общий эмиттер, общая база, общий коллектор

24 апреля 2023 — Admin

Главная / Теория

В этой статье более подробно поговорим о различных схемах включения транзистора в усилительных каскадах. И начнём с шуточного равенства: 2 + 2 = 3. Как же так, спросите вы? Очень просто: обычный усилительный каскад является четырёхполюсником, у него два провода для источника сигнала и два для нагрузки. А у транзистора всего три вывода: база, эмиттер, коллектор. Следовательно, один из выводов транзистора должен быть общим и для входной и для выходной цепи. Общим может быть любой из выводов, значит, возможны схемы с общей базой, с общим эмиттером и общим коллектором.

Отметим, что то же самое можно сказать об усилительных каскадах на полевых транзисторах, у них бывают схемы с общим затвором, общим истоком, общим стоком.  А применительно к радиолампам говорят об общей сетке, общем аноде и общем катоде. Но, пока что давайте остановимся на биполярных транзисторах.

Содержание статьи:

• Схема с общим эмиттером
• Входное и выходное сопротивление каскада
• Согласование сопротивлений
• Схема с общей базой
• Эффект Миллера
• Схема с общим коллектором
• Сводная таблица характеристик схем с ОЭ, ОБ и ОК
• Схемы включения на практике

Схема с общим эмиттером

Начнём со схемы с общим эмиттером. Она является самой распространённой, и, наверное, знакома большинству читателей. При таком включении транзистора достигается наибольшее усиление сигнала по мощности.

Схема с общим эмиттером в упрощённом виде

Мы уже обсуждали подобную схему в одной из статей. А сейчас остановимся на таких важных характеристиках усилительного каскада, как входное и выходное сопротивление.

Входное и выходное сопротивление каскада

Дело в том, что транзистор оказывает разное сопротивление постоянному и переменному токам. Чтобы в этом убедиться, посмотрим на выходную характеристику транзистора. Она показывает связь между током базы, током коллектора и напряжением на коллекторе.

Выходная характеристика транзистора в схеме с общим эмиттером

Как определить сопротивление постоянному току? Очень просто, по закону Ома: взять напряжение и поделить на силу тока. Давайте вычислим сопротивление в рабочей точке А (см. рисунок). Получается 4.5 В / 4.5 мА = 1 кОм.

В случае переменного тока нужно смотреть на дифференциальное сопротивление. Если простыми словами: насколько сильно меняется ток при изменении напряжения. В приведённом примере, если напряжение на коллекторе меняется от 3 до 7 вольт при фиксированном токе базы, это довольно слабо влияет на ток коллектора, он меняется всего на 0.1 мА. Это соответствует сопротивлению (7-3)/0.1 = 40 кОм. Как видите, сопротивления постоянному и переменному току значительно отличаются.

Аналогичные рассуждения можно провести для входного сопротивления транзисторного каскада, только там нужно рассматривать вольт-амперную характеристику эмиттерного перехода.

Почему важны все эти сопротивления? Дело в том, что для наибольшей эффективности схемы сопротивления между каскадами должны быть согласованы.

Согласование сопротивлений

Посмотрим на следующий рисунок. Выходное сопротивление источника сигнала и входное сопротивление нагрузки образуют делитель напряжения.

Слева: подключение нагрузки к источнику с внутренним сопротивлением. Справа: график зависимости тока, напряжения и мощности, выделяемой на нагрузке, при фиксированном R_ист=10 Ом и разном сопротивлении нагрузки R_нагр.

На графике видно, что наибольшая мощность достигается при равенстве R_ист и R_нагр.

Это и понятно: если сопротивление нагрузки мало, то ей достаётся слишком маленькая доля напряжения сигнала. А если сопротивление нагрузки велико, то слишком малой будет сила тока в цепи.

И теперь мы подходим с самому главному: различные схемы включения транзистора имеют разное входное и выходное сопротивление. Это позволяет упростить согласование каскадов с источником сигнала или с нагрузкой.

