Для начинающих. Схемы включения транзистора. / Блог им. Nikolay / Блоги по электронике

Рассмотрим схему включения транзистора с общим эмиттером.
— сам термин названия данного включение уже говорит о специфике данной схемы. Общий эмиттер а в крации это ОЭ, подразумевает тот факт, что у входа данной схемы и выхода общий эмиттер.
Рассмотрим схему:


в этой схеме видим два источника питания, первый 1.5 вольт, использован как входной сигнал для транзистора и всей схемы. Второй источник питания 4.5 вольт, его роль питание транзистора, и всей схемы. Элемент схемы Rн – это нагрузка транзистора или проще говоря потребитель.
Теперь проследим саму работу данной схемы: источник питания 1.5 вольт служит входным сигналом для транзистора, поступая на базу транзистора он открывает его. Если рассматривать полный цикл прохода тока базы, то это будет так: ток проходит от плюса к минусу, то есть исходя от источника питания 1. 5 вольт, а именно с клеммы + ток проходит по общему эмиттеру проходя по базе и замыкает свою цепь на клемме – батареи 1.5 вольт. В момент прохождения тока по базе транзистор открыт, тем самым транзистор позволяет второму источнику питания 4.5 вольт запитать Rн. посмотрим прохождение тока от второго источника питания 4.5 вольт. При открывании транзистора входным током базы, с источника питания 4.5 вольт выходит ток по эмиттеру транзистора и выходит из коллектора прям на нагрузку Rн.

Коэффициент усиления равен отношению тока коллектора к току базы и обычно может достигать от десятков до нескольких сотен. Транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, теоретически может дать максимальное усиление сигнала по мощности, относительно других вариантов включения транзистора.

Теперь рассмотрим схему включения транзистора с общим коллектором:

На данной схеме видим, что тут общий по входу и выходу транзистора коллектор. По этому эта схема называется с общим коллектором ОК.
Рассмотрим её работу: как и в предыдущей схеме поступает входной сигнал на базу, (в нашем случае это ток базы) открывает транзистор. При открывании транзистора ток с батареи 4.5 в проходит от клеммы батареи + через нагрузку Rн поступает на эмиттер транзистора проходит по коллектору и заканчивает свой круг. Вход каскада при таком включении ОК 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 предшествующего каскада с нагрузкой. Каскад с транзистором, включённым по схеме с общим коллектором, не усиливает напряжение, но усиливает ток (обычно в 10 … 100 раз). К данным подробностям еще вернемся в следующих статьях, так как не возможно охватить все и всех за один раз.
Рассмотрим схему включения транзистора с общей базой.

Название ОБ это уже нам теперь говорит о многом – значит по включению транзистора общая база относительно входа и выхода транзистора.
В данной схеме входной сигнал подают между базой и эмиттером – чем нам служит батарея с номиналом 1.5 в, ток проходя свой цикл от плюса через эмиттер транзистора по его базе, тем самым открывает транзистор для прохода напряжения с коллектора на нагрузку Rн. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни ом, что относят к недостатку описываемого включения транзистора. Кроме того, для функционирования каскада с транзистором, включённым по схеме с общей базой, необходимо два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы. Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз.
Вот рассмотрели три схемы включения транзистора, для расширения познаний могу добавить следующее:
Чем выше частота сигнала, поступающего на вход транзисторного каскада, тем меньше коэффициент усиления по току.
Коллекторный переход транзистора обладает высоким сопротивлением. Повышение частоты приводит к снижению реактивной ёмкости коллекторного перехода, что приводит к его существенному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада.

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.

Схемы включения транзистора как усилителя электрических сигналов

Одна из основных областей применения биполярного транзистора — усиление электрических сигналов. Для использования транзистора в качестве усилителя напряжения, тока или мощности входной сигнал, который надо усилить, подают на два каких-либо электрода, и с двух электродов схемы снимают усиленный сигнал. В усилительных схемах биполярные транзисторы работают в активном режиме, напряжения на их выводах содержат постоянную и переменную составляющие.

