Работа биполярного транзистора. Режим усиления

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем осваивать биполярный транзистор и сегодня мы рассмотрим его работу в режиме усиления на примере простого усилителя звуковой частоты, собранного на одном транзисторе.

В режиме усиления транзисторы работают в схемах радиовещательных приемников и усилителях звуковой частоты (УЗЧ). При работе используются малые токи в базовой цепи транзистора, управляющие большими токами в коллекторной цепи. Этим и отличается режим усиления от режима переключения, который лишь открывает или закрывает транзистор под действием напряжения Uб на базе.

1. Схема усилителя.

В качестве эксперимента соберем простой усилитель на одном транзисторе и разберем его работу.

В коллекторную цепь транзистора VT1 включим высокоомный электромагнитный телефон BF2, между базой и минусом источника питания GB установим резистор Rб, и развязывающий конденсатор

Cсв, включенный в базовую цепь транзистора.

Конечно, сильного усиления от такого усилителя мы не услышим, да и чтобы услышать звук в телефоне BF1 его придется очень близко преподнести к уху. Так как для громкого воспроизведения звука нужен усилитель как минимум с двумя-тремя транзисторами или так называемый двухкаскадный усилитель. Но чтобы понять сам принцип усиления, нам будет достаточно и усилителя, собранного на одном транзисторе или однокаскадном усилителе.

Усилительным каскадом принято называть транзистор с резисторами, конденсаторами и другими элементами схемы, обеспечивающими транзистору условия работы как усилителя.

2. Работа схемы усилителя.

При подаче напряжения питания в схему, на базу транзистора через резистор

Rб поступает небольшое отрицательное напряжение 0,1 — 0,2В, называемое напряжением смещения. Это напряжение приоткрывает транзистор, и через эмиттерный и коллекторный переходы начинает течь незначительный ток, который как бы переводит усилитель в дежурный режим, из которого он мгновенно выйдет, как только на входе появится входной сигнал.

Без начального напряжения смещения эмиттерный p-n переход будет закрыт и, подобно диоду, «срезать» положительные полупериоды входного напряжения, отчего усиленный сигнал будет искаженным.

Если на вход усилителя подключить еще один телефон BF1 и использовать его как микрофон, то телефон будет преобразовывать звуковые колебания в переменное напряжение звуковой частоты, которое через конденсатор Ссв будет поступать на базу транзистора.

Здесь, конденсатор Ссв выполняет функцию связующего элемента между телефоном BF1 и базой транзистора. Он прекрасно пропускает напряжение звуковой частоты, но преграждает путь постоянному току из базовой цепи к телефону BF1. А так как телефон имеет свое внутреннее сопротивление (около 1600 Ом), то без этого конденсатора база транзистора через внутреннее сопротивление телефона была бы соединена с эмиттером по постоянному току. И естественно, ни о каком усилении сигнала речи и быть не могло.

Теперь, если начать говорить в телефон BF1, то в цепи эмиттер-база возникнут колебания электрического тока телефона Iтлф, которые и будут управлять большим током в коллекторной цепи транзистора. И уже этот усиленный сигнал, преобразованный телефоном BF2 в звук, мы и будем слышать.

Сам процесс усиления сигнала можно описать следующим образом.

При отсутствии напряжения входного сигнала Uвх, в цепях базы и коллектора текут небольшие токи (прямые участки графиков а, б, в), определяемые напряжением источника питания, напряжением смещения на базе и усилительными свойствами транзистора.

Как только в цепи базы появляется входной сигнал (правая часть графика а), то соответственно ему начинают изменяться и токи в цепях транзистора (правая часть графиков б, в).

Во время отрицательных

полупериодов, когда отрицательное входное Uвх и напряжение источника питания GB суммируются на базе — токи цепей увеличиваются.

Во время же положительных полупериодов, кода напряжение входного сигнала Uвх и источника питания GB положительны, отрицательное напряжение на базе уменьшается и, соответственно, токи в обеих цепях также уменьшаются. Вот таким образом и происходит усиление по напряжению и току.

Если же нагрузкой транзистора будет не телефон а резистор, то создающееся на нем напряжение переменной составляющей усиленного сигнала можно будет подать во входную цепь второго транзистора для дополнительного усиления.

Один транзистор может усилить сигнал в 30 – 50 раз.

На рисунке ниже показана зависимость тока коллектора от тока базы.

Например. Между точками А и Б ток базы увеличился от 50 до 100 мкА (микроампер), то есть составил 50 мкА, или 0,05 mA. Ток коллектора между этими точками возрос от 3 до 5,5 mA, то есть вырос на 2,5 mA. Отсюда следует, что усиление по току составляет: 2,5 / 0,05 = 50 раз.

Точно также работают транзисторы структуры n-p-n. Но для них полярность включения источника питания, питающей цепи базы и коллектора меняется на

противоположную. То есть на базу и коллектор подается положительное, а на эмиттер отрицательное напряжения.

Запомните: для работы транзистора в режиме усиления на его базу, относительно эмиттера, вместе с напряжением входного сигнала обязательно подается постоянное напряжение смещения, открывающее транзистор.

Для германиевых транзисторов отпирающее напряжение составляет не более 0,2 вольта, а для кремниевых не более 0,7 вольта.

