Site Loader
Posted on 15.04.1986

Содержание

О транзисторах; на пальцах

В этом цикле статей мы попытаемся просто и доходчиво рассказать о таких непростых компонентах, как транзисторы.

Сегодня этот полупроводниковый элемент встречается почти на всех печатных платах, в любом электронном устройстве (в сотовых телефонах, в радиоприёмниках, в компьютерах и другой электронике). Транзисторы являются основой для построения микросхем логики, памяти, микропроцессоров… Вот давайте и разберёмся, что это чудо из себя представляет, как работает и чем вызвана такая широта его применения.

Транзистор — это электронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий с помощью входного сигнала управлять током.

Многие считают, что транзистор усиливает входной сигнал. Спешу огорчить, — сами по себе, без внешнего источника питания, транзисторы ничего не усилят (закон сохранения энергии ещё никто не отменял). На транзисторе можно построить усилитель, но это лишь одно из его применений, и то, для получения усиленного сигнала нужна специальная схема, которая проектируется и рассчитывается под определённые условия, плюс обязательно источник питания.

Что нужно знать из самого важного? Транзисторы делятся на 2 большие группы: биполярные и полевые. Эти 2 группы отличаются по структуре и принципу действия, поэтому про каждую из этих групп мы поговорим отдельно.

Эти транзисторы состоят из трёх слоёв полупроводника и делятся по структуре на 2 типа: pnp и npn. Первый тип (pnp) иногда называют транзисторами прямой проводимости, а второй тип (npn) — транзисторами обратной проводимости.

Что означают эти буквы? Чем отличаются эти транзисторы? И почему именно двух проводимостей? Как обычно — истина где-то рядом. © Всё гениальное — просто. N — negative (англ.) — отрицательный. P — positive (англ.) — положительный. Это обозначение типов проводимостей полупроводниковых слоёв из которых транзистор состоит. «Положительный» — слой полупроводника с «дырочной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют положительный знак), «отрицательный» — слой полупроводника с «электронной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют

отрицательный знак).

Структура и обозначение биполярных транзисторов на схемах показаны на рисунке справа. У каждого вывода имеется своё название. Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база. Как на схеме узнать базовый вывод? Легко. Он обозначается площадкой, в которую упираются коллектор и эмиттер. А как узнать эмиттер? Тоже легко, — это вывод со стрелочкой. Оставшийся вывод — это коллектор. Стрелочка на эмиттере всегда показывает направление тока. Соответственно, для npn транзисторов — ток втекает через коллектор и базу, а вытекает из эмиттера, для pnp транзисторов наоборот, — ток втекает через эмиттер, а вытекает через коллектор и базу.

Тонем в теории глубже… Три слоя полупроводника образуют в транзисторе два pn-перехода. Один — между эмиттером и базой, его обычно называют эмиттерный, второй — между коллектором и базой, его обычно называют коллекторный.

На каждом из двух pn-переходов может быть прямое или обратное смещение, поэтому в работе транзистора выделяют четыре основных режима, в зависимости от смещения pn-переходов (помним да, что если на стороне с проводимостью p-типа напряжение больше, чем на стороне с проводимостью n-типа, то это прямое смещение pn-перехода, если всё наоборот, то обратное). Ниже, на рисунках, иллюстрирующих каждый режим, стрелочками показано направление от большего напряжения к меньшему (это не направление тока!). Так легче ориентироваться: если стрелочка направлена от «p» к «n» — это прямое смещение pn-перехода, если от «n» к «p» — это обратное смещение.

1) Если на эмиттерном pn-переходе прямое смещение, а на коллекторном — обратное, то транзистор находится в нормальном активном режиме (иногда говорят просто: «активный режим», — опуская слово нормальный). В этом режиме ток коллектора зависит от тока базы и связан с ним следующим соотношением: Iк=Iб*β.

Активный режим используется при построении транзисторных усилителей.

2) Если на обоих переходах прямое смещение — транзистор находится в режиме насыщения. При этом ток коллектора перестаёт зависеть от тока базы в соответствии с указанной выше формулой (в которой был коэффициент β), он перестаёт увеличиваться, даже если продолжать увеличивать ток базы.

В этом случае говорят, что транзистор полностью открыт или просто открыт. Чем глубже мы уходим в область насыщения — тем больше ломается зависимость Iк=Iб*β. Внешне это выглядит так, как будто коэффициент β уменьшается. Ещё скажу, что есть такое понятие, как коэффициент насыщения. Он определяется как отношение реального тока базы (того, который у вас есть в данный момент) к току базы в пограничном состоянии между активным режимом и насыщением.

3) Если у нас на обоих переходах обратное смещение — транзистор находится в режиме отсечки. При этом ток через него не течёт (за исключением очень маленьких токов утечки — обратных токов через pn-переходы). В этом случае говорят, что транзистор полностью закрыт или просто закрыт.

Режимы насыщения и отсечки используются при построении транзисторных ключей.

4) Если на эмиттерном переходе обратное смещение, а на коллекторном — прямое, то транзистор попадает в инверсный активный режим. Этот режим является довольно экзотическим и используется редко. Несмотря на то, что на наших рисунках эмиттер не отличается от коллектора и по сути они должны быть равнозначны (посмотрите ещё раз на самый верхний рисунок, — на первый взгляд ничего не изменится, если поменять местами коллектор и эмиттер), на самом деле у них есть конструктивные отличия (например в размерах) и равнозначными они не являются. Именно из-за этой неравнозначности и существует разделение на «нормальный активный режим» и «инверсный активный режим».

Иногда ещё выделяют пятый, так называемый, «барьерный режим». В этом случае база транзистора закорочена с коллектором. По сути правильнее было бы говорить не о каком-то особом режиме, а об особом способе включения. Режим тут вполне обычный — близкий к пограничному состоянию между активным режимом и насыщением. Его можно получить и не только закорачивая базу с коллектором. В данном конкретном случае вся фишка в том, что при таком способе включения, как бы мы не меняли напряжение питания или нагрузку — транзистор всё равно останется в этом самом пограничном режиме.

То есть транзистор в этом случае будет эквивалентен диоду.

Итак, c теорией пока закончили. Едем дальше.

Биполярный транзистор управляется током. То есть, для того, чтобы между коллектором и эмиттером мог протекать ток (по другому говоря, чтобы транзистор открылся), — должен протекать ток между эмиттером и базой (или между коллектором и базой — для инверсного режима). Более того, величина тока базы и максимально возможного тока через коллектор (при таком токе базы) связаны постоянным коэффициентом β (коэффициент передачи тока базы): I

Б*β=IK.

Кроме параметра β используется ещё один коэффициент: коэффициент передачи эмиттерного тока (α). Он равен отношению тока коллектора к току эмиттера: α=Iк/Iэ. Значение этого коэффициента обычно близко к единице (чем ближе к единице — тем лучше). Коэффициенты α и β связаны между собой следующим соотношением: β=α/(1-α).

В отечественных справочниках часто вместо коэффициента β указывают коэффициент h21Э (коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером), в забугорной литературе иногда вместо β можно встретить h

FE. Ничего страшного, обычно можно считать, что все эти коэффициенты равны, а называют их зачастую просто «коэффициент усиления транзистора».

Что нам это даёт и зачем нам это надо? На рисунке слева изображены простейшие схемы. Они эквивалентны, но построены с участием транзисторов разных проводимостей. Также присутствуют: нагрузка, в виде лампочки накаливания, переменный резистор и постоянный резистор.

Смотрим на левую схему. Что там происходит? Представим себе, что ползунок переменного резистора в верхнем положении. При этом на базе транзистора напряжение равно напряжению на эмиттере, ток базы равен нулю, следовательно ток коллектора тоже равен нулю (I

К=β*IБ) — транзистор закрыт, лампа не светится. Начинаем опускать ползунок вниз
— напряжение на нём начинает опускаться ниже, чем на эмиттере — появляется ток из эмиттера в базу (ток базы) и одновременно с этим — ток из эмиттера в коллектор (транзистор начнёт открываться). Лампа начинает светиться, но не в полный накал. Чем ниже мы будем перемещать ползунок переменного резистора — тем ярче будет гореть лампа.

И тут, внимание! Если мы начнём перемещать ползунок переменного резистора вверх — то транзистор начнёт закрываться, а токи из эмиттера в базу и из эмиттера в коллектор — начнут уменьшаться. На правой схеме всё то же самое, только с транзистором другой проводимости.

Рассмотренный режим работы транзистора как раз является активным. В чём суть? Ток управляет током? Именно, но фишка в том, что коэффициент β может измеряться десятками и
даже сотнями. То есть для того, чтобы сильно менять ток, протекающий из эмиттера в коллектор, нам достаточно лишь чуть-чуть изменять ток, протекающий из эмиттера в базу.

В активном режиме транзистор (с соответствующей обвязкой) используется в качестве усилителя.

Мы устали… отдохнём немного…

Теперь разберёмся с работой транзистора в качестве ключа. Смотрим на левую схему. Пусть переключатель S будет замкнут в положении 1. При этом база транзистора через резистор R притянута к плюсу питания, поэтому ток между эмиттером и базой отсутствует и транзистор закрыт. Представим, что мы перевели переключатель S в положение 2. Напряжение на базе становится меньше, чем на эмиттере, — появляется ток между эмиттером и базой (его величина определяется сопротивлением R). Сразу возникает ток КЭ. Транзистор открывается, лампа загорается. Если мы снова вернём переключатель S в положение 1 — транзистор закроется, лампа погаснет. (на правой схеме всё то же самое, только транзистор другой проводимости)

В этом случае говорят, что транзистор работает в качестве ключа. В чём суть? Транзистор переключается между двумя состояниями — открытым и закрытым. Обычно при использовании транзистора в качестве ключа — стараются, чтобы в открытом состоянии транзистор был близок к насыщению (при этом падение напряжения между коллектором и эмиттером, а значит и потери на транзисторе, — минимальны).Для этого специальным образом рассчитывают ограничительный резистор в цепи базы. Состояний глубокого насыщения и глубокой отсечки обычно стараются избежать, потому что в этом случае увеличивается время переключения ключа из одного состояния в другое.

Небольшой пример расчётов. Представим себе, что мы управляем лампой накаливания 12В, 50мА через транзистор. Транзистор у нас работает в качестве ключа, поэтому в открытом состоянии должен быть близок к насыщению. Падение напряжения между коллектором и эмиттером учитывать не будем, поскольку для режима насыщения оно на порядок меньше напряжения питания. Так как через лампу течёт ток 50 мА, то нам нужно выбрать транзистор с максимальным током КЭ не менее 62,5 мА (обычно рекомендуют использовать компоненты на 75% от их максимальных параметров, это такой своеобразный запас). Открываем справочник и ищем подходящий p-n-p транзистор. Например КТ361. В нашем случае по току подходят с буквенными индексами «а, б, в, г», так как максимальное напряжение КЭ у них 20В, а у нас в задаче всего 12В.

Предположим, что использовать будем КТ361А, с коэффициентом усиления от 20 до 90. Так как нам нужно, чтобы транзистор гарантированно открылся полностью, — в расчёте будем использовать минимальный Кус=20. Теперь думаем. Какой минимальный ток должен течь между эмиттером и базой, чтобы через КЭ обеспечить ток 50 мА?

50 мА/ 20 раз = 2,5 мА

Токоограничивающий резистор какого номинала нужно поставить, чтобы пустить через БЭ ток 2,5 мА?

Тут всё просто. Закон Ома: I=U/R. Следовательно R=(12 В питания — 0,65 В потери на pn-переходе БЭ) / 0,0025 А = 4540 Ом. Так как 2,5 мА — это минимальный ток, который в нашем случае должен протекать из эмиттера в базу, то нужно выбрать из стандартного ряда ближайший резистор меньшего сопротивления. Например, с 5% отклонением это будет резистор 4,3 кОм.

Теперь о токе. Для зажигания лампы с номинальным током 50 мА нам нужно коммутировать ток всего 2,5 мА. И это при использовании ширпотребовского, копеечного транзистора, с низким Кус, разработанного 40 лет назад. Чувствуете разницу? Насколько можно уменьшить габариты выключателей (а значит и их стоимость) при использовании транзисторов.

Вернёмся опять к теории.

В рассмотренных выше примерах мы использовали только одну из схем включения транзистора. Всего же, в зависимости от того, куда мы подаём управляющий сигнал и откуда снимаем выходной сигнал (от того, какой электрод для этих сигналов является общим) выделяют 3 основных схемы включения биполярных транзисторов (ну, логично, да? — у транзистора 3 вывода, значит если делить схемы по принципу, что один из выводов общий, то всего может быть 3 схемы):

1) Схема с общим эмиттером.

Если считать, что входной ток — это ток базы, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора и выходное напряжение — это напряжение между коллектором и эмиттером, то можно записать, что: Iвых/Iвх=Iк/Iб=β , Rвх=Uбэ/Iб.

Кроме того, так как Uвых=Eпит-Iк*R, то видно, что, во-первых, выходное напряжение легко можно сделать гораздо выше входного, а во-вторых, что выходное напряжение инвертировано по отношению ко входному (когда Uбэ=Uвх увеличивается и входной ток растёт — выходной ток также растёт, но Uкэ=Uвых при этом уменьшается).

Такая схема включения (для краткости её обозначают ОЭ) является наиболее распространённой, поскольку позволяет усилить как ток, так и напряжение, то есть позволяет получить максимальное усиление мощности. Замечу, что эта дополнительная мощность у усиленного сигнала берётся не из воздуха и не от самого транзистора, а от источника питания (Eпит), без которого транзистор ничего не сможет усилить и вообще никакого тока в выходной цепи не будет. (Я думаю, — мы позже, в отдельной статье, про то, как именно работают транзисторные усилители и как их рассчитывать, подробнее напишем).

2) Схема с общей базой.

Здесь входной ток — это ток эмиттера, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь коллектора нагрузке. Для этой схемы: Iвых≈Iвх, т.к. Iк≈Iэ, Rвх=Uбэ/Iэ.

Такая схема (ОБ) усиливает только напряжение и не усиливает ток. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается.

3) Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Здесь входной ток — это ток базы, а входное напряжение подключено к переходу БЭ транзистора и нагрузке, выходной ток — ток эмиттера, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь эмиттера нагрузке. Для этой схемы: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=(IК+IБ)/IБ=β+1, т.к. обычно коэффициент β достаточно большой, то иногда считают Iвых/Iвх≈β. Rвх=Uбэ/Iб+R. Uвых/Uвх=(Uбэ+Uвых)/Uвых≈1.

