Коэффициент насыщения биполярного транзистора прямо пропорционален: Напряжение насыщения биполярного транзистора — Морской флот — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Напряжение насыщения биполярного транзистора — Морской флот

Биполя́рный транзи́стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar ), в отличие от полевого (униполярного) транзистора.

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента (например, в схемах ТТЛ).

Содержание

Устройство [ править | править код ]

Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера (обозначается «Э», англ. E ), базы («Б», англ. B ) и коллектора («К», англ. C ). В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n (эмиттер — n-полупроводник, база — p-полупроводник, коллектор — n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты [1] .

С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы, но при изготовлении они существенно различаются степенью легирования для улучшения электрических параметров прибора. Коллекторный слой легируется слабо, что повышает допустимое коллекторное напряжение. Эмиттерный слой — сильно легированный: величина пробойного обратного напряжения эмиттерного перехода не критична, так как обычно в электронных схемах транзисторы работают с прямосмещённым эмиттерным переходом. Кроме того, сильное легирование эмиттерного слоя обеспечивает лучшую инжекцию неосновных носителей в базовый слой, что увеличивает коэффициент передачи по току в схемах с общей базой. Слой базы легируется слабо, так как располагается между эмиттерным и коллекторным слоями и должен иметь большое электрическое сопротивление.

Общая площадь перехода база-эмиттер выполняется значительно меньше площади перехода коллектор-база, что увеличивает вероятность захвата неосновных носителей из базового слоя и улучшает коэффициент передачи. Так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включён с обратным смещением, в нём выделяется основная доля тепла, рассеиваемого прибором, и повышение его площади способствует лучшему охлаждению кристалла. Поэтому на практике биполярный транзистор общего применения является несимметричным устройством (то есть инверсное включение, когда меняют местами эмиттер и коллектор, нецелесообразно).

Для повышения частотных параметров (быстродействия) толщину базового слоя делают меньше, так как этим, в том числе, определяется время «пролёта» (диффузии в бездрейфовых приборах) неосновных носителей. Но при снижении толщины базы снижается предельное коллекторное напряжение, поэтому толщину базового слоя выбирают исходя из разумного компромисса.

В первых транзисторах в качестве полупроводникового материала использовался металлический германий. Полупроводниковые приборы на его основе имеют ряд недостатков, и в настоящее время (2015 г.) биполярные транзисторы изготавливают в основном из монокристаллического кремния и монокристаллического арсенида галлия. Благодаря очень высокой подвижности носителей в арсениде галлия приборы на его основе обладают высоким быстродействием и используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах СВЧ-усилителей.

Принцип работы [ править | править код ]

В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении [2] (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт).

В транзисторе типа n-p-n [3] основные носители заряда в эмиттере (электроны) проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того, что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, бо́льшая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора, так как время рекомбинации относительно велико [4] . Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны) и переносит их в коллекторный слой. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (I_э=I_б + I_к).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (I_к = α I_э), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно бо́льшим током коллектора.

Режимы работы [ править | править код ]

Напряжения на эмиттере, базе, коллекторе ( U E , U B , U C <displaystyle U_,U_,U_> )	Смещение перехода база-эмиттер для типа n-p-n	Смещение перехода база-коллектор для типа n-p-n	Режим для типа n-p-n
U E U B U C <displaystyle U_	прямое	обратное	нормальный активный режим
U_>»> U E U B > U C <displaystyle U_U_> U_>»/>	прямое	прямое	режим насыщения
U_ U E > U B U C <displaystyle U_>U_ U_	обратное	обратное	режим отсечки
U_>U_>»> U E > U B > U C <displaystyle U_>U_>U_> U_>U_>»/>	обратное	прямое	инверсный активный режим
Напряжения на эмиттере, базе, коллекторе ( U E , U B , U C <displaystyle U_,U_,U_> )	Смещение перехода база-эмиттер для типа p-n-p	Смещение перехода база-коллектор для типа p-n-p	Режим для типа p-n-p
U E U B U C <displaystyle U_	обратное	прямое	инверсный активный режим
U_>»> U E U B > U C <displaystyle U_U_> U_>»/>	обратное	обратное	режим отсечки
U_ U E > U B U C <displaystyle U_>U_ U_	прямое	прямое	режим насыщения
U_>U_>»> U E > U B > U C <displaystyle U_>U_>U_> U_>U_>»/>	прямое	обратное	нормальный активный режим

Нормальный активный режим [ править | править код ]

Переход эмиттер-база включён в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

Инверсный активный режим [ править | править код ]

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: U_КБ>0; U_ЭБ Режим насыщения [ править | править код ]

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (I_{Э. нас}) и коллектора (I_{К. нас}).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (U_{КЭ. нас}) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог R_{СИ. отк} у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (U_{БЭ. нас}) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки [ править | править код ]

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию U_ЭБ [5] [6] .

Барьерный режим [ править | править код ]

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включённый последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Схемы включения [ править | править код ]

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Схема включения с общей базой [ править | править код ]

Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.
Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх = I_к/I_э = α [α Достоинства

Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1
Малое входное сопротивление

Схема включения с общим эмиттером [ править | править код ]

Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх = I_к/I_б = I_к/(I_э-I_к) = α/(1-α) = β [β>>1].
Входное сопротивление: R_вх = U_вх/I_вх = U_бэ/I_б.

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.
Большой коэффициент усиления по напряжению.
Наибольшее усиление мощности.
Можно обойтись одним источником питания.
Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором [ править | править код ]

Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх = I_э/I_б = I_э/(I_э-I_к) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
Входное сопротивление: R_вх = U_вх/I_вх = (U_бэ + U_кэ)/I_б.

Достоинства

Большое входное сопротивление.
Малое выходное сопротивление.

Недостатки

Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры [ править | править код ]

Коэффициент передачи по току.
Входное сопротивление.
Выходная проводимость.
Обратный ток коллектор-эмиттер.
Время включения.
Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
Обратный ток коллектора.
Максимально допустимый ток.
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

коэффициент усиления по току α;
сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току r_э, r_к, r_б, которые представляют собой:

r_э — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
r_к — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
r_б — поперечное сопротивление базы.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

h 11 ∍ = r δ + r ∍ 1 − α <displaystyle h_<11ackepsilon >=r_<delta >+<frac ><1-alpha >>> ;

h 12 ∍ ≈ r ∍ r κ ( 1 − α ) <displaystyle h_<12ackepsilon >approx <frac >(1-alpha )>>> ;

h 21 ∍ = β = α 1 − α <displaystyle h_<21ackepsilon >=eta =<frac <alpha ><1-alpha >>> ;

h 22 ∍ ≈ 1 r κ ( 1 − α ) <displaystyle h_<22ackepsilon >approx <frac <1>(1-alpha )>>> .

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода C_к. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода C_э также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода r_э и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τ_з относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τ_ф. Временем включения транзистора называется τ_вкл = τ_з + τ_ф.

Биполярный СВЧ-транзистор [ править | править код ]

Биполярные СВЧ-транзисторы (БТ СВЧ) служат для усиления колебаний с частотой свыше 0,3 ГГЦ [7] . Верхняя граница частот БТ СВЧ с выходной мощностью более 1 Вт составляет около 10 ГГц. Большинство мощных БТ СВЧ по структуре относится к n-p-n типу [8] . По методу формирования переходов БТ СВЧ являются эпитаксиально-планарными. Все БТ СВЧ, кроме самых маломощных, имеют многоэмиттерную структуру (гребёнчатую, сетчатую) [9] . По мощности БТ СВЧ разделяются на маломощные (рассеиваемая мощность до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 1,5 Вт) и мощные (свыше 1,5 Вт) [10] . Выпускается большое число узкоспециализированных типов БТ СВЧ [10] .

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 9 сентября 2015 · Обновлено 29 августа 2018

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Так что, если вам интересно что такое транзистор, его принцип работы и вообще с чем его едят, то берем стул по удобнее и подходим поближе.

Продолжим, и у нас тут есть содержание, будет удобнее ориентироваться в статье 🙂

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу а уделим внимание каждому, индивидуально.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Триоды за редким исключением применяют в аппаратуре для меломанов.

Биполярные транзисторы выглядеть могут так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие, выглядит как-то так.

Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит лишь в том что является «переносчиком» электрического заряда (электроны или «дырки» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой. В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения. Или тупо поменять полярность источника питания.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа, при прозвонке создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора n-p-n типа диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

Принцип работы биполярного транзистора

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок.

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате ток базы отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора. В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.
Режим насыщения транзистора — в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Транзистор в ключевом режиме

Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку.

Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи. Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.

В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Главное чтобы эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.

Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.

В результате мы вполне можем найти сопротивление резистора

Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе.

Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно? Что когда базовый резистор подключается к +5 В лампочка загорается, когда отключается -лампочка гаснет? Ответ может быть да а может и нет.

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Напряжение на базовом резисторе может возникнуть чудесным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти 🙂

Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Между базой и эмиттером подключают еще один резистор Rбэ. Этот резистор выбирают номиналом как минимум в 10 раз больше базового резистора Rб (В нашем случае мы взяли резистор 4,3кОм).

Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока.

В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок.

Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению. Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель является частным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключем) является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,6-0,7В. Выходит что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6В.

Получилось 9,4В, одним словом почти сколько вошло столько и вышло. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит.

«В чем же смысл тогда таком включении транзистора?»- спросите вы. А вот оказывается эта схема обладает другим очень важным свойством. Схема включения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Но если сравнивать ток базы и ток коллектора то ток базы очень мал по сравнению с током коллектора. Получается ток нагрузки равен току коллектора. И в результате получилась вот такая формула.

Теперь я думаю понятно в чем суть схемы эмиттерного повторителя, только это еще не все.

Эмиттерный повторитель обладает еще одним очень ценным качеством — высоким входным сопротивлением. Это означает, что эта транзисторная схема почти не потребляет ток входного сигнала и не создает нагрузки для схемы -источника сигнала.

Для понимания принципа работы транзистора этих двух транзисторных схем будет вполне достаточно. А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь теория теорией а практика и личный опыт ценнее в сотни раз!

Где транзисторы купить?

Как и все другие радиокомпоненты транзисторы можно купить в любом ближайшем магазине радиодеталей. Если вы живете где-нибудь на окраине и о подобных магазинах не слышали (как я раньше) то остается последний вариант — заказать транзисторы в интернет- магазине. Я сам частенько заказываю радиодетали через интернет-магазины ведь в обычном оффлайн магазине может чего-нибудь просто не оказаться.

Впрочем если вы собираете устройство чисто для себя то можно не париться а добыть из старой, отслужившей свое техники и так сказать вдохнуть в старый радиокомпонет новую жизнь.

Чтож друзья, а на этом у меня все. Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-либо вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение. Кстати не забывайте, что каждый кто впервые оставит комментарий получит подарок.

Также обязательно подпишитесь на новые статьи, потому что дальше вас ждет много интересного и полезного.

Желаю вам удачи, успехов и солнечного настроения!

Электроника, электротехника. Профессионально-любительские решения.

Если рассматривать механические аналоги, то работа транзисторов напоминает принцип действия гидравлического усилителя руля в автомобиле. Но, сходство справедливо только при первом приближении, поскольку в транзисторах нет клапанов. В этой статье мы отдельно рассмотрим работу биполярного транзистора.

Устройство биполярного транзистора

Основой устройства биполярного транзистора является полупроводниковый материал. Первые полупроводниковые кристаллы для транзисторов изготавливали из германия, сегодня чаще используется кремний и арсенид галлия. Сначала производят чистый полупроводниковый материал с хорошо упорядоченной кристаллической решеткой. Затем придают необходимую форму кристаллу и вводят в его состав специальную примесь (легируют материал), которая придаёт ему определённые свойства электрической проводимости. Если проводимость обуславливается движением избыточных электронов, она определяется как донорная (электронная) n-типа. Если проводимость полупроводника обусловлена последовательным замещением электронами вакантных мест, так называемых дырок, то такая проводимость называется акцепторной (дырочной) и обозначается проводимостью p-типа.

Рисунок 1.

Кристалл транзистора состоит из трёх частей (слоёв) с последовательным чередованием типа проводимости (n-p-n или p-n-p). Переходы одного слоя в другой образуют потенциальные барьеры. Переход от базы к эмиттеру называется эмиттерным (ЭП), к коллектору – коллекторным (КП). На рисунке 1 структура транзистора показана симметричной, идеализированной. На практике при производстве размеры областей значительно ассиметричны, примерно как показано на рисунке 2. Площадь коллекторного перехода значительно превышает эмиттерный. Слой базы очень тонкий, порядка нескольких микрон.

Рисунок 2.

Принцип действия биполярного транзистора

Любой p-n переход транзистора работает аналогично диоду. При приложении к его полюсам разности потенциалов происходит его «смещение». Если приложенная разность потенциалов условно положительна, при этом p-n переход открывается, говорят, что переход смещён в прямом направлении. При приложении условно отрицательной разности потенциалов происходит обратное смещение перехода, при котором он запирается. Особенностью работы транзистора является то, что при положительном смещении хотя бы одного перехода, общая область, называемая базой, насыщается электронами, или электронными вакансиями (в зависимости от типа проводимости материала базы), что обуславливает значительное снижение потенциального барьера второго перехода и как следствие, его проводимость при обратном смещении.

Режимы работы

Все схемы включения транзистора можно разделить на два вида: нормальную и инверсную.

Рисунок 3.

Нормальная схема включения транзистора предполагает изменение электрической проводимости коллекторного перехода путём управления смещением эмиттерного перехода.

Инверсная схема, в противоположность нормальной, позволяет управлять проводимостью эмиттерного перехода посредством управления смещением коллекторного. Инверсная схема является симметричным аналогом нормальной, но в виду конструктивной асимметрии биполярного транзистора малоэффективна для применения, имеет более жёсткие ограничения по максимально допустимым параметрам и практически не используется.

При любой схеме включения транзистор может работать в трёх режимах: Режим отсечки, активный режим и режим насыщения.

Для описания работы направление электрического тока в данной статье условно принято за направление электронов, т.е. от отрицательного полюса источника питания к положительному. Воспользуемся для этого схемой на рисунке 4.

Рисунок 4.

Режим отсечки

Для p-n перехода существует значение минимального напряжения прямого смещения, при котором электроны способны преодолеть потенциальный барьер этого перехода. То есть, при напряжении прямого смещения до этой пороговой величины через переход не может протекать ток. Для кремниевых транзисторов величина такого порога равна примерно 0,6 В. Таким образом, при нормальной схеме включения, когда прямое смещение эмиттерного перехода не превышает 0,6 В (для кремниевых транзисторов), ток через базу не протекает, она не насыщается электронами, и как следствие отсутствует эмиссия электронов базы в область коллектора, т.е. ток коллектора отсутствует (равен нулю).

Таким образом, для режима отсечки необходимым условием являются тождества:

Напряжение насыщения биполярного транзистора

Автор На чтение 12 мин. Опубликовано 12.12.2019

Home Радиотехника Транзисторы – режим насыщения

Между простой переключающей схемой и линейным усилителем на транзисторе имеется очевидное различие. В нормально работающем линейном усилителе коллекторный ток всегда прямо пропорционален базовому току. В переключающей схеме, такой как на рис. 1., коллекторный ток определяется, главным образом, напряжением питания V_CC и сопротивлением нагрузки R_L. Режим насыщения транзистора является достаточно важным и заслуживает подробного обсуждения.

Рис. 1. Иллюстрация режима насыщения. Транзистор действует как ключ для включения лампы.

Рассмотрим, что происходит с коллекторным током в схеме на рис. 1, если базовый ток постепенно увеличивается, начиная от нуля. Когда ключ S

1 разомкнут, базовый ток не течет и ток коллектора ничтожно мал. Замыкание S₁ приводит к появлению тока базы I_B = V_CC/R_B, где мы пренебрегли разностью потенциалов на переходе база-эмиттер. Ток коллектора, протекающий по нагрузке R_L, равен I_C=h_FEV_CC/R_B. Для конкретной схемы, приведенной на рисунке, при h_FE = 100 и при максимальном значении R_B (50 кОм) получим:

I_C=100×10/5000 А=20 мА

Падение напряжения на R_L определяется произведением R_LI_C и в нашем случае равно 50 х 0,02 = 1 В. Транзистор при этом находится в линейном режиме; уменьшение R

B приводит к увеличению тока базы, увеличению тока коллектора и, следовательно, к увеличению падения напряжения на R_L. В этих условиях схема могла бы быть использована как усилитель напряжения.

Теперь рассмотрим случай, когда

и ток базы равен

Следовательно, коллекторный ток равен

. На практике при насыщении транзистора между коллектором и эмиттером всегда остается небольшое напряжение, обычно обозначаемое V_CE(sat). Как правило, оно меньше 1 В и может доходить до 0,1 B y транзисторов, специально предназначенных для работы в качестве ключей. Обычно V_CE(sat) уменьшается по мере того, как через переход база-эмиттер течет все больший ток, то есть в случае, когда отношение тока коллектора I_C к току базы I_B становится значительно меньше, чем коэффициент усиления тока транзистора h_FE.

Грубо говоря, глубокое насыщение (малое значение V_CE(sat)) имеет место, когда

Итак, допустим в нашем распоряжении транзистор с коэффициентом усиления 200 (β = 200). Со стороны коллектора подключим относительно мощный источник питания в 20V, за счет энергии которого будет происходить усиление. Со стороны базы транзистора подсоединим слабый источник питания в 2V. К нему последовательно подсоединим источник переменного напряжения в форме синуса, с амплитудой колебаний в 0.1V. Это будет сигнал, который нужно усилить. Резистор Rb возле базы необходим для того, чтобы ограничить ток, идущий от источника сигнала, обычно обладающего слабой мощностью.

2. Расчет входного тока базы Ib

Теперь посчитаем ток базы I_b. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (V

max) и минимальном (V_min). Назовем эти значения тока соответственно – I_bmax и I_bmin.

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер V_BE. Между базой и эмиттером располагается один PN-переход. Получается, что ток базы «встречает» на своем пути полупроводниковый диод. Напряжение, при котором полупроводниковый диод начинает проводить – около 0.6V. Не будем вдаваться в подробности вольт-амперных характеристик диода, и для простоты расчетов возьмем приближенную модель, согласно которой напряжение на проводящем ток диоде всегда 0.6V. Значит, напряжение между базой и эмиттером V_BE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (V

E = 0), то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (V_B = 0.6V).

Посчитаем I_bmax и I_bmin с помощью закона Ома:

2. Расчет выходного тока коллектора iс

Теперь, зная коэффициент усиления (β = 200), можно с легкостью посчитать максимальное и минимальное значения тока коллектора ( I_cmax и I_cmin).

3. Расчет выходного напряжения Vout

Осталось посчитать напряжение на выходе нашего усилителя V_out. В данной цепи – это напряжение на коллекторе V_C.

Через резистор Rc течет ток коллектора, который мы уже посчитали. Осталось подставить значения:

4. Анализ результатов

Как видно из результатов, V_Cmax получился меньше чем V

Cmin. Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе V_Rc отнимается от напряжения питания VCC. Однако в большинстве случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала – амплитуда, которая увеличилась c 0.1V до 1V. Частота и синусоидальная форма сигнала не изменились. Конечно же, соотношение V_out/V_in в десять раз – далеко на самый лучший показатель для усилителя, однако для иллюстрации процесса усиления вполне подойдет.

Итак, подытожим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе. Через базу течет ток I_b, несущий в себе постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая нужна для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал проводить – «открылся». Переменная составляющая – это, собственно, сам сигнал (полезная информация). Сила тока коллектор-эмиттер внутри транзистора – это результат умножения тока базы на коэффициент усиления β. В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором – результат умножения усиленного тока коллектора на значение резистора.

Таким образом, на вывод V_out поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний, но с сохранившейся формой и частотой. Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор берет у источника питания VCC. Если напряжения питания будет недостаточно, транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получится с искажениями.

Режимы работы биполярного транзистора

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы:

Режим отсечки (cut off mode).

Активный режим (active mode).

Режим насыщения (saturation mode).

Инверсный ражим (reverse mode ).

Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V – 0.7V, PN-переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор как бы заперт, и говорят, что он находится в

режиме отсечки.

В активном режиме напряжение на базе достаточное, для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером открылся. В этом состоянии у транзистора присутствуют токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Иногда ток базы может оказаться слишком большим. В результате мощности питания просто не хватит для обеспечения такой величины тока коллектора, которая бы соответствовала коэффициенту усиления транзистора. В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечить источник питания, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.

В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен».

В данном режиме коллектор и эмиттер меняются ролями: коллекторный PN-переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. В результате ток из базы течет в коллектор. Область полупроводника коллектора несимметрична эмиттеру, и коэффициент усиления в инверсном режиме получается ниже, чем в нормальном активном режиме. Конструкция транзистора выполнена таким образом, чтобы он максимально эффективно работал в активном режиме. Поэтому в инверсном режиме транзистор практически не используют.

Основные параметры биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по току – соотношение тока коллектора I_С к току базы I_B. Обозначаетсяβ, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзисторов.

β – величина постоянная для одного транзистора, и зависит от физического строения прибора. Высокий коэффициент усиления исчисляется в сотнях единиц, низкий – в десятках. Для двух отдельных транзисторов одного типа, даже если во время производства они были “соседями по конвейеру”, β может немного отличаться. Эта характеристика биполярного транзистора является, пожалуй, самой важной. Если другими параметрами прибора довольно часто можно пренебречь в расчетах, то коэффициентом усиления по току практически невозможно.

Входное сопротивление – сопротивление в транзисторе, которое «встречает» ток базы. Обозначается R_in (R_вх). Чем оно больше – тем лучше для усилительных характеристик прибора, поскольку со стороны базы обычно находиться источник слабого сигнала, у которого нужно потреблять как можно меньше тока. Идеальный вариант – это когда входное сопротивление равняется бесконечность.