Напряжение смещения на базу не подают лишь в том случае, когда эмиттерный переход транзистора используют для детектирования радиочастотного модулированного сигнала.

3. Классификация транзисторов по мощности и по частоте.

В зависимости от максимальной мощности рассеивания биполярные транзисторы делятся на:

1. малой мощности — Pmax ≤ 0,3 Вт;
2. средней мощности — 0,3 3. большой мощности — Pmax > 1,5 Вт.

В зависимости от значения граничной частоты коэффициента передачи тока на транзисторы:

1. низкой частоты – fгр ≤ 3 МГц;
2. средней частоты – 3 МГц 3. высокой частоты — 30 МГц 4. сверхвысокой частоты (СВЧ-транзисторы) — fгр > 300 МГц.

Ну вот и все.
Теперь у Вас не должно возникнуть вопросов о работе биполярного транзистора в режиме усиления.
Удачи!

Литература:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.

2. Е. Айсберг — Транзистор?.. Это очень просто! 1964г.

Почему биполярный транзистор может усиливать сигналы

Итак, мы уже знаем, что усиление электрических сигналов возможно в приборах с управляемыми потоками электрических зарядов. Однако сама по себе данная фраза ничего не значит. Возникает естественный вопрос: как, имея управляемый поток зарядов и подавая на вход слабый сигнал, на выходе прибора получить сильный сигнал? Для начала, видимо, следует разобраться в том, что же такое усиление электрических сигналов. Предположим, что мы имеем источник электрического сигнала, который при определенном сопротивлении нагрузки может обеспечить некоторые ток и напряжение сигнала на ней. Если нас не удовлетворяет напряжение на нагрузке, то, используя простейшие пассивные элементы (например, трансформатор), мы можем легко поднять его до необходимого уровня. Расплатой за это будет падение сигнального тока. И наоборот, если мы увеличим ток — снизится напряжение. В любом случае полезная мощность сигнала \(P_C = U_С I_С\) , передаваемая в нагрузку, при добавлении любых пассивных компонентов в схему может только снижаться. Для увеличения этой мощности нужны так называемые активные компоненты — усилители. Именно они позволяют из слабых входных воздействий получать мощные сигналы на выходе устройства. Что же необходимо для работы усилительного устройства? Рассмотрим простой пример. Водитель автомобиля давит на педаль газа, и чем большее усилие он прикладывает к маленькой педали, тем быстрее едет большой и тяжелый автомобиль. Однако всем известно, что автомобиль двигает не слабый водитель, а мощный двигатель. Т.е. педаль — это лишь средство воздействия на двигатель, который и выполняет всю работу. На таком же принципе основано действие и усилителей электрических сигналов. В них создается отдельный мощный сигнал, который и попадает на выход усилителя, а слабый входной сигнал лишь воздействует на этот мощный сигнал, заставляя его изменяться по тому же закону. Как уже говорилось, в полупроводниках могут существовать потоки электрических зарядов. Если такой поток протекает от одного электрода полупроводникового прибора к другому, то между этими двумя электродами возникает электрический ток, абсолютная величина которого пропорциональна мощности потока (количеству перемещаемых за единицу времени зарядов). Очевидно, что при определенных условиях с помощью мощного внешнего источника питания мы можем создавать в полупроводниковых структурах самые разнообразные потоки зарядов. Вопрос, однако, заключается в том, как обеспечить воздействие на эти потоки слабого сигнала, который мы хотим усилить. Вернемся теперь к рассмотрению биполярного транзистора. На рис. 1.2 показана схема, в которой на выводы эмиттера и коллектора транзистора \(n\)-\(p\)-\(n\)-типа подано достаточно большое напряжение от внешнего мощного источника питания плюсом к коллектору и минусом к эмиттеру. Если бы между эмиттерной и коллекторной \(n\)-областями транзистора не было тонкой базовой прослойки с проводимостью \(p\)-типа, то очевидно, что в полупроводнике возник бы мощный поток электронов от эмиттера к коллектору.   Рис. 1.2. Схема подачи напряжений на биполярный транзистор n-p-n-типа для обеспечения режима усиления   Однако на практике даже весьма тонкой базовой прослойки оказывается достаточно, чтобы предотвратить это явление. Все изменяется, если мы приложим к базе транзистора некоторое незначительное по величине и положительное относительно эмиттера напряжение (рис. 1.2). При этом эмиттерный p-n-переход транзистора оказывается под напряжением, соответствующим его проводящему состоянию, и в \(p\)-\(n\)-структуре эмиттер—база образуется поток электронов в том же направлении, в котором он мог бы возникнуть при отсутствии базовой области. Электроны, достигая базовой области, по логике должны уходить в базовый электрод, обеспечивая прохождение тока в цепи база—эмиттер транзистора, но на практике происходит другое. Подгоняемые большим напряжением, приложенным между коллектором и эмиттером, электроны быстро пролетают через узкую базовую область и уходят к коллекторному электроду, т.е. возникает тот самый мощный поток зарядов между эмиттером и коллектором, который мы не могли получить ранее. Только крайне незначительная часть электронов попадает в базовый электрод. Таким образом, мы имеем слабый ток в цепи эмиттер—база и сильный ток в цепи эмиттер—коллектор (напомним, что направление электрического тока считается противоположным направлению движения отрицательных зарядов, в нашем случае — электронов). Повышая напряжение на базе транзистора, мы будем наращивать мощность потока электронов, при этом токи в цепях будут расти соответственно. Итак, оказывается, что в биполярном транзисторе можно создать сильный электрический ток в цепи «коллектор — эмиттер — внешний мощный источник питания» при достаточно слабом токе в цепи «база — эмиттер — маломощный источник сигнала». Причем данное слабое воздействие на базу оказывает управляющее действие на ток в коллекторно-эмиттерной цепи. Если далее в коллекторную или эмиттерную цепь транзистора (рис. 1.2) включить некоторое сопротивление (нагрузку), то окажется, что ток и напряжение на нем повторяют форму входного сигнала на базе транзистора, но мощность, подаваемая на него, гораздо выше мощности входного сигнала, т.е. происходит усиление. Мы описали работу биполярного транзистора \(n\)-\(p\)-\(n\)-типа. Для приборов \(p\)-\(n\)-\(p\)-типа все выглядит совершенно аналогично. Только здесь мы должны рассматривать не потоки электронов, а потоки положительных зарядов — дырок. При этом полярности всех внешних напряжений меняются на обратные. Других отличий нет.     < Предыдущая   Следующая >