Как видим, такая схема (ОК) усиливает ток и не усиливает напряжение. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается. Кроме того, данная схема имеет самое большое входное сопротивление.

Оранжевыми стрелками на приведённых выше схемах показаны контура протекания токов, создаваемых источником питания выходной цепи (Епит) и самим входным сигналом (Uвх). Как видите, в схеме с ОБ ток, создаваемый Eпит, протекает не только через транзистор, но и через источник усиливаемого сигнала, а в схеме с ОК, наоборот, — ток, создаваемый входным сигналом, протекает не только через транзистор, но и через нагрузку (по этим приметам можно легко отличить одну схему включения от другой).

Ну и на последок поговорим о том, как проверить биполярный транзистор на исправность. В большинстве случаев о исправности транзистора можно судить по состоянию pn-переходов. Если рассматривать эти pn-переходы независимо друг от друга, то транзистор можно представить как совокупность двух диодов (как на рисунке слева). В общем-то взаимное влияние pn-переходов и делает транзистор транзистором, но при проверке можно с этим взаимным влиянием не считаться, поскольку напряжение к выводам транзистора мы прикладываем попарно (к двум выводам из трёх). Соответственно, проверить эти pn-переходы можно обычным мультиметром в режиме проверки диодов. При подключении красного щупа (+) к катоду диода, а чёрного к аноду — pn-переход будет закрыт (мультиметр показывает бесконечно большое сопротивление), если поменять щупы местами — pn-переход будет открыт (мультиметр показывает падение напряжения на открытом pn-переходе, обычно 0,6-0,8 В). При подключении щупов между коллектором и эмиттером мультиметр будет показывать бесконечно большое сопротивление, независимо от того какой щуп подключен к коллектору, а какой к эмиттеру.

Биполярный транзистор, принцип работы для чайников

Что такое биполярный транзистор – элементарное полупроводниковое устройство, функциональность которого охватывает изменение либо усиление выходного сигнала от заряженных частиц.

Это один из типов транзисторов, состоящий из 3-х слоев, которые обеспечивают 2 «зарядных» или «дырочных» перехода (би – два перехода). Соответственно, данное устройство может быть представлено как два диодных элемента, включенных противоположно друг другу.

В простонародье биполярный транзистор пришел на смену морально и физически устаревшим транзисторам лампового вида, которые эксплуатировались очень длительное время в конструкциях телевизоров прошлого столетия.

Как видно из изображения 1 устройства данного вида имеют 3 выхода, однако, по конструктивному исполнению внешний вид отличается друг от друга. Но в схемах электрических цепей они одинаковы во всех случаях.

В зависимости от проводимости биполярные устройства разделяются на P→N→P и N→P→N устройства, которые отличаются что переносит заряженные частицы – электроны или посредством «дырок».

Устройство биполярного транзистора

Согласно типовых схем, буквой «Б» называется «База» – внутренний слой аппарата, его фундамент, который приводит преобразование или изменение токового сигнала. Стрелка в кругу показывает движение токовых зарядов в «Э».

«Э» – «Эмиттер» – внутренняя основная составляющая транзистора, предназначенный для переноса заряженных элементарных частиц в «Б».

«К» – «Коллектор» – вторая составляющая транзисторного устройства, которая производит сбор тех же зарядов, которые проходят через «Б».

Пласт «Базы» конструктивно выполняют очень тоненьким в связи с рекомбинированием заряженных частиц, которые идут через базовый слой, с составными частицами данного пласта. В то же время пласт «Коллектора» конструируют как можно шире для качественного сбора зарядов.

Принцип работы биполярного транзистора

Принцип работы биполярного транзистора для чайников опишем на образце P→N→P транзисторного аппарата на рисунке 3. Принцип работы биполярного транзистора N→P→N вида сходен переходу в прямом направлении, только в этом случае заряды – электрические частицы движутся от «К» до «Э». Для выполнения данного условия необходимо всего на всего изменить полярность подключенного напряжения.

При отсутствии внешних возмущений, внутри биполярника между его слоями будет существовать разность зарядов. На границах раздела будут установлены единые барьерные мосты, так как в это время доля «дырок» в коллекторе соответствует их численности в эмиттере.

Для точной работы биполярного транзистора переход в коллекторном пласте необходимо сместить в противоположном курсе, в то же время в эмиттере направленность перехода должна быть прямым. В этом случае режим функционирования будет активным.

Для выполнения вышеуказанных условий необходимо применить два питания, один из которых с положительным знаком соединяем с концом эмиттера, «минус» подключаем к базовому слою. Второй источник напряжения соединяем в следующем порядке: «плюс» к базовому концу, «минус» – к концу коллектора. Изобразим подключение на рисунке 4.

Под воздействием напряжения Uэ, Uк через барьеры совершается переход дырок в эмиттере №1-5 и в базовом слое электрически заряженных частиц №7,8. В данном случае величина тока в эмиттере будет зависеть от количества переходов дырок, так как их больше.

Дырки, которые перешли в базовый слой собираются у барьерного перехода. Тем самым у границы с эмиттерным слоем будет собираться массовое количество дырок, в то же время у границы с «К», концентрация их существенно ниже. В связи с этим начнется диффузия дырок к «К» и близи границы произойдет их ускорение поля «Б» и переход в «К».

При перемещении через средний слой базы дырки рекомбинируют, заряженный электрон 6 замещает дырку 5. Такое перемещение будет совершаться с увеличением плюсового заряда при переходе дырок, соответственно движение зарядов в обратном направлении будет создавать ток определенной величины, а база остается электрически нейтральной.

Число дырок, которые перешли в коллектор будет меньше числа, которые покинули эмиттер. Это значит, что электрический ток «К» будет отличаться от значения тока «Э».

Обратный переход дырок из коллектора нежелателен и снижает эффективность транзистора, потому что переход осуществляется не основными, а вспомогательными носителями энергии и зависит данный переход сугубо от величины температуры. Данный ток носит название тока тепла. По значению теплового тока судят о качестве биполярного транзистора.

На рисунке 5 схематически изобразим направление движения заряженных частиц – токов транзистора.

На основании выше изложенного напрашивается вывод: любое изменение тока в структуре слоев эмиттер – база сопровождается изменением величины тока коллектора, причем самое малое изменение «базового» тока приведет к значимой коррекции выходного коллекторного тока.

Режим работы биполярных устройств

В зависимости от величины напряжения на выводах транзистора существует 4 режима его функционирования:

  • отсечка – переходов дырки – электроды не происходит;
  • активный режим – приведен в описании;
  • насыщение – ток базы очень велик и ток коллектора будет иметь максимальное значение и абсолютно не зависеть от тока базы, соответственно усиления сигнала не будет;
  • инверсия – использование устройства с обратными ролями эмиттера и коллектора.

Достоинства и недостатки биполярных транзисторов

К достоинствам биполярных транзисторов в сравнении с аналогами относятся:

  • управление электрическими зарядами;
  • надежность в работе;
  • устойчивость к частотным помехам;
  • малые шумовые характеристики;

К недостаткам можно отнести:

  • обладает малым значением входного сопротивления, из-за которого ухудшаются характеристики по усилению сигналов;
  • резкая чувствительность к статике зарядов;
  • схема включения предполагает присутствие 2-х питаний;
  • при высоких значениях температуры возможно повреждение транзистора.

Биполярные транзисторы. For dummies

Предисловие

Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.

Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Транзисторы. Определение и история

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.

Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.

Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.

В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.

Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.

И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики


Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.

Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.

Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».

Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.

Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.

Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.

Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.

Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.

Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.

Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.

Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной.

Также параметрами биполярного транзистора являются:

  • обратный ток коллектор-эмиттер
  • время включения
  • обратный ток колектора
  • максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Режимы работы биполярного транзистора

Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.

  1. Инверсный активный режим. Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
  2. Режим насыщения. Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
  3. Режим отсечки. Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
  4. Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.

Схемы включения биполярных транзисторов

Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.

Схема включения с общим эмиттером


Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.

Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.

Схема включения с общей базой


Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.

В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.

Схема включения с общим коллектором


Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.

Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала

Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.

В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).

Два слова о каскадах

Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.

Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо wrewolf за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.

Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).

Другие области применения биполярных транзисторов

Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.

Как работает транзистор: принцип и устройство

Транзистор – прибор, предназначенный для управления током в электрической цепи. Применяется практически во всех моделях видео- и аудио аппаратуры. Полупроводниковые транзисторы пришли на смену морально устаревшим ламповым, которые устанавливались в старые телевизоры. Для изготовления полупроводниковых моделей ранее использовался германий, но сферы его применения ограничены из-за чувствительности к температурным колебаниям. На смену германию пришел кремний, т.к. кремниевые детали стоят дешевле германиевых и более устойчивы к скачкам температуры. Транзисторы небольшой мощности изготавливают в прямоугольных корпусах из полимерных материалов или в металлических цилиндрических. В этой статье мы постараемся простыми словами изложить, что такое транзистор, как он устроен и что делает.

Устройство транзисторов

Наиболее популярный вид полупроводникового транзистора – биполярный. В устройство транзистора этого типа входит монокристалл, разделенный на 3 зоны: база (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э), каждая из которых имеет свой вывод.

  • Б – база, очень тонкий внутренний слой;
  • Э – эмиттер, предназначается для переноса заряженных частиц в базу;
  • К – коллектор, составляющая, которая имеет тип проводимости, одинаковый с эмиттером, предназначена для сбора зарядов, поступивших с эмиттера.
  • n-типа – носителями зарядов являются электроны.
  • p-типа – носители зарядов – положительно заряженные «дырки».

Требуемый тип проводимости достигается путем легирования различных частей кремниевого монокристалла. Легирование – это добавление в состав материала различных примесей для улучшения физических и химических свойств этого материала. Транзисторы по типу проводимости раздаются на два типа: n-p-n и p-n-p.

Принцип работы транзистора

Транзистор работает в режимах «Открыто» и «Закрыто». Рассмотрим, как работает транзистор биполярного типа на уровне «чайников», и на каких физических процессах основано его функционирование. В таком транзисторе коллектор и эмиттер сильно легированы, база тонкая, содержит малое количество примесей.

Простое изложение принципа работы биполярного транзистора:

  • Подключение к зажимам одноименного напряжения к эмиттеру и базе (p подсоединяется к «+», а n – к «-») приводит к появлению тока между эмиттером и базой. В базе образуются носители зарядов. Чем выше напряжение, тем больше количество носителей зарядов появляется в базе. Ток, подаваемый на базу, называется управляющим.
  • Если к коллектору подключить обратное напряжение (n-коллектор подключается к плюсу, p-коллектор – к минусу), то между эмиттером и коллектором появится разница потенциалов, и между ними потечет ток. Чем больше носителей заряда скапливается в базе, тем сильнее будет ток между коллектором и эмиттером.
  • При увеличении управляющего напряжения на базе растет ток «эмиттер-коллектор». Причем несущественный рост напряжения приводит к значительному усилению тока «эмиттер-коллектор». Этот принцип используется при производстве усилителей.

Если к эмиттеру и базе подключают напряжение, противоположное по знаку, ток прекращается, и транзистор переходит в закрытое состояние.

Кратко принцип работы полупроводникового транзистора можно изложить так: при подключении к зажимам эмиттера и базы напряжения одноименного заряда прибор переходит в открытое состояние, при подключении к этим выводам обратных зарядов транзистор закрывается.

Как работает транзистор – видео

Оценка статьи:

Загрузка…

Сохранить себе в:

Полевой транзистор с p – n переходом. Устройство, принцип действия.

Биполярные транзисторы управляются током, полевые транзисторы управляются напряжением.

Различают следующие типы полевых транзисторов: полевые транзисторы с управляющим p-n переходом; полевые транзисторы с изолированным затвором.

Полевой транзистор с p-n переходом.

Обозначение выводов: С-сток, З-затвор, И-исток

Рис. 44 Полевой транзистор с каналом n типа.

Рис. 45 Полевой транзистор с каналом p типа.

Ток через канал образуется за счет основных носителей. При n-канале — за счет электронов. Управляющей цепью является цепь затвор-исток (З-И). Управляемой цепью является С-И. С помощью Uзи регулируется ширина канала, его проводимость, ток через него. При подаче отрицательного напряжения на затвор в области p-n перехода образуется обедненный слой (как у диода, смещенного в обратном направлении). Чем шире обедненный слой, тем уже канал, по которому могут проходить электроны от истока к стоку, т.к. обедненный слой, лишенный свободных носителей ведет себя как изолятор.

В отличие от биполярного транзистора ток, текущий через полевой транзистор, образуется только основными носителями, поэтому такой транзистор называют униполярным. Он в меньшей степени подвержен влиянию температуры и радиации, т.к. этими факторами определяется концентрация неосновных носителей.

Входные и выходные характеристики полевого транзистора с p-n переходом и каналом n-типа

Характеристики полевого транзистора с каналом n-типа приведены на рис.

При Uзи=0 , Iс=Icнач=Imax; при |-Uзи|>|-Uотс|, Iс=0. Здесь Icнач –начальный ток стока; напряжение Uотс называется — напряжение отсечки. Uотс=(0,3…10)В, Iснач=(1…20)мА. Запрещается подавать положительное напряжение на затвор, так как на переходе ЗИ возрастает выделяемая мощность (нагрев). При приложении отрицательного управляющего напряжения обратный ток через ЗИ пренебрежительно мал.

Управление током стока осуществляется путем подачи Uзи со знаком, обратным направлению проводимости p-n перехода.

  1. Полевые мдп-транзисторы, их особенности, характеристики. Сравнительная оценка полевых и биполярных транзисторов.

Структура МДП транзистора представлена на рис:

Их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) или МОП (металл-оксид-полупроводник) транзисторами. У таких транзисторов затвор отделен от канала тонким слоем диэлектрика. Физической основой работы таких транзисторов является эффект поля, который состоит в изменении концентрации свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника под действием внешнего электрического поля. 

Устройство: Есть подложка из полупроводника с р – проводимостью, в которой сделаны две сильно легированные области с n – проводимостью (исток и сток)

Между ними пролегает узкая приповерхностная перемычка, проводимость которой также n-типа. Над ней на поверхности пластины имеется тонкий слой диэлектрика (чаще всего из диоксида кремния — отсюда, кстати, аббревиатура МОП). А уже на этом слое и расположен затвор — тонкая металлическая пленка. Сам кристалл обычно соединен с истоком, хотя бывает, что его подключают и отдельно.