R_вх для среднестатистического биполярного транзистора составляет несколько сотен КΩ (килоом). Здесь биполярный транзистор очень сильно проигрывает полевому транзистору, где входное сопротивление доходит до сотен ГΩ (гигаом).

Выходная проводимость – проводимость транзистора между коллектором и эмиттером. Чем больше выходная проводимость, тем больше тока коллектор-эмиттер сможет проходить через транзистор при меньшей мощности.

Также с увеличением выходной проводимости (или уменьшением выходного сопротивления) увеличивается максимальная нагрузка, которую может выдержать усилитель при незначительных потерях общего коэффициента усиления. Например, если транзистор с низкой выходной проводимостью усиливает сигнал в 100 раз без нагрузки, то при подсоединении нагрузки в 1 КΩ, он уже будет усиливать всего в 50 раз. У транзистора, с таким же коэффициентом усиления, но с большей выходной проводимостью, падение усиления будет меньше. Идеальный вариант – это когда выходная проводимость равняется бесконечность (или выходное сопротивление R_out = 0 (R_вых = 0)).

Частотная характеристика – зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты входящего сигнала. С повышением частоты, способность транзистора усиливать сигнал постепенно падает. Причиной тому являются паразитные емкости, образовавшиеся в PN-переходах. На изменения входного сигнала в базе транзистор реагирует не мгновенно, а с определенным замедлением, обусловленным затратой времени на наполнение зарядом этих емкостей. Поэтому, при очень высоких частотах, транзистор просто не успевает среагировать и полностью усилить сигнал.

Электроника, электротехника. Профессионально-любительские решения.

Устройство биполярного транзистора

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Принцип действия биполярного транзистора

Режимы работы

Все схемы включения транзистора можно разделить на два вида: нормальную и инверсную.

Рисунок 3.

Рисунок 4.

Режим отсечки

Таким образом, для режима отсечки необходимым условием являются тождества:

Коэффициент — насыщение — транзистор

Cтраница 1

Коэффициент насыщения транзистора в режиме переключения — отношение тока базы биполярного транзистора в открытом состоянии к значению тока базы, при котором рабочая точка транзистора переходит из активной области на границу насыщения области. [1]

Коэффициент насыщения транзистора предварительно определяется из графика на рис. 8.15. Для обеспечения времени включения tSKS0 8 мксек минимальная степень насыщения должна быть равна двум. [2]

Задача 5.7. В условии задачи 5.6 определить коэффициент насыщения транзистора VT3, считая, что нагрузка данного элемента — восемь параллельно включенных таких же элементов ТТЛ. [3]

При увеличении тока базы ток / к нас остается постоянным, а факт увеличения тока базы учитывается введением коэффициента насыщения транзистора / Снас определяемого как отношение фактического тока базы в режиме насыщения к току базы на границе насыщения. [4]

Для надежного насыщения транзистора необходимо, чтобы условие (3.3) выполнялось при / шэ faidmin — Величина SH / Б / / Б н 1 называется коэффициентом насыщения транзистора. [5]

Для надежного насыщения транзистора необходимо, чтобы условие (3.3) выполнялось при / шэ — Ьпэпип — Ве-личина SH гб / / б н 1 называется коэффициентом насыщения транзистора. [6]

При выборе предпочтение необходимо отдавать транзисторам с возможно меньшим отношением экстремальных значений коэффициента усиления по току рмакс / Рмин — Чем меньше это отношение, тем меньше будет коэффициент насыщения транзисторов в наиболее неблагоприятных условиях работы, и, следовательно, триггер будет обладать большим быстродействием и чувствительностью. [7]

Если от напряжений перейти к токам, полагая, что входной ток схемы линейно связан с входным напряжением, то нетрудно заметить, что помехоустойчивость в состоянии 1 совпадает по определению с коэффициентом насыщения транзистора. [8]

Анализ работы ИФН показал, что при изменении сопротивления нагрузки и колебаниях напряжения первичного источника питания величина выражения ( 5) изменяется в небольших пределах ( 5 — 10 %), что объясняется изменением коэффициента насыщения транзисторов и соответствующим изменением времени рассасывания избыточного заряда неравновесных носителей и времени формирования заднего фронта импульса. [9]

Следовательно, при работе транзисторного ключа в микрорежиме: 1) с уменьшением рабочего тока значительно возрастает время переключения; 2) с уменьшением сопротивления генератора повышается быстродействие и 3) величина времени рассасывания и соответственно коэффициент насыщения транзистора практически не влияют на время переключения. [10]

В статическом триггере ( рис. 3.3) транзистор VT 1 находится в состоянии насыщения. Определить напряжения Q UK, Q UK2 и коэффициент насыщения транзистора VT1, если Un 4, 7 В; RKi RK2 0, 45 кОм; RI R2 4, 55 кОм; R6i R62 20 кОм; / г21Э 30; EG — 0, 85 В; R3 R32 50 Ом. [11]

Как следует из уравнения (32.6), ток намагничивания линейно растет во времени, а токи базы и нагрузки остаются неизменными. При нарастании тока коллектора ток базы остается неизменным, поэтому коэффициент насыщения транзистора постепенно уменьшается. В результате за счет положительной обратной связи происходит регенеративный процесс, в результате которого транзистор оказывается запертым. [12]

Страницы: 1

Режим насыщения транзистора это

Home Радиотехника Транзисторы — режим насыщения

Рис. 1. Иллюстрация режима насыщения. Транзистор действует как ключ для включения лампы.

Рассмотрим, что происходит с коллекторным током в схеме на рис. 1, если базовый ток постепенно увеличивается, начиная от нуля. Когда ключ S₁ разомкнут, базовый ток не течет и ток коллектора ничтожно мал. Замыкание S₁ приводит к появлению тока базы I_B = V_CC/R_B, где мы пренебрегли разностью потенциалов на переходе база-эмиттер. Ток коллектора, протекающий по нагрузке R_L, равен I_C=h_FEV_CC/R_B. Для конкретной схемы, приведенной на рисунке, при h_FE = 100 и при максимальном значении R_B (50 кОм) получим:

I_C=100×10/5000 А=20 мА

Падение напряжения на R_L определяется произведением R_LI_C и в нашем случае равно 50 х 0,02 = 1 В. Транзистор при этом находится в линейном режиме; уменьшение R_B приводит к увеличению тока базы, увеличению тока коллектора и, следовательно, к увеличению падения напряжения на R_L. В этих условиях схема могла бы быть использована как усилитель напряжения.

Теперь рассмотрим случай, когда

и ток базы равен

Следовательно, коллекторный ток равен

С точки зрения нагрузки транзистор ведет себя как пара контактов ключа. Из закона Ома следует, что ток нагрузки в этой ситуации не может превышать величины V_CC/R_L. Поэтому дальнейшее увеличение тока базы не может увеличить ток коллектора, который определяется теперь только сопротивлением нагрузки и напряжением питания. Транзистор находится в насыщении. На практике при насыщении транзистора между коллектором и эмиттером всегда остается небольшое напряжение, обычно обозначаемое V_CE(sat). Как правило, оно меньше 1 В и может доходить до 0,1 B y транзисторов, специально предназначенных для работы в качестве ключей. Обычно V_CE(sat) уменьшается по мере того, как через переход база-эмиттер течет все больший ток, то есть в случае, когда отношение тока коллектора I_C к току базы I_B становится значительно меньше, чем коэффициент усиления тока транзистора h_FE.

Грубо говоря, глубокое насыщение (малое значение V_CE(sat)) имеет место, когда

Home Радиотехника Транзисторы — режим насыщения

Рис. 1. Иллюстрация режима насыщения. Транзистор действует как ключ для включения лампы.

I_C=100×10/5000 А=20 мА

Теперь рассмотрим случай, когда

и ток базы равен

Следовательно, коллекторный ток равен

Грубо говоря, глубокое насыщение (малое значение V_CE(sat)) имеет место, когда

Кроме этих режимов существует ещё инверсный режим, который используется очень редко.

Когда напряжение между базой и эмиттером ниже, чем 0.6V — 0.7V, то p-n переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора практически отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

В активном режиме на базу подано напряжение, достаточное для того чтобы p-n переход между базой и эмиттером открылся. Возникают токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Если увеличивать ток базы, то может наступить такой момент, когда ток коллектора перестанет увеличиваться, т.к. транзистор полностью откроется, и ток будет определяться только напряжением источника питания и сопротивлением нагрузки в цепи коллектора. Транзистор достигает режима насыщения. В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечиваться источником питания при данном сопротивлении нагрузки, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы. В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен». Все эти режимы можно разъяснить с помощью выходных характеристик транзистора.

Рассмотрим каскад усиления на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (рис. 4.14). При изменении величины входного сигнала будет изменяться ток базы Iб . Ток коллектора Iк изменяется пропорционально току базы:

Рис. 4.14. Схема усилительного каскада (рисунок выполнен авторами)

Изменение тока коллектора можно проследить по выходным характеристикам транзистора (рис. 4.15). На оси абсцисс отложим отрезок, равный Е_К — напряжению источника питания коллекторной цепи, а на оси ординат отложим отрезок, соответствующий максимально возможному току в цепи этого источника:

Между этими точками проведем прямую линию, которая называется линией нагрузки и описывается уравнением:

Где U_КЭ — напряжение между коллектором и эмиттером транзистора; R_К — сопротивление нагрузки в коллекторной цепи.

Рис. 4.15. Режимы работы биполярного транзистора (рисунок выполнен авторами)

Из (4.5.3) следует, что

И, следовательно, наклон линии нагрузки определяется сопротивлением R_К. Из рис. 4.15 следует, что в зависимости от тока базы Iб, протекающего во входной цепи транзистора, рабочая точка транзистора, определяющая его коллекторный ток и напряжение U_КЭ, будет перемещаться вдоль линии нагрузки от самого нижнего положения (точки 1, определяемой пересечением линии нагрузки с выходной характеристикой при I_б=0), до точки 2, определяемой пересечением линии нагрузки с начальным крутовозрастающим участком выходных характеристик.

Зона, расположенная между осью абсцисс и начальной выходной характеристикой, соответствующей I_б=0, называется зоной отсечки и характеризуется тем, что оба перехода транзистора — эмиттерный и коллекторный смещены в обратном направлении. Коллекторный ток при этом представляет собой обратный ток коллекторного перехода — I_К0, который очень мал и поэтому почти все напряжение источника питания E_К падает между эмиттером и коллектором закрытого транзистора:

А падение напряжения на нагрузке очень мало и равно:

Говорят, что в этом случае транзистор работает в режиме отсечки. Поскольку в этом режиме ток, протекающий по нагрузке исчезающе мал, а почти все напряжение источника питания приложено к закрытому транзистору, то в этом режиме транзистор можно представить в виде разомкнутого ключа.

Если теперь увеличивать базовый ток I_б, то рабочая точка будет перемещаться вдоль линии нагрузки, пока не достигнет точки 2. Базовый ток, соответствующий характеристике, проходящей через точку 2, называется током базы насыщения I_б нас. Здесь транзистор входит в режим насыщения и дальнейшее увеличение базового тока не приведет к увеличению коллекторного тока I_К. Зона между осью ординат и круто изменяющимся участком выходных характеристик называется зоной насыщения. В этом случае оба перехода транзистора смещены в прямом направлении; ток коллектора достигает максимального значения и почти равен максимальному току источника коллекторного питания:

а напряжение между коллектором и эмиттером открытого транзистора оказывается очень маленьким. Поэтому в режиме насыщения транзистор можно представить в виде замкнутого ключа.

Промежуточное положение рабочей точки между зоной отсечки и зоной насыщения определяет работу транзистора в режиме усиления, а область, где она находится, называется активной областью. При работе в этой области эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном (Петрович В. П., 2008).

АТ / Новая папка / АТ / 3

Лекция 3 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

План

1. Устройство и принцип действия биполярного транзистора

3. Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов

3.Мощные биполярные транзисторы

4.Выводы

1. Устройство и принцип действия биполярного транзистора

Биполярный транзистор – трёхполюсный полупроводниковый прибор с двумя p–n-переходами. Он состоит из чередующихся областей полупроводника, имеющих электропроводность различных типов.

В зависимости от последовательности чередования n- и p-областей различают транзисторы n–p–n- и p–n–p-типов. На практике используются транзисторы обоих типов; принцип действия их одинаков. Основными носителями заряда в транзисторе n–p–n-типа являются электроны, а в p–n–p- транзисторе – дырки. Так как в кремнии электроны обладают большей подвижностью, чем дырки, то чаще используют транзисторы n–p–n-типа.

На рис. 3.1, а изображена идеализированная структура биполярного n– p–n-транзистора. На рис. 3.1, б приведено его условное графическое обозначение. На рис. 3.1, в, г показаны структура и условное графическое обозначение p–n–p-транзистора. Заметим, что n–p–n- и p–n–p-транзисторы имеют обратные полярности напряжений. Соответственно, противоположные направления имеют и токи.

Iб Iк

Iэ

Iк

Iб

Iэ

Рис. 3.1

Центральная область транзистора, называемая базой, заключена между коллектором и эмиттером. Толщина базы мала и не превышает нескольких микрон. Переход между базой и эмиттером называется эмиттерным, а между базой и коллектором – коллекторным.

Симметричные структуры биполярных транзисторов, показанные на рис. 3.1, являются идеальными. Структура реального транзистора несимметрична (рис. 3.2). Площадь коллекторного перехода значительно больше, чем эмиттерного.

p n n

Рис. 3.2

Каждый из p–n-переходов транзистора может быть смещён либо в прямом, либо в обратном направлениях. В зависимости от этого различают четыре режима работы транзистора:

1)активный (усиления). Эмиттерный переход смещён в прямом направлении, а коллекторный – в обратном;

2)отсечки. Оба перехода смещены в обратном направлении;

3)насыщения. Оба перехода смещены в прямом направлении;

4)инверсный. Эмиттерный переход смещён в обратном направлении,

аколлекторный -– в прямом.

Рассмотрим подробнее каждый из режимов работы транзистора на примере прибора n–p–n-типа.

Активный режим. Так как эмиттерный переход смещён в прямом направлении, происходит инжекция носителей из эмиттера в базу. Поскольку область эмиттера легирована сильнее, чем область базы, поток электронов преобладает над потоком дырок. Из-за малой толщины базы почти все электроны, пройдя базу, достигают коллектора. Только малая доля

электронов рекомбинирует в базе с дырками. Коллекторный переход смещён в обратном направлении, поэтому электроны, достигшие коллекторного перехода, втягиваются полем перехода в коллектор. Происходит экстракция электронов в коллектор.

Токи транзистора, работающего в активном режиме, связаны соотношениями:

Iк =αIэ ;	(3.1а)
Iэ = Iк + Iб .	(3.1б)

Множитель α называют коэффициентом передачи тока эмиттера. У интегральных транзисторов α = 0.99–0.995. Из равенств (3.1) следует, что

Iк =1 −αα Iб = βIб .

Множитель β называют коэффициентом усиления тока базы. Так как величина α близка к 1, то β может принимать большие значения. Для интегральных n–p–n-транзисторов оно составляет от 50 до 200.

Связь между напряжением эмиттерного перехода и током эмиттера имеет экспоненциальную форму:

Iэ = Iэ0eUбэ Vt .

Обратный ток эмиттерного перехода I э0 обратно пропорционален ширине базы и прямо пропорционален площади эмиттерного перехода. Последнее свойство часто используется разработчиками интегральных схем при конструировании источников постоянного тока (см. параграф 3.9). В зависимости от размеров транзистора величина I э0 составляет от 10 −12 до 10 −18 А. Ток I э0 зависит от температуры, удваиваясь при увеличении

температуры примерно на 7 °С.

Таким образом, работа биполярного транзистора в активном режиме основана на сочетании процессов инжекции носителей через один переход и собирания их на другом переходе. Концентрация примесей в эмиттере значительно больше, чем в базе и коллекторе. Поэтому электронная составляющая тока n–p–n-транзистора является преобладающей. В активном режиме ток коллектора управляется током эмиттера (или напряжением эмиттерного перехода) и почти не зависит от напряжения на коллекторном переходе, поскольку последний смещен в обратном направлении. Активный режим является основным, если транзистор используется для усиления сигналов.

Режим отсечки. Инжекция основных носителей в область базы наблюдается в том случае, если эмиттерный переход смещён в прямом направлении. Если напряжение U бэ меньше пороговой величины (0.6 В для кремниевых транзисторов), заметной инжекции носителей в базу не наблюдается. При этом Iэ = Iб = 0 . Следовательно, ток коллектора также равен

нулю. Таким образом, для режима отсечки справедливы условия: Uбэ < 0.6 B

или Iб = 0 .

Режим насыщения. Если оба перехода смещены в прямом направлении, носители инжектируются в базу как из эмиттера, так и из коллектора.

В этом режиме ток коллектора не зависит от тока базы. Коллекторный переход отпирается, если напряжение коллектор-база Uкб < −0.4 В . При этом напряжение коллектор-эмиттер не превышает напряжение насыщения: U кэ ≤U кэ нас . Значение U кэ нас находится в пределах 0,2–0,3 В.

Режимы отсечки и насыщения биполярных транзисторов являются основными, когда они работают в ключевых и логических схемах.

Инверсный режим. Биполярный транзистор является симметричным прибором в том смысле, что область полупроводника с одним типом проводимости располагается между двумя областями с другим типом проводимости. Поэтому транзистор можно включить так, что коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. При этом эмиттер играет роль коллектора, а коллектор – эмиттера. Такой режим работы биполярного транзистора называют инверсным. Однако коллектор и эмиттер изготавливают неодинаковыми (см. рис. 3.2), с тем, чтобы наибольшее усиление достигалось в активном режиме. В инверсном режиме усиление транзистора невелико.

3. Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов

Рассмотрим транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером (рис. 3.3). Название «схема с общим эмиттером» объясняется тем, что эмиттер является общим для входной и выходной цепей. Входными

величинами являются напряжение база-эмиттер				U бэ и ток	базы Iб , а
выходными – напряжение коллектор-эмиттер U кэ				и ток коллектора I к .
Iк		Рассмотрим		вольт-амперные
		характеристики	биполярного транзистора и
Iб		укажем на них области отсечки, насыщения и
Iб		усиления.
VT	Uкэ	Входная	характеристика биполярного
VT	Uкэ	транзистора – это зависимость тока базы Iб
Uбэ		транзистора – это зависимость тока базы Iб
Uбэ		от напряжения		база-эмиттер	U бэ при
		от напряжения		база-эмиттер	U бэ при
коллектор-эмиттер Uкэ:		фиксированном		значении	напряжения
коллектор-эмиттер Uкэ:

Рис. 3.3

Iб = f (Uбэ )Uкэ = const .

Входная характеристика кремниевого биполярного транзистора показана на рис. 3.4, а. Если эмиттерный переход смещён в прямом направлении, то входная характеристика похожа на прямую ветвь ВАХ диода.

Выходной характеристикой называют зависимость тока коллектора I к от напряжения коллектор-эмиттер U кэ при фиксированном токе базы:

Iк = f (Uкэ ) Iб = const .

Выходная характеристика показана на рис. 3.4, б. Область отсечки лежит ниже кривой Iб = 0 . В области насыщения величина напряжения U кэ столь мала, что становится недостаточной для создания обратного смещения на коллекторном переходе. В режиме насыщения ток коллектора не зависит от тока базы и все ветви выходной характеристики сливаются в одну.

Iк, мА

Iб

Iб = 40 мкА

Iб = 20 мкА


			Iб = 0


	Uбэ
	Uбэ			Uбэ, В

а		б
		Рис. 3.4

В активной области ток коллектора очень слабо зависит от напряжения коллектор-эмиттер и пропорционален току базы, а ветви выходной характеристики расположены почти горизонтально. Это объясняется тем, что коллекторный переход смещён в обратном направлении. Таким образом, в активном режиме биполярный транзистор ведёт себя как источник тока, управляемый током базы.

Как видно из рис. 3.4, а, ток эмиттера и напряжение база-эмиттер связаны экспоненциальной зависимостью, описывающей вольт-амперную характеристику диода, смещенного в прямом направлении:

Iэ = Iэ0eUбэ Vt .

(3.2)

Здесь I э0 – обратный ток эмиттерного перехода. Подставляя выражение (3.2) в формулу (3.1а), получаем связь между током коллектора и напряжением база-эмиттер:

Iк = αIэ0eUбэ Vt .

(3.3)

Равенство (3.3) справедливо для активного режима.

3. Мощные биполярные транзисторы

Конструкция и характеристики мощных биполярных транзисторов существенно отличаются от конструкций малосигнальных приборов. Это объясняется тем, что мощные транзисторы рассеивают большую мощность на коллекторном переходе и должны выдерживать большие напряжения коллектор-эмиттер.

Конструкция мощного биполярного транзистора имеет вертикальную структуру. Выводы эмиттера и базы расположены сверху, а коллектор находится на подложке (рис. 3.5).

Рис. 3.5

Для улучшения токораспределения металлические контакты эмиттера и базы делятся на несколько частей или имеют форму гребенки. Коллектор мощного биполярного транзистора имеет две области: слаболегированную дрейфовую область и сильнолегированную подложку. Поскольку дрейфовая область легирована слабее, чем база, область объемного заряда распространяется главным образом в коллектор, а не в базу. Благодаря этому повышается допустимое значение коллекторного напряжения. Ценой такого увеличения напряжения пробоя является снижение коэффициента усиления при больших токах и увеличение времени переключения. У мощных биполярных транзисторов значения параметра β находятся в пределах 30 – 80.

Наиболее важным динамическим параметром биполярного транзистора является время запирания – время переключения из режима насыщения в режим отсечки. Отпирание – переключение из режима отсечки в режим насыщения происходит относительно быстро и определяется временем перезарядки емкостей эмиттерного и коллекторного переходов. Процесс переключения из режима насыщения в режим отсечки длится значительно дольше, поскольку требует рассасывания избыточного заряда, накопившегося в базе.