Как транзистор усиливает сам по себе или нет? За счет чего усиление идет то? Что за магия то?

Усиление за счёт коммутации… Усилительных элементов множество. Для понимания самый просто — рубильник. Приложив к нему небольшую силу (при включении) мы этим движением заставляем работать моторы в тысячи лошадиных сил. Идём далее, есть другой усилительный элемент — магнитный пускатель — пропуская через него маленький ток мы включаем электромотор с гигантским током… Ну а транзистор — это такой регулируемый пускатель. Чем больше в базу маленького тока вливаешь (забираешь) — тем бОльший большОй ток он передаёт с эмиттера на коллектор (обратно). Легко и просто. ВСЕ они имеют доп питание. Коэффициент усиления (по мощности) — около миллиона (у одного транзистора). То бишь подавая на базу один милливатт один транзистор коммутирует до одного киловатта мощности. Именно из-за своего коэффициента усиления можно подав на вход сигнал с антенны в десятимиллионные доли ватта сразу получить десятые доли ватта (за один каскад), а за второй — уже киловатты.

Внутри установлен переменный резюк, но управляется током. там и тут три конца !

Так ты уже сам ответил на свой вопрос цитирую: «что «звук» поключается к усилителю, а усилитель жрет с аккума питание.» Посмотри колонки от компа ведь незря они подключаются к розетке на 220, потомучто с с звуковой карты идет слабый сигнал а колонки усиливают.

Стоп. Ты же сам написал себе ответ. Через коллектор проходит ток от напряжения питания транзистора. А база ОТКРЫВАЕТ И ЗАКРЫВАЕТ П-Н ПЕРЕХОД ДЛЯ ЭТОГО ТОКА. Вот и все. Форма тока коллектора повторяет форму напряжения (и тока ) базы. Но сам ток коллектора значительно больше.

Усиливает — за счет питающего тока.

Почитай как работает лампа и станет понятно

Каждый биполярный транзистор состоит из трёх зон таких полупроводников, эти зоны называют база, эмиттер и коллектор. Транзистор изготавливают из полупроводникового материала. Есть два типа проводимости, n-p-n и p-n-p,есть еще полевые транзисторы, но это уже другая структура. Нужное для нас свойство это материала, — наличие в них свободных носителей как положительных, так и отрицательных зарядов. В зависимости от того каких зарядов больше, полупроводники различают на два типа по проводимости: n-тип и p-тип (n-negative, p-positive). Отрицательные заряды — это электроны, освободившиеся с внешних оболочек атомов кристаллической решетки, а положительные — так называемые дырки. Дырки — это вакантные места, остающиеся в электронных оболочках после ухода из них электронов. Условно обозначим атомы с электроном на на внешней орбите синим кружком со знаком минус, а атомы с вакантным местом — пустым кружком. основную часть транзистора представляет маленький кристаллик, называемый базой (Б), на котором сделаны две спайки, называемые эмиттер (Э) и коллектор (К). При образовании этих спаек между эмиттером и базой и между коллектором и базой образуются два p-n перехода. Это получается, когда проводимость эмиттера и коллектора избирается противоположной проводимости базы. Важно отметить, что оба перехода находятся очень близко друг к другу, т. е. база очень тонкая, примерно 1 – 20 мкм. Для работы транзистора усилителя на его базу, относительно эмиттера, вместе с напряжением входного сигнала обязательно должно поступать постоянное напряжение смещения, открывающее полупроводниковый прибор. Этим надо увлекаться с детства. Здесь это толком не объяснишь и места и времени не хватит! Вот примитивная схема усиления, по этому принципу работают все транзисторные усилители. <img src=»https://otvet.imgsmail.ru/download/12465401_cbf52591180045fefa40d07b5721e472_800.png» alt=»» data-big=»1″ data-lsrc=»//otvet.imgsmail.ru/download/12465401_cbf52591180045fefa40d07b5721e472_120x120.png»>

Слабый ток который подают на базу открывает и закрывает транзистор управляя большим током от источника питания в результате чего ток повторяет форму сигнала который подают на базу.