Если при нулевом напряжении на затворе подать напряжение исток-сток, то по каналу между ними потечет ток. Почему не через кристалл? Потому что один из p-n переходов будет закрыт.

А теперь подадим на затвор отрицательное относительно истока напряжение. Возникшее поперечное электрическое поле «вытолкнет» электроны из канала в подложку. Соответственно, возрастет сопротивление канала и уменьшится текущий через него ток. Такой режим, при котором с возрастанием напряжения на затворе выходной ток падает, называют режимом обеднения.

Если же мы подадим на затвор напряжение, которое будет способствовать возникновению «помогающего» электронам поля «приходить» в канал из подложки, то транзистор будет работать в режиме обогащения. При этом сопротивление канала будет падать, а ток через него расти.

Рассмотренная выше конструкция транзистора с изолированным затвором похожа на конструкцию с управляющим p-n переходом тем, что даже при нулевом токе на затворе при ненулевом напряжении исток-сток между ними существует так называемый начальный ток стока. В обоих случаях это происходит из-за того, что канал для этого тока встроен в конструкцию транзистора. Т.е., строго говоря, только что мы рассматривали такой подтип МДП-транзисторов, как транзисторы с встроенным каналом.

Однако, есть еще одна разновидность полевых транзисторов с изолированным затвором — транзистор с индуцированным (инверсным) каналом. Из названия уже понятно его отличие от предыдущего — у него канал между сильнолегированными областями стока и истока появляется только при подаче на затвор напряжения определенной полярности.

Итак, мы подаем напряжение только на исток и сток. Ток между ними течь не будет, поскольку один из p-n переходов между ними и подложкой закрыт.

Подадим на затвор (прямое относительно истока) напряжение. Возникшее электрическое поле «потянет» электроны из сильнолегированных областей в подложку в направлении затвора. И по достижении напряжением на затворе определенного значения в приповерхностной зоне произойдет так называемая инверсия типа проводимости. Т.е. концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и между стоком и истоком возникнет тонкий канал n-типа. Транзистор начнет проводить ток, тем сильнее, чем выше напряжение на затворе. полевой транзистор переход затвор

Из такой его конструкции понятно, что работать транзистор с индуцированным каналом может только находясь в режиме обогащения. Поэтому они часто встречаются в устройствах переключения.

Условные обозначения транзисторов с изолированным затвором следующие:

А) со встроенным каналом n- типа;

Б) со встроенным каналом р- типа;

В) с выводом от подложки;

Г) с индуцированным каналом n- типа;

Д) с индуцированным каналом р- типа;

Е) с выводом от подложки.

Сравнительная оценка полевых и биполярных транзисторов.

Уроки Электроники для начинающих | Bgacenter

Изучение электронной техники полупроводниковых приборов является важным и необходимым условием для успешного ремонта. Успешно освоив уроки электроники, вы научитесь понимать процессы происходящие в полупроводниках. На основании транзисторов построены подавляющее большинство электронных устройств 

Полупроводниковые приборы

P-N переход

Диод

Диодный мост

Транзистор

Оптоэлектронные приборы

Светодиоды

Выводы

Полупроводниковые приборы

Для построения электронных схем совместно с пассивными элементами используются полупроводниковые приборы, изготавливаемые из материалов занимающих промежуточные положения между металлами и диэлектриками. Металл проводит электрический ток, а диэлектрик нет. Это связано с их химическими свойствами – расположением валентной зоны и зоны проводимости. Проводимостью элементов является способность вещества пропускать через себя электрический ток. Обозначается буквой G, измеряется в См (сименс), данная величина обратно пропорциональна величине электрического сопротивления.

Полупроводников в природе значительно больше, чем металлов и диэлектриков. К ним относятся Si (кремний), Ge (германий), GaS (арсенид галлия) и др. Полупроводники меняют свои свойства под действием внешних факторов – нагрев, охлаждение, введение различных примесей. Эти свойства используются для изготовления полупроводниковых приборов.

P-N переход

Наиболее распространенным элементом полупроводника является кремний. На уроках электроники изучим кристаллическое строение материалов, подробно разберем что такое P-N переход. Также он называется “электронно-дырочным” переходом. Для работы в полупроводник вводятся примеси. 

Существует два вида P-N переходов:

  • акцепторные
  • донорные 

Примесные атомы замещают основные атомы кристаллической решетки. 

Граничный слой между двумя областями материалов с разными примесями образуют электрический переход, благодаря диффузии. Этот переход называется P-N переходом. Таким образом, P-N переход – это переход между двумя областями полупроводника, имеющих разный тип проводимости.

P-N переход

При приложении напряжения к P-N переходу “+” к P-области, а “-” к N-области электрический ток будет протекать. В обратном приложении напряжения ток протекать не будет. Это связано с технологией изготовления и свойствами полупроводника. На основании работы P-N перехода был изобретен полупроводниковый элемент – Диод. Для полного открытия диода кремниевой структуры необходимо приложить напряжение в прямом смещении 0,65 – 0,7 вольта.   

Диод

Уроки электроники направлены на изучение полупроводникового прибора с одним P-N переходом и двумя выводами, который называется диодом. Описанные выше свойства P-N перехода относятся к диоду. ВАХ диода имеет не линейную зависимость тока от напряжения. Наиболее широкое распространение получили германиевые и кремниевые полупроводниковые приборы. 

Схема диода

Диоды классифицируются по: 

  • назначению 
  • конструкции 
  • току 
  • напряжению 
  • частоте
  • другим параметрам 

Существуют различные виды диодов: импульсные, туннельные, выпрямительные и множество других. Выпрямительные используются для выпрямления переменного тока в постоянный. Импульсные применяются для работы в импульсных цепях, обладают низкой емкостью P-N перехода. Туннельные нашли применение в генераторах высокой частоты.

Помимо диодов существуют их разновидности: фотодиоды, светодиоды, стабилитроны.

Стабилитрон – диод Зенера, где напряжение в области электрического пробоя не зависит от тока. Применяются данные приборы для стабилизации напряжения. Светодиоды и фотодиоды имеют эффект оптического излучения в зоне видимого или инфракрасного спектра, применяются для индикации или в системах дистанционного управления.

Диодный мост

Диодный мост состоит из 4-х диодов. В диагональ моста подается переменное напряжение. Он предназначен для выпрямления переменного напряжения в постоянное. На выходе моста после выпрямления появлются полупериоды выпрямленного напряжения. Они имеют форму обрезанных синусоид. 

На вход подается переменное напряжение положительной полуволны. В этот момент открывается диод VD1, ток через нагрузку протекает в определенном направлении и выходит через диод VD4 в линию сети. При поступлении отрицательной полуволны открывается VD2 и ток через нагрузку протекает в том же направлении как и в первом случае. Уходит в линию через VD3.

Из этого следует, что ток в нагрузке всегда течет в одном направлении. А напряжение на выходе имеет форму, изображенную на графике ниже (Uвых(t)).

Транзистор

Транзистор – полупроводниковый прибор имеющий два и более P-N перехода. Имеет три вывода, предназначен для работы усиления сигналов (аналоговые схемы), ключевых режимах (цифровые схемы), генерирования и преобразования сигналов. Существуют биполярные и полевые транзисторы.

Транзисторы

Обозначение выводов биполярных транзисторов: 

  • База (B)
  • Коллектор 
  • Эмиттер (E) 

Обозначение выводов полевых транзисторов:

  • Затвор (G)
  • Сток (D) 
  • Исток (S)

Биполярные транзисторы имеют разные структуры проводимости P-N-P и N-P-N.

Данный вид полупроводниковых приборов имеют различные схемы включения в электронных цепях: 

  • с общей базой (ОБ) 
  • с общим эмиттером (ОЭ) 
  • с общим коллектором (ОК) 

Названия включения происходит от того электрода биполярного транзистора, который является общим для входной и выходной цепи. Часто встречающаяся схема включения является схема с общим эмиттером.

N-P-N переход

Полевой транзистор – полупроводниковый прибор. Его работа обусловлена током основных носителей заряда – зарядов одного знака электронов или “дырок”. Данный вид транзисторов имеет следующие преимущества перед биполярными: 

  • входное высокое сопротивление
  • невысокая мощность управления
  • низкое сопротивление канала в открытом состоянии (Rds)
  • работа при низких температурах
  • могут отлично работать на высоких частотах

Данный вид транзисторов делится на транзисторы с управляющим P-N переходом и с изолирующим затвором.

Транзисторы с изолирующим затвором существуют двух видов: 

  • со встроенным каналом (канал создается в процессе изготовления)
  • индуцированным каналом который создается под действием напряжения приложенного к электродам транзистора.

Данный вид транзисторов нашел широкое применение в электронной технике (блоки питания майнеров, сварочные аппараты, LED-подсветка, различные виды памяти и т.д.).

Транзистор с индуцированным каналом

Индуцированный канал

Транзистор с индуцированным каналом имеет следующее строение: 

  • подложка – пластина слабо легированное кремния. В подложке создаются сильно легированные области с полупроводником. 
  • сток (D) 
  • истоком(S) 
  • затвор (G)

Транзистор со встроенным каналом

Под действием приложения напряжение на границе раздела диэлектрика и полупроводника индуцируется обогащенный слой электронами. Таким образом образуется канал. Необходимое напряжение для подачи на затвор составляет от 3,5 до 20 вольт. Следовательно в исходном состоянии (отсутствие приложенного напряжения) канал между стоком и истоком транзистора отсутствует.

За счет структуры изготовления данные виды транзисторов часто называют МДП или МОП транзисторы. Что означает – металл, диэлектрик, полупроводник или металл, оксид, полупроводник.

Транзисторы полевые как и биполярные могут включаться: 

  • с общим истоком (ОИ)
  • с общим стоком (ОС) – истоковый повторитель
  • с общим затвором(ОЗ)

МДП структуры широко применяются в микросхемах памяти так как достигнуты размеры миниатюризации, где данный вид приборов находит все большее и большее применение в области нанотехнологических разработок и миниатюризации устройств, а также их быстродействия.

В силовой электронике не всегда удобно использовать разные виды транзисторов (биполярный, полевой). Биполярный транзистор держит высокие токи, имеет сложное управление включения (открывается при помощи тока). Полевой транзистор имеет более простое управление (открывается напряжением) но держит не очень высокие токи. 

На базе двух типов транзисторов изобретен вид транзисторов IGBT. Данный вид транзистора позаимствовал управление от полевого G (Gate – Затвор), а выход взят от биполярного транзистора Коллектор Эммитер. У данного полупроводникового прибора управление происходит напряжением. Это упрощает схемы. IGBT транзистор держит большой выходной ток. Транзистор имеет три вывода: затвор, коллектор, эммитер.

Для проверки полевых транзисторов при помощи мультиметра необходимо проверить Затвор-Исток и Затвор-Сток. Расположение щупов мультиметра на выводах транзистора не имеет значения, при данной проверке. Сопротивление в диодной прозвонке равно 1 или OL. При приложении щупов к выводам Сток-Исток в одном из случаев должны увидеть падение напряжения на диоде, примерно 0,45 вольта. Это говорит о исправности полевого транзистора. 

Тиристоры – электронные приборы имеющие четырехслойную структуру. Они состоят из областей P-N переходов соединенных друг за другом. Приборы имеющие два вывода называются динисторами. Прибор имеющий три вывода называется тиристор (симистор, работающий в отличие от тиристора в две стороны).

Тиристор

Тиристоры (симисторы) имеют следующие выводы:

  • анод
  • катод
  • управляющий электрод

В настоящее время тиристоры используются преимущественно в силовой электронике, как мощные управляемые коммутаторы силовых электрических цепей.

Тиристоры имеют допустимые значения токов и напряжений, время включения и выключения.

Оптоэлектронные приборы

Уроки электроники посвящены изучению различных элементов полупроводников. Можно заметить, что многие из них могут зависеть от внешних явлений окружающей среды, например – света. Этот раздел изучает оптоэлектроника, т.е. взаимодействие электромагнитных волн с электронами, а также метод создания оптоэлектронных приборов.

Оптоэлектроника

Основными элементами оптоэлектроники являются:

  • лазеры
  • ИК-диоды
  • УФ-диоды
  • фотодиоды
  • фототранзисторы
  • оптоволоконные системы

Светодиоды

Светодиоды – диоды содержащие P-N переход. Где при прохождении электрического тока, генерируется оптическое излучение, сопровождающее рекомбинацией носителей. Цвет свечения зависит от примеси полупроводника.

Светодиод

Фоторезисторы – изменяют сопротивление под действием излучения.

Фотодиод – обладает свойством односторонней проводимости, возникшей при воздействии на него оптического излучения. Он используется для преобразования оптического сигнала в электрический.

Фототранзистор – обычно биполярный, управление током коллектора осуществляется на основе фотоэффекта и служит для преобразования световых сигналов в электрические.

Оптрон – прибор состоящий из излучателя света и фотоприемника, взаимодействующих друг с другом, помещенных в одном корпусе.С помощью оптрона осуществляется гальваническая развязка, разделения цепей. Широкое применение нашли в автоматике, блоках питания, в частотных преобразователях и многих других электронных устройствах.

Выводы

  • Уроки электроники способствуют пониманию работы элементной базы, что позволяет с уверенностью ремонтировать электронные устройства.
  • Принцип действия и алгоритмы диагностики транзисторов и других полупроводниковых приборов изучаем на занятиях по радиотехнике и схемотехнике.
  • Читать схемы и разрабатывать электронику возможно, только с уверенным понимаем конструкции полупроводников. 

Глава 22.

Биполярные транзисторы . Введение в электронику

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Описать конструкцию транзистора и две его различные конфигурации.

• Нарисовать схематические обозначения n-p-n и р-n-р транзисторов и пометить их выводы.

• Перечислить способы классификации транзисторов.

• Перечислить функции транзистора, используя справочник и условное обозначение.

• Перечислить распространенные корпуса транзисторов.

• Объяснить, как проверить транзистор с помощью омметра и с помощью прибора для проверки транзисторов.

• Описать процесс подбора замены транзистора.

В 1948 году в лабораториях фирмы Bell был изготовлен первый работающий транзистор. Транзистор — это состоящее из трех элементов и двух р-n переходов устройство, используемое для управления электрическим током.

