АЛУ на 12 транзисторах (на самом деле нет) / Хабр

Что можно сделать на 12 транзисторах? Если схема аналоговая, это может быть, например, радиоприёмник или усилитель с достойными характеристиками. Для цифровой же схемы это катастрофически мало. Даже в такой простой микросхеме, как АЛУ К155ИП3 (74181), их значительно больше.

На самом деле транзисторов и здесь не 12, а 27, но из них в собственно АЛУ используются только 11 (двенадцатый транзистор, принудительно подающий логический нуль на вход переноса при выборе логических операций, не установлен). Остальные транзисторы задействованы в формирователе сигналов, подаваемых на входы АЛУ. При включении АЛУ в состав транзисторного процессора формирователь может и не понадобиться, если все необходимые сигналы там уже сформированы.

Как уложиться в это количество? Во-первых, сделать АЛУ однобитным, во-вторых, сократить количество операций до двух арифметических и пяти логических (у К155ИП3 и тех и других по 16, но и здесь их на самом деле больше), в третьих. ..

… выполнить АЛУ по необычной технологии DCTL (direct coupled transistor logic), позволяющей заметно сократить количество компонентов.

Симуляция выполнена в Falstad, этот симулятор удобен тем, что показывает направление протекания тока в виде «бегущих огней». Файлы: только полный сумматор и готовый АЛУ.

Для начала построим «АЛУ» с одной функцией — полный сумматор. Разобьём схему на две половины. Первая предназначена для подготовки входных сигналов для сумматора:

Выключателями можно задать два однобитных числа — A и B и сигнал переноса. Из них схема формирует четыре сигнала (четвёртый — тот же самый B, только инвертированный).

Вторая половина схемы — собственно сумматор:

Он представляет собой реализацию классического полного сумматора. На структурной схеме дополнительно показано распределение транзисторов по логическим элементам:

Чтобы всё это превратить в многофункциональное АЛУ, сначала переделаем формирователь входных сигналов таким образом, чтобы она формировала в прямом и инвертированном виде не только величину B, но и величину A:

Но поскольку автор планирует применить своё АЛУ в составе процессора на дискретных компонентах, такой формирователь, может и не потребоваться: там обе величины и так будут в прямом и инвертированном виде. Поэтому транзисторы формирователя и не входят в число транзисторов АЛУ. Да и без процессора можно просто взять переключатели с перекидными контактами. Ну а теперь — собственно АЛУ:

Четырьмя выключателями можно выбирать выполняемую АЛУ функцию. Ниже показаны только 7 основных:

Чтобы АЛУ не было «сферическим в вакууме», а могло получать сигналы извне, выключатели нужно заменить транзисторами. Поскольку транзистора, принудительно подающего логический нуль на вход переноса при выборе логических функций, пока нет, подавать нуль на этот вход в таких случаях нужно вручную.

Хотя на рисунке показаны всего 7 функций, можно попробовать все 16 сочетаний положений выключателей. Будут получаться, в частности, функции И-НЕ, ИЛИ-НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, пропускание сигнала B насквозь, инвертирование того же сигнала.

Симуляция может преподносить сюрпризы. Знаете ли вы, что биполярный транзистор может работать при пропускании через него тока в обратном направлении? Так получается при некоторых сочетаниях входных сигналов. В аналоговом усилителе при этом уменьшается коэффициент усиления, но логические схемы продолжают работать так же, как в нормальном режиме.

Напряжение питания составляет +5 В. В симуляторе выбраны транзисторы общего применения структуры NPN.

Сумматор получается со сквозным переносом. Сигналу переноса приходится проходить через транзистора T8 и T9. Если это слишком медленно, нужно сначала проверить, как влияет на работу схемы цепь, подключённая к эмиттеру транзистора T8. Перенос можно также сделать быстрее, если выполнять его для двух бит одновременно.

Если нужен только полный сумматор, подойдёт и обычная диодно-транзисторная логика (DTL). Транзисторов понадобится всего два, а вот диодов… Можно заменить эти транзисторы лампами, получится то, что автор называет DVTL — diode-vacuum-tube-logic.

Верхняя часть схемы вырабатывает инвертированный сигнал переноса. Вторая вычисляет инвертированную сумму: СУММА = ( ( A или B или C вх ) и /C вых ). Данное выражение может быть представлено также как ( A и B и C вх ).

Структурная схема получается следующей:

Добавив ещё немного компонентов, можно принудительно подавать на вход переноса нуль или единицу. Тогда схема сможет выполнять операцию И (на входе переноса единица, на инвертированном выходе переноса — нуль), а также ИЛИ (на входе переноса нуль, на инвертированном выходе переноса — единица).

Чтобы подать сигнал «инвертированный C вых» на вход «C вх» схемы для следующего бита, нужен транзисторный инвертор. Либо можно принять правило, согласно которому между битами чередуется прямая и инверсная логика.

Всё это можно превратить в действующее АЛУ, рассчитав номиналы резисторов и добавив дополнительные компоненты для оптимизации «отзывчивости» схемы. Устройства, подключённые к входам, должны содержать ключи, замыкающие их на землю (для входов диодных «И»), либо соединяющие их с плюсом питания (для входов диодных «ИЛИ»).

Это очень простая схема, в ней не реализован быстрый перенос.