Схема с общей базой

Схема с общей базой в упрощённом виде

В схеме с общей базой (ОБ) по входной цепи проходит уже не маленький базовый ток, а весь эмиттерный ток целиком. Из этого вытекают два следствия. Во-первых, коллекторный ток не может быть больше эмиттерного. А, значит, схема с общей базой не даёт усиления по току (по этой причине схему ОБ называют повторителем тока). Во-вторых, входное сопротивление такой схемы очень мало: ток протекает большой, а напряжение база-эмиттер невелико. Большой ток при маленьком напряжении и означает низкое сопротивление.

Что касается выходного сопротивления, оно, наоборот, выше, чем в схеме с ОЭ. Коллекторное напряжение практически не влияет на ток, т.к. цепь коллектора полностью изолирована от командного пункта транзистора, эмиттерного перехода. Маленькое изменение тока при большом изменении напряжения как раз и означает высокое дифференциальное сопротивление.

Отметим, что схема с общей базой не инвертирует сигнал. В схеме с общим эмиттером, когда напряжение на базе растёт, на коллекторе оно падает, т.е. сигнал поворачивается на 180 градусов. В схеме с общей базой такого не происходит, вход и выход находятся в фазе.

Важное преимущество схемы с общей базой — она лучше работает на высоких частотах, поскольку в ней практически к нулю сведён так называемый эффект Миллера. Остановимся на нём чуть подробнее.

Эффект Миллера

В транзисторе есть несколько паразитных ёмкостей.

Паразитные ёмкости в транзисторе

В принципе, любое скопление зарядов может являться обкладкой конденсатора, а в транзисторе, как мы знаем, три зоны разной проводимости, между которыми и возникают попарно паразитные ёмкости. Самая неприятная из них — между коллектором и базой, т.к. через этот конденсатор усиленный сигнал с коллектора попадает обратно на вход, на базу.

К примеру, если паразитная ёмкость коллектор-база составляет 4 пФ, за счёт усиления это эквивалентно ёмкости несколько сотен пФ между базой и землёй. В этом увеличении ёмкости и состоит эффект Миллера. Особенно он заметен на высоких частотах. Чем выше частота, тем ниже сопротивление паразитного конденсатора С_бк, и тем больше он искажает сигнал. Так вот, в схеме с общей базой база заземлена по переменной составляющей, так что эффект Миллера сходит на нет.

Схема с общим коллектором

Упрощённая схема включения с общим коллектором

Схема с общим коллектором в некотором смысле является обратным отражением схемы с общей базой.

Схема с ОБ не усиливала ток, а схема с ОК не усиливает напряжение: нагрузка здесь включена в эмиттерную цепь, проходящий по ней ток создаёт на нагрузке падение потенциала, которое действует против напряжения на базе, уменьшает смещение база-эмиттер. Так что если напряжение на нагрузке вдруг превысит напряжение на базе, транзистор просто закроется.

Поэтому схему с ОК называют также «эмиттерный повторитель» — она не усиливает напряжение сигнала, а только повторяет его.

Выходное сопротивление в этой схеме низкое: напряжение на нагрузке маленькое, а токи протекают значительные. В то же время входное сопротивление схемы с общим коллектором очень большое, всё из-за того же «мешающего» действия напряжения на нагрузке. Ведь базовое напряжение практически не влияет на входной ток: выросло напряжение на базе, тут же подросло напряжение на эмиттере, и смещение база-эмиттер осталось прежним, значит, не изменился и ток. Это равносильно тому, что входная цепь имеет высокое сопротивление.

Сводная табличка

Характеристики всех трёх схем сведены в табличке:

Схема	Rвх	Rвых	Коэф.усиления тока, KI	Коэф.усиления напряжения, KU	Коэф.усиления мощности, KP	Поворот фазы
ОЭ	500..2500 Ом	10..100 кОм	10. .100	до 1000	до 100000	180
ОБ	10..100 Ом	0,2..2 мОм	0,9..0,99	до 1000	до 1000	0
ОК	20..200 кОм	20..200 Ом	10..100	до 1	до 100	0

Схемы включения на практике

Отвлечёмся немного от характеристик схем включения транзистора, и обсудим важный момент. Часто новички, глядя на схему, не могут определить тип включения транзистора. Понятно, транзистор обвешан другими деталями — резисторами, конденсаторами. Какой вывод у него общий — сразу и не скажешь. Кажется, что общего вообще нету!