Мощные транзисторы используют в режимах, близких к предельным. Определим, какие максимальные значения могут принимать токи и

напряжения биполярного транзистора. При рассеянии электрической энергии температура транзистора повышается, что приводит к необходимости ограничивать допустимые уровни токов и напряжений. Величина максимальной мощности ограничивается максимально допустимой

температурой прибора (для кремниевых транзисторов 150–200 °С). Она

зависит от размеров транзистора, его конструкции и температуры окружающей среды.

В транзисторе, работающем в режиме усиления, подавляющая часть рассеиваемой мощности выделяется в области коллекторного перехода. Ее можно определить по формуле P =U кэ Iк .

Если рассеиваемую мощность положить равной максимально допустимой, то максимально допустимые значения напряжения тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер можно определить из соотношения:

Uкэ Iк ≤ Pmax .

(3.4)

Неравенству (3.4) соответствует гипербола, ограничивающая область допустимых значений U кэ и I к (рис. 3.5). Заштрихованную область на рис. 3.5 называют областью безопасной работы. Если рабочая точка находится за пределами этой области, возможен тепловой пробой транзистора. Обычно вначале возникает лавинный пробой, который затем может перейти в тепловой.

Из условия (3.4) можно определить только произведение U кэ и I к , а не их предельные значения. Тем не менее существуют ограничения на максимальные значения этих величин. В паспортных данных транзистора указывается максимальный ток I к max , превышать который не разрешается. Максимально допустимое значение U кэ определяется напряжением, при котором происходит лавинный пробой коллекторного перехода. Такой пробой называют первичным.

В биполярных транзисторах может наблюдаться и так называемый вторичный пробой. Он может возникнуть при переходе транзистора из режима насыщения в режим отсечки. Причиной вторичного пробоя считают неравномерное распределение тока эмиттерного перехода. Это приводит к локальному разогреву полупроводника и возникновению теплового пробоя. Вторичному пробою соответствует область 3 на рис. 3.5.

При выборе транзистора для конкретной схемы нужно определить, какие величины токов и напряжений следует ожидать в этой схеме, а затем убедиться в том, что найденные значения лежат в области безопасной работы.

Рис. 3.6

Часто область безопасной работы биполярного транзистора изображают, используя логарифмический масштаб. В этом случае область безопасной работы ограничена отрезками прямых.

4.Выводы

1.Биполярный транзистор – трехполюсный полупроводниковый прибор с двумя p–n-переходами. Он состоит из чередующихся областей полупроводника, имеющих электропроводность различных типов.

2.В зависимости от последовательности чередования n- и p-областей различают транзисторы n–p–n- и p–n–p-типов. Основными носителями заряда в транзисторе n–p–n-типа являются электроны, а в p–n–p-транзисторе – дырки.

3.Каждый из p–n-переходов транзистора может быть смещён либо

впрямом, либо в обратном направлениях. В зависимости от этого различают четыре режима работы транзистора: активный, отсечки, насыщения и инверсный.

4.Входной характеристикой биполярного транзистора называют

зависимость тока базы Iб от напряжения база-эмиттер U бэ при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер.

5.	Выходной характеристикой называют	зависимость тока
коллектора	I к от напряжения коллектор-эмиттер U кэ	при фиксированном
токе базы.

Изменение крутизны полевого транзистора | Техника и Программы

Таким образом, как и в случае биполярного транзистора, коэффициент усиления напряжения равен

В разд. 6.3 мы видели, что крутизна биполярного транзистора является чрезвычайно устойчивым параметром, равным 40 /_с мА/В при комнатной температуре, если /_с выражен в миллиамперах. Если пренебречь эффектами второго порядка, такими как сопротивление базы, то это простое соотношение справедливо для всех типов биполярных транзисторов, не изменяясь от одного экземпляра к другому, в отличие от коэффициента усиления тока h_fe. У полевого транзистора крутизна изменяется от одного типа транзистора к другому, находясь обычно между 0,5 и 5 мА/В (у современных транзисторов крутизна достигает величины 100 мА/В. — Примеч. перев.), кроме того, как сейчас будет показано, крутизна меняется при изменении тока стока.

Теоретическое рассмотрение работы полевого транзистора в области насыщения показывает, что ток стока I_D связан следующей квадратичной зависимостью с напряжением затвор—исток V_GS:

Здесь I_DDS — ток стока, протекающий при V_GS = 0, a V_p — напряжение насыщения, которое определяется как напряжение затвор—исток, необходимое для сжатия канала настолько, что 1_р падает до нуля (называемое также напряжением отсечки), или как напряжение сток—исток, необходимое для достижения транзистором режима насыщения при V_GS = 0. Можно показать, что оба эти определения V_p эквивалентны и приводят к одному результату. Теперь

Таким образом, у полевого транзистора крутизна g_m пропорциональна квадратному корню из /_д: если g_m= 1 мА/В при I_D= 1 мА, то можно ожидать, что g_m = 3 мА/В при I_D = 9 мА.

В усилителях напряжения на полевых транзисторах ток стока увеличивается или уменьшается в такт с переменным сигналом, и g_m будет меняться как квадратный корень от мгновенного значения тока стока. Таким образом, ситуация подобна случаю с биполярным транзистором, у которого крутизна g_m прямо пропорциональна мгновенному значению коллекторного тока. В обоих случаях результатом является искажение формы выходного сигнала, если он велик, хотя квадратичная характеристика полевого транзистора приводит к появлению только второй гармоники сигнала, в то тремя как экспоненциальная характеристика биполярного транзистора дает полную гамму гармоник. Следовательно, нелинейность полевого транзистора в соответствии с ее природой легче «преодолеть», чем нелинейность биполярного транзистора.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Биполярный транзистор, что собой представляет, как устроен и работает

Структура, носители, принципы и режимы работы: нормальный режим (в активной области), режимы отсечки и насыщения. Как и за счёт чего усиливает биполярный транзистор?

Сначала хотел приписать в названии темы: «для начинающих» или «для чайников», но, поразмыслив, пришёл к выводу: «А ведь далеко не каждый электронщик, считающий себя продвинутыми, понимает: как технологически устроен биполярный транзистор, за счёт чего он обладает усилительными свойствами, что влияет на характеристики транзистора и откуда появился этот загадочный зверь — «дырка»«.

Начнём с определения: Биполярный транзистор — это полупроводниковый электронный прибор, работающий по принципу взаимодействия двух, вплотную расположенных на кристалле p-n переходов. А коли прибор полупроводниковый, то это значит, что, как ни крути, а изготовлен транзистор из полупроводниковых материалов таких как: кремний, германий, индий и т.д. А что это такое — полупроводниковый материал или по-простому полупроводник?

Полупроводники по своим свойствам занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. При температурах, не сильно отличающихся от абсолютного нуля (-273,15°C), полупроводники обладают свойствами диэлектриков. Однако даже при незначительном повышении температуры, сопротивление полупроводника быстро уменьшается, и он начинает проводить электрический ток — т.е. становится проводящим. За счёт чего это происходит?

С ростом температуры кристалл полупроводника получает некоторую долю энергии в виде тепла, достаточную для того, чтобы часть отрицательно заряженных электронов покинуло свои атомы и перешло в межатомное пространство. Такие электроны называются свободными, а атомы кристаллической решётки, от которых отпочковались электроны, приобретают несбалансирован- ный положительный заряд и получают условное название — «дырка».

Таким образом, при температурах выше -273,15°C в кристалле чистого полупроводника содержится некоторое количество зарядов обоих знаков — свободные электроны и дырки. Если кристалл не содержит примесей, то в любой момент времени количество свободных электронов равно числу имеющихся в кристалле дырок.
Другое дело, если к чистому полупроводнику подмешать некое вещество! В зависимости от свойств этой примеси мы можем получить: либо концентрацию дырок, намного превышающую концентрацию электронов (полупроводник p-типа), либо наоборот — превышение концентрации электронов над концентрацией дырок (полупроводник n-типа).

Итак, p-полупроводник (от англ. positive) — это полупроводник с положительным дырочным типом проводимости, а n-полупроводник (от англ. negative) — с отрицательным электронным типом проводимости.

Ну вот, а теперь можно переходить к описанию структурной схемы транзистора.

Рис.1

Как следует из рисунка Рис.1, биполярные транзисторы — это приборы, изготовленные на основе трёхслойной полупроводниковой структуры. В зависимости от порядка чередования областей, различают изделия двух типов проводимости: прямой (p-n-p) и обратной (n-p-n).
Легко заметить, что подобная комбинация полупроводников в транзисторе напоминает встречно-последовательное соединение двух диодов с общим катодом (p-n-p) либо анодом (n-p-n). Эта аналогия справедлива лишь в одном случае — она позволяет легко тестировать транзистор на предмет его живучести при помощи обычного омметра или мультиметра.

Рассмотрим цепь, иллюстрирующую работу n-p-n транзистора типа в различных режимах.

Рис.2 а) Режим отсечки тр-ра б) Активный режим тр-ра в) Режим насыщения тр-ра

На Рис.2 приведено классическое включение транзистора n-p-n типа по схеме с общим эмиттером. Положительный вывод источника питания через нагрузку (в качестве которой в нашем случае выступает светодиод) подключается к коллектору транзистора, отрицательный — к эмиттеру полупроводника и для кучи — к земляной шине.

Подадим нулевое смещение на базу транзистора (Рис.2 а)), посредством чего введём его в режим отсечки, соответствующий условию Uэб . В этом случае и эмиттерный, и коллекторный p-n-переходы оказываются запертыми, и в коллекторной цепи будет протекать лишь незначительный обратный ток Iко ≈ току обратно смещённого диода. Основные носители заряда (электроны в коллекторной/эмиттерной областях и дырки в базовой) сидят в отведённых областях и никуда выбираться не собираются, ввиду отсутствия воздействия на них какого-либо электрического поля.

Другое дело если мы подадим между базой и эмиттером транзистора небольшое напряжение Uэб > 0,6—0,7 В (Рис.2 б)) и тем самым переведём его в активный (нормальный) режим. В данном режиме переход база-эмиттер оказывается включённым в прямом направлении (открыт), а переход база-коллектор — в обратном (закрыт):
Поскольку прослойка р-полупроводника базы технологически сделана очень тонкой, положительное напряжение, приложенное к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до значительно большей по размеру n-области эмиттера. Под действием этого поля электроны из эмиттера направляются к базе и проникают внутрь неё. Малая часть электронов встречается и рекомбинирует (нейтрализуется) с дырками, являющимися основными носителями базы, но в связи с её малыми размерами (а соответственно и малым количеством дырок) бОльшая часть электронов проходит сквозь базу и доходит-таки до коллекторного перехода.
Уменьшение числа дырок в базе, происходящее в результате рекомбинации, компенсируется источником питания Bat2 и обуславливает ток базы, который, как мы уже поняли — значительно меньше тока эмиттера, который находится в прямой зависимости к интенсивности потока электронов.
Далее под действием электрического поля, создаваемого положительным потенциалом источника Bat1, электроны проникают из базы через p-n-переход в коллектор транзистора, выходят наружу и через источник питания замыкаются обратно в область эмиттера.
Если дальше повышать напряжение на базе, то количество электронов, участвующих в процессе циркуляции по цепи также увеличится. Результатом будет являться незначительное (в абсолютном выражении) увеличение тока базы и значительное увеличение тока коллектора.
А поскольку ток в цепи прямопропорционален интенсивности потока носителей заряда, то, исходя из всего вышесказанного и в соответствии с первым законом Кирхгофа, в транзисторе всегда существует следующее соотношение между токами: I_к = I_э — I_б.
Величина отношения токов коллектора и эмиттера характеризует такой параметр транзистора, как — коэффициент передачи тока α = I_к / I_э. Из формул следует, что коэффициент передачи тока транзистора всегда меньше единицы и принимает значение ≈ 0,9-0,99.

Усиливающее свойство транзистора заключается в том, что посредством относительно малого тока базы можно управлять большим током коллектора. Причём, в активном режиме — изменение тока коллектора прямо пропорционально изменению тока базы: ΔI_к = ΔI_б x h_21э , где h31э (или β) — статический коэффициент передачи тока транзистора. Этот параметр является справочным и для разных полупроводников составляет величину от 10—12 до 200—300.

И последний режим работы транзистора — режим насыщения (Рис 2 в)) или по-умному — режим двойной инжекции.
При дальнейшем повышении уровня напряжения на базе, ток в коллекторной цепи Iк также увеличивается, что приводит (согласно закону Ома) к пропорциональному увеличению падения напряжения на нагрузке и, как следствие — уменьшению напряжения Uк.
При определённом уровне этого напряжения Uк, коллекторный переход база-коллектор начнёт переходить в прямосмещённое (открытое) состояние, т.е. оба p-n перехода транзистора окажутся открытыми. Уровень напряжения на базе, при котором начинается этот процесс, называется Uбэ.нас, является справочной величиной и указывается при неком фиксированном токе коллектора.
Физически, это прямое смещение КП приводит к тому, что не только эмиттер будет засылать (инжектировать) электроны в базу, но и коллектор — тоже. Движение этих коллекторных электронов противоположно направлению диффузионного тока эмиттера и активно препятствует дальнейшему повышению тока транзистора.
В результате этого противостояния, ток коллектора практически перестаёт зависеть от дальнейшего увеличения уровня напряжения на базе и фиксируется на уровне, называемом Iк.нас. Ещё один паспортный параметр, характеризующий работу транзистора в режиме насыщения — Uкэ.нас показывает величину падения напряжения между коллектором и эмиттером при заданном токе коллектора.
В связи с тем, что величина тока Iк.нас может принимать значения, значительно превышающие токи транзистора, находящегося линейном режиме, следует внимательно относиться к выбору коллекторной нагрузки, чтобы не превысить максимально допустимых значений мощностей как самого транзистора, так и нагрузки. В случае, изображённом на Рис 2 в), этот выходной ток будет явно выше 20мА, допустимых для светодиода, что собственно говоря, и отображено на схеме.

Рис.3

Ну и под занавес приведу пример работы транзисторного каскада ОЭ в активном режиме (Рис.3).
Переменный резистор R1 принимает значения от 0 (в верхнем положении) до 680кОм (в нижнем).
В первом приближении — изменением значения напряжения Uбэ можно пренебречь и считать его равным Uбэ ≈ 0,6 В.
Тогда, согласно закону Ома, в верхнем положении потенциометра ток базы будет равен:
I_б ≈ (U_Bat1 — U_бэ)/(R1+R2) = (9в-0,6в)/51к = 0,16 мА,
а в нижнем:
I_б ≈ (U_Bat1 — U_бэ)/(R1+R2) = (9в-0,6в)/(51к +680к) = 0,011 мА,
А поскольку мы помним, что I_к = I_б x h_21э, то в верхнем положении R1 — I_к = 16мА, т.е. яркость светодиода близка к максимальной.
В нижнем положении R1 — I_к = 1,1мА, т.е. светодиод не светится, либо светится очень слабо.
В промежуточных положениях ручки потенциометра — токи, а соответственно и яркость свечения, также принимают промежуточные значения.

На следующей странице рассмотрим эквивалентную схему транзистора, а также свойства и характеристики различных типов усилительных каскадов.

транзисторов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 79

Введение

Транзисторы вращают мир электроники. Они критически важны как источник управления практически в каждой современной цепи. Иногда вы их видите, но чаще всего они спрятаны глубоко внутри кристалла интегральной схемы. В этом уроке мы познакомим вас с основами самого распространенного транзистора: биполярного транзистора (BJT).

В небольших дискретных количествах транзисторы могут использоваться для создания простых электронных переключателей, цифровой логики и схем усиления сигналов. В количествах тысяч, миллионов и даже миллиардов транзисторы соединены между собой и встроены в крошечные микросхемы для создания компьютерной памяти, микропроцессоров и других сложных ИС.

рассматривается в этом учебном пособии

После прочтения этого руководства мы хотим, чтобы вы получили широкое представление о том, как работают транзисторы.Мы не будем слишком углубляться в физику полупроводников или эквивалентные модели, но мы достаточно углубимся в предмет, чтобы вы поняли, как транзистор можно использовать в качестве переключателя или усилителя .

Это руководство разделено на несколько разделов, охватывающих:

Существует два типа базовых транзисторов: биполярный переход (BJT) и металлооксидный полевой транзистор (MOSFET). В этом руководстве мы сфокусируемся на BJT , потому что его немного легче понять.Если копать еще глубже в типы транзисторов, на самом деле существует две версии BJT: NPN и PNP . Мы сфокусируемся еще больше, ограничив наше раннее обсуждение NPN. Если сузить наш фокус — получить твердое представление о NPN — будет легче понять PNP (или даже MOSFET), сравнив, чем он отличается от NPN.

и nbsp

Хотите изучить транзисторы?

Мы вас прикрыли!

Комплект запчастей для начинающих SparkFun

В наличии КОМПЛЕКТ-13973

Комплект деталей для начинающих SparkFun — это небольшой контейнер с часто используемыми деталями, который дает вам все основные компоненты, которые вы…

Символы, булавки и конструкция

Транзисторы — это в основном трехконтактные устройства.На биполярном переходном транзисторе (BJT) эти контакты обозначены как коллектор (C), база (B) и эмиттер (E). Обозначения схем как для NPN, так и для PNP BJT приведены ниже:

Единственное различие между NPN и PNP — это направление стрелки на эмиттере. Стрелка на NPN указывает, а на PNP указывает. Полезная мнемоника для запоминания:

NPN:

N или P или N

Обратная логика, но работает!

Конструкция транзистора

Транзисторы полагаются на полупроводники, чтобы творить чудеса.Полупроводник — это не совсем чистый проводник (например, медный провод), но и не изолятор (например, воздух). Проводимость полупроводника — насколько легко он позволяет электронам течь — зависит от таких переменных, как температура или наличие большего или меньшего количества электронов. Заглянем вкратце под капот транзистора. Не волнуйтесь, мы не будем углубляться в квантовую физику.

Транзистор как два диода

Транзисторы

— это своего рода продолжение другого полупроводникового компонента: диодов.В некотором смысле транзисторы — это всего лишь два диода со связанными вместе катодами (или анодами):

Диод, соединяющий базу с эмиттером, здесь важен; он соответствует направлению стрелки на схематическом символе и показывает , в каком направлении должен течь ток через транзистор.

Изображение диодов — хорошее место для начала, но оно далеко не точное. Не основывайте свое понимание работы транзистора на этой модели (и определенно не пытайтесь воспроизвести ее на макете, это не сработает).Существует множество странных вещей на уровне квантовой физики, управляющих взаимодействием между тремя терминалами.

(Эта модель полезна, если вам нужно проверить транзистор. Используя функцию проверки диодов (или сопротивления) на мультиметре, вы можете провести измерения на клеммах BE и BC, чтобы проверить наличие этих «диодов».)