Изменяя величину напряжения, приложенного к трем элементам, можно управлять величиной тока через транзистор и использовать его для усиления, генерации или переключения. Этим применениям посвящены главы 26, 27 и 28.

22-1. КОНСТРУКЦИЯ ТРАНЗИСТОРА

Когда к полупроводниковому диоду добавляется третий слой полупроводника, получается устройство, которое может усиливать мощность или напряжение. Это устройство называется биполярным транзистором или просто транзистором. Далее мы везде будем использовать термин транзистор.

Транзистор, как и диод, может быть изготовлен из германия или кремния, но кремний более популярен. Транзистор состоит из трех областей с чередующимся типом проводимости (по сравнению с двумя у диода). Эти три области могут быть расположены двумя способами.

В первом случае материал р-типа расположен между двумя слоями материала n-типа, образуя n-p-n транзистор (рис.  22-1). Во втором случае слой материала n-типа расположен между двумя слоями материала р-типа, образуя р-n-р транзистор (рис. 22-2).

У транзисторов обоих типов средняя область называется базой, а внешние области называются эмиттером и коллектором.

Рис. 22-1. n-p-n транзистор.

Рис. 22-2. р-n-р транзистор.

22-1. Вопросы

1. Чем конструкция транзистора отличается от конструкции диода?

2. Какие существуют два типа транзисторов?

3. Как называются три части транзистора?

4. Нарисуйте схематические обозначения n-p-n и р-n-р транзисторов и обозначьте их выводы.

5. Для чего используются транзисторы?

22-2. ТИПЫ ТРАНЗИСТОРОВ И ИХ КОРПУСА

Транзисторы классифицируются по следующим параметрам:

1.  По типу проводимости (n-p-n или р-n-р).

2. По используемому материалу (германий или кремний).

3. По основному назначению (высокой или низкой выходной мощности, переключательные или высокочастотные).

Большинство транзисторов идентифицируются по условному обозначению. Условное обозначение состоит из пяти элементов и содержит информацию об исходном материале транзистора, его назначении, классификации, номере разработки. Эти символы идентифицируют устройство как транзистор и показывают, что он имеет 2 р-n перехода.

Корпуса служат для защиты транзистора и обеспечивают возможность электрического подсоединения к эмиттеру, базе и коллектору. Корпус также служит для отвода тепла или площадью, с которой тепло может излучаться, удаляя избыточное тепло от транзистора и предотвращая возможность теплового повреждения. Существует много различных корпусов, охватывающих широкую область применений (рис. 22-3).

Рис.  22-3. Различные корпуса транзисторов.

Корпуса транзисторов отличаются размерами и конфигурацией. Некоторые часто встречающиеся корпуса транзисторов показаны на рис. 22-4.

Вследствие большого разнообразия корпусов транзисторов очень трудно предложить общее правило для идентификации выводов эмиттера, базы и коллектора на каждом устройстве. Для этого лучше обратиться к инструкции, предоставляемой производителем, или к справочнику.

Рис. 22-4. Типичные корпуса транзисторов.

22-2. Вопросы

1. Как классифицируются транзисторы?

2. Какие символы используются для классификации транзисторов?

3. Для чего служат корпуса транзисторов?

4. Как обозначаются корпуса транзисторов?

5. Как определить, какой вывод у транзистора является базой, эмиттером или коллектором?

22-3. ОСНОВЫ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА

Диод является выпрямителем, а транзистор — усилителем. Транзистор может использоваться различными способами, но основной его функцией является усиление сигналов.

К транзистору должно быть правильно приложено напряжение смещения для того, чтобы области эмиттера, базы и коллектора взаимодействовали должным образом.

При правильно приложенном напряжении смещения эмиттерный переход транзистора смещен в прямом направлении, а коллекторный переход — в обратном. Правильно приложенное напряжение смещения на транзистор типа n-р-n показано на рис. 22-5.

Рис. 22-5. Правильно смещенный n-р-n транзистор

Смещение в прямом направлении заставляет электроны течь с эмиттера n-p-n транзистора. Прямое смещение — это положительное напряжение на выводе базы по отношению к эмиттеру. Положительный потенциал базы притягивает электроны, создавая поток электронов из эмиттера. На электроны, притянутые базой, начинает влиять положительный потенциал, приложенный к коллектору. Большинство электронов притягивается к коллектору и к положительному выводу источника тока, создающего обратное смещение. Небольшая часть электронов поглощается областью базы и поддерживает небольшой поток электронов от базы, область базы при этом должна быть предельно тонкой. В правильно смещенном р-n-р транзисторе выводы источников тока необходимо поменять местами (рис. 22-6).

Рис. 22-6. Правильно смещенный р-n-р транзистор

Разница между n-р-n и р-n-р транзисторами двойная: источники тока имеют противоположную полярность, и направление потока электронов меняется на противоположное.

Как и в диоде, в транзисторе существует потенциальный барьер. В транзисторе потенциальный барьер возникает у перехода эмиттер-база. Для того чтобы электроны могли проходить через этот переход, внешнее смещение должно превышать потенциальный барьер. Величина внутреннего потенциального барьера определяется типом используемого полупроводникового материала. Как и в диодах, величина внутреннего потенциального барьера составляет 0,3 вольта для германиевых транзисторов и 0,7 вольта для кремниевых.

К переходу коллектор-база транзистора также должен быть приложен положительный потенциал, достаточно высокий для того, чтобы притягивать большинство электронов, поставляемых эмиттером. Напряжение обратного смещения, приложенное к переходу коллектор-база обычно намного выше, чем напряжение прямого смещения, приложенного к переходу эмиттер-база, снабжающего электронами этот источник более высокого напряжения.

22-3. Вопросы

1. В чем основная функция транзистора?

2. Каков правильный способ подачи смещения на транзистор?

3. В чем разница подачи смещения на n-р-n и р-n-р транзистор?

4. Чему равна величина потенциального барьера для германиевого и кремниевого транзисторов?

5.  Чем отличаются напряжения смещения переходов коллектор-база и эмиттер-база?

22-4. ПРОВЕРКА ТРАНЗИСТОРОВ

Транзисторы — это полупроводниковые устройства, которые обычно работают длительное время без отказа.

Если транзистор вышел из строя, то это вызвано или высокой температурой, или большим током, или высоким напряжением. Отказ может быть вызван и высоким механическим давлением. В результате такого электрического или механического воздействия в транзисторе может произойти разрыв цепи или короткое замыкание, или его характеристики могут измениться достаточно сильно, чтобы повлиять на его работу. Существует два метода проверки транзисторов для определения его исправности: с помощью омметра и с помощью прибора для проверки транзисторов.

Стандартный омметр может помочь обнаружить неисправный транзистор методом проверки вне цепи. Для этого проверяется сопротивление между двумя переходами транзистора следующим образом: между эмиттером и базой, между коллектором и базой и между коллектором и эмиттером. При проверке транзистора сопротивление между любыми двумя выводами измеряется при подключении измерительных проводов омметра одним и тем же образом. После этого измерительные провода омметра меняют местами. При одном подключении проводов сопротивление должно быть высоким, 10000 ом или более. При противоположном подключении сопротивление должно быть ниже, менее чем 10000 ом.

Каждый переход транзистора имеет низкое сопротивление, когда он смещен в прямом направлении, и высокое сопротивление, когда он смещен в обратном направлении. Батарея в омметре является источником как прямого, так и обратного смещения. Измеренное сопротивление различно у транзисторов различных типов, но всегда отличается при перемене выводов омметра. Этот метод проверки пригоден как для транзисторов типа n-р-n, так и для транзисторов типа р-n-р (рис. 22-7).

Рис. 22-7. Измерение сопротивлений переходов транзистора.

Если транзистор не проходит эту проверку, то он неисправен, но, тем не менее, может быть неисправным, и если проходит. Более надежным способом проверки транзисторов является использование прибора для проверки транзисторов.

Предостережение: как и в случае диодов, напряжение на выводах омметра не должно превышать максимально допустимое между переходами транзистора. Нижние шкалы некоторых омметров могут допустить ток, который повредит транзистор при проверке. В качестве меры предосторожности лучше начать измерение с безопасной шкалы и только после этого перейти на шкалу, дающую адекватный отсчет.

Приборы для проверки транзисторов специально рассчитаны на проверку транзисторов и диодов. Существуют два типа таких приборов: для проверки в составе цепи и для проверки вне цепи. Оба прибора могут быть размещены в одном корпусе (рис. 22-8).

Рис. 22-8. Прибор для проверки транзисторов.

Способность транзисторов усиливать принимается за грубую оценку их работоспособности. Прибор для проверки в составе цепи имеет преимущество, так как транзистор не надо удалять из цепи для проверки. Прибор для проверки вне цепи может не только определить исправность транзистора, но также измерить ток утечки, что нельзя проделать в составе цепи.

Приборы для проверки транзисторов содержат органы управления для установки величины напряжения, тока и сигнала. Для выбора правильных режимов измерения необходимо обратиться к инструкции по эксплуатации прибора.

22-4. Вопросы

1. Что может служить причиной выхода транзистора из строя?

2. Каковы два метода проверки транзисторов?

3. Что должен показывать омметр при проверке n-р-n транзистора?

4. Какие существуют два типа приборов для проверки транзисторов?

22-5. ЗАМЕНА ТРАНЗИСТОРОВ

Чтобы обеспечить возможность замены транзисторов, производители публикуют их параметры. Пользуясь этими данными, можно уверенно проводить замену транзисторов.

Если транзистора нет в списке или его условное обозначение пропущено, для точного выбора замены может быть использована следующая процедура.

1. n-p-n или р-n-р? Первым источником информации может быть условное обозначение на схеме. Если схемы нет, нужно определить полярность источника питания между эмиттером и коллектором. Если на коллекторе по отношению к эмиттеру плюс, то это — транзистор n-р-n типа. Если на коллекторе по отношению к эмиттеру минус, то это — транзистор р-n-р типа. Простой способ запомнить полярность напряжения на коллекторе для каждого типа транзистора показан на рис. 22-9.

Рис. 22-9. Как запомнить полярность напряжения на коллекторе.

2. Германиевый или кремниевый? Измерьте напряжение между эмиттером и базой. Если это напряжение составляет примерно 0,3 вольта, то транзистор германиевый. Если это напряжение составляет примерно 0,7 вольт, то транзистор кремниевый.

3. Какова область частот, в которой работает транзистор?

Установите тип цепи и установите, работает ли транзистор в диапазоне звуковых частот, в килогерцовом или в мегагерцовом диапазоне.

4. Чему равно рабочее напряжение? Напряжение между коллектором и эмиттером, коллектором и базой и эмиттером и базой может быть определено либо из схемы, либо путем непосредственного измерения. Транзистор, выбранный для замены, должен иметь паспортные значения напряжений, по крайней мере, в три или четыре раза превышающие напряжения, при которых он будет работать. Это поможет защитить транзистор от выбросов напряжения, тока и переходных процессов, имеющих место в большинстве цепей.

5. Какие требования к току коллектора? Простейший способ определения тока коллектора — измерение тока в цепи коллектора с помощью амперметра. Измерение должно быть проведено при максимальной потребляемой мощности. Опять же, в целях безопасности для замены следует подобрать транзистор, паспортное значение тока коллектора которого в три-четыре раза превышает измеренный ток.

6. Какова максимальная рассеиваемая мощность? Для определения максимальной мощности (Р = IE) используйте максимальное напряжение и максимальное значение тока коллектора. Транзистор является главным фактором при определении рассеиваемой мощности в цепях следующих типов:

• Входные каскады на звуковых или радиочастотах (от 50 до 200 мВт).

• Каскады промежуточной частоты или задающие каскады (от 200 мВт до 1 Вт).

• Мощные выходные каскады (1 Вт и выше).

7. Какое усиление по току? Усиление малого сигнала постоянного тока в схеме с общим эмиттером характеризуется коэффициентом усиления h21, или Бета (β) и будет рассмотрено далее. Некоторыми типичными категориями усиления являются:

• Смесители радиочастоты, усилители промежуточной и звуковой частот (усиление в диапазоне от 80 до 150 кГц)

• Задающие каскады радио и звуковой частоты (от 25 до 80 кГц)

• Выходные каскады радио и звуковой частоты (от 4 до 40 кГц)

• Предварительные усилители с высоким усилением (от 150 до 500 кГц)

8.  Каков тип корпуса? Часто разница между типами корпуса оригинальной детали и рекомендуемой замены несущественна. На размер и тип корпуса обращают внимание только тогда, когда на плате мало места и требуется точная подгонка. При установке мощных транзисторов необходимо всегда использовать силиконовую смазку для того, чтобы обеспечить отвод тепла.

9. Какая конфигурация выводов? Это не самое главное соображение при замене транзисторов, хотя для облегчения установки транзистора желательно, чтобы конфигурация выводов совпадала.

22-5. Вопросы

1. Где можно найти советы по замене транзисторов?

2. Почему важно знать, является транзистор германиевым или кремниевым?

3. Почему при замене транзистора важно знать его рабочую частоту, рабочие значения напряжений и токов и рассеиваемую мощность?

4. Что характеризует коэффициент транзистора Бета?

5.  Играет ли важную роль при замене транзистора его корпус и конфигурация выводов?

РЕЗЮМЕ

• Транзистор — это устройство, состоящее из трех слоев, и используемое для усиления мощности и напряжения.

• Биполярный транзистор часто называют просто транзистором.

• Транзисторы бывают конфигурации n-p-n или р-n-р.

• Средняя область транзистора называется базой, а две внешние области — эмиттером и коллектором.

• Схематические обозначения n-p-n и р-n-р транзисторов изображены ниже:

• Транзисторы классифицируются по типу проводимости (n-p-n или р-n-р), по материалу (германиевый или кремниевый), по мощности: малой или большой, по способу использования: переключательный или высокочастотный.

• Условные обозначения транзисторов состоят из элементов, содержащих буквы и цифры.

• Корпуса транзисторов обеспечивают защиту, отвод тепла и возможность подключения транзистора к схеме.

• Корпуса транзисторов обозначаются буквами ТО (transistor outline).

• При правильно поданном напряжении смещения переход эмиттер-база транзистора смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база — в обратном.

• Источники смещения р-n-р транзистора имеют полярность противоположную полярности источникам смещения n-p-n транзистора.

• Внутренний потенциальный барьер для германиевого транзистора составляет 0,3 вольта, а для кремниевого — 0,7 вольт.