Схема включения транзистора с общей базой

Схема включения транзистора с общей базой как усилителя сигналов приведена на рис. 6.15. Источник сигнала (ИС) в этой схеме включается в цепь эмиттера, сопротивление нагрузки R_н – в цепь коллектора.

Рис. 6.15. Схема включения транзистора с общей базой

как усилителя сигналов

Схема включения транзистора с общим эмиттером

Схема включения транзистора с общим эмиттером как усилителя сигналов приведена на рис. 6.16. Источник сигнала (ИС) в этой схеме включается в цепь базы, сопротивление нагрузки R

н – в цепь коллектора.

Рис. 6.16. Схема включения транзистора с общим эмиттером

Схема включения транзистnора с общим коллектором

Схема включения транзистора с общим коллектором как усилителя сигналов приведена на рис. 6.17. Источник сигнала (ИС) в этой схеме включается в цепь базы, сопротивление нагрузки R_н – в цепь эмиттера.

Рис. 6.17. Схема включения транзистора с общим коллектором

Используя статические характеристики транзистора, можно определить важные параметры основных схем включения транзистора.

Свойства схем усиления на транзисторах определяются коэффициентами усиления по току k_I, напряжению k_U, мощности k_P и значением сопротивлений входной R_вх и выходной R_вых цепей.

Эти параметры могут быть определены экспериментально и рассчитаны по характеристикам с помощью следующих выражений:

(6.10) (6.13)

(6.11) (6.14)

; (6.12)

Значения параметров можно представить в виде таблицы (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Параметры основных схем включения транзисторов

Параметры	Схема с общей базой	Схема с общим эмиттером	Схема с общим коллектором
Rвх	Единицы – десятки Ом	Сотни Ом – единицы кОм	Десятки – сотни кОм
Rвых	Сотни кОм –единицы МОм	Единицы – десятки кОм	Сотни Ом – единицы кОм
kI	Немного меньше 1 ( = 0,92-0,999)	Десятки – сотни ( = 10-1000)	Десятки – сотни
kU	Десятки – сотни	Десятки – сотни	Немного меньше 1
k P	Десятки – сотни	Десятки – сотни тысяч	Десятки – сотни

Транзистор в качестве переключателя — транзисторы с биполярным соединением

Транзисторы с биполярным соединением

Идеальный переключатель характеризуется бесконечным сопротивлением в разомкнутом состоянии, равным нулю. сопротивление, когда он закрыт, и вход, с помощью которого он может быть открыт или закрыт. Транзисторы можно использовать как переключатели. Преимущества, которые транзистор переключатели предлагают вместо механических переключателей то, что нет движущихся или быстроизнашивающиеся детали, они легко активируются от различных электрических вводов, и связанные с этим проблемы, такие как дребезг контактов и искрение, по существу устранено. Конфигурация с общим эмиттером чаще всего используется для транзисторов. переключение. Коллектор и эмиттер соответствуют переключателю контакты; ток база-эмиттер выполняет входную функцию.

Выходные характеристики типичного NPN-транзистора с общим эмиттером: показано в части А рисунка ниже. Характеристики расположены в трех регионах; отсечки, активности и насыщения. Произвольно выбранная линия нагрузки и максимально допустимая рассеиваемая мощность также показаны кривые. Области отсечки и насыщения считаются стабильные или спокойные области работы. Транзистор считается в выключенном (непроводящем) или включенном (проводящем) состоянии, когда он работает в области отсечки или насыщения соответственно. Третий регион деятельности, называется активной областью, считается неустойчивой (переходной) область, через которую проходит работа транзистора при переходе из выключенного во включенное состояние.

Выходные характеристики и схема включения.

Типичная схема включения транзистора показана в части B рисунка выше. Переключатель S ₁ управляет полярностью и величиной базового тока от аккумулятора В _В1 или В _В2 . Резисторы R _B1 и R _B2 токоограничивающие резисторы. Каждый регион операции обсуждается ниже.