Структура и работа транзистора

Транзисторы
состоят из трех разных слоев полупроводникового материала.В некоторые из этих слоев добавлены дополнительные электроны (процесс, называемый «легирование»), а в других электроны удалены (допирование «дырками» — отсутствие электронов). Полупроводниковый материал с дополнительными электронами называется n-типа ( n для отрицательного заряда, потому что электроны имеют отрицательный заряд), а материал с удаленными электронами называется p-типа (для положительного). Транзисторы создаются путем наложения n поверх p поверх n или p поверх n над p .
Упрощенная схема структуры NPN. Заметили происхождение каких-либо аббревиатур?
Если немного помахать рукой, мы можем сказать, что электронов могут легко перетекать из областей n в области p , если у них есть небольшая сила (напряжение), толкающая их. Но переход из области p в область n действительно затруднен (требуется лот напряжения). Но особенность транзистора — часть, которая делает нашу модель с двумя диодами устаревшей — это тот факт, что электронов могут легко перемещаться от базы p-типа к коллектору n-типа, пока база- эмиттерный переход смещен в прямом направлении (это означает, что база находится под более высоким напряжением, чем эмиттер).
NPN-транзистор предназначен для передачи электронов от эмиттера к коллектору (поэтому обычный ток течет от коллектора к эмиттеру). Эмиттер «испускает» электроны в базу, которая контролирует количество электронов, испускаемых эмиттером. Большая часть испускаемых электронов «собирается» коллектором, который отправляет их в следующую часть цепи.
PNP работает таким же, но противоположным образом. База по-прежнему контролирует ток, но этот ток течет в противоположном направлении — от эмиттера к коллектору.Вместо электронов эмиттер испускает «дырки» (концептуальное отсутствие электронов), которые собираются коллектором.
Транзистор похож на электронный клапан . Базовый штифт похож на ручку, которую вы можете отрегулировать, чтобы позволить большему или меньшему количеству электронов течь от эмиттера к коллектору. Давайте исследуем эту аналогию дальше …
Расширение аналогии с водой
Если вы в последнее время читали много руководств по концепциям электричества, вы, вероятно, привыкли к аналогиям с водой.Мы говорим, что ток аналогичен скорости потока воды, напряжение — это давление, проталкивающее воду через трубу, а сопротивление — это ширина трубы.
Неудивительно, что аналогия с водой может быть распространена и на транзисторы: транзистор похож на водяной клапан — механизм, который мы можем использовать для управления скоростью потока .
Есть три состояния, в которых мы можем использовать клапан, каждое из которых по-разному влияет на скорость потока в системе.
1) Вкл — короткое замыкание
Клапан может быть полностью открыт, позволяя воде свободно течь в — проходить, как если бы клапана даже не было.
Аналогичным образом, при определенных обстоятельствах транзистор может выглядеть как короткое замыкание между выводами коллектора и эмиттера. Ток может свободно течь через коллектор и выходить из эмиттера.
2) Выкл. — обрыв цепи
Когда он закрыт, клапан может полностью перекрыть поток воды.
Таким же образом можно использовать транзистор для создания разомкнутой цепи между выводами коллектора и эмиттера.
3) Линейное управление потоком
С некоторой точной настройкой можно точно настроить клапан для точного управления расходом до некоторой точки между полностью открытым и закрытым.
Транзистор может делать то же самое — линейно регулирует ток через цепь в какой-то момент между полностью выключенным (разомкнутая цепь) и полностью включенным (короткое замыкание).
Из нашей аналогии с водой, ширина трубы аналогична сопротивлению в цепи. Если клапан может точно регулировать ширину трубы, то транзистор может точно регулировать сопротивление между коллектором и эмиттером. Таким образом, транзистор подобен переменному регулируемому резистору .
Усилительная мощность
Есть еще одна аналогия, которую мы можем провести здесь. Представьте себе, если бы с легким поворотом клапана вы могли контролировать скорость потока затворов плотины Гувера. Ничтожное усилие, которое вы можете приложить для поворота ручки, может создать усилие в тысячи раз сильнее. Мы расширяем аналогию до предела, но эта идея распространяется и на транзисторы. Транзисторы особенные, потому что они могут усиливать электрические сигналы , превращая сигнал малой мощности в аналогичный сигнал гораздо большей мощности.
Вид. Это еще не все, но это хорошее место для начала! В следующем разделе вы найдете более подробное объяснение работы транзистора.
Режимы работы
В отличие от резисторов, которые обеспечивают линейную зависимость между напряжением и током, транзисторы являются нелинейными устройствами. У них есть четыре различных режима работы, которые описывают протекающий через них ток. (Когда мы говорим о токе, протекающем через транзистор, мы обычно имеем в виду ток , протекающий от коллектора к эмиттеру NPN .)
Четыре режима работы транзистора:
Насыщение — Транзистор действует как короткое замыкание . Ток свободно течет от коллектора к эмиттеру.
Отсечка — Транзистор действует как разомкнутая цепь . Нет тока от коллектора к эмиттеру.
Активный — Ток от коллектора к эмиттеру пропорционален току, протекающему в базу.
Reverse-Active — Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении.Ток течет от эмиттера к коллектору (не совсем то, для чего были предназначены транзисторы).
Чтобы определить, в каком режиме находится транзистор, нам нужно посмотреть на напряжения на каждом из трех контактов и на то, как они соотносятся друг с другом. Напряжения от базы к эмиттеру (V _BE) и от базы к коллектору (V _BC) устанавливают режим транзистора:
Упрощенный квадрантный график выше показывает, как положительное и отрицательное напряжение на этих клеммах влияет на режим.На самом деле все немного сложнее.
Давайте рассмотрим все четыре режима транзистора по отдельности; мы исследуем, как перевести устройство в этот режим и как это влияет на ток.
Примечание: Большая часть этой страницы посвящена транзисторам NPN . Чтобы понять, как работает транзистор PNP, просто поменяйте полярность или знаки> и <.
Режим насыщенности
Насыщенность — это в режиме транзистора.Транзистор в режиме насыщения действует как короткое замыкание между коллектором и эмиттером.
В режиме насыщения оба «диода» транзистора смещены в прямом направлении. Это означает, что V _BE должен быть больше 0, и , так же как и V _BC. Другими словами, V _B должен быть выше, чем V _E и V _C.
Поскольку переход от базы к эмиттеру выглядит как диод, на самом деле V _BE должно быть больше порогового напряжения , чтобы войти в режим насыщения.Есть много сокращений для этого падения напряжения — V _th, V _γ и V _d несколько — и фактическое значение варьируется между транзисторами (и даже больше в зависимости от температуры). Для многих транзисторов (при комнатной температуре) это падение может составить около 0,6 В.
Еще один облом реальности: между эмиттером и коллектором не будет идеальной проводимости. Между этими узлами образуется небольшое падение напряжения. В технических характеристиках транзисторов это напряжение будет определено как напряжение насыщения CE V _{CE (sat)} — напряжение от коллектора к эмиттеру, необходимое для насыщения.Это значение обычно составляет 0,05-0,2 В. Это значение означает, что V _C должно быть немного больше, чем V _E (но оба все еще меньше, чем V _B), чтобы транзистор находился в режиме насыщения.
Режим отсечки
Режим отсечки противоположен насыщению. Транзистор в режиме отсечки — выключен, — нет тока коллектора и, следовательно, нет тока эмиттера. Это почти похоже на обрыв цепи.
Чтобы перевести транзистор в режим отсечки, базовое напряжение должно быть меньше, чем напряжения эмиттера и коллектора.Оба V _BC и V _BE должны быть отрицательными.
На самом деле, V _BE может быть где угодно между 0 В и V _— (~ 0,6 В) для достижения режима отсечки.
Активный режим
Для работы в активном режиме транзистор V _BE должен быть больше нуля, а V _BC должен быть отрицательным. Таким образом, базовое напряжение должно быть меньше, чем на коллекторе, но больше, чем на эмиттере. Это также означает, что коллектор должен быть больше эмиттера.
На самом деле нам нужно ненулевое прямое падение напряжения (сокращенно V _th, V _γ или V _d) от базы к эмиттеру (V _BE), чтобы «включить» транзистор. Обычно это напряжение обычно составляет около 0,6 В.
Усиление в активном режиме
Активный режим — это самый мощный режим транзистора, потому что он превращает устройство в усилитель . Ток, идущий на вывод базы, усиливает ток, идущий в коллектор и выходящий из эмиттера.
Наше сокращенное обозначение для коэффициента усиления (коэффициент усиления) транзистора — β (вы также можете увидеть его как β _F или h _FE ). β линейно связывает ток коллектора ( I _C ) с базовым током ( I _B ):
Фактическое значение β зависит от транзистора. Обычно это около 100 , но может варьироваться от 50 до 200 … даже 2000, в зависимости от того, какой транзистор вы используете и сколько тока проходит через него.Если, например, у вашего транзистора β = 100, это будет означать, что входной ток в 1 мА на базу может производить ток 100 мА через коллектор.
Модель с активным режимом. V _BE = V _th и I _C = βI _B.
Что насчет тока эмиттера, I _E? В активном режиме токи коллектора и базы идут в устройства, а выходит I _E. Чтобы связать ток эмиттера с током коллектора, у нас есть другое постоянное значение: α .α — коэффициент усиления по току общей базы, он связывает эти токи как таковые:
α обычно очень близко к, но меньше 1. Это означает, что I _C очень близко, но меньше, чем I _E в активном режиме.
Вы можете использовать β для вычисления α или наоборот:
Если, например, β равно 100, это означает, что α равно 0,99. Так, например, если I _C равен 100 мА, то I _E равен 101 мА.
Реверс Активный
Так же, как насыщение противоположно отсечке, обратный активный режим противоположен активному режиму.Транзистор в обратном активном режиме проводит, даже усиливает, но ток течет в обратном направлении, от эмиттера к коллектору. Обратной стороной активного режима является то, что β (β _R в данном случае) на намного меньше на .
Чтобы перевести транзистор в обратный активный режим, напряжение на эмиттере должно быть больше, чем на базе, которая должна быть больше, чем на коллекторе (V _BE <0 и V _BC> 0).
Обратный активный режим обычно не является состоянием, в котором вы хотите управлять транзистором.Приятно знать, что он есть, но он редко превращается в приложение.
Относительно PNP
После всего, о чем мы говорили на этой странице, мы все еще покрыли только половину спектра BJT. А как насчет транзисторов PNP? Работа PNP очень похожа на работу NPN — у них те же четыре режима, но все изменилось. Чтобы узнать, в каком режиме находится транзистор PNP, поменяйте местами все знаки <и>.
Например, чтобы перевести PNP в режим насыщения, V _C и V _E должны быть выше, чем V _B.Вы опускаете базу ниже, чтобы включить PNP, и поднимаете ее выше, чем коллектор и эмиттер, чтобы выключить его. И, чтобы перевести PNP в активный режим, V _E должен иметь более высокое напряжение, чем V _B, которое должно быть выше, чем V _C.
Итого:
Соотношение напряжений Режим NPN Режим PNP
В _E B C Активный Обратный
V _E B > V _C Насыщенность Отсечка
V _E> V _B C Отсечка Насыщенность
V _E> V _B> V _C Задний ход Активный
Другой противоположной характеристикой NPN и PNP является направление тока.В активном режиме и режиме насыщения ток в PNP течет от эмиттера к коллектору . Это означает, что эмиттер обычно должен иметь более высокое напряжение, чем коллектор.
Если вы перегорели концептуальными вещами, перейдите к следующему разделу. Лучший способ узнать, как работает транзистор, — это изучить его в реальных схемах. Давайте посмотрим на некоторые приложения!
Приложения I: Коммутаторы
Одно из самых фундаментальных применений транзистора — использовать его для управления потоком энергии к другой части схемы — используя его в качестве электрического переключателя.Управляя им либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения, транзистор может создавать двоичный эффект включения / выключения переключателя.
Транзисторные переключатели являются важными строительными блоками; они используются для создания логических вентилей, которые используются для создания микроконтроллеров, микропроцессоров и других интегральных схем. Ниже приведены несколько примеров схем.
Транзисторный переключатель
Давайте посмотрим на самую фундаментальную схему транзисторного переключателя: переключатель NPN. Здесь мы используем NPN для управления мощным светодиодом:
Наш управляющий вход проходит в базу, выход привязан к коллектору, а на эмиттере поддерживается фиксированное напряжение.
В то время как для обычного переключателя требуется физическое переключение исполнительного механизма, этот переключатель управляется напряжением на базовом выводе. Вывод микроконтроллера ввода / вывода, как и на Arduino, может быть запрограммирован на высокий или низкий уровень для включения или выключения светодиода.
Когда напряжение на базе превышает 0,6 В (или какое бы там значение у вашего транзистора V _th), транзистор начинает насыщаться и выглядит как короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Когда напряжение на базе меньше 0.6V транзистор находится в режиме отсечки — ток не течет, потому что это похоже на разрыв цепи между C и E.
Схема, приведенная выше, называется переключателем нижнего уровня , потому что переключатель — наш транзистор — находится на стороне низкого (заземления) цепи. В качестве альтернативы мы можем использовать транзистор PNP для создания переключателя верхнего плеча:
Как и в схеме NPN, база — это наш вход, а эмиттер подключен к постоянному напряжению. Однако на этот раз эмиттер подключен к высокому уровню, а нагрузка подключена к транзистору со стороны земли.
Эта схема работает так же хорошо, как и коммутатор на основе NPN, но есть одно огромное отличие: чтобы включить нагрузку, база должна быть низкой. Это может вызвать осложнения, особенно если высокое напряжение нагрузки (V _CC — 12 В, подключенное к эмиттеру V _E на этом рисунке) выше, чем высокое напряжение нашего управляющего входа. Например, эта схема не будет работать, если вы попытаетесь использовать Arduino с напряжением 5 В для выключения двигателя 12 В. В этом случае было бы невозможно выключить выключатель , потому что V _B (соединение с управляющим контактом) всегда будет меньше, чем V _E.
Базовые резисторы!
Вы заметите, что каждая из этих схем использует последовательный резистор между управляющим входом и базой транзистора. Не забудьте добавить этот резистор! Транзистор без резистора на базе похож на светодиод без токоограничивающего резистора.
Напомним, что в некотором смысле транзистор — это просто пара соединенных между собой диодов. Мы смещаем диод база-эмиттер в прямом направлении, чтобы включить нагрузку. Для включения диоду требуется всего 0,6 В, большее напряжение означает больший ток.Некоторые транзисторы могут быть рассчитаны только на ток, протекающий через них не более 10–100 мА. Если вы подаете ток выше максимального номинала, транзистор может взорваться.
Последовательный резистор между нашим источником управления и базой ограничивает ток в базе . Узел база-эмиттер может получить свое счастливое падение напряжения 0,6 В, а резистор может снизить оставшееся напряжение. Значение резистора и напряжение на нем определяют ток.
Резистор должен быть достаточно большим, чтобы эффективно ограничивать ток , но достаточно маленьким, чтобы питать базу достаточным током .Обычно достаточно от 1 мА до 10 мА, но чтобы убедиться в этом, проверьте техническое описание транзистора.
Цифровая логика
Транзисторы
можно комбинировать для создания всех наших основных логических вентилей: И, ИЛИ, и НЕ.
(Примечание: в наши дни полевые МОП-транзисторы с большей вероятностью будут использоваться для создания логических вентилей, чем биполярные транзисторы. Полевые МОП-транзисторы более энергоэффективны, что делает их лучшим выбором.)
Инвертор
Вот схема транзистора, которая реализует инвертор или НЕ затвор:
Инвертор на транзисторах.
Здесь высокое напряжение на базе включает транзистор, который эффективно соединяет коллектор с эмиттером. Поскольку эмиттер напрямую подключен к земле, коллектор тоже будет (хотя он будет немного выше, где-то около V _{CE (sat)} ~ 0,05-0,2 В). С другой стороны, если на входе низкий уровень, транзистор выглядит как разомкнутая цепь, а выход подтянут до VCC
.
(На самом деле это фундаментальная конфигурация транзистора, называемая общим эмиттером .Подробнее об этом позже.)
И Ворота
Вот пара транзисторов, используемых для создания логического элемента И с двумя входами :
2-входной логический элемент И на транзисторах.
Если один из транзисторов выключен, то на выходе коллектора второго транзистора будет установлен низкий уровень. Если оба транзистора включены (на обоих базах высокий уровень), то выходной сигнал схемы также высокий.
OR Выход
И, наконец, логический элемент ИЛИ с двумя входами :
2-входной логический элемент ИЛИ на транзисторах.
В этой схеме, если один (или оба) A или B имеют высокий уровень, соответствующий транзистор включается и подтягивает выходной сигнал к высокому уровню. Если оба транзистора выключены, то через резистор выводится низкий уровень.
Н-образный мост
H-мост — это транзисторная схема, способная приводить в движение двигатели как по часовой, так и против часовой стрелки . Это невероятно популярная трасса — движущая сила бесчисленных роботов, которые должны уметь двигаться как на , так и на назад.
По сути, H-мост представляет собой комбинацию из четырех транзисторов с двумя входными линиями и двумя выходами:
Вы можете догадаться, почему это называется Н-мостом?
(Примечание: обычно у хорошо спроектированного H-моста есть нечто большее, включая обратные диоды, базовые резисторы и триггеры Шмидта.)
Если оба входа имеют одинаковое напряжение, выходы двигателя будут иметь одинаковое напряжение, и двигатель не сможет вращаться. Но если два входа противоположны, двигатель будет вращаться в одном или другом направлении.
H-мост имеет таблицу истинности, которая выглядит примерно так:
Вход A Вход B Выход A Выход B Направление двигателя
0 0 1 1 Остановлено (торможение) 1 0 По часовой стрелке
1 0 0 1 Против часовой стрелки
1 1 0 торможение
Осцилляторы
Генератор — это схема, которая генерирует периодический сигнал, который колеблется между высоким и низким напряжением.Генераторы используются во всевозможных схемах: от простого мигания светодиода до генерации тактового сигнала для управления микроконтроллером. Есть много способов создать схему генератора, включая кварцевые кристаллы, операционные усилители и, конечно же, транзисторы.
Вот пример колебательного контура, который мы называем нестабильным мультивибратором . Используя обратную связь , мы можем использовать пару транзисторов для создания двух дополняющих осциллирующих сигналов.
Помимо двух транзисторов, конденсаторы являются настоящим ключом к этой схеме.Колпачки поочередно заряжаются и разряжаются, в результате чего два транзистора поочередно включаются и выключаются.
Анализ работы этой схемы — отличное исследование работы как конденсаторов, так и транзисторов. Для начала предположим, что C1 полностью заряжен (сохраняется напряжение около V _CC), C2 разряжен, Q1 включен, а Q2 выключен. Вот что происходит после этого:
Если Q1 включен, то левая пластина C1 (на схеме) подключена примерно к 0 В. Это позволит C1 разряжаться через коллектор Q1.
Пока C1 разряжается, C2 быстро заряжается через резистор меньшего номинала — R4.
Как только C1 полностью разрядится, его правая пластина будет подтянута примерно до 0,6 В, что включит Q2.
На этом этапе мы поменяли местами состояния: C1 разряжен, C2 заряжен, Q1 выключен, а Q2 включен. Теперь танцуем в другую сторону.
Q2 включен, позволяет C2 разряжаться через коллектор Q2.
Когда Q1 выключен, C1 может относительно быстро заряжаться через R1.
Как только C2 полностью разрядится, Q1 снова включится, и мы вернемся в состояние, в котором начали.
Может быть трудно осознать. Вы можете найти еще одну отличную демонстрацию этой схемы здесь.
Выбирая определенные значения для C1, C2, R2 и R3 (и сохраняя R1 и R4 относительно низкими), мы можем установить скорость нашей схемы мультивибратора:
Итак, при значениях для конденсаторов и резисторов, установленных на 10 мкФ и 47 кОм соответственно, частота нашего генератора будет около 1.5 Гц. Это означает, что каждый светодиод будет мигать примерно 1,5 раза в секунду.
Как вы, наверное, уже заметили, существует тонн схем, в которых используются транзисторы. Но мы почти не коснулись поверхности. Эти примеры в основном показывают, как транзистор можно использовать в режимах насыщения и отсечки в качестве переключателя, но как насчет усиления? Пришло время увидеть больше примеров!
Приложения II: Усилители
Некоторые из самых мощных транзисторных приложений включают усиление: преобразование сигнала малой мощности в сигнал большей мощности.Усилители могут увеличивать напряжение сигнала, беря что-то из диапазона мкВ и преобразовывая его в более полезный уровень в мВ или В. Или они могут усиливать ток, что полезно для превращения мкА тока, создаваемого фотодиодом, в ток гораздо большей величины. Существуют даже усилители, которые принимают ток и производят более высокое напряжение или наоборот (называемые транссопротивлением и крутизной соответственно).
Транзисторы являются ключевым компонентом многих усилительных схем. Существует бесконечное количество разнообразных транзисторных усилителей, но, к счастью, многие из них основаны на некоторых из этих более примитивных схем.Запомните эти схемы, и, надеюсь, с небольшим сопоставлением с образцом вы сможете понять более сложные усилители.
Общие конфигурации
Три основных транзисторных усилителя: общий эмиттер, общий коллектор и общая база. В каждой из трех конфигураций один из трех узлов постоянно связан с общим напряжением (обычно с землей), а два других узла являются либо входом, либо выходом усилителя.
Общий эмиттер
Обычный эмиттер — одна из наиболее популярных схем транзисторов.В этой схеме эмиттер подключен к общему напряжению как для базы, так и для коллектора (обычно заземления). База становится входом сигнала, а коллектор становится выходом.
Схема с общим эмиттером популярна, потому что она хорошо подходит для усиления напряжения , особенно на низких частотах. Например, они отлично подходят для усиления аудиосигналов. Если у вас небольшой входной сигнал с размахом 1,5 В, вы можете усилить его до гораздо более высокого напряжения, используя немного более сложную схему, например:
Одна особенность обычного эмиттера заключается в том, что он инвертирует входной сигнал (сравните его с инвертором с последней страницы!).
Общий коллектор (эмиттерный повторитель)
Если мы подключим коллектор к общему напряжению, используем базу как вход, а эмиттер как выход, то получится общий коллектор. Эта конфигурация также известна как эмиттерный повторитель .
Общий коллектор не усиливает напряжение (фактически, выходное напряжение будет на 0,6 В ниже входного). По этой причине эту схему иногда называют повторителем напряжения .
Эта схема действительно имеет большой потенциал в качестве усилителя тока .В дополнение к этому, высокий коэффициент усиления по току в сочетании с коэффициентом усиления по напряжению, близким к единице, делает эту схему отличным буфером напряжения . Буфер напряжения предотвращает нежелательные помехи цепи нагрузки цепи, управляющей ею.
Например, если вы хотите подать 1 В на нагрузку, вы можете пойти простым путем и использовать делитель напряжения, или вы можете использовать эмиттерный повторитель.
По мере увеличения нагрузки (что, наоборот, означает уменьшение сопротивления) выход схемы делителя напряжения падает.Но выходное напряжение эмиттерного повторителя остается стабильным, независимо от нагрузки. Большие нагрузки не могут «загрузить» эмиттерный повторитель, как это могут быть цепи с большим выходным сопротивлением.
Общая база
Мы поговорим об общей базе, чтобы завершить этот раздел, но это наименее популярная из трех основных конфигураций. В усилителе с общей базой эмиттер является входом, а коллектор — выходом. База общая для обоих.
Общая база похожа на антиэмиттер-повторитель.Это приличный усилитель напряжения, и ток на входе примерно равен выходному току (на самом деле ток на входе немного больше, чем на выходе).
Схема с общей базой лучше всего работает как токовый буфер . Он может принимать входной ток с низким входным сопротивлением и подавать почти такой же ток на выход с более высоким сопротивлением.
Вкратце
Эти три конфигурации усилителей лежат в основе многих более сложных транзисторных усилителей. У каждого из них есть приложения, где они сияют, будь то усиление тока, напряжения или буферизация.
Общий эмиттер Общий коллектор Общая база
Коэффициент усиления напряжения Средний Низкий Высокий
Коэффициент усиления 9045 9045 9045 9045 Низкий 9046 9045 Вход 9045 Среднее Высокое Низкое
Выходное сопротивление Среднее Низкое Высокое
Многокаскадные усилители
Мы можем продолжать говорить о большом разнообразии транзисторных усилителей.Вот несколько быстрых примеров, демонстрирующих, что происходит, когда вы комбинируете одноступенчатые усилители, указанные выше:
Дарлингтон
Усилитель Дарлингтона соединяет один общий коллектор с другим для создания усилителя с высоким коэффициентом усиления по току .
Выходное напряжение примерно равно входному напряжению (минус примерно 1,2–1,4 В), но коэффициент усиления по току является произведением двух коэффициентов усиления транзисторов . Это β ² — более 10 000!
Пара Дарлингтона — отличный инструмент, если вам нужно управлять большой нагрузкой с очень малым входным током.
Дифференциальный усилитель
Дифференциальный усилитель вычитает два входных сигнала и усиливает эту разницу. Это важная часть цепей обратной связи, где вход сравнивается с выходом для получения будущего выхода.
Вот основа дифференциального усилителя:
Эта схема также называется длинной хвостовой парой . Это пара схем с общим эмиттером, которые сравниваются друг с другом для получения дифференциального выхода.Два входа подаются на базы транзисторов; выход представляет собой дифференциальное напряжение на двух коллекторах.
Двухтактный усилитель
Двухтактный усилитель является полезным «заключительным каскадом» многих многокаскадных усилителей. Это энергоэффективный усилитель мощности, часто используемый для управления громкоговорителями.
Основной двухтактный усилитель использует транзисторы NPN и PNP, оба сконфигурированы как общие коллекторы:
Двухтактный усилитель на самом деле не усиливает напряжение (выходное напряжение будет немного меньше входного), но усиливает ток.Это особенно полезно в биполярных схемах (с положительным и отрицательным питанием), потому что оно может как «проталкивать» ток в нагрузку от положительного источника питания, так и «вытягивать» ток и погружать его в отрицательный источник питания.
Если у вас есть биполярный источник питания (или даже если у вас его нет), двухтактный — отличный конечный каскад для усилителя, действующий как буфер для нагрузки.
Собираем их вместе (операционный усилитель)
Давайте рассмотрим классический пример многокаскадной транзисторной схемы: операционный усилитель.Умение распознавать общие транзисторные схемы и понимание их назначения может очень помочь! Вот схема внутри LM3558, действительно простого операционного усилителя:
Внутреннее устройство операционного усилителя LM358. Узнали какие-то усилители?
Здесь определенно больше сложности, чем вы можете быть готовы усвоить, однако вы можете увидеть некоторые знакомые топологии:
Q1, Q2, Q3 и Q4 образуют входной каскад. Очень похоже на общий коллектор (Q1 и Q4) на дифференциальный усилитель , верно? Он просто выглядит перевернутым, потому что использует PNP.Эти транзисторы образуют входной дифференциальный каскад усилителя.
Q11 и Q12 являются частью второго этапа. Q11 — это общий коллектор, а Q12 — это общий эмиттер . Эта пара транзисторов буферизует сигнал с коллектора Q3 и обеспечивает высокий коэффициент усиления, когда сигнал поступает на финальный каскад.
Q6 и Q13 являются частью финальной стадии, и они тоже должны выглядеть знакомо (особенно если не обращать внимания на R _SC) — это push-pull ! Этот этап буферизует выходной сигнал, позволяя ему управлять большими нагрузками.