Здесь важно понимать такую вещь: пути постоянного и переменного тока в одной и той же схеме могут быть совершенно различны. Вполне может быть, скажем, что по постоянному току транзистор включён как ОЭ, а по переменному — как ОБ. Нужно уметь видеть две отдельных схемы в одной: «постоянную» и «переменную».

Возьмём типичный каскад по схеме ОЭ. Элементы нам знакомы: делитель задающий смещение на базу, коллекторная нагрузка, резистор температурной стабилизации. Всё это позволяет задать рабочую точку транзистора.

Схема транзисторного каскада с общим эмиттером

А теперь сделаем вот что: входной сигнал подадим не на базу, а на эмиттер. Разумеется, через разделительный конденсатор. А саму базу, опять же, через конденсатор, заземлим по переменной составляющей:

Транзистор с общей базой по переменному току

Вуаля! Мы получили включение по схеме с общей базой, по переменному сигналу. При этом, добавляя конденсаторы, мы не внесли практически никаких изменений в режим по постоянному току: сопротивление конденсатора постоянной составляющей очень велико.

Ну и рисовать схему можно по-разному. Вот, например, та же самая схема, скомпонованная по-другому:

Та же схема с общей базой в другой компоновке

Нужно уметь абстрагироваться от конкретного начертания схемы и подмечать особенности протекания постоянных и переменных токов. Ну и как Вы уже поняли, в схеме с ОБ могут использоваться те же приёмы, что и в схеме с ОЭ. Например, резистор стабилизации Rэ. Также может быть применена коллекторная стабилизация (подробнее см. статью про усилительный каскад).

Ещё один совет: ищите ту ногу транзистора, потенциал на которой постоянный. Она не обязательно должна быть заземлена (непосредственно, или через конденсатор) — но, вероятно, соединена с источником питания таким образом, что напряжение на ней постоянно, и не зависит от входного сигнала или нагрузки.

Примеры схем

Давайте посмотрим ещё несколько примеров, чтобы потренироваться.

Типичный стабилизатор напряжения для трансформаторного блока питания. Транзистор включён по схеме с общим коллектором.

Схема антенного усилителя. Первый каскад собран по схеме с ОЭ, два следующих — ОК

Один из простейших усилителей низкой частоты. Первый транзистор включен как ОЭ и усиливает мощность. Дальше идёт двухтактный каскад, оба транзистора в котором включены с общим коллектором — что позволяет без трансформатора согласовать выход с низкоомным громкоговорителем.

Усилитель высокой частоты. Первый транзистор с общим эмиттером, второй — с общей базой.

Поделиться в соцсетях:

elecTRIZonica

Сайт ЭлекТРИЗоника предназначен для всех, кто хочет освоить мир классической и современной электроники. На сайте содержатся статьи, посвященные разным областям и понятиям электроники. В них вы найдете принципы работы различных электронных компонентов и способы их соединения в работоспособные схемы. Здесь вы сможете скачать программы, которые упрощают жизнь радиолюбителя, а также сможете вычислить необходимые параметры некоторых компонентов схемы. Раздел ТРИЗ поможет вам найти идеи для усовершенствования электронных приборов, и даже изобрести свои собственные устройства.

Учащиеся объединений «Практическая электроника», «ТРИЗ в практической электронике», «ТРИЗ в детском техническом творчестве» и «Электроника. Автоматика», применяя свои знания в области электроники и ТРИЗ, создают новые устройства, полезные в быту и промышленности, и представляют их на конкурсах и выставках городского, всероссийского и международного уровней, занимая призовые места. Ниже приводятся некоторые мероприятия, в которых участвовали наши объединения:

Cо 2 по 15 ноября 2020 года проходила ежегодная районная научно-техническая Олимпиада по ТРИЗ . В олимпиаде приняли участие почти 150 учащихся образовательных учреждений Красносельского района. Посмотреть результаты конкурса можно ЗДЕСЬ..