• Напряжение обратного смещения, приложенное к переходу коллектор-база, выше, чем напряжение прямого смещения, приложенное к переходу эмиттер-база.

• При проверке транзистора с помощью омметра каждый переход показывает низкое сопротивление при прямом смещении и высокое сопротивление при обратном смещении.

• Приборы для проверки транзисторов могут проверять транзисторы как в цепи, так и вне цепи.

Глава 22. САМОПРОВЕРКА

1. Переход транзистора может быть смещен в прямом направлении, в обратном направлении или быть несмещенным. Каковы нормальные условия смещения переходов эмиттер-база и коллектор-база в транзисторе?

2. Какое сопротивление должен показывать каждый переход при проверке исправного транзистора с помощью омметра?

3. Какие трудности возникают при определении типа материала и идентификации выводов эмиттера, коллектора и базы неизвестного транзистора при его проверке с помощью омметра?

4. Почему необходимо знать тип проводимости транзистора (n-р-n или р-n-р) при его подключении в цепь?

5. Чем отличается проверка транзистора с помощью омметра от проверки с помощью прибора для проверки транзисторов?

Как использовать транзисторы | Самодельные схемы

Если вы правильно поняли, как использовать транзисторы в схемах, возможно, вы уже покорили половину электроники и ее принципов. В этом посте мы делаем усилие в этом направлении.

Содержание

Введение

Транзисторы представляют собой трехвыводные полупроводниковые устройства, способные проводить относительно большую мощность через два своих вывода в ответ на значительно низкую входную мощность на третьем выводе.

Транзисторы в основном бывают двух типов: биполярный транзистор (BJT) и полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET)

Для BJT 3 вывода обозначены как база, эмиттер, коллектор . Сигнал малой мощности на клемме база/эмиттер позволяет транзистору переключать нагрузку сравнительно высокой мощности на клемму коллектора.

Для полевых МОП-транзисторов они обозначаются как затвор, исток, сток. Сигнал малой мощности на клемме затвор/исток позволяет транзистору переключать нагрузку сравнительно высокой мощности на клемму коллектора.

Для простоты мы обсудим здесь BJT, так как их характеристики менее сложны по сравнению с MOSFET.

Транзисторы (BJT) являются строительными блоками всех существующих сегодня полупроводниковых устройств. Если бы не было транзисторов, не было бы ни интегральных схем, ни каких-либо других полупроводниковых компонентов. Даже интегральные схемы состоят из тысяч тесно связанных транзисторов, которые составляют особенности конкретного чипа.

Начинающим любителям электроники обычно трудно обращаться с этими полезными компонентами и настраивать их как схемы для предполагаемого применения.

Здесь мы изучим функции и способы обращения и внедрения биполярных транзисторов в практические схемы.

Как использовать Транзисторы как переключатель

Биполярные транзисторы, как правило, представляют собой активный электронный компонент с тремя выводами, который в основном работает как переключатель для включения или выключения питания внешней нагрузки или связанного электронного каскада схемы.

Классический пример можно увидеть ниже, где транзистор подключен как усилитель с общим эмиттером:

Это стандартный метод использования любого транзистора в качестве переключателя для управления заданной нагрузкой. Вы можете видеть, что когда на базу подается небольшое внешнее напряжение, транзистор открывается и проводит больший ток через выводы коллектор-эмиттер, включая большую нагрузку.

Значение базового резистора можно рассчитать по формуле:

R b = (базовое питание В b — прямое напряжение база-эмиттер) x hFE / ток нагрузки

Также помните, что отрицательная или заземляющая линия внешнего напряжения должна быть соединена с заземляющей линией или эмиттером транзистора, в противном случае внешнее напряжение не будет воздействовать на транзистор.

Использование транзистора в качестве драйвера реле

В одном из моих предыдущих постов я уже объяснял, как сделать схему драйвера транзистора.

В основном используется та же конфигурация, что показана выше. Вот стандартная схема для того же самого:

Если вы не уверены в реле, вы можете обратиться к этой подробной статье, в которой объясняется все о конфигурациях реле.

Использование транзистора в качестве регулятора освещенности

Следующая конфигурация показывает, как можно использовать транзистор в качестве регулятора освещенности с использованием схемы эмиттерного повторителя.

Видно как меняется переменный резистор или горшок, сила света лампы тоже меняется. Мы называем это эмиттерным повторителем, потому что напряжение на эмиттере или на лампе соответствует напряжению на базе транзистора.

Чтобы быть точным, напряжение эмиттера будет всего на 0,7 В ниже напряжения базы. Например, если базовое напряжение равно 6 В, на эмиттере будет 6 — 0,7 = 5,3 В и так далее. Разница в 0,7 В обусловлена ​​минимальным падением прямого напряжения транзистора на базовом эмиттере.

Здесь сопротивление потенциометра вместе с резистором 1 кОм образует сеть резистивных делителей на базе транзистора. Когда ползунок перемещается, напряжение на базе транзистора изменяется, и это соответственно изменяет напряжение эмиттера на лампе, и соответственно изменяется сила света лампы.

Использование транзистора в качестве датчика

Из приведенных выше обсуждений вы могли заметить, что транзистор выполняет одну важную функцию во всех приложениях. Он в основном усиливает напряжение на своей базе, позволяя большому току переключаться через его коллектор-эмиттер.

Эта функция усиления также используется, когда в качестве датчика используется транзистор. В следующем примере показано, как его можно использовать для определения разницы в окружающем освещении и соответствующего включения/выключения реле.

Здесь также LDR и предустановка 300 Ом/5 кОм образуют делитель потенциала на базе транзистора.

300 Ом на самом деле не требуется. Он включен, чтобы гарантировать, что база транзистора никогда не будет полностью заземлена, и, следовательно, он никогда не будет полностью отключен или отключен. Это также гарантирует, что ток через LDR никогда не превысит определенного минимального предела, независимо от того, насколько яркой является интенсивность света на LDR.

В темноте LDR имеет высокое сопротивление, которое во много раз превышает суммарное значение 300 Ом и предустановки 5 К.

Из-за этого на базу транзистора подается большее напряжение земли (отрицательное), чем положительное напряжение, а его коллекторно-эмиттерная проводимость остается выключенной.

Однако, когда на LDR падает достаточно света, его сопротивление падает до нескольких килоом.

Это позволяет базовому напряжению транзистора подняться значительно выше отметки 0,7 В. Теперь транзистор смещается и включает нагрузку коллектора, то есть реле.

Как видите, и в этом приложении транзисторы в основном усиливают крошечное базовое напряжение, так что большая нагрузка на его коллекторе может быть включена.

LDR можно заменить другими датчиками, такими как термистор для обнаружения тепла, датчик воды для обнаружения воды, фотодиод для обнаружения ИК-луча и так далее.

Вопрос к вам: Что произойдет, если поменять местами положение LDR и пресета 300/5 K?

Корпуса транзисторов

Транзисторы обычно распознаются по внешнему корпусу, в который может быть встроено конкретное устройство. Наиболее распространенными типами упаковки, в которую заключены эти полезные устройства, являются Т0-9.2, ТО-126, ТО-220 и ТО-3. Мы постараемся разобраться во всех этих характеристиках транзисторов, а также научимся использовать их в практических схемах.

Общие сведения о маломощных транзисторах TO-92:

В эту категорию попадают такие транзисторы, как BC547, BC557, BC546, BC548, BC549 и т. д.

Они являются самыми простыми в группе и используются для приложений, связанных с низкими напряжениями и токами. Интересно, что эта категория транзисторов наиболее широко и универсально используется в электронных схемах из-за их универсальных параметров.

Обычно эти устройства рассчитаны на работу с напряжением от 30 до 60 вольт на их коллекторе и эмиттере.

Базовое напряжение не более 6 В, но они легко срабатывают при уровне напряжения всего 0,7 вольта на их базе. Однако ток должен быть ограничен примерно до 3 мА.

Три вывода транзистора ТО-92 можно идентифицировать следующим образом:

Держа печатную сторону к себе, правый вывод является эмиттером, центральный — базой, а левое плечо — коллектор устройства.

ОБНОВЛЕНИЕ: Хотите знать, как использовать транзисторы с Arduino? Прочтите это здесь

Как настроить транзистор TO-92 на практике Конструкции

Транзисторы в основном бывают двух типов, типа NPN и типа PNP, оба дополняют друг друга. В основном они оба ведут себя одинаково, но в противоположных ссылках и направлениях.

Например, устройству NPN потребуется положительный запуск по отношению к земле, в то время как устройству PNP потребуется отрицательный запуск по отношению к положительной линии питания для реализации указанных результатов.

Описанным выше трем выводам транзистора необходимо назначить определенные входы и выходы, чтобы заставить его работать для конкретного приложения, которое, очевидно, предназначено для переключения параметра.

Выводы должны быть назначены со следующими входными и выходными параметрами:

Эмиттер любого транзистора является эталонной схемой выводов устройства , что означает, что ему необходимо назначить указанный общий источник питания, чтобы оставшиеся два вывода может оперировать с ним.

Транзистор NPN всегда будет нуждаться в отрицательном источнике питания в качестве опорного, подключенного к его эмиттерному выводу для правильной работы, в то время как для PNP это будет положительная линия питания для его эмиттера.

Коллектор представляет собой проводник нагрузки транзистора, и нагрузка, которую необходимо переключать, подключается к коллектору транзистора (см. рисунок).

База транзистора представляет собой триггерную клемму, к которой необходимо прикладывать небольшой уровень напряжения, чтобы ток через нагрузку мог проходить через линию эмиттера, замыкая цепь и приводя в действие нагрузку.

Отключение питания триггера от базы немедленно отключает нагрузку или просто отключает ток между клеммами коллектора и эмиттера.

Общие сведения о силовых транзисторах TO-126, TO-220:

Силовые транзисторы среднего типа, используемые для приложений, требующих коммутации мощных относительно мощных нагрузок, таких как трансформаторы, лампы и т. д., а также для управления устройствами TO-3, типичными примерами являются BD139, BD140, BD135 и т. д.

Определение распиновки BJT

Распиновка идентифицируется следующим образом:

Держа устройство печатной поверхностью к себе, правый боковой вывод является эмиттером, центральный вывод является коллектором, а левый боковой вывод является базой.

Функционирование и принцип срабатывания точно такие же, как описано в предыдущем разделе.

Устройство работает с нагрузками от 100 мА до 2 А между коллектором и эмиттером.

Базовый триггер может иметь любое значение от 1 до 5 вольт с током, не превышающим 50 мА, в зависимости от мощности коммутируемых нагрузок.

Общие сведения о силовых транзисторах TO-3:

Их можно увидеть в металлических корпусах, как показано на рисунке. Типичными примерами силовых транзисторов ТО-3 являются 2N3055, AD149, BU205 и т. д.

Выводы корпуса ТО-3 можно идентифицировать следующим образом: кроме того, выводы, имеющие большую площадь, удерживаются вверх (см.
рисунок), правый вывод является основанием, левый вывод является эмиттером, а металлический корпус устройства образует коллектор пакета.

Функция и принцип работы примерно такие же, как описано для маломощного транзистора, однако характеристики мощности увеличиваются пропорционально, как указано ниже: .

Оптимальное базовое значение триггера должно составлять около 5 вольт с уровнями тока от 10 до 50 мА в зависимости от величины запускаемой нагрузки. Базовый ток срабатывания прямо пропорционален току нагрузки.

Есть более конкретные вопросы? Пожалуйста, спросите их через ваши комментарии, я здесь, чтобы решить их все для вас.

Транзистор постоянного тока Простой анализ электрических цепей

Транзистор постоянного тока — это простейшее силовое электронное устройство с несколькими функциями.

Мы часто имеем дело с электронными продуктами на ежедневной основе и имеем некоторый опыт работы с персональными компьютерами.

Основным компонентом интегральных схем, используемых в этой электронике и компьютерах, является активное устройство с тремя выводами, известное как транзистор.

Прежде чем инженер сможет приступить к проектированию электронной схемы, необходимо понять устройство транзистора.

Транзистор

На рисунке (1) вы можете увидеть несколько типов транзисторов, имеющихся в продаже. Существует два основных типа транзисторов: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). Рисунок 1. Транзисторы

Наша цель — узнать о биполярных транзисторах и научиться применять технику, разработанную до сих пор, для анализа транзисторных цепей постоянного тока.

Рисунок 2. Транзисторы NPN и PNP

. 2). Каждый тип имеет три вывода, обозначенные как эмиттер (E), база (B) и коллектор (C).

Приведенный ниже расчет относится к характеристике транзистора.

Для транзистора npn токи и напряжения транзистора указаны как на рис. (3).

Figure 3. Transistor equivalent circuit

Applying KCL to Figure.(3a) gives

(1)

where I Е , I C , и I B — токи эмиттера, коллектора и базы соответственно. Similarly, applying KVL to Figure.(3b) gives

(2)

where V CE , V EB , and V BC are collector — напряжения эмиттер, эмиттер-база и база-коллектор. BJT может работать в одном из трех режимов: активный, отсечка и насыщение.

Когда транзисторы работают в активном режиме, обычно V BE = 0,7 В,

(3)
(3)
ток общей базы. На рисунке (3) α обозначает долю электронов, инжектированных эмиттером, которые собираются коллектором. Кроме того,

(4)

, где β известен как коэффициент усиления по току с общим эмиттером. α и β являются характеристическими свойствами данного транзистора и предполагают постоянные значения для этого транзистора.

Обычно α принимает значения в диапазоне от 0,98 до 0,999, а β принимает значения в диапазоне от 50 до 1000. Из уравнений (1)–(4) видно, что

(5)

и

(6)
. .

Таким образом, при анализе цепи эквивалентная модель постоянного тока на рис. (4b) может использоваться для замены 9Транзистор 0208 npn на рис. (4а).

Поскольку β в уравнении (6) велико, малый базовый ток управляет большим током в выходной цепи.

Следовательно, биполярный транзистор может служить усилителем, обеспечивающим усиление как по току, так и по напряжению.

Такие усилители могут использоваться для обеспечения значительной мощности преобразователей, таких как громкоговорители или управляющие двигатели.

Рисунок 4. Схема замещения транзистора

В следующих примерах следует отметить, что нельзя напрямую анализировать транзисторные схемы с помощью узлового анализа из-за разности потенциалов между клеммами транзистора.

Только при замене транзистора эквивалентной моделью можно применять узловой анализ.