Есть множество других распространенных конфигураций, о которых мы не говорили. Q8 и Q9 сконфигурированы как токовое зеркало , которое просто копирует величину тока, проходящего через один транзистор, в другой.
После этого ускоренного курса по транзисторам мы не ожидаем, что вы поймете, что происходит в этой схеме, но если вы можете начать определять общие транзисторные схемы, вы на правильном пути!
Покупка транзисторов
Теперь, когда вы контролируете источник управления, мы рекомендуем SparkFun Inventor’s Kit, чтобы воплотить в жизнь полученные вами новые знания.Мы также предоставили ссылки на комплект полупроводников и одиночные транзисторы для использования в ваших собственных проектах.
Наши рекомендации:
N-канальный полевой МОП-транзистор 60 В, 30 А
В наличии COM-10213
Если вы когда-нибудь задумывались, как управлять фарами автомобиля с помощью микроконтроллера, MOSFET — это то, что вам нужно.Это ве…
4
Пакет дополнений SparkFun Inventor’s Kit — v4.0
На пенсии КОМПЛЕКТ-14310
С помощью Add-On Pack вы сможете включить некоторые из старых частей, которые раньше были включены в SIK, которые были обновлены…
Пенсионер
Ресурсы и дальнейшее развитие
Если вы хотите глубже изучить транзисторы, мы рекомендуем несколько ресурсов:
Начало работы в электронике Форрест Мимс — Мимс — мастер объяснения электроники простым для понимания и применимым образом.Обязательно посмотрите эту книгу, если вы хотите более подробно познакомиться с транзисторами.
LTSpice и Falstad Circuit — это бесплатные программные инструменты, которые вы можете использовать для моделирования цепей. Цифровые эксперименты со схемами — отличный способ научиться. Вы получаете все эксперименты, без боли макетирования или страха взорвать все. Попробуйте собрать воедино то, о чем мы говорили!
2N3904 Техническое описание — Еще один способ узнать о транзисторах — это изучить их техническое описание.2N3904 — действительно распространенный транзистор, который мы используем постоянно (а 2N3906 — его брат по PNP). Ознакомьтесь с таблицей данных, чтобы узнать, узнаете ли вы какие-нибудь знакомые характеристики.
Кроме того, наш собственный технический директор Пит выпустил серию видеороликов «По словам Пита», в которых основное внимание уделяется транзисторам и транзисторным усилителям. Обязательно посмотрите его видео о диодах и транзисторах:
.
Затем вы можете перейти к: Конфигурации смещения транзисторов, часть 1 и часть 2, и, наконец, текущие зеркала.Качественный товар!
Идем дальше
Или, если вам не терпится узнать больше об электронике в целом, ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств по SparkFun:
Интегральные схемы — Что вы получите, если объедините тысячи транзисторов и поместите их в черный ящик? IC!
Регистры сдвига — регистры сдвига — одна из наиболее распространенных интегральных схем. Узнайте, как с помощью транзистора мигать десятки светодиодов всего за несколько входов.
Mini FET Shield Hookup Guide — Это действительно простой щит Arduino, который использует 8 полевых МОП-транзисторов для управления 8 сильноточными выходами.Это хороший пример использования транзистора в качестве переключателя из реальной жизни.
Проектирование печатных плат с EAGLE — Выведите свои новые навыки работы с транзисторами на новый уровень. Сделайте из них печатную плату! В этом руководстве объясняется, как использовать бесплатное программное обеспечение (Eagle) для проектирования печатных плат.
Как паять. Если вы разрабатываете печатную плату, вам также нужно знать, как паять. Узнайте, как паять через отверстия в этом руководстве.
Или ознакомьтесь с некоторыми из этих сообщений в блоге, чтобы найти идеи:
Коллекторный узел — обзор
Высокочастотная инкрементальная модель
Мы знаем, что предыдущая низкочастотная модель является неполной, поскольку в ней нет механизмов ограничения полосы пропускания.Давайте теперь рассмотрим некоторые из источников ограничения полосы пропускания в биполярных транзисторах.
Во-первых, мы знаем, что у перехода есть обедняющая емкость, связанная с его обедняющим слоем, как мы показали при обсуждении диодов в предыдущей главе. Следовательно, мы знаем, что в биполярном транзисторе есть обедняющие емкости на переходах база-эмиттер и база-коллектор. Эти обедняющие емкости ¹⁴ показывают функциональную зависимость от напряжения перехода, как показано в предыдущей главе.
Во-вторых, когда транзистор смещен в прямой активной области, в базе накапливается заряд (рисунок 4.14), как показано на этом одномерном изображении NPN-транзистора. В предыдущей главе, посвященной диодам, это было названо «диффузионной емкостью». Поскольку v _BE изменяется, концентрация дополнительных электронов ( n ‘), хранящихся в базе, также изменяется, поддерживая ток коллектора. В этой формулировке мы будем предполагать, что изменение v _BE происходит достаточно медленно, так что концентрацию n ‘в основании можно моделировать как серию статических треугольных распределений.Это так называемое квазистатическое приближение, которое будет использоваться в следующих главах, когда мы будем обсуждать переключение транзисторов с большим сигналом.
РИСУНОК 4.14. Заряд хранится в базовой области NPN-транзистора в прямой активной области. По мере увеличения напряжения база-эмиттер транзистора В, _BE, дополнительные электроны в базе n ‘увеличиваются, как показано.
Этот накопленный базовый заряд можно смоделировать как емкость, которая зависит от уровня смещения транзистора.В случае NPN-транзистора, когда V _BE увеличивается, концентрация избыточных неосновных носителей, хранящихся в базе, также увеличивается, как показано.
Модель схемы, показывающая различные механизмы накопления заряда в биполярном транзисторе, показана на рисунке 4.15. Модель имеет следующие емкости:
РИСУНОК 4.15. Модель транзистора в передней активной области, показывающая компоненты накопления заряда C _b (базовая диффузионная емкость), C _je (обедненная емкость база-эмиттер) и C _jc (обеднение база-коллектор емкость).
•
C _je: обедненная емкость база – эмиттер (зависит от напряжения перехода)
•
C _b: базовая диффузионная емкость51 (линейно пропорциональна току коллектора)
910
•
C _jc: обедненная емкость база – коллектор (зависит от напряжения перехода).
В эту модель внесены несколько модификаций (рисунок 4.16). Сначала мы объединили C _je и C _b в единую емкость, которую мы назовем C _π. Во-вторых, давайте переименуем C _jc в C _μ.
РИСУНОК 4.16. Высокочастотная инкрементальная модель транзистора в прямой активной области. В этой модели мы объединили C _je и C _b в один конденсатор C _π, переименовали C _jc в C _μ и добавили базу сопротивление r _x.
Наконец, добавим сопротивление «базового растекания» r _x. Сопротивление растекания базы моделирует сопротивление между омическим контактом базы и частично обусловлено эффектами двумерного протекания тока базы. Для расчета полосы пропускания высокой частоты важно включить в модель r _x, поскольку емкости транзистора C _π и C _μ должны заряжаться через него. Если вы опустите r _x, в определенных топологиях схемы ваша модель будет излишне оптимистичной в отношении пропускной способности.Для типичных транзисторов это базовое сопротивление составляет порядка от 50 Ом до 500 Ом.
Теперь, как нам определить C _π и C _μ из таблицы данных? C _μ относительно легко. Мы знаем, что C _μ — это просто обедненная емкость база-коллектор. Помните из главы 3, что обедняющие емкости зависят от напряжения перехода, как:
(4.10) Cj = Cjo (1-VJϕbi) m
, где m = 1/2 для резкого перехода и m = 1/3 для линейно-градиентного перехода C _jo — это обедненная емкость при напряжении нулевого перехода, V _J — напряжение перехода, а ϕ _bi — встроенное напряжение.Также помните полярность V _J; когда переход более смещен в обратном направлении, емкость перехода уменьшается.
Во-первых, нам нужно определить значение рабочей точки напряжения перехода база-коллектор В _CB. Затем мы можем просто прочитать обедненную емкость из таблицы данных при заданном напряжении смещения коллектор-база.
Поиск C _π немного сложнее. Напомним, что C _π включает часть обедненной емкости ( C _je), добавленную к базовой диффузионной емкости.Базовая диффузионная емкость пропорциональна току коллектора транзистора. Чтобы найти C _π, нам нужно использовать некоторую информацию из таблицы. Если вы посмотрите на таблицу, то там есть число, которое иногда называют переходной частотой или произведением текущего усиления и ширины полосы, или « f _T». Если мы посмотрим на график зависимости усиления тока транзистора от частоты, мы увидим график, похожий на рисунок 4.17.Текущее значение коэффициента усиления / ширины полосы — это частота, при которой экстраполированный коэффициент усиления слабого сигнала по току достигает единицы.
РИСУНОК 4.17. График увеличения тока приращения биполярного транзистора h _fe ( f ) в зависимости от частоты. На частоте f _T экстраполированная кривая достигает коэффициента усиления по току 1.
Мы можем использовать простую схему на рис. 4.18, чтобы помочь нам понять методологию поиска C _π. Во-первых, для простоты мы проигнорировали эффекты r _x.Давайте решим для инкрементного коллектора i _c, когда база приводится в действие инкрементным базовым током i _b.
РИСУНОК 4.18. Инкрементальная модель транзистора для нахождения произведения усиления по току на ширину полосы f _T. Ток, возвращаемый через емкость коллектор-база C, равен i _f.
Поскольку правая часть C _μ заземлена, напряжение v _π будет просто:
(4.11) νπ = ibrπrπ (Cπ + Cμ) s + 1
Ток коллектора i _c равен:
(4.12) ic = gmνπ + if = gmibrπrπ (Cπ + Cμ) s + 1 − ibrπCμsrπ (Cπ + Cμ) s + 1 = (hfe − rπCμs) ibrπ (Cπ + Cμ) s + 1
Обратите внимание, что обратная связь через C _μ дает ноль в правой полуплоскости при ω _z = + 1/ r _π C _μ, что на частоте выше ω _T. Поскольку нулевая частота выше, чем интересующий нас частотный диапазон, ¹⁵ мы проигнорируем ее, аппроксимируя передаточную функцию слабого сигнала как:
(4.13) icib≈hferπ (Cπ + Cμ) s + 1
Для частот, намного превышающих точку излома, и используя тот факт, что h _fe = g _m r _π:
(4.14) icib≈gmrπrπ (Cπ + Cμ) s = gm (Cπ + Cμ) s
Следовательно, величина, при которой это усиление падает до 1, приблизительно равна:
(4.15) fT≈gm2π (Cπ + Cμ)
Следовательно, наш рецепт для поиска C _π и C _μ из таблицы данных и информации о смещении:
(4.16) Cμ≈Cjc (найдено в таблице VBCbias) Cπ = gm2πfT − Cμ
Для транзистора 2N3904 с I _C = 1 мА параметры слабого сигнала равны h _fe ≈ 100 и f _T = 300 МГц. Коэффициент усиления по току слабого сигнала транзистора h _fe начинает падать при f 3 МГц, как показано на рисунке 4.19.
РИСУНОК 4.19. Идеализированное усиление тока слабого сигнала h _fe ( f ) в зависимости от частоты для транзистора 2N3904, предполагая, что низкочастотный h _fe = 100 и f _T = 300 МГц.На частоте 300 МГц усиление по току слабого сигнала составляет приблизительно 1.
[MCQ’s] Основы электронных схем и связи
Электронные схемы и основы связи — модуль 4
1. Что мы используем для согласования импеданса в ВЧ усилителях?
a) RC-связь
b) Трансформаторная связь
c) Прямая связь
d) RF-связь
Ответ: b
Пояснение: Согласование импеданса — это входное сопротивление электрической нагрузки или выходное сопротивление соответствующего источника электрического сигнала для максимизации мощности передавать или минимизировать отражение сигнала от нагрузки.Трансформаторная связь в основном используется для согласования импеданса в ВЧ усилителях. Обычно используется с небольшой нагрузкой для усиления мощности.
2. Нейтрализация устраняет нежелательную обратную связь, обходя обратную связь на нейтраль или землю.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: b
Объяснение: Нейтрализация отменяет нежелательную обратную связь, добавляя обратную связь, не совпадающую по фазе с нежелательной обратной связью. Это метод фильтрации сигналов от шума.
3.В приемнике искажения могут возникать в ________
a) Смеситель
b) Детектор
c) Усилители ПЧ
d) Либо смеситель, либо детектор, либо усилители ПЧ
Ответ: d
Пояснение: Искажения в приемнике могут возникать либо в смесителе, либо в в детекторе. Это также может происходить в усилителях ПЧ. Искажение — это изменение формы сигнала.
4. Как ограничить реакцию приемника на слабый сигнал?
a) АРУ
b) шумом, который генерируется в приемнике
c) динамическим диапазоном приемника
d) типом используемой схемы детектора
Ответ: b
Пояснение: Отклик приемник слабых сигналов ограничен шумом.Этот шум генерируется только в приемнике. Шум — это нежелательный сигнал, который присутствует в полосе пропускания сигнала.
5. Когда будет происходить алиасинг?
a) Сигналы дискретизации меньше, чем частота Найквиста
b) Сигналы дискретизации, превышающие частоту Найквиста
c) Сигналы дискретизации, равные частоте Найквиста
d) Сигналы дискретизации с частотой, вдвое превышающей частоту Найквиста
Ответ: a
Объяснение: наложение заставляет различные сигналы становиться неразличимыми при дискретизации.Это случается, когда частота дискретизации меньше частоты Найквиста. Чтобы предотвратить наложение спектров, частота дискретизации сигналов должна быть в два раза выше частоты Найквиста.
6. Резонансный контур — это простая форма полосового фильтра.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Объяснение: Добротность Q резонансного контура является мерой качества резонансного контура, таким образом указывая на характеристики резонансного контура. Полоса пропускания можно рассматривать как отношение резонансной частоты к добротности.Более высокое значение Q означает более узкую полосу пропускания, которую мы хотим во многих приложениях.
7. Какое утверждение верно для амплитудной модуляции высокого уровня?
a) все усилители RF относятся к классу A
b) все усилители RF могут быть нелинейными
c) требуется минимальная мощность RF
d) требуется максимальная мощность RF
Ответ: b
Пояснение: В AM высокого уровня модуляция выполняется при высокой мощности несущего и модулирующего сигнала, поэтому выходная мощность высока. Поэтому усилители мощности не используются для усиления несущего и модулирующего сигнала.Таким образом, все усилители ВЧ нелинейны.
8. Какое утверждение верно для амплитудной модуляции низкого уровня?
a) все усилители RF относятся к классу A
b) все усилители RF могут быть линейными
c) требуется минимальная мощность RF
d) требуется максимальная мощность RF
Ответ: b
Пояснение: для AM низкого уровня модуляция сделано при низкой мощности несущей и модулирующего сигнала, поэтому усилители мощности используются для повышения несущей и модулирующего сигнала. Следовательно, выходная мощность мала.Таким образом, используемые усилители являются линейными.
9. Какие две сети можно использовать для согласования импеданса?
a) сеть pi и сеть T
b) сеть pi и сеть мостов
c) сеть мостов и сеть T
d) сеть pi и сеть омега
Ответ: a
Пояснение: Если источник с низким сопротивлением подключен к нагрузка с высоким импедансом, то мощность, которая может проходить через соединение, ограничивается более высоким импедансом. Обычно для согласования импеданса используются две цепи, pi и T.
10. Какое утверждение относительно умножителей частоты верно?
a) по сути это симметричные модуляторы
b) по сути усилители класса C
c) они по сути усилители класса AB
d) они по сути являются смесителями
Ответ: b
Пояснение: Умножитель частоты умножает частоту входного сигнала на целое число, такое, что выходные данные кратны входным. Умножители частоты обычно относятся к усилителям класса C.
Изучите ECCF (основы электрических схем и коммуникаций) с нуля бесплатно
Разберитесь в концепции ECCF (основы электрических цепей и коммуникаций) в деталях бесплатно [Видео + заметки]
Кликните сюда!
11.При амплитудной модуляции мгновенные значения амплитуды несущей изменяются в соответствии с изменениями амплитуды и частоты модулирующего сигнала.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Объяснение: При амплитудной модуляции амплитуда несущей синусоидальной волны изменяется в зависимости от значения информационного сигнала. Мгновенное значение амплитуды несущей изменяется в соответствии с изменениями амплитуды и частоты модулирующего сигнала. Несущая частота остается постоянной в процессе модуляции, но ее амплитуда изменяется в соответствии с модулирующим сигналом.
12. Как называется линия, соединяющая положительный и отрицательный пики сигнала несущей?
a) Пиковая линия
b) Максимальный потолок амплитуды
c) Индекс модуляции
d) Огибающая
Ответ: d
Пояснение: воображаемая линия, соединяющая положительные пики и отрицательные пики сигнала несущей, дает точную форму модулирующей информации сигнал. Эта линия известна как конверт.
13. Какая опорная линия для модулирующего сигнала?
a) Нулевая линия
b) Линия пика несущей
c) Линия модулированного пика
d) Линия немодулированного пика
Ответ: b
Пояснение: в качестве опорной точки модулирующий сигнал использует пиковое значение несущей, а не ноль .Огибающая изменяется выше и ниже пиковой амплитуды несущей. Нулевая опорная линия модулирующего сигнала совпадает с пиковым значением немодулированной несущей.
14. Что произойдет, если амплитуда модулирующего сигнала больше, чем амплитуда несущей?
a) Затухание
b) Искажение
c) Усиление
d) Затухание
Ответ: b
Пояснение: нулевая опорная линия модулирующего сигнала совпадает с пиковым значением немодулированной несущей.Из-за этого важны относительные амплитуды несущей и модулирующего сигнала. Когда амплитуда модулирующего сигнала больше, чем амплитуда несущей, возникнут искажения.
15. Каков эффект искажения?
a) Полная потеря информации
b) Информация об ошибке
c) Ослабленная информация
d) Усиленная информация
Ответ: b
Объяснение: Искажение возникает, когда амплитуда модулирующего сигнала превышает амплитуду несущей, что приводит к неверной информации передан.При амплитудной модуляции особенно важно, чтобы пиковое значение модулирующего сигнала было меньше пикового значения несущей.
16. Как называется схема, используемая для производства АМ?
a) Модулятор
b) Передатчик
c) Приемник
d) Дуплексер
Ответ: a
Пояснение: Схема, используемая для создания AM, называется модулятором. Он имеет два входа: несущий и модулирующий сигнал, а на выходе получается модулированный сигнал.Модуляторы амплитуды вычисляют произведение несущего и модулирующего сигналов.
17. Отношение между напряжением модулирующего сигнала и напряжением несущей называется?
a) Амплитудная модуляция
b) Частота модуляции
c) Индекс модуляции
d) Коэффициент модуляции
Ответ: c
Пояснение: Чтобы возникла неискаженная модуляция, напряжение модулирующего сигнала Vm должно быть меньше, чем напряжение несущей Vc. Следовательно, важно соотношение между амплитудой модулирующего сигнала и амплитудой несущего сигнала.Это соотношение, известное как индекс модуляции m, представляет собой отношение m = ^{V _m} ⁄ _Vc.
18. Каков процент модуляции, если модулирующий сигнал составляет 7,5 В, а несущая — 9 В?
a) 100
b) 91
c) 83,33
d) 0
Ответ: c
Пояснение: индекс модуляции m = ^{В _м} ⁄ _Vc = ^7,5 ⁄ ₉ * 100 = 83,33 .
19. Когда возникает перемодуляция?
a) Напряжение модулирующего сигнала <Несущее напряжение
b) Напряжение модулирующего сигнала> Несущее напряжение
c) Напряжение модулирующего сигнала = Несущее напряжение
d) Напряжение модулирующего сигнала = 0
Ответ: b
Объяснение: Сверхмодуляция является условием в напряжение модулирующего сигнала намного больше, чем напряжение несущей.Полученный сигнал будет формировать выходной сигнал в форме огибающей, отрицательные пики которой были обрезаны.
20. Каковы условия максимальной выходной мощности передатчика без искажений?
a) Напряжение модулирующего сигнала> Несущее напряжение
b) Напряжение модулирующего сигнала <Несущее напряжение
c) Напряжение модулирующего сигнала = Несущее напряжение
d) Напряжение модулирующего сигнала = 0
Ответ: c
Пояснение: Когда индекс модуляции равен 1 или процент модуляции равен 100, напряжение модулирующего сигнала равно напряжению несущей.Это приводит к максимальной выходной мощности на передатчике и максимальному выходному напряжению на приемнике без искажений.
Изучите ECCF (основы электрических схем и коммуникаций) с нуля бесплатно
Разберитесь в концепции ECCF (основы электрических цепей и коммуникаций) в деталях бесплатно [Видео + заметки]
Кликните сюда!
24.Сигнал несущей в методе модуляции _______ сигнал.
a) Высокая частота
b) Низкая частота
c) Высокая амплитуда
d) Низкая амплитуда
Ответ: a
Пояснение: Несущий сигнал в методе модуляции представляет собой высокочастотный сигнал. При амплитудной модуляции амплитуда высокочастотного несущего сигнала изменяется в соответствии с мгновенной амплитудой модулирующего сигнала.
25. Индекс модуляции AM-сигнала равен отношению __________ к _______
a) Пиковая амплитуда несущей, Пиковая амплитуда сигнала сообщения
b) Пиковая амплитуда сигнала сообщения, Пиковая амплитуда несущей
c) Частота сигнала несущей, частота сигнала сообщения
d) Частота сигнала сообщения, частота сигнала несущей
Ответ: b
Пояснение: Индекс модуляции k AM-сигнала определяется как отношение пиковой амплитуды сигнала сообщения к пиковой амплитуде несущей.Индекс модуляции часто выражается в процентах. Это также называется процентной модуляцией.
26. Если пиковая амплитуда сигнала сообщения равна половине максимальной амплитуды несущего сигнала, сигнал модулируется _____.
a) 100%
b) 2%
c) 50%
d) 70%
Ответ: c
Пояснение: Модуляция также выражается в процентах. Это также называется процентной модуляцией. Сигнал считается модулированным на 50%, если пиковая амплитуда сигнала сообщения составляет половину максимальной амплитуды несущего сигнала.
27. Процент модуляции больше ___________ приведет к искажению сигнала сообщения.
a) 10%
b) 25%
c) 50%
d) 100%
Ответ: d
Объяснение: Процент модуляции более 100% приведет к искажению сигнала сообщения, если его обнаружит детектор конверта. В этом случае более низкая амплитуда сигнала приведет к понижению амплитуды несущей ниже нуля, что сделает ее отрицательной (и, следовательно, изменит ее фазу).
28. Ширина полосы РЧ AM равна ____________ максимальной частоте, содержащейся в сигнале модулирующего сообщения.
a) Равно
b) Дважды
c) Четыре раза
d) Десять
Ответ: b
Пояснение: Ширина полосы РЧ сигнала AM равна B _AM = 2f _m. Это вдвое больше максимальной частоты, содержащейся в сигнале модулирующего сообщения. AM-спектр состоит из импульса на несущей частоте и двух боковых полос, которые повторяют спектр сообщения.
29. Системы AM с одной боковой полосой занимают ту же полосу пропускания, что и обычные системы AM.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: b
Объяснение: Системы AM с одной боковой полосой (SSB) передают только одну из боковых полос (верхнюю или нижнюю) относительно несущей.Следовательно, они занимают только половину полосы пропускания обычных систем AM.
30. Каковы характеристики систем SSB AM в каналах с замираниями?
a) Плохо
b) Лучшее
c) Хорошо
d) Среднее
Ответ: a
Пояснение: Системы SSB имеют преимущество в том, что они очень эффективны в отношении полосы пропускания. Но их производительность в каналах с замираниями очень плохая. Для правильного обнаружения частота генератора в смесителе детектора продукта в приемнике должна быть такой же, как и частота входящей несущей.
Изучите ECCF (основы электрических схем и коммуникаций) с нуля бесплатно
Разберитесь в концепции ECCF (основы электрических цепей и коммуникаций) в деталях бесплатно [Видео + заметки]
Кликните сюда!
31. Что из перечисленного является недостатком системы SSB с тональным сигналом в полосе?
a) Высокая полоса пропускания
b) Плохая защита соседнего канала
c) Влияние многолучевого распространения
d) Генерация и прием сигнала затруднены
Ответ: d
Пояснение: Системы тонального сигнала в полосе SSB имеют преимущество в поддержании низкого уровня свойство полосы пропускания сигналов SSB, в то же время обеспечивая хорошую защиту соседнего канала.Система тонального сигнала в полосе частот использует автоматическое управление усилением и частотой с прямой связью для смягчения эффектов замирания, вызванного многолучевым распространением.
32. FFSR в системах AM означает ________
a) Регенерация сигнала прямой связи
b) Регенерация сигнала обратной связи
c) Восстановление системы обратной связи
d) Восстановление системы прямой связи
Ответ: a
Объяснение: FFSR означает регенерацию сигнала прямой связи. Если пилот-тон и сигнал, несущий информацию, подвергаются коррелированному замиранию, в приемнике возможно противодействовать эффектам замирания посредством обработки сигнала на основе отслеживания пилот-тона.Этот процесс называется FFSR.
33. Метод демодуляции AM можно разделить на _____ и _____ демодуляцию.
a) Прямой, непрямой
b) Наклонный детектор, переход через нуль
c) Когерентный, некогерентный
d) Квадратурное обнаружение, когерентное обнаружение
Ответ: c
Пояснение: Методы AM демодуляции можно условно разделить на две основные категории. Их называют когерентной и некогерентной демодуляцией. Они различаются на основе информации о передаваемой несущей частоте и фазе в приемнике.
34. Некогерентное обнаружение требует знания переданной несущей частоты и фазы в приемнике.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: b
Объяснение: Некогерентное обнаружение требует знания информации о фазе. Однако когерентное обнаружение требует знания переданной несущей частоты и фазы в приемнике.
35. Детектор продукта в системах AM также называется ___________
a) Детектор огибающей
b) Дифференциатор
c) Интегратор
d) Фазовый детектор
Ответ: d
Пояснение: Детектор продукта также называется фазовым детектором.Он образует когерентный демодулятор для сигналов AM. Это схема понижающего преобразователя, которая преобразует входной полосовой сигнал в сигнал основной полосы частот.
36. Система AM использует только детектор продукта для демодуляции. Они никогда не используют детекторы конвертов.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: b
Объяснение: AM-системы могут использовать для демодуляции детектор продукта или детектор огибающей. Как правило, детекторы огибающей полезны, когда мощность входного сигнала по крайней мере на 10 дБ превышает мощность шума, тогда как детекторы продукта могут обрабатывать AM-сигналы с отношением входного сигнала к шуму значительно ниже 0 дБ.
37. ЖК-дисплей использует ________
a) сематические кристаллы
b) скрученные нематические кристаллы
c) нематические кристаллы
d) холестерические кристаллы
Ответ: b
Пояснение: ЖК-дисплей использует жидкокристаллический дисплей. Он использует скрученные нематические кристаллы, которые представляют собой тип жидких кристаллов, состоящих из вещества, называемого нематиком. Нематический жидкий кристалл помещен между двумя пластинами поляризованного стекла.
38. Какой из следующих этапов присутствует в FM-приемнике, но не в AM-приемнике?
a) Ограничитель амплитуды
b) Демодулятор
c) AM-усилитель
d) Смеситель
Ответ: a
Пояснение: В FM-приемнике используется схема ограничителя амплитуды для устранения шума или любых изменений амплитуды принимаемого сигнала.Таким образом, выход ограничителя амплитуды имеет постоянную амплитуду. Таким образом, он используется только для частотной модуляции, а не для амплитудной модуляции.
39. Функция дуплексера в радаре состоит в том, чтобы разрешить использование одной и той же антенны для передачи и приема.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Объяснение: Дуплексер является электронным блоком, позволяющим двунаправленную связь по одному и тому же пути. Передатчик и приемник могут обмениваться данными одновременно. В радаре дуплексер изолирует приемник от передатчика, позволяя им использовать общую антенну.
40. Однополосная модуляция (SSB) обычно зарезервирована для связи точка-точка.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Объяснение: Двухточечная связь означает двунаправленную связь только между одним передатчиком и одним приемником. В методе модуляции SSB-SC несущая подавляется, и передается только одна из двух боковых полос. Таким образом, снижается энергопотребление и уменьшается пропускная способность. Таким образом, это предпочтительнее для связи точка-точка.
Изучите ECCF (основы электрических схем и коммуникаций) с нуля бесплатно
Разберитесь в концепции ECCF (основы электрических цепей и коммуникаций) в деталях бесплатно [Видео + заметки]
Кликните сюда!
41. Для AM-передатчика усилитель класса C может использоваться после каскада модуляции.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: b