С 9 по 11 апреля 2013 года

наше объединение приняло участие во Всероссийской научно-практической конференции «Будущее сильной России — в высоких технологиях». На эту конференцию приехали учащиеся из более 30 регионов России. Учащийся нашего объединения Соловьев Павел занял на этой конференции 1-е место.

15 и 16 октября 2011 года в школе №51 проходила всероссийская конференция «Три поколения ТРИЗ», посвященная памяти Г. С. Альтшуллера. Наше объединение представило презентацию программы «HillSoft TRIZ Calculator», предназначенную для автоматизации решения изобретательских задач с помощью АРИЗ. Программа может быть полезна, как для учащихся, так и для ведущих специалистов в области ТРИЗ.

С 10 по 15 мая 2011 года в Санкт-Петербурге проходил второй международный конкурс «Таланты XXI века».

Более 200 участников представили свои разработки и проекты в различных областях техники. Учащаяся нашего объединения Бикулова Динара заняла в этом конкурсе 2 место в номинации «Энергетика и электротехника»

Еще…

Стартовала РАЙОННАЯ ВЫСТАВКА ДЕТСКОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА, на которой учащиеся Красносельского района выставили модели и устройства, собранные ими в течение учебного года. Выставка проходит в очном и онлайн формате. Разместить свой экспонат на онлайн выставку можно ЗДЕСЬ.

Доступна новая версия игры «Миллионер Online». Ее можно найти в меню Программы ► Обучающие игры ► Миллионер Online. или по этой ССЫЛКЕ.

Наступивший XXI век можно по праву назвать веком глобальных изобретений в областях электроники и информационных технологий, так как невозможно найти отрасль, в которой они бы не применялись. В связи с этим особую важность приобретает задача подготовки подрастающего поколения к освоению инженерно-технических компетенций, развития у современных детей инженерного мышления, конструкторских и изобретательских способностей. Данную задачу успешно решают образовательные программы, в состав которых входит Теория решения изобретательских задач. Эти программы состоят из нескольких больших блоков: Электроника, ТРИЗ, робототехника, 3D и информационные компьютерные технологии. Курс ТРИЗ (Теория решения изобретательских задач) позволяет проводить детальный анализ имеющихся схем и систем в области классической электроники и современных цифровых технологий, находить в них недостатки и противоречия, устранять их и создавать новые, усовершенствованные устройства.

Занятия по программам состоят из 7-ми взаимосвязанных частей, в которые входит применение РТВ, изучение основ ТРИЗ и электроники, а также применение ТРИЗ на практике для усовершенствования и разработки электронных устройств. Благодаря интеграции электроники, ТРИЗ, робототехники, 3D-технологий и информатики, наши учащиеся могут более уверенно себя чувствовать в мире электроники. Изучая основы ТРИЗ и применяя ее при изготовлении электронных устройств, наши воспитанники сначала повторяют изобретения прошлого и настоящего. Таким образом путь, который прошли различные изобретатели в течение десятилетий, наши учащиеся повторяют за несколько занятий. Благодаря системному мышлению и знанию законов развития технических систем, ученики могут увидеть, как системы будут развиваться и создавать устройства ближайшего будущего.

Пройдя обучение в наших объединениях, вы сможете приобрести знания, умения и навыки в области классической и современной электроники, информатики и вычислительной техники, робототехники. Кроме того, курс Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) поможет вам научиться изобретать новые устройства.

В процессе обучения вы сможете получить следующие профессии: «Монтажник радиоэлектронных устройств», «Настройщик радиоэлектронных устройств», «Конструктор радиоэлектронных устройств», «Программист интеллектуальных устройств» и «Начинающий изобретатель». При получении каждой профессии выдаётся свидетельство, которое упрощает поступление в техничесткие учебные заведения.