Ток в транзисторе Калькулятор | Вычислить Ток в транзисторе

✖Базовый ток — это решающий ток биполярного переходного транзистора. Без тока базы транзистор не может включиться.ⓘ Базовый ток [IB]		AbampereАмперАттоамперБайотсантиамперСГС ЭМБлок ЭС СГСДециамперДекаампереEMU текущегоESU текущегоExaampereФемтоамперГигаамперГилбертгектоамперкилоамперМегаампермикроамперМиллиампернаноамперПетаамперПикоамперStatampereтераамперЙоктоампереЙоттаампереZeptoampereZettaampere	+10% -10%
✖Коллекторный ток — это усиленный выходной ток биполярного переходного транзистора.ⓘ Коллекторный ток [Ic]		AbampereАмперАттоамперБайотсантиамперСГС ЭМБлок ЭС СГСДециамперДекаампереEMU текущегоESU текущегоExaampereФемтоамперГигаамперГилбертгектоамперкилоамперМегаампермикроамперМиллиампернаноамперПетаамперПикоамперStatampereтераамперЙоктоампереЙоттаампереZeptoampereZettaampere	+10% -10%

✖Ток эмиттера — это усиленный выходной ток биполярного переходного транзистора. ⓘ Ток в транзисторе [Ie]

AbampereАмперАттоамперБайотсантиамперСГС ЭМБлок ЭС СГСДециамперДекаампереEMU текущегоESU текущегоExaampereФемтоамперГигаамперГилбертгектоамперкилоамперМегаампермикроамперМиллиампернаноамперПетаамперПикоамперStatampereтераамперЙоктоампереЙоттаампереZeptoampereZettaampere

⎘ копия

👎

Формула

сбросить

👍

Ток в транзисторе Решение

ШАГ 0: Сводка предварительного расчета

ШАГ 1. Преобразование входов в базовый блок

Базовый ток: 50 Ампер —> 50 Ампер Конверсия не требуется
Коллекторный ток: 100 Ампер —> 100 Ампер Конверсия не требуется

ШАГ 2: Оцените формулу

ШАГ 3: Преобразуйте результат в единицу вывода

150 Ампер —> Конверсия не требуется

< 10+ Вакуумные трубки и полупроводники Калькуляторы

Ток в транзисторе формула

Ток эмиттера = Базовый ток+Коллекторный ток

I_e = I_B+I_c

Что такое транзистор?

Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии. Он состоит из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами для подключения к внешней цепи.

Share

Copied!

Калькулятор смещения транзистора

Автор Davide Borchia

Отзыв от Wojciech Sas, PhD и Steven Wooding

Последнее обновление: 21 декабря 2022 г.

Содержание:

• Что такое транзисторы?
• Рабочий день транзистора
• Что такое точка добротности транзистора?
• Как работать с транзистором NPN: смещение транзистора
• Методы смещения транзистора: смещение смещения с фиксированной базой
• Методы смещения транзистора: смещение с обратной связью
• Методы смещения транзистора: смещение делителя напряжения
• Как использовать наш калькулятор смещения транзистора BJT
• Смещение вашего транзистора в цифрах: рабочий пример
• Последнее слово
• Часто задаваемые вопросы фундаментальная часть каждого электронного устройства : наш калькулятор смещения транзисторов поможет вам узнать и понять, как они работают и как незначительные модификации схемы приводят к заметным различиям в работе этих небольших вездесущих компонентов.

  Продолжайте читать, чтобы полностью погрузиться в мир наших маленьких трехногих друзей. Здесь вы узнаете:

  • Что такое транзисторы и как они изготавливаются?
  • Что такое биполярные транзисторы (BJT)?
  • Два типа транзисторов BJT.
  • Как работает транзистор?
  • Что такое смещение транзистора?
  • Наиболее важные техники смещения.

  Что такое транзисторы?

  Транзистор — это

  активный электронный компонент на основе полупроводников . Транзисторы в основном используются в качестве переключателей или усилителей (вы можете найти одно из их применений на нашем калькуляторе коэффициента усиления операционных усилителей). Как так?

  Приготовьтесь, потому что в одном предложении мы раскроем секрет транзисторов : в таком устройстве ток, протекающий между двумя выводами , может управляться меньшим (гораздо меньшим) током , протекающим в устройстве с третьего терминала.

  Позвольте этому усвоиться, а затем продолжайте читать, чтобы по-настоящему понять, что происходит с клеммами и токами.

  🙋 Наш калькулятор смещения транзисторов работает только с биполярными транзисторами ( BJT ). Позже вы поймете, почему мы их так называем: только помните, что мы будем использовать « транзистор » и « биполярный транзистор » взаимозаменяемо .

  Во-первых, давайте определим компоненты транзистора. Биполярный переходной транзистор соединяется с внешним миром через три клеммы :

  • Коллектор ;
  • Излучатель ; и
  • База .

  Каждая клемма ведет к объемному полупроводнику (обычно чистый кремний), который подвергся легированию .

  Справа вы можете увидеть, как выглядит транзистор при сборке схемы. Слева вы можете найти схему, соответствующую транзистору BJT n-типа.

  Если вы спортсмен, допинг — это ужасная вещь. Однако, если вы работаете в полупроводниковой промышленности, допинг — это хорошо. Если вы оба, это зависит.

  Легированный полупроводник представляет собой полупроводник, в котором введение дефектов привело к появлению особого вида

  основных носителей заряда . Существует два типа легированных полупроводников:
  • полупроводники p-типа , где основных носителей представляют собой положительно заряженных дырок ; и
  • полупроводники n-типа , где основных носителя представляют собой отрицательно заряженных электрона .

  Полупроводники : возможность настройки носителей заряда создает важные эффекты, лежащие в основе функционирования транзистора.

  Если соединить полупроводник объемного

  p-типа и n-типа , вы создадите так называемый p-n переход , один из столпов современной электроники. В p-n переходе электрический ток может протекать только в определенном направлении (вы можете увидеть это поведение на диоды ). Транзистор это не что иное, как два парных p-n перехода .

  🔎 Диоды являются фундаментальным компонентом электроники: их можно найти (почти) везде. Вы можете узнать больше здесь, в Omni Calculator, от основ с помощью нашего калькулятора диодов Шокли до более сложных тем с нашим калькулятором светодиодных резисторов или нашим калькулятором мостового выпрямителя!

  Мы знаем, что здесь вы удивлены, и вы правы: вы можете соединять перекрестки по-разному. Есть два типа транзисторов с биполярным переходом :

  • NPN транзисторы, где основными носителями заряда являются электроны; и
  • Транзисторы PNP , в которых положительные дырки являются основными носителями.