Да ничего он не усиливает, путём увеличения тока базы увеличивается ток коллектора = ток базы умножить на коэффициент усиления — hfe или тоже самое h31. Это происходит в АКТИВНОМ РЕЖИМЕ транзистора до напряжения насыщения коллектор-эмиттер, после чего уже увеличение тока базы не повышает ток коллектора. Больше мощности источника питания он ничего не усиливает, но звучит красиво 🙂

Каскад с общим эмиттером. При подаче на базу переменного входного напряжения изменяется входной ток базы Iб, текущий через переход «база-эмиттер» транзистора, что вызывает изменение коллекторного тока Iк, которое намного больше изменения тока базы, потому-что напряжение приложенное к коллектору (U коллектор-эмиттер) от источника питания, намного больше напряжения на базе. В точке соединения резистора R2,конденсатораС2 и коллектора транзистора, при изменении коллекторного тока Iк, изменяется напряжение. При этом, когда ток Iк больше, напряжение меньше, когда ток Iк уменьшается, напряжение увеличивается, то есть транзистор открыт — его сопротивление меньше и напряжение»коллектор-эмиттер» меньше. Транзистор закрыт, его сопротивление больше и напряжение»коллектор-эмиттер» больше. Это изменение напряжения зависит от небольшого изменения напряжения на базе. При этом изменение напряжения «коллектор-эмиттер» значительно превышает изменение напряжения «база-эмиттер». Таким образом низкое переменное напряжение на базе порождает значительное переменное напряжение на коллекторе. Это усиленное переменное напряжение через конденсатор С2 подаётся на следующий каскад. Следует заметить, что при таком усилении, фаза напряжения базы и фаза напряжения коллектора отличаются на 180°. <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/u_8e7b247b385cfee5ef015ea99fbe4028_800.gif» alt=»» data-lsrc=»//otvet.imgsmail.ru/download/u_8e7b247b385cfee5ef015ea99fbe4028_120x120.gif» data-big=»1″>

плохо ютуб изучал. вот смотрите <a rel=»nofollow» href=»https://www.youtube.com/watch?v=Gws3gANnz8M» target=»_blank»>https://www.youtube.com/watch?v=Gws3gANnz8M</a>

Транзистор — это два диода, расположенных близко. Один называется «база-коллектор», другой «база-эмиттер» . Если на какой-нибудь из этих диодов подать обратное напряжение, то ток через него не пойдёт, потому что диод. Но если через соседний диод пропустить прямой ток, то качество первого диода ухудшается. Появляется большой ток утечки. Вот этой «порчей» и пользуются при создании усилителей)