Зона отсечки

Зона отсечки включает область ниже нулевого базового тока. кривая ( I _B = 0). В идеале без начального ток базы, ток коллектора будет нулевым; потенциал коллектора будет равно напряжению батареи В _CC . Однако в точке Х на линия нагрузки (вид А на рисунке выше), небольшой ток коллектора измеряется. Это ток коллектора обратного смещения для общего эмиттера. конфигурация. Напряжение коллектора V _CE обозначается вертикальная проекция из точки X на ось напряжения коллектора. Этот значение равно разнице в величине между напряжением батареи (в данном случае 12 вольт) и падение напряжения, вызванное коллектором обратного смещения. ток через нагрузочный резистор R _L . Нормальные условия покоя для транзисторного ключа в этом области требуют, чтобы как переход эмиттер-база, так и переход коллектор-база должен иметь обратное смещение.

С выключателем S ₁ (см. вид B на рисунке выше) в Положение OFF, переход эмиттер-база смещен в обратном направлении от батареи. В _В2 через резистор R _В2 . Переход коллектор-база имеет обратное смещение от батареи В _CC через нагрузочный резистор R _L ; транзистор в выключенном состоянии (отсечное) состояние. Цепь, как переключатель, разомкнута .

Активная область

Активная линейная область является единственной областью, обеспечивающей нормальное усиление усилителя. В линейной области переход коллектор-база обратный смещен, а переход эмиттер-база смещен в прямом направлении. Переходный ответ выходной сигнал в основном определяется характеристиками транзистора в этой области. В схемах переключения эта область представляет собой переходная область.

Работа переключателя S ₁ (вид B на рисунке выше) на Положение ON устанавливает прямое смещение от батареи В _Б1 , через резистор R _B1 , на переходе эмиттер-база. Ток базы I _B и ток коллектора I _C приобретать переходный характер, перемещаясь из точки X на грузовой марке в точку Y; здесь ток коллектора достигает насыщения. Сигнал проходит через эту область быстро. В коммутационных схемах эта область имеет значение только для проектирования. соображения.

Область насыщения

В области насыщения (вид А на рисунке выше) увеличение базы ток не вызывает заметного увеличения тока коллектора I _C . В точке Y на линии нагрузки транзистор в области насыщения. Ток коллектора I _C (измеренный горизонтальной проекции из точки Y) максимально, а коллектор напряжение В _CE (измерено вертикальной проекцией из точки Y) находится на минимуме. Это значение коллекторного напряжения называется напряжение насыщения ( V _CE(SAT) ), и является важным характеристика транзистора. Обычно это доли вольта. Глубокого насыщения обычно избегают из-за его влияния на переходная характеристика транзистора.

Рабочая точка Y соответствует замкнутому выключателю. В идеале сопротивление и напряжение от коллектора к эмиттеру будет равно нулю. Для того, чтобы низкое сопротивление может быть достигнуто, необходимо, чтобы точка Y лежала ниже колена характеристические кривые (в области насыщения). Достаточный базовый ток должен быть предоставлен, чтобы убедиться, что эта точка достигнута. Это также важно что рабочие точки включения и выключения лежат в области ниже максимальное номинальное рассеивание, чтобы избежать разрушения транзистора.

При вычислении I _B , необходимого для достижения точки Y, необходимо знать текущее усиление ( ч _FE ). Зная h _FE , получаем I _Bmin , так как I _Bmin = I _C / ч _FE . В целом I _B изготавливается в два или три раза больше, чем I _Bmin чтобы учесть изменения в ч _FE с температурой.

Никогда не следует превышать максимальное номинальное напряжение коллектора, поскольку Нагрев может произойти после выхода из строя транзистора. Индуктивные нагрузки могут генерировать опасные скачки напряжения. Это может быть избежать, подключив диод через индуктивность для поглощения переходного процесса.