  🙋 В калькуляторе смещения транзисторов мы будем рассматривать только NPN-транзистор : поскольку электроны являются лучшим типом носителей заряда, они работают лучше, чем их PNP-аналоги. К счастью, работа PNP-транзистора идентична работе NPN-транзистора: вам нужно только поменять местами знаки и полярность.

  Два одинаковых символа соответствуют двум типам транзисторов. В обоих случаях стрелка указывает направление основного носителя заряда. Принципиально важно понять разницу, поскольку транзистор PNP вместо транзистора NPN не будет работать — в лучшем случае! В худшем случае у вас будет на один транзистор меньше, чем раньше. 😉

  Символы, связанные с двумя типами биполярных транзисторов.

  Каждый вывод двух переходов соответствует элементу транзистора. В типе NPN имеем:

  • Эмиттер соответствует полупроводнику n-типа. Поскольку он испускает носители заряда, он должен быть сильно легирован .
  • База соответствует полупроводнику p-типа в центре. Он немного менее легирован, чем эмиттер.
  • Слегка легированный коллектор соответствует второму выводу n-типа.

  Итак, как работает транзистор?

  Рабочий день транзистора

  Транзистор, как сказано, работает, контролируя больший ток (или напряжение) , используя меньший ток (или напряжение).

  Чтобы понять работу транзистора NPN, следуйте приведенной ниже схеме. Подаем напряжение на переход база-эмиттер . В этом случае полярность соответствует предпочтительному направлению перехода ( прямое смещение ), и мы наблюдаем ток, протекающий от базы к эмиттеру .

  Три тока в транзисторе NPN.

  На этом этапе изготовление транзистора становится актуальным: вывод базы должен быть достаточно тонким , чтобы позволить носителям заряда добраться до другого p-n перехода . Если p-легированный слой, богатый дырками, слишком толстый, электроны, исходящие из эмиттера, рекомбинируют с дырками.

  Переход коллектор-база находится в режиме обратного смещения , что делает ток, протекающий между этими двумя клеммами, незначительным.

  И вот тут наступает финальная магия транзистора: так как коллектор легирован слабее эмиттера, то электроны могут легко пересекать переход (если им удобно электрическое поле в зоне обеднения ), создавая таким образом, эффективно, сильный ток эмиттер-коллектор .

  Ток эмиттер-коллектор намного больше, чем ток эмиттер-база : их соотношение определяет один из важнейших параметров транзистора: усиление :

  β=IECIEB\beta = \frac{I_{\text{EC}}}{I_{\text{EB}}}β=IEB​IEC​​

  🙋 Каждый транзистор имеет свое значение β\betaβ, в зависимости от процесса изготовления. Для правильной работы вашего устройства вам необходимо знать эту информацию! Как это обнаружить? Вы можете измерить его .

  Что такое Q-точка транзистора?

  Транзистор может работать во многих «режимах». Эти режимы лежат на линии нагрузки , линии, нарисованной на ток коллектора — напряжение коллектор-эмиттер , между двумя «экстремальными» режимами:

  • Насыщение , где падение напряжения на эмиттере и коллекторе равно нулю, а транзистор эффективно действует как короткозамыкатель; и
  • Отсечка , где транзистор ведет себя как разомкнутая цепь (Ic=0I_{\text{c}} = 0Ic​=0).

  Вдоль линии нагрузки, в положении, зависящем от функции транзистора, находится Q-точка (от покой ), набор значений, при которых устройство стабильно, если не подается сигнал (как переменный ток).

  Правильный выбор точки Q позволяет устройству не входить в режимы насыщения и отсечки во время работы — если только это не является целью!

  Как работать с транзистором NPN: смещение транзистора

  Теперь, когда вы знаете, как работает транзистор, давайте узнаем, как использовать его в некоторых схемах: здесь расчеты становятся практичными и интересными.

  Смещение В электронике это определение начальных условий, в которых работает активный компонент. Вы можете смещать транзистор многими возможными способами. Здесь мы изучим самые распространенные из них.

  Для начала нарисуем схему с транзистором и обозначим здесь также основные элементы.

  Здесь вы можете определить основные элементы транзистора и связанной с ним схемы.

  На стороне коллектора мы идентифицируем источник напряжения, который мы называем VccV _{\text{cc}}Vcc​. Его аналогом (хотя он не всегда появляется в схемах) на стороне эмиттера является VeeV _{\text{ee}}Vee​.

  Падение напряжения между клеммой транзистора и землей обозначается одиночными буквами : тогда мы имеем VeV _{\text{e}}Ve​, VcV_{\text{c}}Vc​ и VbV_{ \text{b}}Вб​. Будьте осторожны: VbV_{\text{b}}Vb может время от времени определять как падение напряжения на базе, так и смещение на выводе.

  В этом случае VcV _{\text{c}}Vc​ возникает из-за наличия резистора RcR_{\text{c}}Rc​ между источником напряжения VccV_{\text{cc}}Vcc​ и транзистор. На этой диаграмме VeV_{\text{e}}Ve​ и VeeV_{\text{ee}}Vee​ равны 0 V0\ \text{V}0 V.

  Говоря о токах, наиболее важными из них являются IbI_{\text{b}}Ib​, ток, протекающий через базу, и IcI_{\text{c}}Ic​, ток коллектора . IeI_{\text{e}}Ie​, ток, протекающий через эмиттер, обычно почти равен IcI_{\text{c}}Ic​.

  Что-то еще? Да. Можно идентифицировать падение напряжения на двух выводах каждого соединения. Их значения являются основными для работы транзистора. Затем у вас есть VbeV _{\text{be}}Vbe​, VbcV _{\text{bc}}Vbc​ и VceV _{\text{ce}}Vce​.

  В кремниевом транзисторе значение падения напряжения между эмиттером и базисом (переход с прямым смещением) почти фиксировано и зависит от физики устройства. В наших расчетах оно будет иметь значение по умолчанию 0,7 В0,7\ \text{В}0,7 В.