Усилитель напряжения на биполярном транзисторе

Рис. 1. Использование транзистора в усилителе напряжения: (а) простейшая схема, (б) схема со смешением. Сигналами в электронных схемах обычно являются постоянные или переменные напряжения. Такие устройства, как например микрофон, создают переменное напряжение, которое должно быть усилено прежде, чем им можно будет воспользоваться. Некоторые источники сигналов, такие как фототранзистор и некоторые детекторы, могут быть источниками тока, который, как правило, еще до усиления преобразуется в напряжение. Поэтому наиболее важны усилители напряжения и, несмотря на то, что биполярный транзистор работает как устройство, усиливающее ток, основное применение он находит в усилителях напряжения. Рассмотрим основные принципы работы усилителя напряжения на биполярном транзисторе. Резистор нагрузки На рис. 1.(a) показан очень простой усилитель напряжения; выходное напряжение Vout возникает на выходе в результате протекания коллекторного тока по резистору нагрузки RL. Этот пример иллюстрирует одно из наиболее важных применений резисторов в электронных цепях: преобразование тока в напряжение. Входное напряжение Vin, приложенное к переходу база-эмиттер, приводит к увеличению тока базы, зависящего от сопротивления перехода база-эмиттер. Ток базы вызывает намного больший ток коллектора Ic, создающий падение напряжения IcRL на резисторе RL. Эта разность потенциалов пропорциональна Vin, но намного больше по величине. Важной деталью таких схем является земляная шина, называемая также землей, «нулем вольт» (0 В) или общей шиной и обозначаемая символом, показанным на рисунке. Земляная шина является общей для входного сигнала, выходного сигнала и источника постоянного напряжения, и обычно является точкой, относительно которой отсчитываются все напряжения в схеме. Рабочая точка и смещение транзистора в схеме усилителя напряжения Схема, приведенная на рис. 1.(a), как можно догадаться, является сильно упрощенной схемой усилителя напряжения. Она будет давать отклик только на положительное входное напряжение и, кроме того, только на напряжение, большее чем 0,5 В; последнее значение является той э.д.с., которая необходима для смещения перехода база-эмиттер в прямом направлении. Ясно, что если схема предназначена для усиления малых сигналов без искажения, переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении даже в отсутствие сигнала. Обычно напряжение переменного сигнала принимает как положительное, так и отрицательное значение, так что выходное напряжение на коллекторе должно иметь возможность двигаться вверх к напряжению источника питания (при отрицательном входном напряжении) и вниз к потенциалу земляной шины (при положительном входном напряжении). Из этого следует, что при равном нулю входном сигнале (это состояние обычно называется режимом покоя) в транзисторе должен протекать такой ток коллектора, чтобы напряжение на коллекторе находилось посредине между землей и напряжением источника питания, готовое изменяться в любом направлении в соответствии с полярностью входного сигнала. На рис. 1.(б) показана схема, в которой достигается требуемый результат. Маломощный кремниевый транзистор, такой как ВС 107, будет очень хорошо работать с коллекторным током в режиме покоя 1 мА. В этом случае при правильном выборе рабочей (начальной) точки требуется, чтобы напряжение на коллекторе находилось посредине между 0 В и +9 В, то есть на резисторе RL должно падать 4,5 В. Таким образом, согласно закону Ома, RL = 4,5 В / 1 мА = 4500 Ом. Ближайшее номинальное значение RL равно 4,7 кОм. Для рассматриваемой схемы имеем: VCE=Vcc-IcRL=Vcc-hFEIBRL где Vcc — напряжение питания. Если мы примем для транзистора ВС 107 коэффициент усиления постоянного тока hFE равным 200, то для тока коллектора 1 мА требуется ток базы IB = 1/200 мА = 5 мкА. Сопротивление базового резистора RB, задающего ток базы, снова находится согласно закону Ома: RB=Vcc/IB=9/(5×10-6)=1,8МОм Напряжением база-эмиттер VBE (приблизительно равным 0,6 В) здесь пренебрегаем по сравнению с намного большим напряжением питания Vcc. Разделительные конденсаторы С1 и С2 используются для изоляции внешних цепей от постоянных напряжений, имеющихся на базе и коллекторе в режиме покоя. Свойство конденсатора не пропускать постоянное напряжение и в то же время пропускать переменное очень ценно в электронике; оно является результатом стремления конденсатора сохранять свой заряд и поэтому разность потенциалов на его обкладках остается постоянной. Следовательно, увеличение потенциала на одной обкладке вызывает соответствующее увеличение потенциала на другой. Поданный на одну из обкладок, переменный сигнал изменяет ее потенциал много раз в секунду и, таким образом, передается с одной обкладки на другую. В то же время постоянное напряжение дает возможность конденсатору накопить заряд, соответствующий новой разности потенциалов на его обкладках, и поэтому оно не передается. Время, необходимое для установления новой разности потенциалов, зависит от постоянной времени цепи, которая должна быть больше периода передаваемого переменного напряжения самой низкой частоты. Более подробно этот вопрос обсуждается в главе 8. В рассматриваемом простом усилителе напряжения постоянные времени цепей с разделительными конденсаторами емкостью 10 мкФ обеспечивают передачу переменного напряжения без ослабления вплоть до 10 Гц. Знак плюс на рисунке у одной из обкладок конденсатора является указанием, как подключать электролитические конденсаторы, у которых изолирующий диэлектрический слой представляет собой чрезвычайно тонкую пленку окиси алюминия, полученную электролитическим осаждением. Такие конденсаторы имеют большие емкости при малых размерах и низкой цене, но должны включаться в схему с учетом полярности, за исключением конденсаторов специального типа — неполярных конденсаторов. Стабилизация рабочей точки транзистора Серьезный недостаток схемы на рис. 1.