно с нагрузкой R_Н, и на нём теряется часть коллекторного напряжения. Поэтому рекомендуется сопротивление R_ф выбирать исходя из допустимого падения напряжения:

 

Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора U_CE выбирается в пределах

При этом минимальное значение U_C не должно быть менее 0,5 В, иначе рабочая точка переходит в область насыщения и возрастают нелинейные искажения.

Схема цепей питания базы

Цепи питания

базы содержат элементы, показанные ниже

Схема с фиксированным током

 

Схема с фиксированным напряжением

 

Схема с автоматическим смещением

Заданный режим работы транзистора устанавливается путём подачи на его базу требуемого напряжения смещения U_B или создания в цепи базы требуемого тока смещения I_B. В обоих случаях между эмиттером и базой устанавливается напряжение U_BE,равное (в зависимости от I_B) 0,1…0,3 В (для германиевых транзисторов) или 0,5…0,7 В (для кремниевых). Смещение базы может осуществляться от общего с коллектором источника питания E

0C или от отдельного источника питания базовых цепей E_0В.

При питании от E_0C смещение базы может быть фиксированным (по току или напряжению) или автоматическим. Схемы с фиксированным током и с фиксированным напряжением не обеспечивают стабильности рабочей точки транзистора при изменении температуры.

Расчёт усилительного каскада

Схема с автоматическим смещением, получившая наибольшее распространение, содержит три резистора: R_b1, R_b2 и R_E. За счёт отрицательной обратной связи создаваемой R_E в цепи эмиттера, достигается требуемая стабилизация рабочей точки. Блокировочный конденсатор C_E используется для устранения нежелательной обратной связи по переменному току. Схема эффективна как для германиевых, так и для кремниевых транзисторов. Для определения величин R_b1, R_b2 и R_E должны быть известны напряжение источника питания E_0C и ток покоя I_С. Ориентировочные значения R_b1, R_b2 и R_E могут быть определены с помощью приведённых ниже формул.

Входящие в вышеприведённые формулы b, c и U_BE зависят от типа транзистора и режима его работы.

Для германиевых транзисторов выбираются: b ≈ 0,2; с – в пределах 3…5; U_BE – в пределах 0,1…0,2.

Для кремниевых транзисторов: b ≈ 0,1; с – в пределах 10…25; U_BE – в пределах 0,6…0,7.

При увеличении c и уменьшении b стабильность схемы снижается. Большие значения U_BE выбирают для больших значений I_С.

Online калькулятор для расчёта усилительного каскада здесь

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБЫВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ

NPN и проводка транзистора PNP

спросил 7 лет, 11 месяцев назад

Изменено 3 года, 11 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

\$\начало группы\$

Читая о различиях между транзисторами PNP и NPN, я наткнулся на следующие принципиальные схемы: http://www. learningaboutelectronics.com/Articles/Difference-between-a-NPN-and-a-PNP-transistor

На самой верхней принципиальной схеме, иллюстрирующей работу NPN-транзистора, показана нагрузка, расположенная перед транзистором. Самая нижняя принципиальная схема, иллюстрирующая функцию PNP, показывает нагрузку, расположенную после транзистора.

Кто-нибудь был бы достаточно любезен, чтобы сообщить, если это важно и функция типа транзистора. Насколько я понимаю, поведение нагрузки останется прежним, независимо от ее положения до или после транзистора.

Спасибо

• транзисторы
• npn
• pnp

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Что вы подразумеваете под «до транзистора» и «после транзистора»?

В обоих показанных случаях нагрузка подключена к коллектору транзистора.

Схемы могут выглядеть по-разному, потому что транзисторы NPN и PNP работают с источниками питания противоположной полярности.

NPN-транзистор работает с эмиттером как с самой отрицательной клеммой, а коллектор с положительной клеммой, в то время как PNP-транзистор требует, чтобы эмиттер был самой положительной клеммой, а коллектор — с самой отрицательной.

Если у вас простая схема NPN, вы можете заменить транзистор на PNP и инвертировать полярность источника питания, и схема все равно должна работать.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Не зависит от типа транзистора. Любой из них может быть использован в нескольких случаях. Важно отметить на диаграммах полярность база/затвор.

С типом «PNP» вы должны отводить ток от затвора, иначе транзистор не будет проводить ток.
С типом «NPN» вы должны подавать ток на затвор, иначе транзистор не будет проводить ток.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Нагрузка остается одинаковой для обоих типов транзисторов

вы можете установить эту схему, она будет работать очень хорошо

я попробовал две схемы, и они работают очень хорошо

переключатель в положении 1 транзистор работает и светодиод горит, светится

переключатель в положении 2 транзистор выключается и светодиод гаснет

2/PNP схема

На первом этапе мы инвертируем источник питания и светодиод

переключатель в положении 1 транзистор проводит и светодиод включается, светится

переключатель в положении 2 транзистор выключается и светодиод выключается

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

. 9Светодиод 0000 — низкий ток от транзистора PNP S8550 в качестве схемы переключателя

Выходы RPi обычно имеют размер \$3.3\:\text{V}\$, и они, вероятно, могут справиться с насыщением вашего PNP в качестве переключателя. Но проблема заключается в ограничении \$3.3\:\text{V}\$ (которое предполагает нулевой ток источника). Вывод ввода-вывода может потреблять ток при высоком уровне, но это неуправляемо, так как это только через защитный диод . — на который вообще НЕ стоит полагаться для этих целей.