  Методы смещения транзистора: смещение смещения с фиксированной базой

  Первая конфигурация, которую мы исследуем, самая простая, с фиксированным базовым смещением . Как следует из названия, смещение (падение напряжения) на базе, IbI_{\text{b}}Ib​, остается постоянным во время работы транзистора. Соответствующая схема показывает, как получить эту настройку:

  Как настроить схему смещения с фиксированной базой.

  В приведенной выше схеме IbI_{\text{b}}Ib​ зависит от значения VccV_{\text{cc}}Vcc​, но вы также можете питать его от независимого источника постоянного напряжения (VbbV_{\text{bb }}Вбб​). Тщательно выберите значение RbR_{\text{b}}Rb​, базового сопротивления, чтобы установить адекватное смещение.

  Давайте начнем изучать, как работает транзистор со смещенной базой. Применим закон напряжения Киркгофа к контуру база-коллектор, и мы найдем:

  Vcc=Ib⋅Rb+VbeIb=Vcc−VbeRb\begin{align*} V _ {\ text {cc}} & = I _ {\ text {b}} \ cdot R _ {\ text {b}} + V _ {\ text {be}} \\ \\ I _ {\ text {b}} & = \ frac {V _ {\ text {cc}} -V _ {\ text {be}}} {R _ {\ text {b}}} \end{align*}Vcc​Ib​=Ib​⋅Rb​+Vbe​=Rb​Vcc​−Vbe​​

  Мы можем рассчитать ток коллектора IcI_{\text{c}}Ic​, используя значение выигрыша β\betaβ:

  Ic=β⋅IbI_{\text{c}}= \beta\cdot I_{\text{b}}Ic​=β⋅Ib​

  Мы можем определить множество других величин в этой конфигурации:

  Ve=0Vce=Vcc-Ic⋅Rc=VcVbe=VbIe=Ic+Ib≃Ic\begin{align*} V _ {\ текст {е}} & = 0 \\ \\ V _ {\ text {ce}} &= V _ {\ text {cc}} -I_c \ cdot R _ {\ text {c}} = V _ {\ text {c}} \\ \\ V_{\text{be}} &= V_{\text{b}}\\ \\ I _ {\ text {e}} &= I _ {\ text {c}} + I _ {\ text {b}} \ simeq I _ {\ text {c}} \end{align*}Ve​Vce​Vbe​Ie​=0=Vcc​−Ic​⋅Rc​=Vc​=Vb​=Ic​+Ib​≃Ic​​

  Помните, что значение VbeV_ {\text{be}}Vbe​ зависит от типа транзистора: для кремния оно составляет 0,7 В0,7\ \text{V}0,7 В.

  Метод смещения с фиксированной базой имеет много недостатков, в основном высокую зависимость от значения β\betaβ из-за смещения, вызванного током базы. Термические эффекты также негативно сказываются на работе транзистора в такой конфигурации. Тем не менее, это остается самым простым для понимания методом смещения. Давайте перейдем к чему-то более продвинутому!

  Методы смещения транзистора: смещение обратной связи

  Работу транзистора можно стабилизировать с помощью обратной связи с других терминалов устройства. Мы можем выделить два основных типа смещения обратной связи:

  • Смещение обратной связи коллектора ; и
  • Смещение обратной связи эмиттера .

  Смещение обратной связи коллектора

  При фиксированном смещении базы транзистор может оказаться за пределами своей активной области , поскольку нет контроля над Q-точкой : ничто не противодействует колебаниям токов базы или коллектора. Однако предположим, что вы соединить базовую клемму с коллектором . В этом случае вы обеспечиваете напряжение смещения базы как функцию напряжения коллектора VcV_{\text{c}}Vc​, что обеспечивает дополнительную стабильность смещения. Посмотрим как!

  Небольшая модификация схемы добавляет важную функцию, которая помогает более стабильно работать транзистору.

  В этой конфигурации падение напряжения на коллекторе , следующее, например, за увеличением IcI_{\text{c}}Ic​, вызывает соответствующее уменьшение 0033 базовое напряжение и уменьшение IbI_{\text{b}}Ib​, что, в свою очередь, снижает ток коллектора благодаря соотношению Ic=βIbI_{\text{c}} = \beta I_{\text{ b}}Ic​=βIb​: транзистор имеет фиксированную добротность .

  Взгляните на уравнения, определяющие поведение транзистора со смещением коллектора с обратной связью. Они немного отличаются от тех, что мы видели ранее!

  Vc=Vcc-Rc⋅(Ic+Ib)Ib=Vc-VbRbIc=βIb\begin{align*} V _ {\ text {c}} &= V _ {\ text {cc}} — R _ {\ text {c}} \ cdot (I _ {\ text {c}} + I _ {\ text {b}}) \\ \\ I _ {\ text {b}} &= \ frac {V _ {\ text {c}} — V _ {\ text {b}}} {R _ {\ text {b}}} \\ \\ I _ {\ text {c}} &= \ beta I _ {\ text {b}} \\ \end{align*}Vc​Ib​Ic​=Vcc​−Rc​⋅(Ic​+Ib​)=Rb​Vc​-Vb​​=βIb​​

  Посмотрите на второе выражение, содержащее IbI _{\text{b}}Ib​. В этом заключается зависимость IbI_{\text{b}}Ib​ от напряжения коллектора, что позволяет реализовать механизм обратной связи.

  Здесь мы также можем определить остальные уравнения:

  Ve=0Vbe=VbIe=Ic+Ib≃Ic\begin{align*} V _ {\ текст {е}} & = 0 \\ \\ V_{\text{be}} &= V_{\text{b}}\\ \\ I _ {\ text {e}} & = I _ {\ text {c}} + I _ {\ text {b}} \ simeq I _ {\ text {c}} \end{align*}Ve​Vbe​Ie​=0=Vb​=Ic​+Ib​≃Ic​​

  Помните, как обычно, что Vbe=0,7 VV_{\text{be}}=0,7\ \text{V}Vbe=0,7 В.

