Сравнение схем включения транзисторов | Основы электроакустики
Сравнение схем включения транзисторов
Схемы включения биполярных транзисторов. Сравнительные данные свойств транзисторов в схемах с ОБ, ОК и ОЭ приведены в таблице
В схеме с общей базой эмиттерный переход включен в прямом направлении, поэтому при незначительных изменениях напряжения ДUэ сильно меняется ток ДIэ, вследствие чего входное сопротивление транзистора rвх = ДUэ/ДIэ при UK=const мало (десятки омов). Коллекторный переход включен в обратном направлении, поэтому изменения напряжения на этом переходе ДUк незначительно влияют на изменения тока ДIк, вследствие чего выходное сопротивление гвых = ДUк/ДIк при Iэ=const велико (до нескольких мегаомов). Большое различие входных и выходных сопротивлений затрудняет согласование каскадов в многокаскадных усилителях.
Таблица
Параметры | Сравнительные показатели свойств транзисторов в схемах | ||
с общей базой | с общим эмиттером | с общим коллектором | |
Коэффициенты передачи по току | 0,6 — 0,95
| Десятки — сотни | Больше, чем в схеме с ОЭ |
усиления по напря жению | Тысячи | Меньше, чем в схеме с ОБ | 0,7 — 0,99 |
усиления по мощности | Менее чем на схеме с ОЭ | Большое (тысячи) | Меньше, чем в схеме с ОЭ |
Сопротивление: |
|
|
|
входное
| Малое (единицы — десятки омов) | Большое (десятки —тысячи омов) | Большое (сотни килоомов)
|
выходное
| Большое (тысячи омов — единицы мегаомов) | Сотни омов, — десятки килоомов | Единицы омов — десятки килоомов |
Сдвиг фаз | 0° | 180° | 0° |
В схеме с ОБ входным (управляющим) является ток Iэ, а выходным — ток Iк.
Последний всегда меньше тока эмиттера, так как часть инжектируемых носителей заряда рекомбинирует в базе, поэтому а=ДIк/ДIэ<1. Коэффициент усиления по напряжению Kн в схеме велик, поскольку изменения токов на входе ДIэ и выходе ДIк почти одинаковы, а rВЫх>rвх. Коэффициент усиления по мощности также велик (Kм=аKн=1000). Эмиттерный переход включается в проводящем направлении, поэтому изменения тока 13, а следовательно, и тока Iк происходят без фазового сдвига (Ф=0°).
В схеме с общим эмиттером управляющим служит ток базы Is — Is — Iк. Поскольку большинство носителей зарядов, инжектируемых эмиттером, достигает коллекторной области [Iк= (0,9 ч-0,99) Iэ] и лишь незначительная часть рекомбинирует в базе, ток базы мал: Iб=(0,01-0,1) Iэ. При этих условиях Kтэ = ДIк/ДIб>Kтб=ДIк/ДIэ и составляет 10 — 150. Усиление по напряжению примерно такое же, как и в схеме с ОБ. Благодаря высокому коэффициенту передачи тока эта схема обеспечивает большое (Kм до 10000) усиление по мощности.
Напряжение в схеме с ОЭ на входе U3 и выходе UK одного порядка, поэтому гВх=ДUэ/ДIэ здесь больше, чем в схеме с ОБ, и достигает десятков — тысяч омов.
В этой схеме напряжение коллекторного источника Ек частично приложено к эмиттерному переходу, поэтому изменения ДUк вызывают большие изменения тока ДIк, вследствие чего rвых=ДUк/ДIк при Iб=const меньше, чем в схеме с ОБ, что облегчает согласование каскадов в многокаскадных усилителях.
В схеме с ОЭ положительные полуволны подводимого напряжения сигнала действуют в противофазе с напряжением смещения, поэтому ток Iэ, а следовательно, и Iк уменьшаются; отрицательные полуволны сигнала действуют согласованно с напряжением смещения, и токи 1д и Iк возрастают. В результате напряжение сигнала, снимаемое с нагрузки в выходной цепи, будет (по отношению к общей точке схемы) противофазным с напряжением подводимого сигнала (т. е. ф=180°).
В схеме с общим коллектором входным является ток Iб, а выходным Iэ. Так как во входной цепи проходит малый ток базы, входное сопротивление rВX=ДUвх/ДIвх достигает десятков килоомов, Выходное напряжение в схеме приложено к эмиттерному переходу, поэтому малые изменения этого напряжения вызывают большие изменения Iэ, вследствие чего rВых=ДUвых/ДIвых мало (десятки омов).