В начале обучения по нашим образовательным программам воспитанники объединения сначала узнают, как собирать устройства по готовым схемам, но в конце обучения они уже могут анализировать схемы устройств и вносить в них изменения, придумывать свои собственные схемы и писать программы для микроконтроллеров, компьютеров и мобильных устройств.

Ежегодно на выставках детского технического творчества учащиеся представляют изобретённые собственными руками устройства. Обычно такие устройства занимают призовые места в технических конкурсах различных уровней: от районного до международного.

Что если я поменяю местами нагрузку в схеме транзистора NPN с общим эмиттером?

спросил 3 года 4 месяца назад

Изменено 3 года, 4 месяца назад

Просмотрено 2к раз

\$\начало группы\$

Как вы можете видеть на рисунке, это транзистор NPN в конфигурации с общим эмиттером. В первой конфигурации нагрузка размещается между выводом коллектора и Vcc, и это наиболее часто используемая конфигурация.

Затем во второй конфигурации я переместил и поместил нагрузку между выводом эмиттера и GND. Я никогда не видел такой конфигурации, где нагрузка находится на выводе эмиттера, но обе конфигурации работают одинаково. Я протестировал обе конфигурации, используя какой-то универсальный NPN BJT-транзистор в качестве переключателя для включения нагрузки (в данном случае светодиода). Я использовал 2N2222A, BC547 и более мощный TIP3055).

Есть ли преимущества или недостатки между этими двумя конфигурациями? На мой взгляд, это работает точно так же, но я не уверен, потому что я никогда не видел, чтобы вторая конфигурация применялась в схемах (или они есть?). Я не знаю.

• транзисторы
• npn
• с общим эмиттером

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Затем во второй конфигурации я переместил и поставил нагрузку между выводом эмиттера и GND. Я никогда не видел такой конфигурации, где нагрузка находится на выводе эмиттера,

.

Вы создали так называемую конфигурацию общего коллектора. Его также называют эмиттерный повторитель . Это очень распространено и известно.

Есть ли преимущества или недостатки между этими двумя конфигурациями? По-моему, работает точно так же,

Они совсем не похожи. Там, где общий эмиттер имеет (потенциально) коэффициент усиления по напряжению и высокое выходное сопротивление, общий коллектор имеет коэффициент усиления по напряжению, очень близкий к 1, и низкий выходной импеданс.

Схема с общим коллектором обычно используется в качестве буфера с единичным коэффициентом усиления (без усиления по напряжению выходная мощность может быть больше, чем входная). Общий эмиттер обычно используется в качестве каскада усиления по напряжению.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Изучите основы транзисторов. Конфигурация 1 называется общим эмиттером. Небольшое напряжение Vin в 1 или 2 вольта приводит к тому, что коллектор почти замыкается на землю, после чего нагрузка получает почти полное напряжение питания.

Конфигурация 2 называется эмиттерным повторителем или общим коллектором. Эмиттер всегда примерно на 0,7 В меньше базового напряжения, поэтому он редко используется в качестве переключателя. Даже если Vin равен Vcc, нагрузка не получает всего напряжения питания.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Хорошо, что вы указали, с какими транзисторами вы это пробовали, но вам также нужно отметить значение Vcc, Rl, Rb Vb.
Все это влияет на результаты.

В дополнение к тому, что говорят другие:

Вам необходимо проводить более тщательные измерения и/или также учитывать насыщение транзисторов.
Очевидно, небольшие различия могут иметь большое значение.

В схеме 1. Базовое напряжение будет ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО 0,6 В, а Vce может быть ниже — обычно 0,1–0,3 В для насыщенного транзистора.

В схеме 2. База находится на уровне Vcc (за вычетом Ib x Rb падения, а V нагрузки на 0,6 В или более ниже Vb. если вы используете полевые транзисторы, а не биполярные транзисторы, различия становятся более заметными.0005

Пример:

С низким Rdson (на сопротивлении полевого транзистора) — скажем, 10 мОм — и скажем, питание 12 В, нагрузка 3 А и Vgson = 3 В.