  Смещение обратной связи эмиттера

  Вторая рассматриваемая нами конфигурация смещения обратной связи добавляет еще один резистор , на этот раз сразу после эмиттера: ReR _{\text{e}}Re​. Остальная часть схемы поступает прямо от смещающей базы с фиксированной базой. Вот схема:

  Смещение эмиттерной обратной связи представляет собой другой способ управления колебаниями в работе транзистора.

  Присутствие ReR _{\text{e}}Re вызывает падение напряжения на клемме эмиттера. Применяя закон напряжения Киркгофа, мы подсчитываем все напряжения в петле база-эмиттер:

  Vcc-Ib⋅Rb-Vbe-Ie⋅Re=0V _{\text{cc}}-I_{\text{b}}\cdot R_{\text{b}} — V_{\text{be}} — I_{\text{e}}\cdot R_{\text{e}}=0Vcc​−Ib​⋅Rb​−Vbe​−Ie​⋅Re​=0

  Как видите, текущий IbI_bIb​ теперь зависит от текущего IeI_eIe​. Изменение последнего вызывает изменение первого в направлении, противодействующем изменению , таким образом создавая обратную связь против изменения β\betaβ.

  Проверим остальные формулы:

  Ie=Vcc−VbeRb+Reβ+ReIc=βIbIe=Ic+Ib≃Ic\begin{align*} I _ {\ text {e}} &= \ frac {V _ {\ text {cc}} -V _ {\ text {be}}} {\ frac {R _ {\ text {b}} + R _ {\ text {e }}}{\бета}+R_{\текст{е}}}\\ \\ I _ {\ text {c}} &= \ beta I _ {\ text {b}} \\ \\ I _ {\ text {e}} &= I _ {\ text {c}} + I _ {\ text {b}} \ simeq I _ {\ text {c}} \end{align*}Ie​Ic​Ie​=βRb​+Re​​+Re​Vcc​−Vbe​=βIb​=Ic​+Ib​≃Ic​​

  С другой стороны, изменение тока коллектора IcI_{\text{c}}Ic​ не имеет обратной связи и может вызвать неконтролируемые колебания выходного сигнала из-за изменения значения β\betaβ.

  К счастью, еще один метод смещения решает большинство проблем предыдущих: смещение делителя напряжения.

  Методы смещения транзистора: смещение делителя напряжения

  Теперь мы представим наиболее распространенный метод смещения транзистора, смещение делителя напряжения . Его название происходит от того факта, что два базовых резистора создают делитель напряжения с выходом на базу транзистора.

  🔎 Мы сделали целый инструмент, посвященный делителям напряжения: если вы хотите узнать о них больше, посетите наш калькулятор делителей напряжения.

  Здесь вы можете увидеть соответствующую схему:

  Смещение делителя напряжения требует наибольшего количества элементов и уравнений среди методов смещения транзистора.

  В конфигурации делителя напряжения мы снова используем смещение с фиксированной базой . Добавление другого резистора, подключенного к базовой клемме, увеличивает контроль над смещением, эффективно действуя как делитель напряжения.

  Наличие эмиттерного сопротивления ReR_{\text{e}}Re​ добавляет обратную связь от изменений β\betaβ, Q-фиксация транзистора.

  Давайте рассмотрим наиболее важные уравнения, моделирующие этот метод смещения.

  Vb=Vcc⋅Rb2Rb1+Rb2Ie=Vb−VbeReVc=Vcc−Ic⋅RcIb=Vcc⋅Rb2Rb1+Rb2−VbeRb2⋅Rb1Rb1+Rb2+(β+1)⋅ReIb2=VbRb2Ib1=Ib2+IbIc=βe⋅Ib +Ib≃Ic\begin{выравнивание*} V _ {\ text {b}} & = \ frac {V _ {\ text {cc}} \ cdot R _ {\ text {b2}}} {R _ {\ text {b1}} + R _ {\ text {b2}} }\\ \\ I _ {\ text {e}} &= \ frac {V _ {\ text {b}} -V _ {\ text {be}}} {R _ {\ text {e}}} \\ \\ V _ {\ text {c}} & = V _ {\ text {cc}} -I _ {\ text {c}} \ cdot R _ {\ text {c}} \\ \\ I _ {\ text {b}} & = \ frac {\ frac {V _ {\ text {cc}} \ cdot R _ {\ text {b2}}} {R _ {\ text {b1}} + R _ {\ text { b2}}} — V _ {\ text {be}}} {\ frac {R _ {\ text {b2}} \ cdot R _ {\ text {b1}}} {R _ {\ text {b1}} + R _ {\ text{b2}}} + (\beta+1)\cdot R _{\text{e}}}\\ \\ I _ {\ text {b2}} & = \ frac {V _ {\ text {b}}} {R _ {\ text {b2}}} \\ \\ I _ {\ text {b1}} &= I _ {\ text {b2}} + I _ {\ text {b}} \\ \\ I _ {\ text {c}} &= \ beta \ cdot I _ {\ text {b}} \\ \\ I _ {\ text {e}} &= I _ {\ text {c}} + I _ {\ text {b}} \ simeq I _ {\ text {c}} \end{align*}Vb​Ie​Vc​Ib​Ib2​Ib1​Ic​Ie​=Rb1​+Rb2​Vcc​⋅Rb2​​=Re​Vb​-Vbe​​=Vcc​-Ic​ ⋅Rc​=Rb1​+Rb2​Rb2​⋅Rb1​+(β+1)⋅Re​Rb1​+Rb2​Vcc​⋅Rb2​-Vbe​=Rb2​Vb​​=Ib2​+Ib ​=β⋅Ib​=Ic​+Ib​≃Ic​​

  Смещение делителя напряжения в основном используется в схемотехнике и часто является основным в схемах усиления.