Напряжение подводимого сигнала Uвх и выходное напряжение Uвых в схеме действуют встречно, т. е. U36 = Uвx — Uвых. Для получения на эмиттерном переходе требуемого напряжения необходимо скомпенсировать выходное напряжение, что достигается при Uвх>Uвых. В этих условиях схема с ОК не дает усиления по напряжению (Kн<1). Коэффициент передачи по току Kт=ДIэ/ДIб =ДIэ/(ДIэ — ДIк) = 1/(1 — а) здесь несколько больше, чем в схеме с ОЭ. Отсутствие усиления по напряжению приводит к снижению усиления по мощности против схем с ОБ и ОЭ.
В схеме отрицательные полуволны подводимого напряжения сигнала Uвх действуют встречно напряжению смещения, поэтому результирующее прямое напряжение на эмиттерном переходе и ток Iэ=Iб+Iк уменьшаются. При этом напряжение сигнала, снимаемое с нагрузки в цепи эмиттера, повторяет фазу напряжения подводимого сигнала, т. е. Ф=0 (эмиттерный повторитель).
Схема с ОИ является инвертирующим усилителем, способным усиливать сигналы по напряжению и току и обладает сравнительно небольшими междуэлектродными емкостями, (Сзи=1-20 пФ; Сзс=0,5-8 пФ; Сси<Сзи).
Схема с ОЗ подобно схеме с ОБ не изменяет полярности сигнала и обеспечивает его-усиление по напряжению аналогично усилению сигнала в схеме с ОИ. Входное сопротивление гвх= U3m/Iит вследствие потребления от источника сигнала сравнительно большого тока Iст=Iит=SUзот оказывается незначительным.
Выходное сопротивление rвых~rси(1+SRи) из-за влияния отрицательной обратной связи по току (элементом которой является внутреннее сопротивление источника сигнала RИ) велико. Влияние емкостной составляющей входной проводимости мало (так как она шунтирована сравнительно большой активной проводимостью gВх=1/rвх=S), поэтому каскад с ОЗ более широкополосен, чем схема с ОИ.
Схема с ОС не меняет фазу входного сигнала на выходе (истоковый повторитель), значительно усиливает ток (но не может усиливать напряжение), обладает высоким активным входным сопротивлением, малой входной емкостью СВх = Сзс+С3и(1 — K), где K. = Ucm/UC3m=SRн/(1+SRн), и небольшим выходным сопротивлением r=l/S (близким к входному сопротивлению схемы с, ОЗ), большой широкополосностью благодаря малой входной емкости.
Схемы составных транзисторов. Составной транзистор представляет собой комбинацию двух (и более) транзисторов, соединенных таким образом, что число внешних выводов этой комбинированной схемы равно числу выводов одиночного транзистора.
Составной транзистор в виде усилителя на разноструктурных (р-n-р и n-р-n) транзисторах содержит два каскада с ОЭ с глубокой последовательной ООС по напряжению. Поскольку каждый каскад изменяет полярность сигнала, в целом схема представляет собой неинвертирующий усилитель. С выхода схемы напряжение подается на вход (эмиттер первого транзистора) в про-тивофазе с входным сигналом, подводимым к цепи базы. Приведенный составной транзистор обладает свойствами эмиттерного повторителя. Его коэффициент усиления меньше единицы, а из-за ОС входное сопротивление велико, выходное мало. Точкой малого выходного сопротивления является коллектор транзистора V2, так как от него начинается цепь ОС по напряжению, поэтому вывод коллектора транзистора V2 играет роль эмиттера составного транзистора, а вывод эмиттера V2 — роль его коллектора.
Составной транзистор, выполненный по каскодной схеме представляет собой усилитель, в котором транзистор VI включен по схеме с ОЭ, a V2 — по схеме с ОБ. Схема эквивалентна одиночному транзистору, включенному по схеме с ОЭ с пара* метрами, близкими к параметрам транзистора VI. Последний обладает высоким выходным сопротивлением, что обеспечивает транзи« стору V2 получение широкой полосы частот
Схемы включения транзистора. » Хабстаб
Воспользуйтесь строкой поиска,
чтобы найти нужный материал
При любом включении транзистора в схему, через один из его выводов, будет течь входной и выходной ток, этот вывод называют общим.
Существуют три схемы включения биполярного транзистора:
- с общим эмиттером;
- с общим коллектором;
- с общей базой;
Начнём со схемы, с общим эмиттером.