Характеристики переходного процесса

Когда переключатель S ₁ (вид B на рисунке выше) работает в последовательность от ВЫКЛ. к ВКЛ., а затем обратно к ВЫКЛ., результирующий импульс входного тока I _B похож на что показано на виде А на рисунке ниже. Тогда цепь характеризуется сильносигнальная, или нелинейная, работа транзистора. В режиме большого сигнала прямоугольный входной сигнал переводит транзистор из состояния отсечки в состояние насыщения и обратно на отсечку. Искаженный выходной импульс тока I _C (вид B на рисунке ниже) возникает из-за того, что транзистор не может реагировать мгновенное изменение уровня сигнала. Ответ транзистора во время подъема и спада называется переходная характеристика схема. Характеристики выходного импульса определяются главным образом переменным током. характеристики транзистора.

Характеристики импульса тока.

Время нарастания ( t _r ), также называемое временем нарастания или время включения, это время, необходимое для увеличения переднего фронта импульса по амплитуде от 10 до 90 процентов своего максимального значения. нелинейный характеристики транзистора, внешней цепи и накопителя энергии эффекты влияют на время. Носители, движущиеся от эмиттера к коллектору подвергаются столкновению и рассеиванию и не достигают коллектора в в то же время. Перегрузка транзистора приводит к уменьшению время нарастания. Тем не менее, овердрайв обычно держится на небольшое значение, так как время выключения (время хранения плюс время спада, см. ниже), затрагивается.

Время импульса ( t _p ) или продолжительность, это длина времени, что пульс остается на максимальном или близком к нему значении. Длительность импульса измеряется от точки на переднем фронте, где амплитуда пульса достигла 90 процентов от своего максимума значение до точки на заднем фронте, где амплитуда имеет упал до 90% от максимального значения.

Когда входной ток I _B отключается, выходной ток I _C , не сразу падает до нуля, а остается практически на его максимальное значение за определенный промежуток времени, прежде чем упасть до нуля. Этот период называется временем хранения ( t _с ) или временем задержки насыщения. Время хранения связано с тем, что введенные неосновные носители находятся в базовой области. транзистора в момент отключения входного тока. Эти перевозчики требуют определенного периода времени для сбора. Длина время хранения в основном определяется степенью насыщения в который транзистор управляется и время, проведенное в насыщении. Для высокоскоростного переключения время хранения является нежелательным условием. Меньшинство хранения несущей можно избежать, переключив транзистор из его выключенного состояния в точку активной области. Зажатие коллектора предотвращает работа транзистора в области насыщения.

В время спада (время затухания) t _f импульса, амплитуда падает с 90 до 10 процентов от своего максимального значения. Время падения пульса в основном определяется теми же факторами, которые определяют его время нарастания. Время падения можно немного сократить за счет применения обратный ток в конце входного импульса.

Схемы переключения транзисторов смещения | Цепь переключения с конденсаторной связью

Цепь переключения с прямой связью — Когда транзистор используется в качестве схемы переключения транзистора со смещением, он либо смещен до I _C = 0, либо смещен до максимального уровня тока коллектора. Рисунок 5-53 иллюстрирует два условия. Обратите внимание, что схема на рис. 5-53 называется коммутационной схемой с прямой связью, поскольку источник сигнала напрямую подключен к этой схеме. На рис. 5-53(a) отрицательная полярность базового входного напряжения (V _S ) отключает транзистор (Q ₁ ). В этом случае единственным протекающим током является ток утечки базы коллектора (I _CBO ), который обычно настолько мал, что им можно пренебречь.

Напряжение коллектор-эмиттер транзистора равно,

С Q ₁ выкл [рис. 5-53(a)],

На рис. 5-53(b) V _S положительна и смещает Q ₁ на максимально возможный уровень I _C . Ток коллектора ограничен только напряжением питания коллектора (В _CC ) и коллекторный резистор (R _C ). Итак,

Теперь рассмотрим рис. 5-54, на котором показаны выходные характеристики и линия нагрузки по постоянному току для цепей переключения транзисторов смещения на рис. 5-53. Грузовая линия рисуется с помощью обычного процесса нанесения точки A в (I _C = 0 и V _CE = V _CC ) и точки B в (V _CE = 0 и I _C = V _CC /R _C ).