  Как использовать наш калькулятор смещения транзистора BJT

  Наш калькулятор смещения транзистора предлагает вам возможность рассчитать все величины в транзисторе с помощью четырех различных методов смещения:

  • Фиксированное смещение базы ;
  • Смещение обратной связи разъема ;
  • Смещение обратной связи эмиттера ; и
  • Смещение делителя напряжения .

  Выбираем нужную вам методику (делитель напряжения ставим по умолчанию), и вставляем известные параметры вашей схемы смещения транзистора; наш калькулятор предоставит вам оставшиеся значения (но только если вы дадите нам достаточно материала для работы!).

  Смещение вашего транзистора в цифрах: рабочий пример

  Давайте попробуем наш калькулятор смещения транзистора на примере. Убедитесь, что вы находитесь в делителя напряжения и вставьте следующие значения:

  • Vcc=5 VV _{\text{cc}}=5\ \text{V}Vcc​=5 В
  • Vee=0 VV_{\text{ee}} = 0\ \text{V}Vee​=0 V

  Например, это конфигурация, которую вы обычно найдете на платах Arduino.

  Далее устанавливаем резисторы:

  • Rc=100 ΩR_{\text{c}}=100\ \text{Ω}Rc​=100 Ω
  • Re=250 Ом R_{\text{e}}=250\ \text{Ом}Re=250 Ом
  • Rb1=200 Ом R_{\text{b1}}=200\ \text{Ом}Rb1​=200 Ом
  • Rb2=50 Ом R_{\text{b2}}=50\ \text{Ом}Rb2​=50 Ом

  Некоторые значения начнут появляться, но только те, которых нет, в зависимости от наличия транзистора. Окончательное и фундаментальное значение , которое нам нужно вставить, — это усиление , β\betaβ. Положим:

  • β=65\beta = 65β=65

  Теперь калькулятор будет заполнен целиком; в частности, вы увидите, как токи, наконец, принимают свои значения. Здесь мы видим работающий транзистор.

  Благодаря уравнению для IbI_{\text{b}}Ib​ для смещения делителя напряжения:

  Ib=Vcc⋅Rb2Rb1+Rb2−VbeRb2⋅Rb1Rb1+Rb2+(β+1)⋅ReI _{\text{b}} = \frac{\frac{V_{\text{cc}}\cdot R_{\text {b2}}}{R_{\text{b1}}+R_{\text{b2}}} — V_{\text{be}}}{\frac{R_{\text{b2}}\cdot R_{ \text{b1}}}{R_{\text{b1}}+R_{\text{b2}}} + (\beta+1)\cdot R_{\text{e}}}Ib​=Rb1​+ Rb2​Rb2​⋅Rb1​+(β+1)⋅Re​Rb1​+Rb2​Vcc​⋅Rb2​​−Vbe​

  Находим, что:

  Ib=0,018 mAI _{\text{b} }=0,018\ \text{мА}Ib​=0,018 мА

  С помощью коэффициента усиления находим значение тока коллектора:

  Ic=β⋅Ib=65⋅0,018 мА=1,179 мА\begin{align*} I _ {\ text {c}} & = \ beta \ cdot I _ {\ text {b}} = 65 \ cdot 0,018 \ \ text {мА} \\ &=1,179\ \text{мА} \end{align*}Ic​=β⋅Ib​=65⋅0,018 мА=1,179 мА​

  Видите это? Так работает транзистор. Теперь попробуйте смоделировать, что произойдет в случае изменения значения коэффициента усиления, и откройте для себя преимущества обратной связи по току смещения в делителе напряжения смещения.

  Последнее слово

  Теперь вы знаете, как сместить транзистор и собрать любую схему смещения транзистора. Это не простое дело, и мы гордимся, что вы дошли до конца!

  Вы можете использовать этот инструмент как в домашних работах (или учебе), так и в своих экспериментах, но помните: прежде чем соединять какие-либо элементы, сначала обязательно узнайте, как они работают!

  Часто задаваемые вопросы

  Каков наиболее распространенный способ смещения транзистора?

  Наиболее распространенный метод смещения для транзистора — это смещение делителя напряжения . В этом методе транзистор вставляется в схему деления напряжения, где результат деления соответствует напряжению на клемме базы. Наличие резистора на клемме эмиттера добавляет обратную связь по отношению к изменениям коэффициента усиления ß.

  Как сместить транзистор с помощью метода смещения с фиксированной базой?

  Основной концепцией метода смещения с фиксированной базой является наличие постоянного напряжения на выводе базы транзистора . Ток I _б , протекающий через базу и управляющий током эмиттера I _е , не изменяется. Вариации усиления не проверяются. Обычно предпочтение отдается другим методам смещения.

  Каково значение коэффициента усиления транзистора?

  Значение коэффициента усиления ß транзистора варьируется в зависимости от особенностей изготовления самого устройства. Точное значение не определено, но находится в диапазоне, где ß обычно между 20 и 200 . Типичное (и идеальное) значение — 100 .

  Величина коэффициента усиления также зависит от окружающей среды, особенно от тепловых изменений во время работы транзистора. Методы смещения, противодействующие варианту ß, обычно предпочтительнее тех, которые не контролируют его.

  Как рассчитать ток эмиттера транзистора?

  Чтобы рассчитать ток эмиттера в транзисторе:

  1. Умножьте коэффициент усиления транзистора ß на ток базы, чтобы получить ток сбора.
  2. Добавьте ток коллектора к току базы.
  3. Результатом является ток эмиттера.

  Определение значений токов коллектора и базы зависит от метода смещения.

  Узнайте больше по этой теме с помощью калькулятора смещения транзисторов на Omni Calculator!

  Davide Borchia

  Режим смещения

  Смещение

  Параметры и результаты

  Усиление (β)

  Проверьте 48 Complonics и Circuts Calculators 💡

  Breaker Size Breaker Sirew Breaker -rectifiercitor.