- входной сигнал подаётся на базу;
- выходной сигнал снимается с коллектора;
Схема с общим эмиттером обладает следующими свойствами:
- большим коэффициентом усиления по току;
- большим коэффициентом усиления по напряжению;
Давайте соберём нарисованную выше схему и посмотрим как будет изменяться выходной сигнал в зависимости от входного.
Во всех осциллограммах в статье первый канал — входной сигнал, второй канал — выходной сигнал. Входной сигнал берется после разделительного конденсатора, иначе конденсатор вносит сдвиг фазы.
На осциллограмме видно, что амплитуда выходного сигнала в несколько раз превышает амплитуду входного, при этом сигнал на выходе инвертирован относительно входного сигнала, это значит, что когда сигнал входе возрастает на выходе он убывает и наоборот. На схеме пунктирной линией изображен конденсатор, его можно подключить если надо увеличить коэффициент усиления.
Давайте подключим его.
Видим, что выходной сигнал увеличился примерно на порядок, то есть в 10 раз. Такая схема включения транзистора применяется, в усилителях мощности.
При включении конденсатора входное сопротивление схемы уменьшилось, что привело к искажениям сигнала генератора, а следовательно и выходного сигнала.
Схема с общим коллектором.
- входной сигнал подаётся на базу;
- выходной сигнал снимается с эмиттера;
Схема с общим коллектором обладает следующими свойствами:
- большим коэффициент усиления по току;
- напряжения входного и выходного сигнала отличаются примерно на 0,6 V;
Давайте соберём нарисованную выше схему и посмотрим как будет изменяться выходной сигнал в зависимости от входного.
На осциллограмме видно, что амплитуды сигналов равны потому, что осциллограф отображает только переменную составляющую, если включить осциллограф на отображение постоянной составляющей, то разница между сигналом на входе и выходе составит 0,6 V.
Схема сигнал не инвертирует и применяется в качестве буфера или для согласования каскадов.
Под буфером в электронике понимается схема, которая увеличивает нагрузочную способность сигнала, то есть сигнал остается такой же формы, но способен выдать больший ток.
Схема с общей базой.
- входной сигнал подаётся на эмиттер;
- выходной сигнал снимается с коллектора;
Схема с общей базой обладает следующими свойствами:
- большим коэффициентом усиления по напряжению;
- близким к нулю усилением по току, ток эмиттера больше тока коллектора на ток базы;
Давайте соберём нарисованную выше схему и посмотрим как будет изменяться выходной сигнал в зависимости от входного.
На осциллограмме видно, что амплитуда выходного сигнала примерно в десять раз превышает амплитуду входного сигнала, также сигнал на выходе не инвертирован относительно входного сигнала.
Применяется такая схема включения транзистора в радиочастотных усилителях. Каскад с общей базой обладает низким входным сопротивлением, поэтому сигнал генератора искажается, следовательно и выходной сигнал тоже.
Возникает вопрос, почему не использовать для усиления радиочастот схему с общим эмиттером ведь она увеличивает амплитуду сигнала? Все дело в ёмкости перехода база-коллектор, её ещё называют ёмкостью Миллера. Для радиочастот эта ёмкость обладает малым сопротивлением, таким образом, сигнал вместо того, чтобы течь через переход база-эмиттер проходит через эту ёмкость и через открытый транзистор стекает на землю. Как это происходит показано на рисунке ниже.
Пожалуй, это всё, что хотелось рассказать про схемы включения транзистора.
Источник: hubstub.ru
Статья
Что это такое и как это работает
Транзистор как переключатель
Источник: Wikimedia Commons
Транзисторы — это устройства, обычно используемые для генерации, управления и усиления электрических сигналов.
Но знаете ли вы, что транзисторы могут быть тем, что вам нужно для коммутационных приложений? Да, мы можем заставить транзистор работать как переключатель.
Также транзистор легко использовать в качестве переключателя в любой цепи, и он эффективно работает для замыкания и размыкания ваших ходов. Кроме того, в качестве переключателей можно использовать как транзисторы NPN, так и PNP.
В этой статье вы узнаете все о транзисторных переключателях и о том, как они работают. Даже если это немного сложно, мы разберем его для вас.
Так что держись!
Почему мы используем транзисторы в качестве переключателей
У нас есть различные типы переключателей, включая кнопочные переключатели, ползунковые переключатели, тумблеры и т. д. Несмотря на разнообразие элементов управления, почему мы используем транзисторы в качестве переключателей? Поскольку все кнопки имеют одинаковые функции, почему мы предпочитаем транзистор?