(б) состоит в том, что напряжение коллектора в режиме покоя целиком зависит от величины hFE транзистора, в то время как численные значения этого параметра имеют большой разброс у различных экземпляров транзисторов одного типа. Например, при типичном значении hFE для транзистора ВС 107, равном 200, изготовители указывают, что оно может изменяться в пределах от 90 до 450. Изменение hFE сдвигает рабочую точку по постоянному току. Например, если коэффициент hFE равен 100 вместо 200, то при этом потечет ток коллектора, равный 0,5 мА, а не 1 мА, и падение напряжения на RL составит только 2,35 В вместо 4,7 В. Увеличение напряжения на коллекторе в режиме покоя означает, что выходное напряжение в схеме может изменяться в сторону увеличения только на 2 В, а не на 4 В (возможно изменение выходного напряжения в сторону уменьшения до 6 В, но от этого мало пользы, когда положительные приращения ограничены). Последствия использования транзистора с hFE = 400 еще более серьезны. В этом случае ток коллектора удвоится до 2 мА. Простое вычисление показывает, что все 9 В питания будут падать на резисторе RL. Говорят, что транзистор находится в насыщении. Практически между коллектором и эмиттером остается небольшое напряжение порядка 0,2 В. Любое дальнейшее увеличение тока базы почти ни к чему не приводит; действительно, падение напряжения на RL не может превышать Vcc Поскольку при насыщении транзистора потенциал коллектора фактически равен потенциалу земли, схема теперь не пригодна для линейного усиления: невозможны изменения выходного напряжения в сторону уменьшения. Возвращаясь к линейному усилителю на рис. 1.(б), можно сказать, что необходимо некоторое усовершенствование схемы, чтобы повысить ее устойчивость к изменениям hFE. Даже если бы у нас была возможность отбирать транзисторы с hFE = 200, а это очень дорого при массовом выпуске схем, hFE увеличивается с ростом температуры, так что схема все равно не была бы надежной. На рис. 2. показано очень простое, но эффективное улучшение. Вместо того, чтобы подключать резистор RB непосредственно к Vcc, мы, уменьшив сопротивление вдвое, подключим его к коллектору (VCE≈Vcc/2). Теперь, благодаря этому, ток базы в режиме покоя зависит от коллекторного напряжения в режиме покоя. Даже при увеличении hFE транзистор не может попасть в насыщение: если коллекторное напряжение падает, то также падает ток базы, «придерживая» коллекторный ток. И наоборот, если hFE уменьшается, коллекторное напряжение в режиме покоя возрастает, увеличивая ток IB. Ток базы определяется теперь соотношением IB=VCE/RB и, как и прежде, VCE=Vcc-hFEIBRL Объединяя эти равенства, получим VCE=Vcc/(1+hFERL/RB) Если RL и RB имеют значения, указанные на рис. 2, и hFE = 100, то VCE≈6 В; если hFE = 400, то VCE≈3 В. Хотя здесь все еще положение рабочей точки меняется, это не существенно, пока для получения больших сигналов не требуется иметь возможно большие пределы изменения выходного напряжения. Схема, приведенная на рис. 2., будет работать при изменении параметров транзисторов в очень широком диапазоне и является полезным усилителем напряжения общего назначения. Принцип построения схемы с автокомпенсацией изменений hFE является просто примером отрицательной обратной связи, которая представляет собой одно из самых важных понятий в электронике. Усилитель напряжения на транзисторе со стабилизацией рабочей точки Рис. 2. Усилитель напряжения со стабилизацией рабочей точки. Для некоторых применений даже относительно небольшие изменения положения рабочей точки, имеющиеся в схеме на рис. 2, недопустимы. Если режим по постоянному току должен практически не зависеть от hFE можно использовать схему стабилизированного усилителя, показанную на рис. 3. Первым характерным признаком этой схемы является наличие резистора R3 в цепи эмиттера, а это означает, что потенциал эмиттера больше не равняется потенциалу земли, а немного выше его и равен IER3 где IE — ток эмиттера. Второе отличие состоит в том, что вместо единственного резистора для задания базового тока определенной величины применен делитель напряжения R1 R2 фиксирующий потенциал базы относительно земли. Ток делителя напряжения на порядок выше тока базы, так что последний слабо влияет на потенциал базы. Так как переход база — эмиттер смещен в прямом направлении, на нем падает небольшое напряжение (у кремниевого транзистора приблизительно 0,6 В), так что потенциал эмиттера ниже потенциала базы на 0,6 В. Итак, если VB — потенциал базы относительно земли, а VE — потенциал эмиттера относительно земли, то VE = VB — 0,6. Но VE=IER3 поэтому IE=(VB-0,6)/R3 Рис. 3. Стабилизированный усилитель с эмиттерным резистором. Следовательно, ток эмиттера IE определяется выбором величин VB и R3. При сопротивлениях резисторов R1 и R2, указанных на рис. 3., потенциал базы зафиксирован на уровне 1,6 В; поэтому потенциал эмиттера равен приблизительно 1,0 В, обеспечивая требуемый ток эмиттера 1 мА при сопротивлении эмиттерного резистора 1 кОм. Поскольку IE=IC+IB и IB << IC имеем: IE≈IC Следовательно, ток коллектора также примерно равен 1 мА. Интересно отметить, что в приведенном расчете схемы отсутствует коэффициент hFE транзистора. Фактически единственным параметром транзистора, имеющим какое-либо значение в этой схеме, является напряжение VBE которое принято равным 0,6 В и изменяется очень мало (<0,1 В) от одного транзистора к другому. При расчете стабилизированной схемы падение напряжения на эмиттерном резисторе должно быть больше возможных изменений напряжения VBE но не настолько большим, чтобы заметно уменьшить амплитуду выходного сигнала (напряжение на коллекторе теперь может изменяться только между VCC и VE а не между VCC и потенциалом земли). Обычно подходящим является напряжение 1 В. Конденсатор большой емкости С3 шунтирует эмиттерный резистор для того, чтобы на эмиттере не появлялось переменное напряжение. Без С3 усиление напряжения очень сильно упадет из-за отрицательной обратной связи, поскольку переменное напряжение на резисторе R3 вычитается из входного сигнала. Удобный способ измерения коэффициента усиления состоит в том, что на вход усилителя подается сигнал от генератора синусоидальных сигналов, а затем с помощью осциллографа измеряется выходной сигнал Vout и сравнивается с входным сигналом Vin. Коэффициент усиления напряжения равен Av=Vout/Vin Для схем, рассмотренных в этой статье, коэффициент усиления напряжения имеет величину порядка 150 — 200. Теоретический расчет коэффициента усиления на Времонт.su рассмотрим позже.