In cct 1:

Vds = напряжение на полевых транзисторах = I x R = 8 А x 0,010 Ом = 0,08 В
Рассеивание полевых транзисторов = V x I = 0,08 x 8 = 0,64 Вт.

In cct 2.

Vg = 12 В
Vgs = 3 В, поэтому Vs = 9 В.
Vds = 3 В
Рассеивание полевого транзистора = V x I = 24 Вт

Итак, на рис. 2 рассеивание полевого транзистора в 24/0,64 ~= 37 раз больше. Корпус 1 потребует минимального отвода тепла. В случае 2 потребуется большой радиатор.

Вариант 1 подает на нагрузку максимум 12 — 0,08 = 11,92 В.
Вариант 2 подает на нагрузку максимум 12 — 3 = 9 В.
(Для тока нагрузки 8 А нагрузочный резистор должен быть меньше в случае 2. )

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.

5.

2 Переключатель нижнего плеча с общим эмиттером – основы прикладной электротехники

Схема транзисторной схемы с общим эмиттером показана на рисунке 5.5. Эту схему можно рассматривать как две схемы, соединенные транзистором. Базовая схема слева состоит из источника базового напряжения, базового резистора и перехода база-эмиттер транзистора, который имеет прямое падение напряжения. Когда транзистор включен, либо в активном режиме, либо в режиме насыщения, обсуждаемом ниже, ~ . Это «встроенное» напряжение соответствует падению напряжения включения или прямого напряжения на полупроводниковом переходе, образованном между базой и эмиттером, и аналогично прямому напряжению, которое мы видели в диоде. Схема коллектора справа состоит из источника напряжения, резистора коллектора и падения напряжения между клеммами коллектора и эмиттера транзистора, . Мы увидим, что это падение напряжения варьируется от ~ 0 В до ~ в зависимости от тока базы.

Рисунок 5.8 Схема транзистора с общим коллектором

Та же схема перерисована на рисунке 5. 9, где особое внимание уделяется напряжениям узлов и показаны токи базы, коллектора и эмиттера.

Рисунок 5.9 Схема на рисунке 5.8 перерисована, чтобы подчеркнуть узловые напряжения

Как мы увидим ниже, и определить базовый ток в транзисторе. Этот ток, в свою очередь, определяет, включен или выключен транзистор, и, следовательно, в конечном итоге контролирует падение напряжения и ток через резистор. Мы рассмотрим использование этой схемы в качестве «переключателя нижнего плеча», который, по сути, контролирует, подается ли питание на . Прежде чем исследовать эти детали, приведем простой мотивирующий пример.

Включение и выключение двигателя. Рассмотрим простую схему, состоящую из небольшого двигателя постоянного тока, подключенного к батарее через механический выключатель (однополюсный, однопозиционный), показанный на рис. 5.7:

Рисунок 5.10 Двигатель постоянного тока и переключатель SPST

Ясно, что когда переключатель замкнут, в контуре течет ток, 6 В батареи подается на клеммы двигателя, и двигатель вращается. Без какой-либо механической нагрузки на вращающийся вал двигатель потребляет ~ тока, как мы узнали в лабораторной работе 1. Электроэнергия подается на двигатель, когда переключатель замкнут; и питание на двигатель не подается, когда переключатель разомкнут. Эта схема перерисована на рис. 5.8, чтобы подчеркнуть узловые напряжения ниже:

 

Рисунок 5.11 Двигатель постоянного тока выключен и включен

Мы можем смоделировать двигатель как сопротивление , которое колеблется от нескольких ом для двигателя с механической нагрузкой и, возможно, ~ для ненагруженного двигателя. (Мы не стремимся быть точными здесь. Нам просто нужно приблизительное значение, которое мы можем использовать в качестве иллюстрации.)