  Главная > Настольные электронные калькуляторы

  Рекомендуемые электронные настольные калькуляторы:

  Первыми электронными настольными калькуляторами были ANITA Mk VII и Mk 8 , в которых используется технология электронных ламп, и они были представлены одновременно в конце 1961 года.

  Настольные калькуляторы, использующие германиевые транзисторы, появились в конце 1963 — начале 1964 года вместе с Friden EC-130 , IME 84RC , Sharp Compet CS-10A и Matheron.

  В середине 1960-х годов появились первые калькуляторы, использующие интегральные схемы, изначально использовавшие множество небольших интегральных схем. Электронные калькуляторы были в авангарде интегральных схем. развития, и постепенно все больше схем было втиснуто в меньшее количество интегральных схем, что также уменьшило размер калькулятора. Кульминацией этого стало первое использование «калькулятора на микросхеме» в Busicom Junior / NCR 18-16 в 1969 году.

  Здесь представлены важные настольные калькуляторы и подборка типичных моделей.

  Фотографии и краткие сведения о некоторых других настольных электронных калькуляторах см. в фотобиблиотеке настольных калькуляторов на этом сайте.

  См. также раздел «Предшественники и прототипы» внизу этой страницы, в котором представлены некоторые особенно интересные ранние электронные калькуляторы, которые так и не были запущены в производство.

  Информацию об электронике внутри калькуляторов см. в разделе Технология калькуляторов.
   

  Нажмите на изображение ниже, чтобы получить более подробную информацию и больше, увеличенные изображения.

  Первые электронные настольные калькуляторы
  … на основе технологии электронных ламп.

  ANITA Mk VII
  1961
  Anita Mk VII и Mk 8 были первыми электронными настольными калькуляторами.
  Четыре функции, полнофункциональная клавиатура.
  Использует лампы с холодным катодом и вакуумные лампы (термоэмиссионные клапаны).

  ANITA Mk 8
  1961
  Anita Mk VII и Mk 8 были первыми электронными настольными калькуляторами.
  Четыре функции, полнофункциональная клавиатура.
  Использует лампы с холодным катодом и вакуумные лампы (термоэмиссионные клапаны).

  Одни из первых полностью транзисторных электронных настольных калькуляторов

  Friden EC-130 и EC-132
  1964 первые полностью транзисторные настольные калькуляторы.
  Четыре функции, квадратный корень.
  Использует германиевые транзисторы, память с линией задержки, дисплей с электронно-лучевой трубкой.

  IME 84
  1964
  Один из первых полностью транзисторных настольных калькуляторов.
  Четыре функции, возведение в степень.
  Использует германиевые транзисторы и память на магнитных сердечниках.

  Sharp Compet CS10A
  1964
  Один из первых полностью транзисторных настольных компьютеров калькуляторы.
  Четыре функции, полнофункциональная клавиатура.
  Использует дискретные транзисторы.

  Первые два настольных программируемых калькулятора

  Mathatron
  1964
  W как один из первых полностью транзисторные настольные калькуляторы. Был программируемым
  Четыре функции, квадратный корень.
  Использует дискретные транзисторы.

  Olivetti programma 101
  1965
  Был первым настольным калькулятором с хранимой в памяти программой.
  Четыре функции, квадратный корень, инструкция ветвления.
  Использует дискретные транзисторы.

  Первый настольный калькулятор на интегральных схемах

  Victor 3900
  1965
  Первый настольный калькулятор на интегральных схемах.
  катод дисплей лучевой трубки.
  Использует интегральные схемы. Из-за проблем с производством интегральных схем было продано очень мало.

  Подборка других полностью транзисторных электронных настольных калькуляторов

  Casio AL-1000
  1967
  Четыре функции, память, квадрат корень, программируемый.
  Использует германиевые транзисторы и память на магнитных сердечниках.

  IME 26
  1967
  Четыре функции.
  Использует германиевые транзисторы память на магнитных сердечниках.

  Monroe Epic 3000
  1967
  Четыре функции, программируемый, с распечаткой.
  Использует германиевые транзисторы и память с линией задержки.

  Canon Canola 130S
  1968
  Четыре функции.
  Использование Германиевые транзисторы и дисплей «световая трубка».

  Hewlett-Packard HP-9100A
  1968
  Научный программируемый.
  Использует дискретные транзисторы и память на магнитных сердечниках.

  Sony SOBAX 400 Вт
  1969
  Четыре функции, объем памяти.
  Использует гибридные интегральные схемы и память на линии задержки.

  Рекомендуемые электронные настольные калькуляторы на кремниевых интегральных схемах
  . .. в примерном хронологическом порядке

  Sharp Compet 22
  1968
  Четыре функции, память. Можно сделать программируемым, подключив блок «запоминания».
  Использует интегральные схемы малой интеграции (SSI).

  Анита 1011
  1969
  Четыре функции, %, память.
  Использование Интегральные схемы и транзисторы среднего масштаба (MSI).

  Sharp QT-8D «micro Compet»
  1969
  Четыре функции.
  Первый калькулятор, использующий интегральные схемы большой интеграции (БИС).
  Первый калькулятор с VFD (вакуумным флуоресцентным дисплеем).
  намного меньше любого другого электронного калькулятор на данный момент.
  Использует четырехчиповый чипсет производства Rockwell.

  Toshiba BC1623G
  1969
  Программируемый, 2 памяти, квадратный корень.
  Использует интегральные схемы средней степени интеграции (MSI).

  Canon Canola 1200
  ~1970
  Четыре функции.
  Использование Интегральные схемы среднего масштаба (MSI).

  Фасит 1123
  ~1970
  Четыре функции.
  использует мелкомасштабные Интегральные (SSI) интегральные схемы.

  Ricoh RICOMAC 1200
  ~1970
  Четыре функции.
  Использует шестичиповый набор микросхем производства American Micro-systems Inc. (AMI) и интегральные схемы Medium-Scale Integration (MSI).