Линия нагрузки 1 кОм показывает, что при I _B = 0, I _C близка к нулю при,

В этот момент говорят, что транзистор отключен. Область характеристик ниже I _B = 0 называется областью отсечки. Когда I _C находится на максимальном уровне, транзистор считается насыщенным, а напряжение коллектор-эмиттер является напряжением насыщения (V _CE(sat) ).

Область характеристик транзистора при (V _CE(sat) ) называется область насыщения . Область между насыщением и отсечкой — это активная область , где транзистор обычно смещен для усиления. Из линии нагрузки видно, что V _CE(sat) зависит от уровня I _C . Для линии нагрузки 2 кОм, показанной пунктиром на рис. 5-54, V _CE(sat) меньше, чем для R _C =1 кОм.

Возвращаясь к рис. 5-53(b), видно, что I _B является постоянной величиной,

Также уровень I _C зависит от I _B ,

Ток коллектора можно определить по формуле 5-25 (в котором предполагается, что V _CE(sat) = 0), а базовый ток можно рассчитать по формуле 5-26. Тогда минимальный требуемый коэффициент усиления по току для транзистора составляет

. насыщение транзистора. Если фактическое h _FE транзистора больше расчетного h _FE(1) , I _C имеет тенденцию быть больше, чем уровень тока, необходимый для насыщения транзистора. Однако I _C не может превышать V _CC /R _C . Следовательно, значение h _FE , превышающее значение h _FE(1) , будет уменьшено до h _FE(1) . Значение h _FE ниже, чем значение h _FE(1) , не может быть скорректировано. Так, для обеспечения насыщения транзистора в схеме включения он должен иметь h _{Значение FE} , равное или превышающее расчетное значение h _FE(1) для канала.

V _CE(sat) обычно составляет 0,2 В для слаботочного кремниевого транзистора, а V _BE обычно составляет 0,7 В. Рассмотрим схему на рис. 5-53(b) еще раз. Если V _BE = 0,7 В и V _CE(sat) = 0,2 В, положительное значение базы транзистора на 0,5 В больше, чем у коллектора (см. рис. 5-55). Это означает, что переход коллектор-база, который обычно смещен в обратном направлении, смещен в прямом направлении, когда транзистор находится в состоянии насыщения. При прямом смещении перехода коллектор-база меньшее количество носителей заряда от эмиттера притягивается к коллектору, и коэффициент усиления по току устройства ниже, чем обычно.

 

Схема переключения с конденсаторной связью:

Схема смещения базы на рис. 5-57 аналогична схемам этого типа, которые уже рассматривались, за исключением того, что транзистор смещен в состояние насыщения. Хотя базовое смещение слишком непредсказуемо для цепей усилителя со смещением, оно вполне удовлетворительно для схем переключения транзисторов со смещением. Транзистор на рис. 5-57 находится в нормально включенном состоянии с V _CE = V _CE(sat) . Вход с конденсаторной связью (импульсный сигнал) отключает устройство, давая V _CE = V _CC .

Ток базы транзистора Is

Ток коллектора можно определить по формуле 5-25, а затем минимально необходимое значение h _FE можно рассчитать по формуле 5-27.

Другой тип коммутационной схемы с конденсаторной связью показан на рис. 5-58. В этом случае резистор R _B удерживает напряжение база-эмиттер транзистора на нуле, чтобы гарантировать, что устройство находится в нормально выключенном состоянии. Входное напряжение, связанное с конденсатором, смещает транзистор в состояние насыщения.

Конструкция схемы переключения:

Сопротивление R _C для любой из обсуждаемых схем переключения транзисторов смещения можно рассчитать, используя указанные уровни V _CC и I _C по уравнению. 5-25. Значение транзистора h _FE(min) можно использовать с I _C для определения минимального уровня I _B , необходимого для насыщения транзистора. Тем не менее, можно избежать беспокойства по поводу фактического усиления тока транзистора, используя h _FE со значением 10. Очень маловероятно, что транзистор будет иметь h _FE(min) меньше 10, поэтому схема, разработанная таким образом, будет работать практически с любым слаботочным транзистором.