Кнопочный переключатель
Источник: Wikimedia Commons
Причина проста.
В то время как другие переключатели в основном механические, транзисторные переключатели являются чисто электрическими. Транзисторы не требуют вмешательства человека и могут включаться и выключаться в зависимости от силы тока.
Рабочие зоны
Транзисторные переключатели имеют две рабочие зоны, включая зону отсечки и зону насыщения.
Зона отсечки
Для транзисторных ключей, работающих в области отсечки, рабочие условия: нулевой ток коллектора на выходе (I C ), нулевой входной ток базы (I g ) и максимальное собираемое напряжение (V CE ). В этих рабочих условиях ток через устройство не протекает. Кроме того, на схеме имеется большой обедненный слой, из-за которого транзистор полностью отключается.
Характеристики отсечки
- Напряжение база-эмиттер менее 0,7 В
- Переход база-коллектор остается в режиме обратного смещения
- Кроме того, база и вход остаются заземленными (0 В)
- Переход база-эмиттер также остается в режиме обратного смещения
- V OUT = V CE = V CC = «1»
- Транзисторный ключ полностью выключен
- Здесь транзисторы работают как открытый ключ
- Нет протекания тока коллектора (I C = 0)
На самом деле у транзисторного ключа, работающего в области отсечки или в режиме OFF, два перехода работают в режимах обратного смещения.
Кроме того, если вы используете транзистор PNP, потенциал эмиттера будет вреден для базы.
Область насыщения
Когда ваш транзистор работает в области насыщения, он остается в режиме прямого смещения, позволяя серии результатов генерировать небольшой слой обеднения. Кроме того, это позволит максимальному току протекать через транзистор. Таким образом переводя транзисторный ключ в полностью включенное состояние. Результаты, которые приводят к этому эффекту, включают; применяемый максимальный ток базы = максимальный ток коллектора = минимальное падение напряжения коллектор-эмиттер.
Характеристики насыщения
- Можно подключить вход и базу к V CC
- Транзисторный переключатель полностью включен
- Напряжение база-эмиттер больше 0,7В
- Переход база-коллектор остается в режиме прямого смещения
- Переход база-эмиттер остается в режиме прямого смещения
- Идеальная насыщенность V CE = 0
- Здесь транзистор работает как замкнутый ключ
- Максимальный ток коллектора = I C = V CC /R L )
- В ВЫХ = В CE = 0
Таким образом, транзистор, работающий в режиме «включено» или в области насыщения, будет иметь два перехода, работающих в режиме прямого смещения.
Напротив, у вас должен быть положительный потенциал эмиттера относительно базы, если это PNP-транзистор.
Как работает транзисторный переключатель?
Когда ваш транзистор работает как твердотельный переключатель SPST (однополюсный на одно направление), вы можете подать нулевой сигнал на базу транзистора, чтобы перевести его в режим OFF. Когда он выключен, он служит разомкнутым выключателем и блокирует протекание тока нулевого коллектора.
Когда вы подаете положительный сигнал на базу, он переводит транзистор в режим ON. Затем транзистор становится замкнутым переключателем и позволяет максимальному току течь по цепи.
Кроме того, существует простой способ переключения любой мощности с умеренной на высокую. Все, что вам нужно сделать, это соединить эмиттерную клемму транзистора непосредственно с землей и соединить транзистор с выходом с открытым коллектором.
Если вы используете свой транзисторный ключ таким образом, вы сможете поглотить любое чрезмерное напряжение на землю.
Таким образом, вы можете контролировать любую нагрузку, которую вы подключаете к своей цепи.
NPN-транзистор в качестве переключателя
Интересно, что в качестве переключателей можно использовать как PNP-, так и NPN-транзисторы.
Операции переключения могут происходить только при подаче достаточного напряжения на базу выводов транзистора. Кроме того, когда вы прикладываете достаточное напряжение между эмиттером и землей, напряжение между эмиттером и коллектором будет равно 0. По этой причине транзистор будет служить в качестве короткого замыкания.
Кроме того, подача нулевого напряжения на вход заставит транзистор работать в области отсечки, что сделает его разомкнутой цепью. Вы можете использовать контрольную точку для подключения нагрузки к коммутационному выходу для этого коммутационного соединения.
Включение транзистора позволит току течь через нагрузку от источника к земле.
Схема NPN-транзистора в качестве переключателя
PNP-транзистора в качестве переключателя
Работа PNP-транзистора в качестве переключателя аналогична работе NPN-транзистора.