Читайте также: схема интегратора операционного усилителя

Пример транзистора постоянного тока

Для лучшего понимания давайте рассмотрим пример ниже:
Найти I C , I B и vo в транзисторной схеме на рис. (5). Предположим, что транзистор работает в активном режиме и что β = 50.

Рис. В БЭ = 0,7 В в активном режиме,

А

За выходной шлейф КВЛ дает

Обратите внимание, что в данном случае v o = V CE .

Вы поняли, что такое транзисторные схемы постоянного тока? Не забудьте поделиться и подписаться! Приятного обучения!

Ссылка: Основы электрических цепей Чарльза К. Александра и Мэтью Н. О. Садику

Что такое транзистор? — Эмиттер, база и коллектор

Определение:  Слово «транзистор» состоит из двух слов, одно из которых « Trans 9».0012 fer», а другое — «Var istor ». Это означает, что устройство, которое передает сопротивление с одного канала цепи на другой, называется транзистором. Это трехполюсное устройство с управлением по току , которое может работать либо как переключатель , либо как усилитель , обеспечивая небольшое напряжение сигнала. Это один из значимых типов активных устройств.

Значение и история транзистора

Вы, должно быть, думаете, зачем нужен транзистор???

Позвольте мне объяснить это с помощью истории. В начале 20 го века, когда был изобретен вакуумный триод, это считалось значительным достижением в области электроники. Это потому, что такие устройства, как компьютеры, были полностью основаны на них.

Но проблема началась с их размера, который может захватить всю комнату. Теперь вы можете представить, что будет, если все помещение будет состоять из единой системы обработки. Очевидно, что работать с ним — трудоемкий процесс.

К счастью, в современном мире у нас есть компактные системы обработки данных. Но все это стало возможным с изобретением транзистора. В 1947 , Джон Бардин вместе с Уильямом Шокли и Браттейном изобрели транзистор. Последствия вполне очевидны. Теперь все вычислительные устройства доступны в небольшом размере, который мы можем легко носить с собой куда угодно.

Конструкция

Давайте обсудим конструктивные особенности транзистора, как формируется это 3-контактное устройство. Диод представляет собой двухконтактное устройство, поэтому, если мы объединим два диода при условии, что один вывод является общим, в результате получится устройство, состоящее из трех выводов.

Так устроен транзистор. Мы можем использовать либо слой полупроводника P-типа, зажатый между двумя полупроводниками N-типа, либо слой N-типа, зажатый между двумя образцами полупроводника P-типа. Транзистор, образованный в первом случае, будет NPN-транзистор , а во втором случае будет PNP-транзистор.

Три терминала имеют определенные названия, которые выглядят следующим образом:

  1. Излучатель
  2. Основание
  3. Коллектор

Мы обсудим функции этих трех выводов в работе транзистора.

Транзистор является полупроводниковым устройством, поэтому полупроводниковым материалом, используемым в его конструкции, может быть германий или кремний , но кремний предпочтительнее германия, поскольку он обладает в меньшим током отсечки.

Работа транзистора

Транзистор, как следует из его названия, передает сопротивление с одного канала на другие каналы. Таким образом, как есть три вывода транзистора, т.е. база, эмиттер и коллектор. Таким образом, есть два перехода транзисторов. Один переход эмиттер-база, второй переход коллектор-база. Я намерен объяснить работу транзистора с помощью этих первостепенных параметров.

Прежде чем я углублюсь в рабочие детали транзистора, давайте разберемся с этими тремя важными выводами транзистора и их характеристиками.

  1. Эмиттер: Терминал эмиттера представляет собой сильно легированную область по сравнению с двумя базой и коллектором. Это связано с тем, что работа эмиттера заключается в подаче носителей заряда к коллектору через базу. Размер эмиттера больше базы, но меньше коллектора.
  2. Основание: Размер базовой области чрезвычайно мал, она меньше как эмиттера, так и коллектора. Размер базы всегда поддерживается небольшим, чтобы носители заряда, идущие от эмиттера и попадающие в базу, не рекомбинировали в области базы, а направлялись в область коллектора. Интенсивность легирования базы также меньше, чем у эмиттера и коллектора по той же причине, упомянутой выше.
  3. Коллектор: Вывод коллектора умеренно легирован, а размер области коллектора немного больше области эмиттера, поскольку все носители заряда, поступающие от эмиттера, рекомбинируют на базе, и при этом выделяется тепло. Таким образом, вывод коллектора должен быть достаточно большим, чтобы он мог рассеивать тепло и устройство не могло сгореть.

Несмещенный транзистор

Рассмотрим несмещенный NPN-транзистор. Беспристрастный означает, что на него не подается какой-либо внешний источник напряжения. В этом состоянии большинство носителей заряда в эмиттерной области будут двигаться в сторону базовой области.

Из-за умеренного легирования и небольшого размера базовой клеммы только 5-10% носителей заряда, попадающих на базу, будут рекомбинировать. Обратите внимание, что мы рассмотрели транзистор NPN, поэтому основными носителями заряда в эмиттере будут электроны.

Таким образом, только несколько электронов рекомбинируют на базе, а остальные начнут двигаться к коллектору. Таким образом, 90-95% эмитированных эмиттером электронов будут рекомбинировать с дырками в области коллектора. Это движение электрона и дырок в цепи приводит к генерации тока.

В основном транзисторы работают в трех областях:

  1. Активная область: Эта область используется для работы усилителя.
  2. Область насыщения: В этой области транзистор работает, когда нам требуется операция переключения. В этой области транзистор действует как выключатель.
  3. Cut Off Region: В этом транзисторе работает как замкнутый переключатель.

Преимущества использования транзисторов

  1. Компактный размер: Эти малогабаритные транзисторы позволили разработать компактные процессоры. Нам больше не нужно работать с такими большими компьютерами на электронных лампах. Все благодаря изобретателям транзисторов.
  2. Легкий вес: Вся конструкция транзистора упакована в единый корпус с радиатором и тремя выводами. Весь этот корпус чрезвычайно легкий, что увеличивает преимущество транзистора и делает его портативным устройством.
  3. Высокая эффективность работы: Транзисторы обладают высокой эффективностью работы независимо от того, используем ли мы их в качестве усилителя, генератора или переключателя.
  4. Долгий срок службы: Он также обладает длительным сроком службы, что делает его надежным для различных применений, поскольку он сводит к минимуму эффекты старения.

Недостатки использования транзисторов

  1. Низкая рабочая частота: Обладает рабочей частотой только до определенных МГц. Это делает его вне лиги, когда речь идет о высокочастотных приложениях.
  2. Низкая рабочая температура: Существует пороговое значение температуры, при превышении которого транзистор может выйти из строя. Пороговый предел составляет 75ᵒC. Таким образом, мы не можем эксплуатировать его выше этого диапазона температур.

У всего есть плюсы и минусы. Вы, должно быть, слышали это. Каждое преимущество, которым обладает устройство, должно иметь определенные недостатки, хотя первые перевешивают вторые. Транзисторы тоже имеют определенные недостатки.

Теория транзисторов. Транзисторы с биполярным соединением

Транзисторы с биполярным соединением

Вы должны вспомнить из более раннего обсуждения, что PN-переход с прямым смещением сравнимы с элементом цепи с низким сопротивлением, потому что он пропускает большой ток в течение заданное напряжение. В свою очередь, PN-переход с обратным смещением сравним с высокоомный элемент цепи. Используя формулу закона Ома для мощности ( P = I 2 R ) и при условии, что ток поддерживается постоянным, можно сделать вывод, что мощность, развиваемая на высоком сопротивлении, больше чем тот, который развивался при низком сопротивлении. Таким образом, если бы кристалл содержал два PN-перехода (один с прямым смещением, другой с обратным смещением), маломощный сигнал могут быть введены в переход с прямым смещением и генерировать сигнал высокой мощности на переходе с обратным смещением. Таким образом, будет получен прирост мощности по кристаллу. Эта концепция является основной теорией того, как работает транзистор. усиливает. Имея в памяти эту свежую информацию, давайте перейдем непосредственно к NPN-транзистор.

Работа транзистора NPN

Как и в случае диода с PN-переходом, N-материал, из которого состоит две концевые секции транзистора N P N содержат некоторое количество свободных электронов, в то время как центральная секция P содержит избыточное количество отверстий. Действие на каждом перекрестке между этими секциями такое же, как описано ранее для диода; то есть, развиваются области истощения и появляется соединительный барьер. Использование транзистора в качестве усилителя каждый из этих переходов должен модифицироваться некоторым внешним напряжением смещения. Чтобы транзистор функционировал в этом качестве, первый PN-переход (переход эмиттер-база) смещен в прямом или низкоомном направлении. В то же время второй переход PN (переход база-коллектор) смещен в обратном направлении, или высокоомное, направление. Простой способ запомнить, как правильно смещать транзистор заключается в наблюдении за элементами NPN или PNP, из которых состоит транзистор. Письма эти элементы указывают, какую полярность напряжения использовать для правильного смещения. Например, обратите внимание на транзистор NPN ниже:

1. Излучатель, который является первой буквой в последовательности N PN, подключается к n отрицательная сторона батареи, а основание, которое является второй буквой (N P N), подключается к положительной стороне p .

2. Однако, поскольку второй PN-переход должен быть смещен в обратном направлении для правильного работы транзистора, то коллектор должен быть подключен к напряжению противоположной полярности ( p ositive), чем то, что указано в его буквенном обозначении (NP N ). Напряжение на коллекторе также должно быть больше положительного, чем на базе, как показано ниже:

Теперь у нас есть правильно смещенный NPN-транзистор.

Таким образом, база транзистора N P N должна быть p положительной с относительно эмиттера, а коллектор должен быть более положительным, чем база.

Соединение прямого смещения NPN

Важный момент, который следует отметить в это время, который не обязательно упоминался во время объяснения диода, это тот факт, что материал N с одной стороны перехода с прямым смещением легирован сильнее, чем материал P. Это приводит к тому, что через соединение проходит больше тока. электронов-носителей из материала N, чем большинство дырок-носителей из P материал. Следовательно, проводимость через прямосмещенный переход, как показано на рисунке ниже в основном на основных носителей электронов из материала N (эмиттер).

Переход с прямым смещением в транзисторе NPN.

С переходом эмиттер-база на рисунке, смещенным в прямом направлении, электроны покидают отрицательную клемму батареи и входят в материал N (эмиттер). Поскольку электроны являются основными носителями тока в материале N, они легко проходят через через эмиттер, пересечь переход и соединить с отверстиями в материале P (основа). Для каждого электрона, заполняющего дырку в материале P, другой электрон покинет материал P (создав новую дырку) и войдет в положительный полюс батареи.

Соединение обратного смещения NPN

Второй переход PN (база-коллектор), или переход с обратным смещением, как его называют. (рисунок ниже), блокирует пересечение узла большинством носителей тока. Однако, есть очень небольшой ток, упомянутый ранее, который действительно проходит через это соединение. Этот ток называется током меньшинства или обратным током . Как вы помните, этот ток создавался электронно-дырочными парами. Миноритарные перевозчики для PN-переход с обратным смещением — это электронов в материале Р и дырок в материале Н. Эти неосновные носители фактически проводят ток для переход с обратным смещением, когда электроны из материала P входят в материал N, а отверстия из материала N входят в материал P. Однако меньшинство Электроны тока (как вы увидите позже) играют самую важную роль в работу NPN-транзистора.

Переход с обратным смещением в транзисторе NPN.

В этот момент вы можете задаться вопросом, почему второй переход PN (база-коллектор) не смещен в прямом направлении, как и первый переход PN (излучатель-база). Если оба соединения были бы смещены вперед, электроны имели бы тенденцию вытекать из каждого конечная часть N P N Транзистор (эмиттер и коллектор) к центральной секции P (базе). По сути, у нас было бы два переходных диода, обладающих общей базы, тем самым исключая любое усиление и нанося ущерб цели транзистор. Слово предостережения в порядке в это время. Если вы должны ошибочно смещает второй PN-переход в прямом направлении, чрезмерное ток может выделять достаточно тепла, чтобы разрушить переходы, делая бесполезный транзистор. Поэтому убедитесь, что полярность напряжения смещения верна. перед выполнением каких-либо электрических соединений.

Взаимодействие соединения NPN

Теперь мы готовы посмотреть, что произойдет, если мы поместим два соединения Транзистор NPN в работе в то же время. Для лучшего понимания того, как эти два соединения работают вместе, обратитесь к рисунку ниже во время обсуждения.

Работа транзистора NPN.

Батареи смещения на этом рисунке обозначены V CC для питания коллектора и V BB для питания базового напряжения. Также обратите внимание, что батарея основного источника питания довольно мала, на что указывает количество ячеек в аккумуляторе, обычно 1 вольт или менее. Однако, подача коллектора, как правило, намного выше, чем подача базы, обычно около 6 вольт. Как вы увидите позже, эта разница в напряжениях питания необходимо, чтобы ток протекал от эмиттера к коллектору.

Как указывалось ранее, ток во внешней цепи всегда обусловлен к движению свободных электронов. Следовательно, электроны текут из отрицательных клеммы батарей питания к эмиттеру N-типа. Это комбинированное движение электронов известен как ток эмиттера ( I E ). Поскольку электроны являются основными носителями в материале N, они будут двигаться через эмиттер из N-материала к переходу эмиттер-база. С этой развязкой вперед при смещении электроны продолжают двигаться в базовую область. Как только электроны находятся в основание, представляющее собой материал П-типа, теперь они становятся малыми авианосцами . Часть электронов, перемещающихся в базу, рекомбинирует с имеющимися дырками. На каждый электрон, который рекомбинирует, другой электрон уходит через базу. провод как базовый ток I B (создание нового отверстия для возможная комбинация) и возвращается к аккумулятору основного питания V BB . Электроны, которые рекомбинируют, теряются для коллектора. Следовательно, чтобы сделать транзистор более эффективным, базовая область сделана очень тонкой и слегка легированный. Это уменьшает возможность рекомбинации электрона. с дырой и потеряться. Таким образом, большая часть электронов, перешедших в базу области попадают под влияние большого обратного смещения коллектора. Эта предвзятость действует как прямое смещение для неосновных носителей (электронов) в базе и, как таковое, ускоряет их через переход база-коллектор в коллектор область, край. Поскольку коллектор изготовлен из материала N-типа, электроны которые доходят до коллектора снова стали мажоритарными текущими перевозчиками . Оказавшись в коллекторе, электроны легко перемещаются через материал N и возврат на плюсовую клемму коллекторной батареи питания В СС как ток коллектора ( I C ).