  Singer Friden EC1114
  ~1970
  Четыре функции, объем памяти.
  Использует интегральные схемы средней степени интеграции (MSI).

  Адлер 1210
  ~1971 ​​
  Четыре функции, память.
  Использование Интегральные схемы среднего масштаба (MSI).

  ANITA 1011 LSI
  ~1971 ​​
  Четыре функции, объем памяти.
  Использует пятичиповый набор микросхем производства General Instrument Microelectronics (GIM).

  Casio 121K
  ~1971 ​​
  Четыре функции.
  Использует четырехчиповый чипсет производства Fairchild Semiconductor и интегральных схем Small-Scale Integration (SSI).

  Casio AS-C
  ~1971 ​​
  Четыре функции.
  Использует четырехчиповый чипсет производства Fairchild Semiconductor и интегральных схем Small-Scale Integration (SSI).

  Commodore (куб.м.) C108 и Adler 804
  ~1971 ​​
  Четыре функции.
  Использует трехчиповый набор микросхем, разработанный Omron и произведенный Nortec Electronics.
  Небольшой недорогой калькулятор.

  NCR 18-16 (он же Busicom Junior )
  ~1971 ​​
  Четыре функции.
  Использует одну интегральную схему производства Mostek.
  Первое использование «Калькулятора на кристалле» — все функции калькулятора в единой крупномасштабной интеграции (БИС) интегральная схема

  Busicom 141-PF / NCR 18-36
  1971
  Четыре функции, память, распечатка.
  Использует микропроцессорную систему Intel 4004 .
  Для этого калькулятора был разработан микропроцессор. Имеет микропроцессор Intel 4004 — первый продукт с «Intel Внутри» .

  Olympia CD200
  ~1971 ​​
  Четыре функции.
  Использует пятичиповый чипсет производства Solitron Devices.
  Наверное, самый уродливый калькулятор из когда-либо созданных.

  Singer Friden EC1117
  ~1971 ​​
  Четыре функции.
  Использование девятичиповый чипсет производства Hitachi.

  TEAL TL-2M
  ~1971 ​​
  Четыре функции, память.
  Использует шестичиповый чипсет производства Mitsubishi.
  Произведено компанией Tokyo Electronic Application Laboratory Ltd., пострадавшей от краха калькулятора цен.

  Устройства передачи данных Brock 880/1
  ~1972
  Четыре функции, квадратный корень, квадрат, память.
  Использует шестичиповый набор микросхем от Electroinc Arrays.
  Имеет дисплей «Пандикон» первого поколения.

  Royal IC-130
  ~1972
  Четыре функции.
  Использует чип производства Fairchild Semiconductor, еще одного чипа от NEC, и интегральных схем Small-Scale Integration (SSI).

  Хитачи KK521
  ~1972
  Четыре функции, память.
  Использование трехчиповый чипсет производства Hitachi.

  Sanyo ICC-1122
  ~1972
  Форма «Портативное радио» дело.
  Четыре функции, память.
  Использует двухчиповый чипсет производства Sanyo.

  Summit 3114
  ~1972
  Четыре функции, память.
  Использование набор микросхем из трех микросхем от Integrated Systems Technology (IST) и Small Scale Integration (SSI).

  Advance / Wireless World
  1972
  Сделай сам калькулятор Комплект.
  Четыре функции.
  Использует первый «калькулятор-на-чипе» Texas Instruments.

  Rapid Data Rapidman 1208LC, Sears C1, Sears M12
  1972
  Среди первые настольные модели с LCD (жидкокристаллическим дисплеем)
  Четыре функции, %.
  Используйте четырехчиповый или трехчиповый чипсет производства Rockwell.

  Burroughs C5205
  ~1973
  Четыре функции, память, Панаплексный дисплей.
  Использует шесть микросхем, четыре производства American Micro-systems Inc (AMI) и две Burroughs.

  Rockwell 920
  ~1975
  Ограниченное научное, программируемый, считыватель магнитных карт, принтер.
  Использует раннюю микропроцессорную систему Rockwell PPS-4 .

  Букмекерская контора Калькуляторы
  с ~1972 по ~1982
  Некоторые специализированные калькуляторы для расчета ставок в букмекерских конторах.
  Некоторые используют микропроцессор и систему PROM (программируемое постоянное запоминающее устройство).

  Предшественники и прототипы

  Некоторые предшественники настольного электронного калькулятора и некоторые прототипы, которые так и не были запущены в производство.

  Электронные машины учета

  Bandatronic
  1960
  Электронная машина учета счетов с арифметическим блоком и до пяти пишущих машинок.

  Некоторые прототипы электронных калькуляторов, которые так и не были запущены в производство

  Electrosolids Corp. Анонсирован транзисторный электронный калькулятор.

  Электронный калькулятор Даремского университета
  1962
  Выставлен гибридный электронный калькулятор Dekatron/Trigger-tube/Transistor «доказательство концепции».

  Прототип электронных калькуляторов Philips
  1962
  Прототип трехфункционального электронного калькулятора и две модели электронного «Комптометра», так и не запущенные в производство.
  Шаг на пути к первым коммерческим транзисторным электронным настольным калькуляторам.

  Прототип электронного калькулятора Mullard
  1964
  Ранний недорогой электронный калькулятор так и не был запущен в производство.
  Лампы и транзисторы с холодным катодом.

  Ультрамат SQR-2000
  1966
  Ранний, прототип, электронный калькулятор, изготовленный старшеклассником.
  Транзисторы.

  Первые электронные настольные калькуляторы 1960-х и начала 1970-х годов были очень большими и ОЧЕНЬ дорогими, но универсальными, быстрыми и бесшумными.
  Они были настолько дорогими, что многие из них можно было арендовать на неделю.
  Если бы вы только хотели добавлять списки чисел, тогда механические и электромеханические калькуляторы были быстрыми и все еще экономически эффективными в начале 19 века.70-х, пока цена на электронные не упала.

  За этот период произошло общее сокращение размера, количества электронных компонентов и стоимости.