Биполярные транзисторы

Транзнсторы являются важнейшими полупроводниковыми цриборами. Их основная особенность заключается в усилении слабых электрических сигналов, при этом, разумеется, энергия передается от источника питния. Поэтому они используются везде, rде нeoходнмо усиление сиrналов, например, в радиоприемниках, телевнзорах, маrни- тофонах, электронной аппаратуре, автоматических устройствах и т. д.

Все транзисторы могут быть разделены на две большие группы: биполярные и полевые. Биполярные транзисторы имеют большее распространение, и мы рассмотрим, в основном, их свойства.

Биполярные транзисторы можно клас­сифицировать следующим образом.

1.В зависимости от используемого полупроводника они бывают кремние­вые и германиевые.

2.В зависимости от технологии производства они бывают эпитак­сиально-планарные, сплавные, меза-транзисторы, конверсионные и пр.

3.В зависимости от механизма движения носителей зарядов бывают диффузионные и дрейфовые.

4.В зависимости от мощности бывают маломощные (до 0,3 Вт), сред­ней мощности (от 0,3 до 3 Вт) и мощные (более 3 Вт).

5.В зависимости от граничной час­тоты бывают низкочастотные (до 3 МГц), среднечастотные (от 3 до 30 МГц), высокочастотные (от 30 до 300 МГц) и сверхвысокочастотные (выше 300 МГц).

Как показано на рис. 18.1, основную часть транзистора представляет маленький кристаллик, называемый базой (Б), на котором сделаны две спайки, называемые эмиттер (Э) и коллектор (К). При образовании этих спаек между эмиттером и базой и между коллектором и базой образуются два p—n перехода. Это получается, когда проводимость эмиттера и коллектора избирается противоположной проводимости базы. Важно отметить, что оба перехода находятся очень близко друг к другу, т.е. база очень тонкая, примерно 1 – 20 мкм.

Рис. 18.1

В зависимости от проводимости эмиттера, базы и коллектора производится два типа транзисторов: n—p—n и p—n—p. Это показано на рис.18.2 вместе с их схемными обозначениями. Эти оба основных типа транзисторов имеют один и тот же принцип действия и одинаковые усилительные свойства. Однако они отличаются полярностью цепей питания.

Поскольку каждый p—n переход, в сущности, представляет собой диод, на верхнем рисунке транзистор представ­лен как совокупность двух диодов. И действительно, цепи база-эмиттер н ба­за-коллектор, взятые отдельно, имеют одностороннюю проводимость. Одна­ко, если мы возьмем два диода и сое­диним их так, как показано на нижнем рис. 18.2, то усилительного прибора не получим. Разница в том, что в транзис­торах оба перехода расположены очень близко друг к другу и между ними имеется взаимодействие. Это взаимо­действие называется еще транзистор­ным эффектом, и ему обязаны усили­тельными свойствами биполярные транзисторы.

Для предохранения от внешних влияний транзистор герметически за­крыт в металлическом или пластмассо­вом корпусе.

Рис.18.2

Как усиливает биполярный транзистор

Чтобы понять, как усиливает транзистор, рассмотрим рис. 18.3 а, где показана цепь, содержащая микрофон, батарею и громкоговоритель. Если на микрофон не подается звук, то в цепи будет протекать только постоянный ток, и громкоговоритель молчит (участок A). Если на микрофон подается звук, то ток в цепи будет содержать не только постоянную, но и переменную составляющую (участок Б), и в громкоговорителе услышим слабый звук.

Рис. 18. 3

Используя транзистор, мы можем усилить этот звук, Это показано на рис. 18.3б, где использованы две бата­реи питания. Если проделаем соот­ветствующие измерения, то увидим, что ток и напряжение на выходе тран­зистора значительно больше тока и на­пряжения на входе.

Важнейшей особенностью каждого усилительного элемента является зна­чительное увеличение мощности на выходе (на нагрузке) по сравнению с мощностью, поданной на вход. И по­скольку мощность — это произведение тока на напряжение (см. гл. 4), воз­можны следующие варианты усилите­лей:

1.Схема усиливает по напряжению и по току. В транзисторных усилителях этот случай наиболее желателен.

2. Схема усиливает только по напряжению, а ток на выходе почти один и тот же.

3. Схема усиливает только по току, а напряжение на выходе почти одно и то же.

Рис.18.4.

Биполярный транзистор проявляет усилительные свойства в трех видах схем. которые отличаются способом включения транзисюра: с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (OK).

Качества любого усилителя зависят не только от того, во сколько раз он усиливает, но и от его входного и выходного сопротивления. В некото­рых случаях эти сопротивления даже важнее коэффициента усиления. Поэтому на практике используют все три ос­новные схемы включения транзистора, так каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

В схеме с ОЭ входной сигнал дейст­вует между базой и эмиттером, а нагрузка включена между коллектором и эмиттером (рис. 18.4). Эта схема усиливает и по напряжению и по току и поэтому на практике используется наиболее часто. Ее входное и выходное сопротивления не очень велики.

В схеме с ОБ входной сигнал дейст­вует между эмиттером и базой, а нагрузка включена между коллектором и базой (рис. 18.4). Эта схема усиливает только по напряжению и имеет малое входное сопротивление и большое выходное.

В схеме с ОК (ее называют еще эмиттерный повторитель) входной сигнал поступает на управляющий переход эмиттер-база, проходя через нагрузку, а сама нагрузка включена между эмиттером и коллектором (рис. 18.4). Это схема усиления по току. Ее входное сопротивление велико, а выходное мало.

Следует обратить внимание на одно важное обстоятельство: независимо от схемы включения (с ОЭ, ОБ, ОК) уп­равляющий переход в транзисторе – эмиттерный, а управляемая цепь, сопро­тивление которой изменяется, – эмит­тер-коллектор (на рис. 18.5 эта цепь изображена толстой линией).

Рис. 18.5.