Для дальнейшего повышения КПД транзистора коллектор физически больше основания по двум причинам: (1) увеличить вероятность сбора носителей, которые диффундируют в сторону, а также непосредственно через базовую область, и (2) чтобы коллектор мог обрабатывать больше тепла без повреждений.

Таким образом, полный ток в транзисторе NPN протекает через вывод эмиттера. Следовательно, в процентах I E составляет 100 процентов. На с другой стороны, так как основа очень тонкая и слегка легированная, то меньший процент от общего тока (ток эмиттера) будет течь в базе цепи, чем в коллекторной цепи. Обычно не более 2-5%. общий ток является базовым током ( I B ), а остальные 95 к 98 процентов — ток коллектора ( I C ). Очень простой между этими двумя течениями существует связь:

Проще говоря, это означает, что ток эмиттера разделяется на ток базы. и ток коллектора. Поскольку количество тока, выходящего из эмиттера, равно исключительно функцией смещения эмиттер-база, и поскольку коллектор получает большую часть этого тока, то небольшое изменение смещения эмиттер-база будет иметь гораздо большее влияние на величину тока коллектора, чем на базовый ток. В заключение отметим, что относительно небольшое смещение эмиттер-база регулирует относительно большой ток эмиттер-коллектор.

Работа транзистора PNP

Транзистор PNP работает по существу так же, как транзистор NPN. Однако, поскольку эмиттер, база и коллектор PNP-транзистора изготовлены из материалы, отличные от тех, что используются в NPN-транзисторах, разные токи поток носителей в блоке PNP. Основными носителями тока в PNP-транзисторе являются отверстия. Это в отличие от NPN-транзистора, где ток большинства переносчиками являются электроны. Чтобы поддерживать этот другой тип тока (дырочный поток), батареи смещения перевернуты для транзистора PNP. Типичная предвзятость Настройка транзистора PNP показана на рисунке ниже. Заметь процедура, использованная ранее для правильного смещения транзистора NPN, также применима здесь к транзистору PNP. Первая буква (П) в P Последовательность NP указывает полярность напряжения, необходимого для эмиттера ( p положительная), а вторая буква (N) указывает на полярность базового напряжения ( n отрицательная). Поскольку переход база-коллектор всегда смещен в обратном направлении, то полярность напряжения ( n отрицательная) должна использоваться для коллектора. Таким образом, база транзистора P N P должна быть n отрицательной относительно к эмиттеру, а коллектор должен быть более отрицательным, чем база. Помните, как и в случае NPN-транзистора, эта разница в напряжение питания необходимо для протекания тока (дырочный проток в корпусе транзистора PNP) от эмиттера к коллектору. Хотя отверстие поток является преобладающим типом тока в транзисторе PNP, отверстие поток происходит только внутри самого транзистора, в то время как электроны текут в внешний контур. Однако именно внутридырочное течение приводит к потоку электронов во внешних проводах, подключенных к транзистору.

Правильно смещенный PNP-транзистор.


PNP-соединение с прямым смещением

Теперь рассмотрим, что происходит, когда переход эмиттер-база в рисунок ниже смещен вперед. При показанной настройке смещения положительный клемма батареи отталкивает отверстия эмиттера к основанию, в то время как отрицательный вывод направляет базовые электроны к эмиттеру. Когда эмиттерная дырка и базовый электрон встречаются, объединяются. Для каждого электрона, который соединяется с дыркой, другой электрон покидает отрицательный полюс батареи и входит в базу. При этом электрон покидает эмиттер, создавая новую дырку, и входит в положительный вывод батарея. Это движение электронов в базу и из эмиттера составляет базовый текущий поток ( I B ), а пути эти электронов называют цепью эмиттер-база.

Переход с прямым смещением в PNP-транзисторе.


Соединение обратного смещения PNP

В переходе с обратным смещением (рисунок ниже) отрицательное напряжение на коллекторе и положительное напряжение на базовом блоке основных носителей тока от пересечения перекрестка. Однако это же отрицательное напряжение коллектора действует как прямое смещение для неосновные токовые отверстия в основании, которые пересекаются перекресток и войти в коллектор. 90 208 неосновных электронов тока 90 209 в коллектор также воспринимает прямое смещение (положительное базовое напряжение) и перемещается в базу. Отверстия в коллекторе заполняются электронами, поступающими из отрицательного клемма аккумулятора. В то же время электроны покидают отрицательную клемму батареи, другие электроны в базе разрывают свои ковалентные связи и входят положительный полюс аккумулятора. Хотя есть только меньший текущий поток в переходе с обратным смещением он все еще очень мал из-за ограниченного число миноритарных текущих носителей.

Переход с обратным смещением в PNP-транзисторе.


Взаимодействие соединения PNP

Взаимодействие между переходами прямого и обратного смещения в PNP транзистор очень похож на транзистор NPN, за исключением того, что в PNP транзистор, большинство носителей тока — дырки. В транзисторе PNP, показанном на рис. На рисунке ниже положительное напряжение на эмиттере отталкивает дырки к базе. Оказавшись в базе, дырки объединяются с базовыми электронами. Но опять же, помните, что базовая область сделана очень тонкой, чтобы предотвратить рекомбинацию дырок с электроны. Следовательно, значительно больше 90 процентов отверстий, которые входят в основание, становятся притягиваются к большому отрицательному напряжению коллектора и проходят прямо через базу. Однако для каждого электрона и дырки, которые объединяются в базовой области, электрон покидает отрицательную клемму базовой батареи ( V BB ) и входит в базу как ток базы ( I B ). В то же время электрон покидает отрицательную клемму батареи, другой электрон покидает эмиттер как I E (создание новой дыры) и входит в положительный вывод В ВВ . При этом в коллекторной цепи электроны из коллекторной батареи ( V CC ) попадают в коллектор как I C и совместить с лишним отверстием от основания. На каждую дырку, нейтрализованную в коллекторе электроном, приходится другой электрон. покидает эмиттер и начинает свой путь обратно к положительному выводу V CC .

Работа транзистора PNP.

Хотя ток во внешней цепи транзистора PNP противоположен в направлении транзистора NPN, основные носители всегда поток от эмиттера к коллектору. Этот поток большинства носителей также приводит к образованию двух отдельных токовых петель внутри каждого транзистор. Одна петля — это путь базового тока, а другая петля — это тракт коллектор-ток. Сочетание тока в обоих эти петли ( I B + I C ) Итого ток транзистора ( I E ). Самое главное помнить о двух разных типах транзисторов заключается в том, что эмиттер-база напряжение PNP-транзистора оказывает такое же управляющее влияние на коллектор ток как у транзистора NPN. Говоря простым языком, увеличение напряжение прямого смещения транзистора уменьшает переход эмиттер-база барьер. Это действие позволяет большему количеству носителей достичь коллектора, вызывая увеличение тока от эмиттера к коллектору и через внешний контур. И наоборот, уменьшение напряжения прямого смещения уменьшает ток коллектора.

транзисторы — символ MOSFET — направление клеммы источника

Вопрос задан

Изменено 1 год, 1 месяц назад

Просмотрено 195 раз

\$\начало группы\$

Возможны два изображения полевых МОП-транзисторов: со стрелкой и без стрелки.

пример для NMOS со стрелкой:

пример для NMOS без стрелки:

пример для PMOS со стрелкой:

пример для PMOS без стрелки:

Для схемы со стрелкой я могу без проблем повернуть на 180 градусов: я все равно узнаю источник и источник осушать.

В случае со схемой без стрелки у меня больше нет возможности распознать источник.

Итак, мой вопрос: для схемы без стрелки всегда ли источник NMOS внизу, а источник PMOS всегда вверху?

  • транзисторы
  • схемы
  • nmos
  • pmos

\$\конечная группа\$

15

\$\начало группы\$

Если исток и сток не отмечены каким-либо образом, можно предположить, что устройство симметрично, что означает, что исток и сток можно поменять местами, и ни один из них не подключен к подложке.

В этом случае клемма с напряжением ниже будет источником для транзистора NMOS, а клемма с напряжением0011 более высокое напряжение будет источником для транзистора PMOS. \$V_{GS}\$ всегда измеряется относительно терминала, выступающего в качестве источника.

И, да, роли этих двух клемм можно поменять местами в режиме реального времени при изменении напряжения. Это может произойти, например, в передающем вентиле CMOS.

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Четырехвыводной МОП-транзистор, типичный для реализации СБИС (интегральная схема), в основном симметричен, и его исток/сток определяются относительными напряжениями на двух выводах, которые подключаются к каналу. Устройство NMOS, изготовленное путем имплантации двух N-областей в p-ячейку или p-подложку, имеет источник на N-имплантате, подключенный к более низкому напряжению. Устройство pMOS, изготовленное из P-имплантатов в N-лунке, имеет источник на P-имплантате, испытывающем более высокое напряжение.

Это также не обязательно статично — в передающем вентиле относительные напряжения на двух концах могут менять знак во время работы схемы.

В дискретных реализациях устройство больше не является симметричным, поскольку один из двух концов канала обозначается как источник и присоединяется к телу, создавая паразитную диодную структуру тела. Если относительное напряжение истока и стока «неправильное» (т. е. у nFET напряжение истока больше напряжения стока), внутренний диод будет проводить.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Контекст имеет значение. В контексте логических схем CMOS (где часто можно встретить эти, казалось бы, неоднозначные символы) понятно, что VDD находится сверху, а VSS — снизу. Кроме того, источники PMOS привязаны к VDD, а источники NMOS привязаны к VSS. Стоки как PMOS, так и NMOS привязаны к выходу (выходам) вентиля или логического каскада. Подключение диода корпуса не показано. PMOS отличается от NMOS наличием «пузыря» на входе затвора, указывающего, что выход (сток) имеет противоположную полярность входа (затвор).

Я согласен с другими ответами как с общими ответами, где не учитывается контекст. Но я хотел просто предоставить этот дополнительный комментарий о контексте логических конструкций КМОП.

PMOS, когда он включен (низкий уровень ворот), устанавливает на выходе высокий уровень. NMOS, когда он включен (высокий уровень затвора), переводит выходной сигнал в низкий уровень. Именно так работает логика CMOS.

\$\конечная группа\$

1

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Обязательно, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

уроков электрических цепей — том VI (эксперименты)

уроков электрических цепей — том VI (эксперименты) — глава 5
Коммутирующий диод Однополупериодный выпрямитель Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом Двухполупериодный мостовой выпрямитель Цепь выпрямителя/фильтра Регулятор напряжения Транзистор как переключатель Датчик статического электричества Датчик импульсного света Повторитель напряжения Усилитель с общим эмиттером Многокаскадный усилитель Текущее зеркало JFET-регулятор тока Дифференциальный усилитель Простой операционный усилитель Аудио осциллятор Ламповый усилитель звука
  • Introduction
  • Commutating diode
  • Half-wave rectifier
  • Full-wave center-tap rectifier
  • Full-wave bridge rectifier
  • Rectifier/filter circuit
  • Регулятор напряжения
  • Транзистор в качестве переключателя
  • Датчик статического электричества
  • Pulsed-light sensor
  • Voltage follower
  • Common-emitter amplifier
  • Multi-stage amplifier
  • Current mirror
  • JFET current regulator
  • Differential amplifier
  • Простой операционный усилитель
  • Аудиогенератор
  • Ламповый аудиоусилитель

Полупроводниковое устройство изготовлено из кремния или любого количества других специально подготовленных материалов, предназначенных для использования уникальных свойств электронов в кристаллической решетке, где электроны не так свободно перемещаются, как в проводнике, но гораздо более подвижны, чем в изоляторе. Дискретное устройство — это устройство, содержащееся в собственном корпусе, не построенное на общей полупроводниковой подложке с другими компонентами, как в случае ИС или интегральных схем .. Таким образом, «дискретные полупроводниковые схемы» представляют собой схемы, построенные из отдельных полупроводниковых компонентов, соединенных вместе на какой-либо печатной плате или клеммной колодке. В этих схемах используются все компоненты и концепции, рассмотренные в предыдущих главах, поэтому перед тем, как приступать к этим экспериментам, необходимо иметь четкое представление об электричестве постоянного и переменного тока.

Ради интереса в этот раздел включена одна схема с использованием вакуумной лампы для усиления вместо полупроводникового транзистора. До появления транзисторов «вакуумные лампы» были рабочими лошадками электронной промышленности: они использовались для изготовления выпрямителей, усилителей, генераторов и многих других схем. Хотя в настоящее время они считаются устаревшими для большинства целей, для электронных ламп все еще есть некоторые приложения, и создание и эксплуатация схем с использованием этих устройств может быть интересным.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Батарея 6 В
  • Силовой трансформатор, 120 В переменного тока, понижающий до 12 В переменного тока (каталог Radio Shack № 273-1365, 273-1352 или 273-1511).
  • Один выпрямительный диод 1N4001 (№ по каталогу Radio Shack 276-1101)
  • Одна неоновая лампа (№ по каталогу Radio Shack 272-1102)
  • Два тумблера, SPST («Однополюсный, однонаправленный»)

Силовой трансформатор указан, но подойдет любой индуктор с железным сердечником, даже самодельный индуктор или трансформатор из главы «Эксперименты переменного тока»!

Диод не обязательно должен быть точной модели 1N4001. Для этой задачи подходят любые выпрямительные диоды серии «1N400X», и их довольно легко достать.

Я рекомендую бытовые выключатели света из-за их низкой стоимости и долговечности.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 1, глава 16: «Постоянные времени RC и L/R»

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 3: «Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Обзор индукционного «отката»
  • Узнайте, как подавить «отдачу» с помощью диода

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

При сборке схемы будьте очень осторожны с ориентацией диода. Катодный конец диода (конец, отмеченный одной полосой) должен быть обращен к положительной (+) стороне батареи. Диод должен быть с обратным смещением и непроводящим, а переключатель №1 должен быть в положении «включено». Для катушки индуктора используйте высоковольтную (120 В) обмотку трансформатора. Первичная обмотка понижающего трансформатора имеет большую индуктивность, чем вторичная обмотка, и дает больший эффект мигания лампы.