Однако разница заключается в том, что ток течет от базы. Следовательно, вы можете использовать этот тип операции переключения для конфигураций с отрицательным заземлением.
Кроме того, в случае PNP-транзистора вывод базы всегда находится в режиме отрицательного смещения на основе эмиттера.
Ток будет течь только при отрицательном базовом напряжении для операции переключения PNP. Почему? Потому что вы используете точку отсчета для подключения транзистора к коммутационному выходу. Следовательно, при включении транзистора ток будет протекать через транзистор от источника, прежде чем достигнет земли.
PNP-транзистор в качестве переключателя Схема
Транзистор для переключения светодиода
Кроме того, вы можете использовать транзистор для переключения светодиода. Вот как это работает.
Когда переключатель терминала базы установлен в разомкнутое положение, ток через базу не течет. Таким образом, транзистор будет работать в области отсечки.
Следовательно, транзистор будет разомкнут, а светодиод останется выключенным.
В отличие от этого, когда переключатель установлен в замкнутое положение, ток базы будет протекать через транзистор и изменит его работу на область насыщения. Таким образом, светодиод включится.
Кроме того, вы можете использовать резисторы, чтобы ограничить ток, протекающий через базу к светодиоду, чтобы избежать повреждения. Кроме того, вы даже можете регулировать яркость светодиода, изменяя сопротивление на пути базового тока.
Транзистор для переключения светодиодной схемы
Транзистор для управления реле
Интересно, что вы можете управлять работой реле с помощью транзистора. Немного подготовившись, вы запитаете катушку реле транзистором, что позволит вам предотвратить любую дополнительную нагрузку, которую вы подключаете к ней.
Вход, который вы подаете на базу, должен переводить транзистор в режим насыщения, чтобы это работало. Таким образом, вы можете подать питание на катушку и управлять контактами реле.
Внезапное отключение питания от индуктивных нагрузок может привести к сохранению высокого напряжения на катушке реле. Кроме того, постоянное высокое напряжение потенциально может разрушить вашу схему. По этой причине вам необходимо подключить диод параллельно индуктивной нагрузке. К счастью, вы можете использовать это для защиты своего курса от напряжений, генерируемых индуктивной нагрузкой.
Схема цепи транзистора для управления реле
Транзистор для привода двигателей
Наконец, вы можете использовать транзистор для регулирования и контроля скорости двигателя постоянного тока. Кроме того, вы можете сделать это однонаправленным, переключая транзистор через частые промежутки времени.
Имейте в виду, что двигатель постоянного тока также является индуктивной нагрузкой. Поэтому вам нужно соединить его с диодом, если вы хотите защитить свою схему.
Теперь вы можете включать и выключать двигатель постоянного тока, просто переключая транзистор из области насыщения в область отсечки.
Кроме того, вы можете изменить транзистор на переменной частоте, чтобы управлять скоростью двигателя от низкой до полной скорости.
Транзисторы для привода электродвигателей Принципиальная схема
Применение
Действительно, основным применением транзисторного переключателя является управление потоком энергии от одной части схемы к другой. По сути, работа транзистора в области насыщения или отсечки создаст эффект включения/выключения любого механического переключателя. Другие области применения транзисторного переключателя включают:
- Цифровые логические элементы
Цифровые логические элементы
Источник: Бесплатный SVG
- Схемы Н-моста
- Осцилляторы
Осциллятор
Источник: Wikimedia Commons
- Сопряжение высоковольтных устройств, таких как двигатели, светодиоды и реле
Реле
Источник: Wikimedia Commons
Заключительные слова
Короче говоря, транзисторы могут служить электрической версией механических переключателей, которые работают на основе тока, а не физического прикосновения.
По правде говоря, транзисторные переключатели могут выполнять широкий спектр приложений, даже больше, чем несколько перечисленных выше.
Хотя использовать транзисторный ключ легко, убедитесь, что вы используете маховик, когда имеете дело с индуктивными нагрузками, чтобы не повредить цепь.
Если вы хотите, чтобы ваш транзистор переключился на простую схему и у вас есть еще вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам, и мы будем рады помочь.
Транзисторные переключатели
Транзисторные переключатели
|
Вместо механического переключателя в базовой цепи можно было бы использовать операционный усилитель. Когда переключатель
открыт, тока нет
течет в базе так
ток коллектора
отрезается. Резистор R B должен быть маленьким
достаточно, чтобы управлять
транзистор к
насыщение так, что
большая часть напряжения V куб.см появляется напротив
Загрузка.