При этом по­лярность источников питания такова, что эмиттерный переход включен всег­да в прямом направлении, а коллектор­ный – в обратном. Поэтому во всех схемах (с ОЭ, ОБ, ОК) напряжения, ко­торые действуют на управляющем участке, малы – например 0,1-0,4 В в германиевых и 0,4 — 0,8 В в кремние­вых транзисторах (рис. 18.6), в то вре­мя как напряжения коллектор-эмит­тер могут быть довольно значи­тельными – порядка 6—24 В.

Рис. 18.6.

Другая важная особенность транзистора – базовый ток намного меньше эмиттерного и коллекторного токов (последние два практически одинаковы).

Таким образом, основное свойство транзистора можно сформу­лировать так: малый базовый ток уп­равляет намного большим коллектор­ным током. Эта особенность показана на рис. 18.7, где видна аналогия между транзистором и водно-механическим устройством. И действительно, тонкая струя воды в трубе Б управляет толстой струей воды посредством труб К и Э. При этом струя Э равна сумме струй Б и К.

Рис. 18.7.

В импульсной технике транзистор чаще всего используется в качестве ключа. В этом случае он или заперт (сопротивление коллектор-эмиттер большое) или открыт (сопротивление коллектор-эмиттер мало). Это запира­ние и открывание достигается путем соответствующего запирания или про­пускания базового тока. Подобный же опыт, который можно легко проде­лать, показан на рис. 18.8. В первом случае базовый и коллекторный ток равны нулю, а во втором случае 1_Б = 2-3 мА, а I_К = 200 мА. Следова­тельно, и здесь посредством небольшо­го базового тока можно управлять до­вольно большим током в цепи коллек­тора.

Как транзистор усиливает ток? Не понятна сама суть коэффициента усиления. Принцип работы биполярного транзистора понятен

А при чем здесь нагрузка, конечно не будет. Ток не будет больше чем, если мы отключим транзистор и прицепим лампу напрямую к батарейке. в данной схем транзистор регулирует ток проходящий через лампу в зависимости от тока базы, который регулируется величиной сопротивления Р1. Почему считается что транзистор усиливает ток? Потому что в более сложных схемах сигнал (маломощный) поступает на базу транзистора и усиливается транзистором с помощью источника питания (батарейки)

В данном случае речь идет о ключевой схеме, а не об усилительной. Транзистор полностью открыт (насыщен) , ток коллектора равен Iк = Uпит/Rн. Однако это будет только при условии, что Iб &gt; Iк/h31э.

необходимо представить переход кэ как резистор с переменным сопротивлением. Транзистор закрыт, ток не течет. Постепенно открываем транзистор, уменьшаем сопротивление перехода, увеличиваем ток в цепи при полном открытом транзисторе ток в цепи будет определятся только сопротивлением лампочки. Само собой если лампочка рассчитана на 9В то ток будет 0,33А, если на 6В — 0,5А, если на 3,5 — 1А (лампочка скорее всего сгорит)

Роль транзистора, как усилителя тока

У биполярных транзисторов ток первичен, напряжение вторично. Они работают прежде всего как усилители тока, и в этом есть как плюсы, так и минусы. Усиление напряжения становится видно, если подключить нагрузку.

Транзистор, как радиоэлемент- усилитель тока. Как усилитель мощности, напряжения, он работает в каскаде, в зависимости от схемы включения.

В зависимости от схемы вкючения они бывают усилитель тока, напряжения и мощности параметр усиления: коэф. усиления по току (h31)

Начинай с начала изучать как работает транзистор, иначе так всю жизнь и будешь плавать….

«Но почему транзисторы называются усилителями напряжения, если в реальности, ток между эмиттером и коллектором (коллекторный ток) усилится максимум на долю тока с базы (а доля эта будет мизерной)? » — это не верно. У транзистора есть коэффициент усиления. В схеме с общим эмиттером ток коллектора будет равен току базы умноженному на коэффициент усиления. Транзистор не называют усилителем напряжения. Транзистор является усилителем тока. А дальше уже зависит от конкретной схемы. Большинство усилителей это усилители мощности (ОЭ). ht tp://electrik.info/main/praktika/751-shemy-vklyucheniya-bipolyarnyh-tranzistorov.html

Транзисторы не являются УСИЛИТЕЛЯМИ, они скорее РЕГУЛЯТОРЫ, большого тока источника, малым управляющим током.

Напутал в кучу вообще всё…ток эмиттера не порсто складывается с током коллектора, он управляет проводимостью коллекторного перехода за счёт внесения неосновных носителей заряда в базу, благодаря толщине базы почти все носители идут мимо базы к коллекторному переходу, где их поведение задаётся уже напряжением на коллекторе, за счёт чего и происходит усиление, т. е. от эмиттера и через базу течёт только мизерный ток потерь в базе, главное-это их дрейф от эмиттера через базу к коллектору, который управляется напряжением между базой и эмиттером. Фактически ток, текущий без тока базы, является током утечки перехода коллектор-база, как через закрытый диод, но когда мы создаём дрейф носителей из эмиттера, база насыщается неосновными носителями, и pn-переход даже в запертом состоянии прекрасно проводит ток под действием коллекторного напряжения, и транзистор исходно ялвляется усилителем ТОКА, а не напряжения, усилитель напряжения-это схема на базе транзистора.