Объяснение: В передатчике AM требуемая мощность передачи получается от усилителя класса C, поскольку он является усилителем мощности, для низкоуровневой или высокоуровневой модуляции.Таким образом, он не используется после стадии модуляции.
42. Для какой из модулированных систем используется модулированный каскад с линейным усилением?
a) система с амплитудной модуляцией низкого уровня
b) система с амплитудной модуляцией высокого уровня
c) система с частотной модуляцией высокого уровня
d) система с частотной модуляцией низкого уровня
Ответ: a
Пояснение: При модуляции низкого уровня генерируется амплитуда модулированный сигнал имеет место на низких уровнях мощности. Затем сгенерированный AM-сигнал усиливается с помощью цепочки линейных усилителей, которые необходимы для предотвращения искажения формы волны.Таким образом, в системе с амплитудной модуляцией низкого уровня используется каскад с линейной усиленной модуляцией.
43. Когда шум проходит через узкополосный фильтр, выходной сигнал фильтра должен быть?
a) треугольная
b) квадратная
c) параболическая
d) синусоидальная
Ответ: d
Пояснение: Узкополосный фильтр используется для отделения узкой полосы частот от более широкополосного сигнала. Это комбинация полосового фильтра и полосового фильтра. Когда через него проходит шум, его выходной сигнал должен быть синусоидальным.
44. Узкополосный шум может существовать в _________
a) Только AM
b) Только PCM
c) Только FM
d) AM и FM
Ответ: d
Пояснение: Узкополосный фильтр используется для изоляции узкая полоса частот от более широкополосного сигнала. Это комбинация полосового фильтра и полосового фильтра. Таким образом, его можно использовать как в AM, так и в FM, чтобы передать полосу частот или ослабить полосу частот.
45. Верхняя и нижняя частоты боковой полосы для амплитудной модуляции 5 кГц с несущей частотой 30 кГц будут?
a) 35 кГц и 25 кГц
b) 34 кГц и 24 кГц
c) 25 кГц и 35 кГц
d) 0.35 кГц и 0,25 кГц
Ответ: a
Объяснение: частота верхней боковой полосы будет (30 + 5) = 35 кГц, а частота нижней боковой полосы будет (30-5) = 25 кГц.
46. РЛС с фазовой решеткой может одновременно отслеживать множество целей.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Пояснение: Радар с фазированной антенной решеткой представляет собой решетку излучающих элементов, каждый из которых имеет фазовращатель. Фаза сигнала, излучаемого излучающим элементом, изменяется для создания лучей, тем самым создавая конструктивную или деструктивную интерференцию для направления лучей в требуемом направлении.Таким образом, он может отслеживать множество целей вместе.
47. Что вы понимаете под термином SSB?
a) Подавленная боковая полоса
b) Односторонняя полоса
c) Подавленная одиночная полоса
d) Выбранная одиночная полоса
Ответ: b
Пояснение: SSB означает одностороннюю полосу. В SSB-SC (однополосная несущая с подавлением) несущая подавляется, и передается только одна из двух боковых полос. Это снижает энергопотребление, а также уменьшает полосу пропускания.
48.SSB — это стандартная форма радиосвязи.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Пояснение: SSB означает односторонний диапазон. В SSB-SC (однополосная несущая с подавлением) несущая подавляется, и передается только одна из двух боковых полос. Односторонний диапазон также можно рассматривать как стандартную форму для радиосвязи. В одностороннем диапазоне несущая волна подавляется примерно на 50 дБ.
49. Ленточный микрофон имеет двунаправленную функцию.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Объяснение: Верно утверждение, что ленточный микрофон имеет двунаправленную функцию.Другие микрофоны, такие как угольные, конденсаторные и т. Д., Не имеют двунаправленной функции.
50. Антенна может использоваться только как передатчик.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: b
Объяснение: Все антенны могут использоваться как передатчик и как приемник. Антенна излучает или принимает только электромагнитные волны. Антенна передатчика модулирует сигналы сообщения и передает модулированные волны, а антенна приемника принимает модулированную волну и демодулирует ее.
Изучите ECCF (основы электрических схем и коммуникаций) с нуля бесплатно
Разберитесь в концепции ECCF (основы электрических цепей и коммуникаций) в деталях бесплатно [Видео + заметки]
Кликните сюда!
51.TM — это псевдоаналоговая модуляция.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Пояснение: TM означает транспозиционную модуляцию. В TM сигнал сообщения модулируется путем вставки перегибов в исходную форму волны. Форма волны модифицируется, что приводит к модулированию. TM — это псевдоаналоговая модуляция. В TM несущая также несет переменную фазы.
52. Что такое полная форма PPM?
a) позиционно-импульсная модуляция
b) позиционно-импульсная модуляция
c) импульсно-импульсная модуляция
d) позиционно-позиционная модуляция
Ответ: a
Пояснение: PPM используется как для аналоговых, так и для цифровых сигналов.В PPM, когда одиночный импульс передается за выделенный временной сдвиг, биты сообщения кодируются. Он в основном используется для оптической связи, такой как оптическое волокно.
53. CVSDM означает дельта-модуляцию с плавным изменением наклона.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Объяснение: CVSDM означает дельта-модуляцию с плавным изменением наклона. Это также можно рассматривать как дельта-модуляцию с переменным размером шага. Дельта-модуляция включает аналого-цифровое преобразование и наоборот для передачи голосовых сигналов.
54. Если цель постоянно меняется, то лучшая система сканирования для правильного отслеживания — это _________
a) моноимпульсный
b) конический
c) переключение лепестков
d) последовательный
Ответ: a
Пояснение: Если область наведения изменяется непрерывно, то для точного отслеживания лучше использовать систему моноимпульсного сканирования, так как это позволяет избежать проблем в системах конического сканирования, которые часто возникают из-за быстрого изменения силы сигнала.
55.В NBFM индекс модуляции близок к __________
a) 1
b) больше 1
c) 10
d) бесконечно
Ответ: a
Пояснение: В NBFM индекс модуляции меньше или близок к единице. Это похоже на амплитудную модуляцию, за исключением сдвига фазы на 180 градусов в нижней боковой полосе.
56. NBFM означает узкополосную частотную модуляцию.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Объяснение: Это правильное утверждение, что NBFM означает узкополосную частотную модуляцию.В NBFM индекс модуляции меньше или близок к единице. Это похоже на амплитудную модуляцию, за исключением сдвига фазы на 180 градусов в нижней боковой полосе.
57. Что из следующего является косвенным способом генерации частотно-модулированных сигналов?
a) Модулятор Армстронга
b) Модулятор варактеровского диода
c) Модулятор реактивного полевого транзистора
г) Модулятор реактивного сопротивления
Ответ: a
Пояснение: Модулятор реактивного диода не является косвенным способом генерации ЧМ. Вместо этого это прямой способ получения FM с помощью механизма генератора, управляемого напряжением.Это модулятор Армстронга, который является косвенным способом генерации ЧМ.
58. Что из следующего определяет девиацию несущей при частотной модуляции?
a) напряжение модуляции
b) частота модуляции
c) девиация частоты
d) фаза модуляции
Ответ: a
Пояснение: При частотной модуляции частота несущей изменяется в зависимости от напряжения модуляции. При частотной модуляции именно модулирующее напряжение отвечает за отклонение несущей.
59. Балансный модулятор используется для создания __________
a) DSB
b) VSB
c) AM
d) SSB
Ответ: a
Объяснение: Балансный модулятор смешивает аудиосигнал и несущую волну радиочастоты, тем самым создавая Волна DSBSC, подавляя несущую. В DSB_SC присутствуют только две боковые полосы. Таким образом, он потребляет меньше энергии.
60. Полный AM сигнал предпочтительнее SSB в целях вещания, потому что ________
a) генерация полного AM проще
b) обнаружение полного AM проще
c) требует большой полосы пропускания
d) как для обнаружения, так и для генерации полный AM
Ответ: b
Пояснение: SSB предпочтительнее из-за его низкой пропускной способности и меньшего энергопотребления.Он уменьшает свою полосу пропускания, подавляя несущую и удаляя одну из двух боковых полос, поскольку обе боковые полосы абсолютно одинаковы. Но иногда предпочтительнее полная амплитудная модуляция, потому что ее обнаружение полной AM проще из-за более простой схемы демодуляции.
Изучите ECCF (основы электрических схем и коммуникаций) с нуля бесплатно
Разберитесь в концепции ECCF (основы электрических цепей и коммуникаций) в деталях бесплатно [Видео + заметки]
Кликните сюда!
61.Что из перечисленного не обязательно является преимуществом SSB перед AM?
a) необходимая полоса пропускания для SSB низкая
b) меньшая обрабатываемая мощность
c) сложная схема
d) простая схема
Ответ: d
Пояснение: SSB предпочтительнее из-за его низкой полосы пропускания и меньшего энергопотребления. Он уменьшает свою полосу пропускания, подавляя несущую и удаляя одну из двух боковых полос, поскольку обе боковые полосы абсолютно одинаковы. Но иногда предпочтительнее полная амплитудная модуляция, потому что в ней обнаружение полной амплитудной модуляции проще из-за более простой схемы демодуляции.В любом случае SSBSC имеет сложную схему.
62. Какой фильтр используется для получения исходного сигнала из дискретизированного сигнала?
a) фильтр нижних частот
b) фильтр верхних частот
c) полосовой фильтр
d) полосовой фильтр
Ответ: a
Объяснение: Выборка — это преобразование сигнала непрерывного времени в сигнал дискретного времени путем дискретизации непрерывного сигнала. сигнал по отношению к конкретным временным интервалам, тем самым дискритируя его. Теперь, чтобы вернуть исходный сигнал, мы должны использовать фильтр нижних частот, который ослабляет высокие частоты и пропускает только низкие частоты.
63. Правило Карсона используется для ________
a) вычисления ширины полосы частот FM-сигнала
b) вычисления SNR FM-сигнала
c) определения несущей частоты
d) вычисления показателя качества FM-сигнала
Ответ: a
Объяснение : Согласно правилу Карсона, требуемая полоса пропускания в два раза превышает сумму максимального отклонения частоты и максимальной частоты модулирующего сигнала или B = 2 (f _d + f _m) Гц.
64. FM-сигналы могут быть сгенерированы с помощью ________
a) Варактер-диод
б) Лазерный диод
в) Обратный диод
г) Диод Ганна
Ответ: a
Пояснение: Варактерный диод — это диод, работающий в обратном направлении. смещение, из-за которого через него не протекает ток.Он имеет переменную емкость, которая зависит от приложенного напряжения. Варакторные диоды в основном используются для генерации FM-сигналов с помощью генератора, управляемого напряжением.
65. Гранулированный шум возникает при дельта-модуляции, когда ____________
a) частота импульсов уменьшается
b) амплитуда импульсов уменьшается
c) модулирующий сигнал увеличивается
d) модулирующий сигнал остается постоянным
Ответ: d
Пояснение: используется дельта-модуляция для передачи голосовой информации, где качество не имеет первостепенного значения.Его недостаток состоит в том, что он имеет два шума, а именно перегрузку на склоне и гранулированный шум. Гранулированный шум возникает из-за постоянного модулирующего входного сигнала, приводящего к колебательному выходу. Поэтому для избавления от этих шумов мы используем ADM (Adaptive Delta Modulation).
66. DM означает ________
a) Плотностная модуляция
b) Дельта-модуляция
c) Двухполосная модуляция
d) Прямая модуляция
Ответ: b
Пояснение: DM означает дельта-модуляцию. Дельта-модуляция используется для передачи голосовой информации, где качество не имеет первостепенного значения.
67. Сжатие основной полосы частот дает ________
а) небольшой диапазон частот от низких до высоких
б) небольшой диапазон разных фаз
в) небольшой диапазон углов
г) небольшой диапазон амплитуд
Ответ: г
Пояснение: Метод сжатия сигнала в беспроводной сети обеспечивает эффективную передачу сжатых отсчетов сигнала по каналам последовательной передачи данных в системе. Сжатие основной полосы частот дает небольшой диапазон амплитуды.
68.Автоматический контроль уровня (ALC) используется для поддержания индекса модуляции около 100%.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Пояснение: ALC означает автоматический контроль уровня. Это технология, которая используется для автоматического управления выходной мощностью. Это помогает поддерживать вывод при различных изменениях на входе.
69. Сигнал, который ________ должен иметь линейный усилитель мощности.
a) сложный
b) имеет переменную частоту
c) линейный
d) имеет переменную амплитуду
Ответ: d
Пояснение: Если какой-либо сигнал имеет переменную амплитуду, то его усилитель должен быть линейным.Другие могут иметь или не иметь то же самое, но могут иметь нелинейные усилители.
70. Датчики обычно рассчитаны на сопротивление нагрузки ________
a) резистивное сопротивление 50 Ом
b) резистивное сопротивление 150 Ом
c) сопротивление 250 Ом
d) сопротивление 500 Ом
Ответ: a
Объяснение: передатчик — это электронное устройство, излучающее радиоволны с помощью антенны. Сам передатчик генерирует переменный ток радиочастоты, который подается на антенну.Датчики обычно рассчитаны на сопротивление нагрузки 50 Ом.
Изучите ECCF (основы электрических схем и коммуникаций) с нуля бесплатно
Разберитесь в концепции ECCF (основы электрических цепей и коммуникаций) в деталях бесплатно [Видео + заметки]
Кликните сюда!
71. Что мы называем резистором, если передатчик подключен к резистору вместо антенны?
a) тестовая нагрузка
b) временная нагрузка
c) фиктивная нагрузка
d) большая нагрузка
Ответ: c
Пояснение: Если передатчик подключен к резистору, а не к антенне, это называется фиктивной нагрузкой.Такая нагрузка используется в целях тестирования для настройки параметров передатчика, как если бы он вел себя в присутствии реальной антенны.
72. Усилители класса D очень эффективны, чем другие усилители.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Пояснение: Усилитель класса D также известен как коммутирующий усилитель. Он работает как электронные переключатели, а не как устройство электрического усиления, которое обычно используется в большинстве усилителей. Он также имеет высокую эффективность преобразования мощности в отличие от других усилителей.
73. Несущая подавляется в ________
a) смеситель
b) умножитель частоты
c) преобразователь
d) балансный модулятор
Ответ: d
Пояснение: микшер — это смеситель, который смешивает звуковые частоты с несущей частотой. Преобразователь преобразует сигнал из одной формы в другую. Балансный модулятор подавляет несущую и оставляет только боковые полосы.
74. Что такое полная форма AFC?
a) преобразование амплитуды в частоту
b) автоматическое преобразование частоты
c) автоматическое регулирование частоты
d) регулирование звуковой частоты
Ответ: c
Пояснение: AFC означает автоматическое регулирование частоты.Это метод автоматической настройки резонансного контура на частоту входящего радиосигнала. Он используется в приемниках для настройки на желаемую частоту.
75. Смешивание используется для связи с ________
а) увеличить несущую частоту
б) понизить несущую частоту
в) изменить девиацию
г) изменить несущую частоту на любое требуемое значение
Ответ: d
Объяснение: Микширование используется для изменения частоты несущей путем смешивания ее с радиочастотным или аудиосигналом.Частоту можно изменить на любое необходимое значение при обмене данными.
76. От какого фактора зависит полоса пропускания, необходимая для модулированной несущей?
a) диапазон частот основной полосы
b) отношение сигнал / шум
c) несущая частота
d) амплитуда несущей частоты
Ответ: a
Пояснение: Полоса пропускания может рассматриваться как диапазон частот в пределах полосы, которая используется для передача сигнала. Ширина полосы сигнала зависит от частотного диапазона основной полосы частот.
77. Какая ширина полосы требуется для сигнала SSB?
a) f _m
b) 2f _m
c)> 2f _m
d) <2f _m
Ответ: a
Объяснение: В системе с AM-модуляцией общая необходимая полоса пропускания составляет от f _c + f _m to f _c — f _m т.е. ширина полосы равна 2f _m. При передаче SSB-SC несущая и одна из боковых полос подавляются, поэтому ширина полосы становится только f _m.
78. Одним из преимуществ использования высокочастотной несущей волны является то, что она рассеивает очень небольшую мощность.
a) Верно
b) Неверно
Ответ: a
Объяснение: Основное преимущество использования высокочастотных сигналов состоит в том, что сигнал передается на очень большие расстояния и, таким образом, рассеивает очень мало энергии. Высота антенны, необходимая для передачи, также уменьшается на высоких частотах. Кроме того, это позволяет снизить шумовые помехи и обеспечить мультиплексирование. Это причина отправки аудиосигналов с высокочастотными сигналами несущей для целей связи.
79. Какова функция ВЧ смесителя?
a) Сложение двух сигналов
b) Умножение двух сигналов
c) Вычитание двух сигналов
d) Для уменьшения количества шума
Ответ: b
Пояснение: ВЧ смеситель преобразует частоты двух входящих сигналов путем умножения их и перенести на подходящую ленту, которую можно будет обработать.
Изучите ECCF (основы электрических схем и коммуникаций) с нуля бесплатно
Разберитесь в концепции ECCF (основы электрических цепей и коммуникаций) в деталях бесплатно [Видео + заметки]
Кликните сюда!
81.Найти полную мощность, если несущая AM-передатчика 800 Вт, и она модулирована на 50%?
a) 100 Вт
b) 800 Вт
c) 500 Вт
d) 900 Вт
Ответ: d
Пояснение: P _T = P _C (1+ ^u2 ⁄ ₂) в соответствии с задачей P _C = 800 Вт и m = 0,5. Подставляя значения в уравнение, мы получаем P _T = 800 (1+ ^0,52 ⁄ ₂) = 900 Вт.
82. Псевдонимы относятся к ________
a) Выборка сигналов с частотой меньше, чем частота Найквиста
b) Выборка сигналов с частотой Найквиста
c) Выборка сигналов с частотой выше, чем частота Найквиста
d) Исходный сигнал без дискретизации
Ответ: a
Объяснение: Под псевдонимом понимается выборка сигналов с меньшей частотой Найквиста.Частота Найквиста утверждает, что частота дискретизации сигналов должна быть больше или равна удвоенной ширине полосы модулирующего сигнала. Он уменьшается, если выборка выполняется с более высокой частотой, чем частота выборки Найквиста. Сглаживания можно избежать, используя фильтры сглаживания.
Пара / конфигурация транзисторов Дарлингтона
: работа, применение и примеры
Транзистор Дарлингтона изобретен в 1953 году американским инженером-электриком и изобретателем Сидни Дарлингтоном. В транзисторе
Дарлингтона используются два стандартных транзистора BJT (биполярный переходный транзистор) , которые соединены вместе.Транзистор Дарлингтона подключен по схеме, в которой один из эмиттеров транзистора подает ток смещения на базу другого транзистора.
Пара транзисторов Дарлингтона и ее конфигурация:
Если мы увидим символ транзистора Дарлингтона, мы сможем ясно увидеть, как два транзистора соединены. На изображениях ниже показаны два типа транзисторов Дарлингтона. Слева это NPN Darlington , а с другой стороны — PNP Darlington .Мы можем видеть, что NPN Darlington состоит из двух транзисторов NPN, а PNP Darlington состоит из двух транзисторов PNP. Эмиттер первого транзистора напрямую подключен к базе другого транзистора, а также коллекторы двух транзисторов соединены вместе. Эта конфигурация используется как для NPN-, так и для PNP-транзисторов Дарлингтона. В этой конфигурации пара транзисторов Дарлингтона дает гораздо более высокий коэффициент усиления и большие возможности усиления.
Нормальный BJT-транзистор (NPN или PNP) может работать между двумя состояниями: ВКЛ, и ВЫКЛ, .Нам нужно подать ток на базу, которая управляет током коллектора . Когда мы обеспечиваем достаточный ток на базу, BJT переходит в режим насыщения, и ток течет от коллектора к эмиттеру. Этот ток коллектора прямо пропорционален базовому току . Отношение тока базы и коллектора называется коэффициентом усиления по току транзистора , который обозначается как бета ( β) . В типичном BJT-транзисторе коэффициент усиления по току ограничен в зависимости от спецификации транзистора.Но в некоторых случаях приложению требуется большее усиление по току, которое не может обеспечить один транзистор BJT. Пара Darlington идеально подходит для приложений, где требуется усиление по высокому току .
Перекрестная конфигурация:
Однако конфигурация, показанная на изображении выше, использует либо два PNP, либо два NPN, есть и другие конфигурации Дарлингтона, или также доступна перекрестная конфигурация, где PNP используется с NPN или NPN используется с PNP.Этот тип перекрестной конфигурации называется парной конфигурацией Sziklai Darlington или конфигурацией Push-Pull .
На изображении выше показаны пары Sziklai Darlington . Эта конфигурация производит на меньше тепла и имеет преимущества в отношении времени отклика . Об этом мы поговорим позже. Он используется для усилителя класса AB или там, где требуются двухтактные топологии.
Вот несколько проектов , в которых мы использовали транзисторы Дарлингтона :
Расчет коэффициента усиления пары транзисторов Дарлингтона:
На изображении ниже мы видим, что два транзистора PNP или два транзистора NPN соединены вместе.
Общий коэффициент усиления по току пары Дарлингтона составит —
.
Коэффициент усиления по току (hFE) = Коэффициент усиления первого транзистора (hFE ₁) * Коэффициент усиления второго транзистора (hFE ₂)
На изображении выше два транзистора NPN образуют конфигурацию Дарлингтона NPN. Два NPN-транзистора T1 и T2 соединены вместе в том порядке, в котором соединены коллекторы T1 и T2 .Первый транзистор T1 обеспечивает требуемый базовый ток (IB2) на базу второго транзистора T2 . Итак, базовый ток IB1, , который управляет T1, управляет текущим потоком на базе T2 ’ s.
Итак, общий коэффициент усиления по току ( β ) достигается, когда ток коллектора равен
β * IB как hFE = fFE ₁ * hFE ₂
Поскольку два коллектора транзистора соединены вместе, общий ток коллектора (IC) = IC1 + IC2
Теперь, как обсуждалось выше, мы получаем ток коллектора β * IB ₁
В этой ситуации текущий коэффициент усиления равен единице или больше единицы .
Давайте посмотрим, как коэффициент усиления по току является умножением коэффициента усиления по току двух транзисторов .
IB2 управляется током эмиттера T1 , который равен IE1 . IE1 напрямую подключен к T2 . Итак, IB2 и IE1 одинаковы.
IB2 = IE1 .
Мы можем изменить это отношение дальше с помощью
IC ₁ + IB ₁
Изменяя IC1, как мы делали ранее, получаем
β ₁ IB ₁ + IB ₁ IB ₁ (β ₁ + 1)
Как и раньше, мы видели, что
IC = β ₁ IB ₁ + β ₂ IB ₂ As, IB2 или IE2 = IB1 (β1 + 1) IC = β ₁ IB ₁ + β ₂ IB ₁ (β1 + 1) IC = β ₁ IB ₁ + β ₂ IB ₁ β ₁ + β ₂ IB ₁ IC = { β ₁ + (β ₁ + β ₂ ) + β ₂ }
Итак, полный ток коллектора IC является комбинационным усилением отдельных транзисторов.
Транзистор Дарлингтона Пример:
Нагрузку 60 Вт, с входным напряжением 15 В необходимо переключить с помощью двух транзисторов NPN, создавая пару Дарлингтона. Коэффициент усиления первого транзистора будет 30 , а коэффициент усиления второго транзистора будет 95 . Рассчитаем базовый ток для переключения нагрузки.
Как известно, когда нагрузка будет включена, ток коллектора будет током нагрузки .Согласно степенному закону ток коллектора (IC) или ток нагрузки (IL) будет
I _L = I _C = Мощность / Напряжение = 60/15 = 4 А
Поскольку коэффициент усиления по току базы для первого транзистора будет 30 , а для второго транзистора будет 95 (β1 = 30 и β2 = 95), мы можем рассчитать ток базы по следующему уравнению —
Итак, если мы применим 1.3 мА тока на базе первого транзистора, нагрузка переключится « ВКЛ. », и если мы подадим ток 0 мА или заземлен базу, нагрузка будет переключена « ВЫКЛ. ».
Применение транзистора Дарлингтона:
Применение транзистора Дарлингтона такое же, как и у обычного биполярного транзистора.
На изображении выше NPN-транзистор Дарлингтона используется для переключения нагрузки.Нагрузка может быть любой, от индуктивной до резистивной. Резистор базы R1 обеспечивает ток базы на транзисторе Дарлингтона NPN. Резистор R2 предназначен для ограничения тока нагрузки. Это применимо для определенных нагрузок, которым требуется ограничение тока для стабильной работы. Поскольку пример показывает, что базовый ток требуется очень мало, его можно легко переключить с микроконтроллера или цифровых логических устройств. Но , когда пара Дарлингтона находится в области насыщения или полностью исправна, возникает падение напряжения на базе и эмиттере.Это главный недостаток пары Darlington . Падение напряжения колеблется от 0,3 В до 1,2 В. Из-за этого падения напряжения транзистор Дарлингтона нагревается, когда он полностью включен и подает ток на нагрузку. Кроме того, из-за конфигурации второй резистор включается первым резистором, транзистор Дарлингтона дает более медленное время отклика . В таком случае конфигурация Sziklai обеспечивает преимущество по времени отклика и тепловым характеристикам.
Популярный NPN-транзистор Дарлингтона — BC517 .
Согласно таблице данных BC517 , на приведенном выше графике показано усиление по постоянному току для BC517. Три кривые от более низкой к более высокой соответственно предоставляют информацию о температуре окружающей среды . Если мы видим кривую температуры окружающей среды 25 градусов , усиление постоянного тока будет максимальным, когда ток коллектора составляет около 150 мА .
Что такое идентичный транзистор Дарлингтона?
Идентичный транзистор Дарлингтона имеет две идентичные пары с точно такими же характеристиками с одинаковым коэффициентом усиления по току для каждой из них.Это означает, что усиление по току первого транзистора β1, такое же, как усиление по току второго транзистора , β2.
Используя формулу тока коллектора, коэффициент усиления по току идентичного транзистора будет равен —
.
IC = {{ β 1 + ( β2 * β1 ) + β 2} * IB} IC = {{ β 1 + ( β2 * β1 ) + β 1} * IB} β ² = IB / IC
Текущий прирост будет намного выше.Примеры пар Дарлингтона NPN — это TIP120, TIP121, TIP122, BC517, а примерами пар Дарлингтона PNP являются BC516, BC878 и TIP125.
ИС транзистора Дарлингтона: Пара
Дарлингтона позволяет пользователям управлять большим количеством мощных приложений с помощью источника тока в несколько миллиампер от микроконтроллера или источников слабого тока.
ULN2003 — это микросхема, широко используемая в электронике, которая обеспечивает сильноточные матрицы Дарлингтона с семью выходами с открытым коллектором.Семейство ULN состоит из ULN2002A, ULN2003A, ULN2004A , трех различных вариантов в нескольких вариантах комплектации. ULN2003 — широко используемый вариант в серии ULN. Это устройство включает в себя подавляющие диоды внутри интегральной схемы, что является дополнительной функцией для управления индуктивной нагрузкой с его использованием.
Это внутренняя структура микросхемы ULN2003. Это 16pin dip package. Как мы видим, входной и выходной штырьки полностью противоположны, что упрощает подключение микросхемы и упрощает дизайн печатной платы.
Доступно семь выводов с открытым коллектором. Также доступен один дополнительный вывод, который полезен для приложений, связанных с индуктивной нагрузкой, это могут быть двигатели, соленоиды, реле, которым требуются обратные диоды, мы можем выполнить соединение, используя этот вывод.
Входные контакты совместимы с TTL или CMOS , с другой стороны выходные контакты способны принимать большие токи. Согласно таблице данных, пары Дарлингтона способны потреблять 500 мА, тока и могут выдерживать пиковый ток 600 мА, .
На верхнем изображении показано фактическое соединение массива Дарлингтона для каждого драйвера. Он используется в семи драйверах, каждый драйвер состоит из этой схемы.
Когда входные контакты ULN2003 , от контакта 1 до контакта 7, имеют высокий уровень, на выходе будет низкий уровень , и он будет пропускать через него ток. И когда мы подадим Low на входной контакт, выход будет в состоянии с высоким импедансом , и он не будет потреблять ток.Вывод 9 используется для диода свободного хода ; он всегда должен быть подключен к VCC при переключении любой индуктивной нагрузки с использованием серии ULN . Мы также можем управлять более современными приложениями, подключив параллельно две пары входов и выходов, например, мы можем соединить контакт 1 с контактом 2 , а с другой стороны, можем подключить контакты 16 и 15 и параллельно две пары Дарлингтона для управления более высокими токовыми нагрузками.
ULN2003 также используется для управления шаговыми двигателями с микроконтроллерами.
Переключение двигателя с помощью ULN2003 IC:

В этом видео двигатель подключен через выходной контакт с открытым коллектором, с другой стороны, вход, мы обеспечиваем ток около 500 нА (0,5 мА) и контролируем ток 380 мА через двигатель. Вот как небольшая величина базового тока может контролировать более высокий ток коллектора в транзисторе Дарлингтона.
Кроме того, поскольку используется двигатель , штырь 9 подключен к VCC для обеспечения защиты от свободного хода .
Резистор обеспечивает низкое сопротивление , делая вход LOW , когда от источника не поступает ток, что делает выходным высоким сопротивлением , останавливая двигатель. Обратное произойдет, когда на входной контакт будет подан дополнительный ток.
об. III — Полупроводники. Переходные полевые транзисторы
Глава 5: ПЕРЕХОДНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ПОЛЕВЫМ ЭФФЕКТОМ
JFET, как и биполярные транзисторы, могут «дросселировать» ток в режиме между отсечкой и насыщением, который называется активным . режим.Чтобы лучше понять работу JFET, давайте настроим SPICE симуляция, аналогичная той, которая использовалась для исследования базового биполярного транзистора функция:
jfet моделирование вин 0 1 постоянного тока 1 j1 2 1 0 mod1 вамметр 3 2 постоянного тока 0 v1 3 0 постоянного тока .model mod1 njf .dc v1 0 2 0,05 .plot dc i (вамметр) .конец
Обратите внимание, что транзистор, обозначенный на схеме «Q ₁», представлен в списке соединений SPICE как j1. Хотя все типы транзисторов обычно называют Q-устройствами в принципиальных схемах — так же, как резисторы обозначаются буквой «R» обозначения, а конденсаторы буквой «С» — SPICE нужно сказать, какого типа У транзистора это происходит с помощью другого буквенного обозначения: q для биполярных переходных транзисторов и j для переходных полевых транзисторов.
Здесь управляющий сигнал представляет собой постоянное напряжение 1 вольт, подаваемое с отрицательный к затвору JFET и положительный к источнику JFET, чтобы обратное смещение PN перехода. В первом BJT-моделировании главы 4 для управляющего сигнала использовался источник постоянного тока 20 мкА, но помните, что JFET — это устройство с управляемым напряжением , а не устройство с регулируемым током, подобное биполярному переходному транзистору.
Подобно BJT, JFET имеет тенденцию регулировать контролируемый ток на фиксированный уровень выше определенного напряжения источника питания, независимо от того, насколько высок это напряжение может возрасти. Конечно, у этого действующего правила есть ограничения. в реальной жизни — ни один транзистор не выдерживает бесконечного напряжения от источник питания — и при достаточном напряжении сток-исток транзистор «сломается», и ток стока будет увеличиваться. Но в пределах нормы рабочие ограничения JFET поддерживает постоянный ток стока не зависит от напряжения питания.Чтобы убедиться в этом, запустим еще один компьютерное моделирование, на этот раз повышающее напряжение источника питания (V ₁) до 50 вольт:
jfet моделирование вин 0 1 постоянного тока 1 j1 2 1 0 mod1 вамметр 3 2 постоянного тока 0 v1 3 0 постоянного тока .model mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i (вамметр) .конец
Разумеется, ток стока остается стабильным на уровне 100 мкА. (1.000E-04 ампер) независимо от того, насколько высокое напряжение источника питания отрегулирован.
Поскольку входное напряжение контролирует сужение Канал JFET, имеет смысл, что изменение этого напряжения должно быть только действие, способное изменить текущую точку регулирования для JFET, как и изменение базового тока на BJT, — единственное действие возможность изменения регулирования тока коллектора.Давайте уменьшим входное напряжение от 1 вольт до 0,5 вольт и посмотрим, что получится:
jfet моделирование вин 0 1 постоянный ток 0,5 j1 2 1 0 mod1 вамметр 3 2 постоянного тока 0 v1 3 0 постоянного тока .model mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i (вамметр) .конец
Как и ожидалось, ток стока теперь больше, чем был в предыдущая симуляция. С меньшим напряжением обратного смещения, приложенным к переход затвор-исток, обедненная область уже не такая широкая, как была раньше, таким образом «открывая» канал для носителей заряда и увеличивая значение тока стока.
Обратите внимание, однако, на фактическое значение этой новой текущей цифры: 225. мкА (2,250E-04 ампер). Последняя симуляция показала ток стока 100 мкА, и это было при напряжении затвор-исток 1 вольт. Теперь, когда мы уменьшил управляющее напряжение в 2 раза (с 1 вольт до 0,5 вольта) ток стока увеличился, но не на те же 2: 1 пропорция! Давайте еще раз уменьшим напряжение затвор-исток на другой коэффициент 2 (до 0,25 В) и посмотрим, что произойдет:
jfet моделирование вин 0 1 пост 0.25 j1 2 1 0 mod1 вамметр 3 2 постоянного тока 0 v1 3 0 постоянного тока .model mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i (вамметр) .конец
При напряжении затвор-исток, установленном на 0,25 В, вдвое меньше, чем было. раньше ток стока составлял 306,3 мкА. Хотя это все еще увеличение по сравнению с 225 мкА по сравнению с предыдущим моделированием, это не пропорционально изменению управляющего напряжения.
Чтобы лучше понять, что здесь происходит, мы должны запустить другой вид моделирования: поддерживающий напряжение источника питания постоянным и вместо этого изменяет управляющий сигнал (напряжение).Когда такое моделирование проводилось на BJT, в результате получилась прямолинейная график, показывающий, как отношение входного тока / выходного тока БЮТ линейный. Давайте посмотрим, какие отношения демонстрирует JFET:
jfet моделирование вин 0 1 постоянного тока j1 2 1 0 mod1 вамметр 3 2 постоянного тока 0 v1 3 0 постоянного тока 25 .model mod1 njf .dc vin 0 2 0,1 .plot dc i (вамметр) .конец
Это моделирование напрямую выявляет важную характеристику переходный полевой транзистор: влияние управления напряжением на затворе ток утечки нелинейный .Обратите внимание, как ток стока не уменьшается линейно при увеличении напряжения затвор-исток. С биполярным переходным транзистором ток коллектора был напрямую пропорционально базовому току: пропорционально следует выходной сигнал входной сигнал. Но не так с JFET! Управляющий сигнал (напряжение затвор-исток) все меньше и меньше влияет на ток стока, поскольку он приближается к отсечке. В этом моделировании большинство управляющих действие (уменьшение тока стока на 75 процентов — с 400 мкА до 100 мкА) происходит в пределах первого вольта напряжения затвор-исток (от 0 до 1 вольт), а на оставшиеся 25 процентов уменьшения тока стока требуется еще один входной сигнал на целый вольт.Отсечка происходит при 2 вольтах Вход.
Линейность обычно важна для транзистора, потому что она позволяет для точного усиления формы волны без ее искажения. Если транзистор нелинейна по усилению на входе / выходе, форма входного форма волны каким-либо образом будет искажена, что приведет к возникновению гармоники в выходном сигнале. Единственная временная линейность — , а не . в транзисторной схеме важно, когда она работает на крайние пределы отсечки и насыщенности (выключены и включены, соответственно, как выключатель).
Кривые характеристик полевого транзистора JFET показывают одинаковые значения тока регулирования поведение как для BJT, и нелинейность между затвором-источником напряжение и ток стока очевидны в непропорциональной вертикальной расстояния между кривыми:
Чтобы лучше понять поведение полевого транзистора при регулировании тока, он может быть полезно нарисовать модель, состоящую из более простых, более распространенных компоненты, как и для BJT:
В случае JFET это напряжение через диод затвор-исток с обратным смещением, который устанавливает точку регулирования тока для пары диодов постоянного тока.Пара противостоящих диоды постоянного тока включены в модель для облегчения тока в любом направлении между истоком и стоком, что стало возможным благодаря однополярный характер канала. Без PN-переходов для ток исток-сток для прохождения, нет чувствительности к полярности в контролируемый ток. По этой причине JFET часто называют двусторонних устройств.
Контраст характеристических кривых JFET и кривых для биполярный транзистор обнаруживает заметное отличие: линейный (прямой) часть негоризонтальной области каждой кривой на удивление длинна по сравнению с соответствующими частями характеристических кривых БЮТ:
JFET-транзистор, работающий в области триода , имеет тенденцию действовать очень сильно. очень похоже на простой резистор, измеренный от стока до истока.Как все простых сопротивлений, его график ток / напряжение представляет собой прямую линию. Для по этой причине триодная (негоризонтальная) часть полевого транзистора характеристическую кривую иногда называют омической областью . В этом режиме работы, когда недостаточно тока от стока к истоку. напряжение для доведения тока стока до регулируемой точки, сток ток прямо пропорционален напряжению сток-исток. В тщательно разработанная схема, это явление может быть использовано с пользой.Управляемый в этой области кривой JFET действует как управляемое напряжением сопротивление , а не стабилизатор тока , управляемое напряжением, и подходящая модель для транзистора отличается:
Здесь и только здесь реостатная (переменная резисторная) модель преобразователя транзистор точный. Однако следует помнить, что эта модель транзистора справедливо только для узкого диапазона его работы: когда он чрезвычайно насыщен (гораздо меньшее напряжение между стоками и источник, чем то, что необходимо для достижения полного регулируемого тока через утечка).Величина сопротивления (измеряется в Ом) между стоком а источник в этом режиме контролируется величиной напряжения обратного смещения. применяется между затвором и источником. Чем меньше напряжение затвор-исток, тем меньше сопротивление (более крутая линия на графике).
Поскольку полевые транзисторы JFET являются регуляторами тока , управляемыми напряжением, (по крайней мере, когда им разрешено работать в их активе), присущие им коэффициент усиления не может быть выражен как безразмерное отношение, как с БЮТ. Другими словами, у полевого транзистора нет коэффициента β.Это верно для все активные устройства, управляемые напряжением, включая другие типы полевые транзисторы и даже электронные лампы. Однако есть выражение контролируемого тока (стока) для управления (затвор-исток) напряжения, и она называется крутизны . Его единица измерения — Siemens, такая же единица измерения проводимости (ранее известная как mho ).
Почему такой выбор единиц? Поскольку уравнение принимает общий форма тока (выходной сигнал), деленная на напряжение (входной сигнал).
К сожалению, значение крутизны для любого JFET не является стабильным. количество: оно значительно зависит от количества от ворот к источнику управляющее напряжение, приложенное к транзистору. Как мы видели в SPICE моделирования, ток стока не изменяется пропорционально изменения напряжения затвор-исток. Чтобы рассчитать ток стока для любого при заданном напряжении затвор-исток можно использовать другое уравнение. При осмотре очевидно, что он нелинейный (обратите внимание на степень двойки), отражая нелинейное поведение, которое мы уже испытали в моделирование:
ОБЗОР:
В своих активных режимах полевые транзисторы регулируют ток стока в соответствии с величина напряжения обратного смещения, приложенного между затвором и истоком, много подобно BJT регулирует ток коллектора в соответствии с током базы.В математическое соотношение между током стока (выходом) и затвор-исток Напряжение (вход) называется крутизной , и оно измеряется в единицах Сименс.
Взаимосвязь между напряжением затвор-исток (управление) и стоком (управляемый) ток является нелинейным: при уменьшении напряжения затвор-исток ток стока увеличивается экспоненциально. То есть крутизна JFET не является постоянной во всем рабочем диапазоне.
В своей триодной области полевые транзисторы JFET регулируют сопротивление сток-исток в зависимости от величины напряжения обратного смещения, приложенного между затвором и источник.Другими словами, они действуют как управляемые по напряжению. сопротивления.
CH02.dvi
% PDF-1.3 % 1 0 obj> эндобдж 2 0 obj> поток Acrobat Distiller 7.0 (Windows) 2014-09-03T18: 41: 51 + 05: 30Adobe Illustrator CS5.12014-09-03T18: 41: 51 + 05: 30
208256JPEG / 9j / 4AAQSkZJRgABAgEASABIAAD / 7QAsUGhvdG9MAASAAASAQAKEAkAuAaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa AQBIAAAAAQAB / + 4ADkFkb2JlAGTAAAAAAf / bAIQABgQEBAUEBgUFBgkGBQYJCwgGBggLDAoKCwoK DBAMDAwMDAwQDA4PEA8ODBMTFBQTExwbGxscHx8fHx8fHx8fHwEHBwcNDA0YEBAYGhURFRofHx8f Hx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8f / 8AAEQgBAADQAwER AAIRAQMRAf / EAaIAAAHAQEBAQEAAAAAAAAAAAQFAwIGAQAHCAkKCwEAAgIDAQEBAQEAAAAAAAAA AQACAwQFBgcICQoLEAACAQMDAgQCBgcDBAIGAnMBAgMRBAAFIRIxQVEGE2EicYEUMpGhBxWxQiPB UtHhMxZi8CRygvElQzRTkqKyY3PCNUQnk6OzNhdUZHTD0uIIJoMJChgZhJRFRqS0VtNVKBry4 / PE 1OT0ZXWFlaW1xdXl9WZ2hpamtsbW5vY3R1dnd4eXp7fh2 + f3OEhYaHiImKi4yNjo + Ck5SVlpeYmZ qbnJ2en5KjpKWmp6ipqqusra6voRAAICAQIDBQUEBQYECAMDbQEAAhEDBCESMUEFURNhIgZxgZEy obHwFMHR4SNCFVJicvEzJDRDghaSUyWiY7LCB3PSNeJEgxdUkwgJChgZJjZFGidkdFU38qOzwygp 0 + PzhJSktMTU5PRldYWVpbXF1eX1RlZmdoaWprbG1ub2R1dnd4eXp7fh2 + f3OEhYaHiImKi4yNjo + DlJWWl5iZmpucnZ6fkqOkpaanqKmqq6ytrq + v / aAAwDAQACEQMRAD8A7PmzeedirsVdirsVdirs VdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVQ8zNzK9tskGuRWGQ8ePbDTG0y0Bm / Tdutfh 5Nt / sTlWb6C5OkP70KGSYOxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2K qM8tQY6fT + OSAa5S6LOY9PhT6fprhpF7UmXl + X / cxbx0 / bff / YnKcw9JcnSS / eAMl / w1pf8AK / 8A wWYvjydl + Txu / wANaX / K / wDwWPjyX8njd / hrS / 5X / wCCx8eS / k8bv8NaX / K // BY + PJfyeN3 + GtL / AJX / AOCx8eS / k8bv8NaX / K // AAWPjyX8njd / hrS / 5X / 4LHx5L + Txu / w1pf8AK / 8AwWPjyX8njd / h rS / 5X / 4LHx5L + Txu / wANaX / K / wDwWPjyX8njd / hrS / 5X / wCCx8eS / k8bv8NaX / K // BY + PJfyeN3 + GtL / AJX / AOCx8eS / k8bv8NaX / K // AAWPjyX8njd / hrS / 5X / 4LHx5L + Txu / w1pf8AK / 8AwWPjyX8n jd / hrS / 5X / 4LHx5L + Txu / wANaX / K / wDwWPjyX8njd / hrS / 5X / wCCx8eS / k8bv8NaX / K // BY + PJfy eN3 + GtL / AJX / AOCx8eS / k8bv8NaX / K // AAWPjyX8njd / hrS / 5X / 4LHx5L + TxoK60XS0doxESRT4i x + eWRyyaZ6bGDVKf6G0zgF9Lp35N / XD4smP5eFckXp + l2EV3HJFFRwWKvyJ6g ++ QnkkQ24cEBIEB Osx3OdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVQF1T126duw8Pc5bH k48 + ajt7fcv9cLBVtafWF6d / DwPhglyZw5phlTkOxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2Kux V2KuxV2KuxV2KuxV2Kpdd0 + sNt4fqGWx5ONk5qW3h + vCxVrSn1hNvHx8DglyZ4 + aYZU5DsVdirsV dirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdiqX3rReow / b2qffb + GWwtx8hFqQaH0 + / Ohrt37Yd2FilWyMfqrv8e / b2wTZ46tMMqch3KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2Kux V2KuxV2KuxV2KuxVL70Req38 + 337fwy2N04 + SrUQsXDf7dD9 / bDuwoUqWQT1l / n3 / VgnyZY6tMsq cl2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxVL7sD13qR2618PbLY8nG yc1IBadV / wCGwsVW0C + ulCO / Svh74JcmePmmGVOQ7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7 FXYq7FXYq7FXYq7FXYql92lZ2 + jx8PllsTs4 + QbqQjNP7D / TDbClW0QidPDfx8D7YJHZnjG6YZU5 DsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdiqX3yKJGblVjTbw2plsC42 UbqCovpci +++ 38MlbADZWsVHqKxbcVHH6MjNniG6Y5U5LsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirs VdirsVdirsVdirsVdirsVdiqW3I5XjLWg2 / 4jlseTjTFyUWUCXgDUbb5LowI3VrZeN4ig16 / qORl yZwFSTLKnJdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVSe + u4FvZYy5 DoAzAKTQcQa7DLojZxMkhxFDjULRiKSVr0 + Ft / wyfCWvxAr6dfWst5GkcnJjWgoR0B8RkZxIDPFM GQTnKHMdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVYrrDAardgsU + AA d61QbfTmVj + kOuzh2lLkPExnkVIauwJ49N8saAjNC5DWYQV4mrim5pRG2yGT6W3T / wB4GX5iOzdi rsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVYnrhA1Wc + IUdj1QDMrH9Lrd R9ZS81BUbbfI9RXLGhHaGjfpaBxyMfKQBj0rwY / fTIZPpbtOPWGXZiOzdirsVdirsVdirsVdirsV dirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVYnrrEanOOx4f8QGZWP6XW6j6yl7N + 8AC0Hw / CQd + l fDrljQTuj9FBOr27Egk8yaAdCr + Hv + GV5PpLfg + sfjvZbmK7J2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2K uxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxVi2uRsdSkbifiKAHsfhGw2zJxnZ12oHrS5yDQk7ihHXtt + rLG ko3Qj / uVgooQfHsK7 / C3iTkMn0tmn + sMtzFdm7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXY q7FXYq7FXYq7FXYqxjW1B1F / i6OhZd9hwX4uuZOPk6 / P9SAoxITYH6O5puTljSidCC / pS3oST8ZN f9Vshk + ktmn + sMtzFdk7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYqxX XC36UkAYD4kIBp1CLucysf0uu1h2oAAkMRuFBavhTJtKO0QMNUhUjdeW + 9aFCflTfIZPpbsh2hle YrsXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FWK64FOqSkoPh5VrX4v hGZWP6XXaj6ygRsjbmjCnFR79 + mTaUdogB1SFtwTyND2 + A1HT7vbIZPpbsh2hlWYrsXYq7FXYq7F XYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FUn1C1tnu5HdAXNKnfwGXQJpxMsQZKUe nWpYEoAoO5JNMkZFgMYVrKzt4r6NkUVAbcEnqDkZSJDPHACQTfKXLdirsVdirsVdirsVdirsVdir sVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVS67dxcOAxA22B9stiNnGyE2pAM7VJ2HUk5JjzVLYUvFA NRvv9ByMuTKA9SZZU5LsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdiqAu pWWdwO1O7eHsctiNnHnLdR5c2AbbsDU9 / nXCwu1S3XjeItajf9RwS5MoCpJjlTkuxV2KuxV2KuxV 2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KpbeH / SH + jt7ZbHk42T6lNQC3E7HxwsQq26 8btBWvXf6DglyZQFSTHKnJdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirs VS28 / wB6X / 2P6stjycXJ9SkoJag7nJMQrWwK3aL8 / wBRyMuTOAqSY5U5LsVdirsVdirsVdirsVdi rsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdiqW3YrcuK06bn5ZbHk42T6lNaluKDr374WI8lW3BW8 QHf7W / 0EYJcmUPqTHKnJdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVS 68I + sMDXanQ + 3yy2PJxsnNSDNWg27bbZJhatbKwul5 / aFf1HxyMuTZAerdMMqch3KuxV2KuxV2Ku xV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxVLbz / el / wDY / qy2PJxcn1KQ6nJMURa / 3ynr v / xq2QlybMfNH5W5DsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdiqW3n + 9L / 7H9WWx5OLk + pSWnLfpUV + WSYhEW / EzqUFBXf58WyEuTZDmj8rch3KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2K uxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxVLrxHNw5Ckjbt7ZbE7ONkBtSVfi + PYVFa9aZJiB3q1t / vSnH7Irv7kHIy5MofUmGVOS7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FX Yqlt3y + sPQeH6stjycbJ9Smikt8Xwr3JwsQFW3I + toF + zvT7jglyZQ + pMcqcl2KuxV2KuxV2KuxV 2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxVLrtyLhxt26gHt8stiNnGyHdTQsx / ZCjqSo / p hLEbqts3 + lKtAetCAB2PhglyZwPqTDKnIdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdir sVdirsVdirsVS28ZhcOASBt + rLY8nGyh2KahnalagePhhYjdUttrtAOm + / 0HBLkyh9T / AP / Z
2014-09-03T18: 41: 51 + 05: 30приложение / постскриптум
CH02.dvi
Питер Гуд (Schlumberger) 4930 2002 12 июня, 15:43:16
TeX выход 2014.08.27: 1251
xmp.did: AD58740D4833E411A16AB53151DB11AAxmp.iid: AD58740D4833E411A16AB53151DB11AAuuid: d326518c-dd3e-4e22-A528-bd6cc5e44b53uuid: e97da2a7-ADCB-4616-a456-911ce23e9916uuid: d326518c-dd3e-4e22-A528-bd6cc5e44b53uuid: d326518c-dd3e-4e22-A528-bd6cc5e44b53
savexmp.iid: AD58740D4833E411A16AB53151DB11AA2014-09-03T18: 41: 51 + 05: 30 Adobe Illustrator CS5.1 /
643.000000789.000000Points1FalseFalse
Cyan
Черный
Группа образцов по умолчанию 0
конечный поток эндобдж 3 0 obj> эндобдж 4 0 obj> эндобдж 5 0 obj> поток HWYs ܸ ~ _ G *% cSy% ّ Rš4k + / h
[решено] Что из следующего верно относительно крутизны
?
Вопрос:
Бесплатная практика с пробными тестами из тестовой тетради
Опции:
Обратно пропорционально квадратному корню из I _D