Если у вас есть только один S8550 BJT (а не два), вы можете попробовать что-то вроде этого:

^{смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab}

Вам нужно будет отрегулировать \$R_3\$, чтобы получить желаемый ток в светодиоде. Значение, которое я предоставил, является диким предположением и, вероятно, должно быть больше, чем я показал. Поэтому, возможно, начните с большего значения и работайте над ним, чтобы получить желаемый ток.

Вам также может понадобиться настроить \$R_1\$. Но вот проблема. Эта схема основана на диодах защиты выводов ввода-вывода и пытается ограничить их ток до значения, достаточно низкого, чтобы избежать защелкивания. Если вы уменьшите \$R_1\$, чтобы увеличить базовый ток (при активном управлении светодиодом), вы рискуете слишком большим током защитного диода и, следовательно, защелкой. Я выбрал значение, которое вы видите, чтобы ограничить ток защитного диода ниже \$1\:\text{мА}\$. Некоторые MCU могут справиться с этим. Некоторые не могут. Так что в этом конкретном дизайне нет ничего гарантированного. Это риск. Но может быть и удовлетворительным. Просто знайте, что это плохо управляется и что вы можете идти на некоторые риски. Но расплата в том, что это может работать нормально.

И последнее замечание по приведенной выше схеме. Там все еще может быть некоторый светодиодный свет, даже когда он выключен (выход ввода / вывода высокий). Это потому, что все еще есть небольшое количество базового тока. Я пытался поддерживать этот базовый ток на уровне около \$1\:\mu\text{A}\$, поэтому светодиодов не должно быть много. Но в темноте я не могу обещать, что вы этого не заметите. Таким образом, даже если предположить, что все остальное работает, все еще возможно, что вы можете увидеть «некоторое» излучение светодиода, когда пытаетесь его выключить.

---

Если у вас под рукой два S8550, вы можете попробовать следующее:

^{смоделировать эту схему}

Здесь \$Q_2\$ работает как эмиттерный повторитель, а \$R_3\$ используется для регулировать ток в светодиоде. Я предположил примерно \$1\:\text{V}\$ через \$R_3\$. Учитывая это и предполагая около \$V_{\text{BE}_1}\приблизительно 800\:\text{мВ}\$, это означает, что мы хотим около \$3,2\:\text{V}\$ в основании \$Q_1\$ (когда светодиод на .) На данный момент есть проблема — я не могу быть уверен, что \$Q_1\$ насыщен. Это может быть не так — это зависит от требуемого напряжения светодиода. Просто чтобы справилась с ситуацией, я решил, что хочу как минимум \$3\:\text{мА}\$ в \$R_2\$ (это будет гарантировать определенный диапазон эмиттерных токов для \$Q_2\$), поэтому я установил \$R_2=\frac{5\:\text{V}-3.2\:\text{V}}{3\:\text{mA}}\ приблизительно 560\:\Omega\$. \$Q_2\$ будет насыщен дизайном (\$R_4\$ гарантирует это), и поэтому я ожидаю около \$2,5\:\text{V}\$ на основе \$Q_2\$. Если я предполагаю, что базовый ток \$Q_1\$ будет примерно таким же, как я только что установил для \$R_2\$ (это предполагает \$\beta_1\ge 20\$), это означает, что мне нужно иметь возможность сток \$6\:\text{мА}\$ (чего может достичь контакт ввода-вывода RPi). Итак, \$R_1=\frac{2.5\:\text{V}}{6\:\text{мА} }\приблизительно 470\:\Омега\$.

Когда светодиод выключен , контакт ввода-вывода находится в точке \$3.3\:\text{V}\$ и я хочу, чтобы база в точке \$Q_1\$ была не менее \$4.5\:\ text{V}\$, так что это также от . Это означает, что основание \$Q_2\$ будет примерно \$3,8\:\text{V}\$. Таким образом, базовый ток в \$Q_2\$ теперь будет примерно \$1\:\text{мА}\$. Почти весь этот ток будет получен через \$R_2\$, а это означает, что только около \$560\:\text{мВ}\$ через него. Это убедительно свидетельствует о том, что \$Q_1\$ будет равно 9.0135 от , что и нужно.

Чтобы обеспечить полное насыщение \$Q_2\$ в обоих случаях и учитывая, что ток коллектора для \$Q_2\$ не будет большим в любой ситуации, хорошей идеей будет сделать его коллекторный резистор «большим». Приняв близко к сердцу светодиод *от корпуса , я бы хотел, чтобы резистор коллектора был как минимум в \$11\раз\$ больше, чем \$R_2\$, но, учитывая мою неуверенность в состоянии насыщения \$Q_1\$ это должно быть как минимум вдвое больше, опять же. Таким образом, по крайней мере \$22\times\$ больше, чем \$R_2\$. Я выбрал \$R_4=22\:\text{k}\Omega\$. Возможно, вы сможете обойтись меньшим, но я бы предпочел, чтобы вы этого не делали.

Теперь вы можете настроить \$R_3\$, чтобы получить нужный ток светодиода.