 

Выключатель разомкнут, мотор выключен. Открытый переключатель ведет себя как бесконечно большое сопротивление, через которое протекает нулевой ток. Следовательно,

(1)  

По закону Ома падение напряжения на двигателе при разомкнутом выключателе равно

(2)  

Мощность, подаваемая на двигатель, составляет

(3)  

Выключатель замкнут, двигатель включен. Замкнутый выключатель ведет себя как короткое замыкание с нулевым сопротивлением. В этом случае напряжение батареи падает на двигателе, и

(4)  

По закону Ома ток через двигатель равен

(5)  

, а мощность, подаваемая на двигатель, равна просто

.

(6)  

Таким образом, мы видим, что мощность, подаваемая на двигатель, равна нулю, когда переключатель разомкнут, и 3,6 Вт, когда переключатель замкнут. Этот переключатель в этой цепи можно рассматривать как переключатель нижнего плеча, который используется для соединения или отключения (или для «замыкания» или «разрыва» соответственно) соединения между нижней клеммой двигателя и землей. Рассматриваемый здесь переключатель представляет собой механический переключатель типа SPDT, который устанавливает или разрывает электрический контакт, когда два куска металла соединяются или разъединяются путем механического перевода переключателя в положение «включено» и «выключено» соответственно. Ниже рассмотрим реализацию ключа нижнего плеча на транзисторе.

Включение и выключение двигателя через биполярный транзистор нижнего плеча. Теперь рассмотрим задачу включения и выключения двигателя с помощью транзистора. Соответствующая схема показана в левом верхнем углу следующего рисунка. Двигатель моделируется как сопротивление, подключенное между и коллектором транзистора. Режим работы транзистора определяется напряжением и сопротивлением базы. В режиме отсечки транзистор закрыт, и питание на двигатель не подается. В активном режиме и режиме насыщения транзистор открыт, и в каждом случае питание подается на двигатель. В режиме насыщения транзистор ведет себя как переключатель нижнего плеча, позволяя подавать питание на двигатель. Активный режим действует как усилитель тока и подает на двигатель мощность, пропорциональную квадрату базового тока; этого режима следует избегать при настройке переключателя нижнего плеча. Насыщение обеспечивается за счет выбора базового резистора RB, который обеспечивает базовый ток. Практика проектирования «правила большого пальца» заключается в том, чтобы работать с базовым током значительно выше, чем это, с .

Рисунок 5.12 Исходная схема (вверху слева) и эквивалентные схемы для трех режимов работы BJT

 

Мы проиллюстрируем это числовым примером, в котором двигатель моделируется как резистор 10 Ом. Режим работы транзистора определяется управляющим напряжением VBB и базовым сопротивлением RB. Транзистор имеет коэффициент усиления β=100.

Режим отсечки.  Рассмотрим случай, когда управляющее напряжение V _BB =0. В этом случае I _B =0, I _C = 0 и I _E = 0; транзистор закрыт, и питание на двигатель не подается.

Рис. 5.13. Исходная (слева) и эквивалентная схема (справа) биполярного транзистора в режиме отсечки

в активном режиме. Теперь рассмотрим случай, когда управляющее напряжение V _BB = 6 вольт, а базовое сопротивление R _B = 10 кОм.

Рисунок 5. 14 Фактическая схема (слева) и эквивалентная модель схемы (справа) для активного режима работы

В этой схеме модель активной области предсказывает 0,53 мА. Ток коллектора 53 мА = 0,053 А. Падение напряжения на двигателе 0,53 В. Мощность, подаваемая на двигатель, составляет 28 мВт.

Режим насыщения.  Теперь мы рассмотрим случай, когда управляющее напряжение вольт и базовое сопротивление уменьшены до . Это приводит к значительно большему базовому току, который приводит транзистор в состояние насыщения.

Рисунок 5.15 Реальная схема (слева) и модель эквивалентной схемы (справа) для режима работы с насыщением

 

Ток базы в этой цепи составляет 10,6 мА, а ток коллектора — 0,58 А или 580 мА. Мы знаем, что транзистор находится в состоянии насыщения, поскольку . В этом случае проект достигает IB ≈2IC/бета, что меньше целевого значения 5I/бета. Важным моментом в этой схеме является то, что источник тока, протекающего через двигатель, напрямую от батареи 6 В; через базу не проходит.