Прямо пропорционально квадратному корню из I _D

Обратно пропорционально I _D

Прямо пропорционально I _Д

Правильный ответ:
Вариант 2 (Решение ниже)
Этот вопрос ранее задавали в
ISRO (VSSC) Технический помощник по электронике Официальный документ 2019
Решение:
Скачать вопрос с решением PDF ››
Концепция :
Transconductance указывает степень контроля затвора над током стока.2} \)
VGS = Напряжение затвор-источник
Vth = пороговое напряжение
Извлекая квадратный корень из приведенного выше уравнения, получаем:
\ (\ sqrt {I_D} = \ sqrt {K_n} {\ left ({{V_ {GS}} — {V_ {th}}} \ right)} \) — (1)
Теперь крутизна рассчитывается как:
\ (g_m = \ frac {\ partial I_ {D}} {\ partial V_ {GS}} = 2K_n {\ left ({{V_ {GS}} — {V_ {th}}} \ right)} \) — (2)
Оценивая (V _GS — V _th) из уравнения (1) и помещая его в уравнение (2), мы получаем:
\ (г_м = 2К_н.\ frac {\ sqrt {I_D}} {\ sqrt {K_n}} \)
\ (g_m = 2 \ sqrt {K_n.I_D} \)
\ (\ следовательно g_m \ propto \ sqrt {I_D} \)
Крутизна полевого МОП-транзистора при насыщении прямо пропорциональна квадратному корню из I _D.

Скачать вопрос с решением PDF ››
.

Categories Транзист

alexxlab
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Навигация по записям
Previous ReadingКак сделать усилитель антенны для телевизора своими руками: выбор, модели, изготовление своими руками 📡
Next ReadingБлок питания на 12 вольт 5 ампер своими руками схема: поэтапная инструкция для самостоятельного изготовления

Рубрики
Прост
Радио
Разное
Своими руками
Советы
Схем
Схемы
Транзист
Транзисторы
Электрон
Электроника

Внимание! Внешний вид товара, комплектация и характеристики могут изменяться производителем без предварительных уведомлений. Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) Гражданского кодекса Российской Федерации. 2024 © Все права защищены.

Соотношение напряжений	Режим NPN	Режим PNP
В _E B C	Активный	Обратный
V _E B > V _C	Насыщенность	Отсечка
V _E> V _B C	Отсечка	Насыщенность
V _E> V _B> V _C	Задний ход	Активный

Напряжение насыщения биполярного транзистора — Морской флот

Содержание

Устройство [ править | править код ]

Принцип работы [ править | править код ]

Режимы работы [ править | править код ]

Нормальный активный режим [ править | править код ]

Инверсный активный режим [ править | править код ]

Режим отсечки [ править | править код ]

Барьерный режим [ править | править код ]

Схемы включения [ править | править код ]

Схема включения с общей базой [ править | править код ]

Схема включения с общим эмиттером [ править | править код ]

Схема с общим коллектором [ править | править код ]

Основные параметры [ править | править код ]

Биполярный СВЧ-транзистор [ править | править код ]

Виды транзисторов

Биполярный транзистор

Принцип работы биполярного транзистора

Транзистор в ключевом режиме

Эмиттерный повторитель

Где транзисторы купить?

Электроника, электротехника. Профессионально-любительские решения.

Устройство биполярного транзистора

Принцип действия биполярного транзистора

Режимы работы

Режим отсечки

Напряжение насыщения биполярного транзистора

2. Расчет входного тока базы Ib

2. Расчет выходного тока коллектора iс

3. Расчет выходного напряжения Vout

4. Анализ результатов

Электроника, электротехника. Профессионально-любительские решения.

Устройство биполярного транзистора

Принцип действия биполярного транзистора

Режимы работы

Режим отсечки

Коэффициент — насыщение — транзистор

Коэффициент — насыщение — транзистор

Режим насыщения транзистора это

АТ / Новая папка / АТ / 3

Изменение крутизны полевого транзистора | Техника и Программы

Биполярный транзистор, что собой представляет, как устроен и работает

транзисторов — learn.sparkfun.com

Введение

рассматривается в этом учебном пособии

Рекомендуемая литература

Хотите изучить транзисторы?

Комплект запчастей для начинающих SparkFun

Символы, булавки и конструкция

NPN:

Конструкция транзистора

Транзистор как два диода

Структура и работа транзистора

Расширение аналогии с водой

1) Вкл — короткое замыкание

2) Выкл. — обрыв цепи

3) Линейное управление потоком

Усилительная мощность

Режимы работы

Режим насыщенности

Режим отсечки

Активный режим

Усиление в активном режиме

Реверс Активный

Относительно PNP

Приложения I: Коммутаторы

Транзисторный переключатель

Базовые резисторы!

Цифровая логика

Инвертор

И Ворота

OR Выход

Н-образный мост

Осцилляторы

Приложения II: Усилители

Общие конфигурации

Общий эмиттер

Общий коллектор (эмиттерный повторитель)

Общая база

Вкратце