Установите переключатель №2 в положение «выключено». Это отключает диод от цепи, так что он не имеет никакого эффекта. Быстро замкните и разомкните (включите, а затем «выключите») переключатель №1. Когда этот переключатель разомкнут, неоновая лампочка начнет мигать от эффекта индуктивной «отдачи». Быстрое уменьшение тока, вызванное размыканием переключателя, приводит к тому, что индуктор создает большое падение напряжения, поскольку он пытается поддерживать ток той же величины и в том же направлении.

Индуктивная отдача вредна для переключающих контактов, так как вызывает чрезмерное искрение всякий раз, когда они размыкаются. В этой схеме неоновая лампа фактически уменьшает эффект, обеспечивая альтернативный путь тока для тока индуктора, когда переключатель размыкается, безвредно рассеивая накопленную энергию индуктора в виде света и тепла. Тем не менее, на размыкающих контактах переключателя №1 по-прежнему падает довольно высокое напряжение, вызывающее чрезмерное искрение и сокращающий срок службы переключателя.

Если переключатель № 2 замкнут (включен), диод теперь будет частью цепи. Быстро замкните и снова разомкните переключатель № 1, отметив разницу в поведении цепи. На этот раз неоновая лампа не мигает. Подключите вольтметр к индуктору, чтобы убедиться, что индуктор все еще получает полное напряжение батареи при замкнутом переключателе №1. Если вольтметр регистрирует только небольшое напряжение при включенном переключателе № 1, вероятно, диод подключен наоборот, создавая короткое замыкание.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Низковольтный блок питания переменного тока (выход 6 В)
  • Батарея 6 В
  • Один выпрямительный диод 1N4001 (№ по каталогу Radio Shack 276-1101)
  • Небольшой «любительский» мотор с постоянными магнитами (каталожный номер Radio Shack 273-223 или аналогичный)
  • Аудиодетектор с наушниками
  • Конденсатор 0,1 мкФ (каталожный номер Radio Shack 272-135 или аналогичный)

Диод не обязательно должен быть точной модели 1N4001. Для этой задачи подходят любые выпрямительные диоды серии «1N400X», и их довольно легко достать.

Подробные инструкции по созданию «аудиодетектора» см. в главе «Эксперименты с переменным током». Если вы еще не создали его, вам не хватает простого и ценного инструмента для экспериментов.

Конденсатор емкостью 0,1 мкФ предназначен для «подключения» аудиодетектора к цепи, так что только переменный ток достигает цепи детектора. Емкость этого конденсатора не критична. Я успешно использовал конденсаторы от 0,27 мкФ до 0,015 мкФ. Конденсатор с меньшей емкостью в большей степени ослабляет низкочастотные сигналы, что приводит к меньшей интенсивности звука в наушниках, поэтому используйте конденсатор с большей емкостью, если вам трудно расслышать тон(ы).

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 3: «Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Использование диода в качестве выпрямителя
  • Работа двигателя с постоянными магнитами от сети переменного тока по сравнению с мощностью постоянного тока
  • Измерение пульсаций напряжения вольтметром

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Подключите двигатель к низковольтной сети переменного тока через выпрямительный диод, как показано на рисунке. Диод пропускает ток только в течение одного полупериода полного положительного и отрицательного цикла напряжения питания, исключая попадание одного полупериода на двигатель. В результате двигатель «видит» ток только в одном направлении, хотя и пульсирует ток , позволяя ему вращаться в одном направлении.

Возьмите перемычку и на мгновение замкните диод, отметив влияние на работу двигателя:

Как видите, двигатели постоянного тока с постоянными магнитами плохо работают на переменном токе. Удалите временную перемычку и поменяйте ориентацию диода в цепи. Обратите внимание на влияние на двигатель.

Измерьте напряжение постоянного тока на двигателе следующим образом:

Затем также измерьте напряжение переменного тока на двигателе:

Большинство цифровых мультиметров хорошо различают переменное и постоянное напряжение, и эти два измерения показывают среднее постоянное напряжение и переменное «пульсирующее» напряжение соответственно мощности, «видимой» двигателем. Напряжение пульсаций — это изменяющаяся часть напряжения, интерпретируемая измерительным оборудованием как величина переменного тока, хотя форма волны напряжения фактически никогда не меняет полярность. Пульсации можно представить как сигнал переменного тока, наложенный на устойчивый сигнал постоянного тока «смещения» или «смещения». Сравните эти измерения постоянного и переменного тока с измерениями напряжения, снятыми на двигателе при питании от батареи:

Аккумуляторы дают очень «чистую» мощность постоянного тока, и в результате на двигателе в этой цепи должно быть очень мало переменного напряжения. Независимо от того, какое переменное напряжение равно , измеренное на двигателе, это происходит из-за пульсирующего потребления тока двигателем, когда щетки замыкают и размыкают контакт с вращающимися коллекторными стержнями. Этот пульсирующий ток вызывает падение пульсирующего напряжения на любых паразитных сопротивлениях в цепи, что приводит к «провалу» пульсирующего напряжения на клеммах двигателя.

Качественная оценка пульсаций напряжения может быть получена с помощью чувствительного звукового детектора, описанного в главе «Эксперименты на переменном токе» (то же устройство, которое описано как «чувствительный детектор напряжения» в главе «Эксперименты на постоянном токе»). Уменьшите чувствительность детектора для малой громкости и подключите его к клеммам двигателя через небольшой (0,1 мкФ) конденсатор, например:

Конденсатор действует как фильтр верхних частот, блокируя попадание постоянного напряжения на детектор и облегчая «прослушивание» оставшегося переменного напряжения. Это точно такой же метод, используемый в схемах осциллографа для «связи по переменному току», где сигналы постоянного тока блокируются от просмотра последовательно соединенным конденсатором. При питании двигателя от батареи пульсация должна звучать как пронзительное «жужжание» или «скулящий звук». Попробуйте заменить батарею блоком питания переменного тока и выпрямительным диодом, «прислушиваясь» детектором к низкочастотному «гудению» однополупериодного выпрямленного питания:

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

Полупериодный выпрямитель
v1 1 0 sin(0 8,485 60 0 0)
rload 2 0 10k
d1 1 2 мод1
. модель мод1 д
.транс .5м 25м
.plot транс v(1,0) v(2,0)
.конец

В этом моделировании входное напряжение отображается как синусоида, а выходное напряжение — как ряд «горбов», соответствующих положительным полупериодам напряжения источника переменного тока. К сожалению, динамика двигателя постоянного тока слишком сложна для моделирования с помощью SPICE.

Напряжение источника переменного тока указано как 8,485 вместо 6 вольт, поскольку SPICE понимает напряжение переменного тока только с точки зрения пикового значения . Среднеквадратичное значение синусоидального напряжения 6 вольт на самом деле составляет пиковое значение 8,485 вольт. В симуляциях, где различие между среднеквадратичным значением и пиковым значением не имеет значения, я не буду заморачиваться подобным преобразованием среднеквадратичного значения в пиковое. По правде говоря, это различие не так уж важно в этой симуляции, но я обсуждаю его здесь для вашего назидания.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Низковольтный блок питания переменного тока (выход 6 В)
  • Два выпрямительных диода 1N4001 (№ по каталогу Radio Shack 276-1101)
  • Небольшой «любительский» мотор с постоянными магнитами (каталожный номер Radio Shack 273-223 или аналогичный)
  • Аудиодетектор с наушниками
  • Конденсатор 0,1 мкФ
  • Тумблер один, SPST («Однополюсный, однонаправленный»)

Для этого эксперимента важно, чтобы низковольтный источник питания переменного тока был оснащен центральным отводом. Трансформатор с неотводной вторичной обмоткой для этой схемы просто не подойдет.

Диоды не обязательно должны быть точной модели 1N4001. Для этой задачи подходят любые выпрямительные диоды серии «1N400X», и их довольно легко достать.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 3: «Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Конструкция схемы выпрямителя с центральным отводом
  • Измерение пульсаций напряжения вольтметром

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Эта схема выпрямителя называется двухполупериодной , потому что она использует всю форму волны, как положительные, так и отрицательные полупериоды напряжения источника переменного тока для питания нагрузки постоянного тока. В результате на нагрузке наблюдается меньше пульсаций напряжения. Среднеквадратичное значение выходного сигнала выпрямителя для этой схемы также больше, чем для однополупериодного выпрямителя.

Используйте вольтметр для измерения как постоянного, так и переменного напряжения, подаваемого на двигатель. Вы должны сразу заметить преимущества двухполупериодного выпрямителя по большему постоянному и меньшему переменному току по сравнению с последним экспериментом.

Экспериментальное преимущество этой схемы заключается в том, что ее можно легко «преобразовать» в однополупериодный выпрямитель: просто отсоедините короткую перемычку, соединяющую катодные концы двух диодов вместе на клеммной колодке. Еще лучше, для быстрого сравнения между полупериодным и двухполупериодным выпрямлением вы можете добавить переключатель в схему, чтобы открывать и закрывать это соединение по желанию:

Благодаря возможности быстрого переключения между полупериодным и двухполупериодным выпрямлением вы можете легко провести качественное сравнение между двумя различными режимами работы. Используйте детектор аудиосигнала, чтобы «прослушать» пульсации напряжения между клеммами двигателя для полуволнового и двухполупериодного режимов выпрямления, отмечая как интенсивность, так и качество тона. Не забудьте использовать конденсатор связи последовательно с детектором, чтобы он получал только переменное «пульсирующее» напряжение, а не постоянное напряжение:

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом
v1 1 0 sin(0 8,485 60 0 0)
v2 0 3 sin(0 8,485 60 0 0)
rload 2 0 10k
d1 1 2 мод1
d2 3 2 мод1
.модель мод1 д
.транс .5м 25м
.plot транс v(1,0) v(2,0)
.конец

ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Низковольтный блок питания переменного тока (выход 6 В)
  • Четыре выпрямительных диода 1N4001 (№ по каталогу Radio Shack 276-1101)
  • Небольшой «любительский» мотор с постоянными магнитами (каталожный номер Radio Shack 273-223 или аналогичный)

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 3: «Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Конструкция схемы мостового выпрямителя
  • Преимущества и недостатки схемы мостового выпрямителя по сравнению со схемой с центральным отводом

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Эта схема обеспечивает двухполупериодное выпрямление без необходимости использования трансформатора с отводом от средней точки. В приложениях, где источник с отводом от средней точки или с расщепленной фазой недоступен, это единственный практичный метод двухполупериодного выпрямления.

В дополнение к тому, что требуется больше диодов, чем в схеме с центральным отводом, двухполупериодный мост также имеет небольшой недостаток производительности: дополнительное падение напряжения, вызванное тем, что ток должен проходить через два диода в каждом полупериоде, а не через один. С источником низкого напряжения, таким как тот, который вы используете (6 вольт RMS), этот недостаток легко измерить. Сравните показания напряжения постоянного тока на клеммах двигателя с показаниями, полученными в ходе последнего эксперимента, при том же источнике питания переменного тока и том же двигателе.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

Двухполупериодный мостовой выпрямитель
v1 1 0 sin(0 8,485 60 0 0)
rload 2 3 10k
d1 3 1 мод1
d2 1 2 мод1
d3 3 0 мод1
d4 0 2 мод1
. модель мод1 д
.транс .5м 25м
.plot транс v(1,0) v(2,3)
.конец

ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Низковольтный блок питания переменного тока
  • Блок мостового выпрямителя (№ по каталогу Radio Shack 276-1185 или аналогичный)
  • Электролитический конденсатор, 1000 мкФ, не менее 25 Вт постоянного тока (каталожный номер Radio Shack 272-1047 или аналогичный)
  • Четыре клеммы типа «банан» или другое клеммное оборудование для подключения к цепи потенциометра (каталожный номер Radio Shack 274-662 или аналогичный)
  • Металлический ящик
  • Лампа накаливания 12 В, 25 Вт
  • Патрон лампы

Настоятельно рекомендуется использовать «пакет» мостового выпрямителя вместо построения схемы мостового выпрямителя из отдельных диодов, потому что такие «пакеты» крепятся болтами к металлическому радиатору. Вместо пластиковой коробки рекомендуется использовать металлическую коробку из-за ее способности функционировать в качестве теплоотвода для выпрямителя.

В этом эксперименте можно использовать конденсатор большего номинала, если его рабочее напряжение достаточно велико. Чтобы быть в безопасности, выберите конденсатор с номинальным рабочим напряжением, по крайней мере, в два раза превышающим среднеквадратичное выходное напряжение переменного тока низковольтного источника питания переменного тока.

12-вольтовые лампы высокой мощности можно приобрести в магазинах для транспортных средств для отдыха (RV) и в магазинах товаров для лодок. Обычные размеры 25 Вт и 50 Вт. Эта лампа будет использоваться как «тяжелая» нагрузка для блока питания.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 2, глава 8: «Фильтры»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Функция емкостного фильтра в источнике питания переменного/постоянного тока
  • Важность радиаторов для силовых полупроводников

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Этот эксперимент включает создание схемы выпрямителя и фильтра для подключения к низковольтному источнику переменного тока, построенному ранее. С этим устройством у вас будет источник низковольтного постоянного тока, подходящий в качестве замены батареи в экспериментах с батарейным питанием. Если вы хотите сделать это устройство своим собственным автономным источником питания 120 В переменного/постоянного тока, вы можете добавить все компоненты низковольтного источника переменного тока на сторону «AC in» этой цепи: трансформатор, шнур питания, и вилка. Даже если вы этого не сделаете, я рекомендую использовать металлическую коробку большего размера, чем необходимо, чтобы было место для дополнительных схем регулирования напряжения, которые вы, возможно, решите добавить в этот проект позже.

Блок мостового выпрямителя должен быть рассчитан на ток, по крайней мере, такой же, как и на вторичную обмотку трансформатора, и на напряжение, по крайней мере, в два раза выше, чем среднеквадратичное напряжение на выходе трансформатора (это позволяет пиковое напряжение, плюс дополнительный коэффициент безопасности). Выпрямитель Radio Shack, указанный в перечне деталей, рассчитан на 25 ампер и 50 вольт, что более чем достаточно для выхода низковольтного источника питания переменного тока, указанного в главе «Эксперименты с переменным током».

Выпрямительные блоки такого размера часто оснащены клеммами «быстрого отключения». Продаются дополнительные «быстроразъемные» наконечники, которые обжимаются на оголенных концах провода. Это предпочтительный способ подключения терминала. Вы можете припаивать провода непосредственно к выводам выпрямителя, но я не рекомендую припаивать прямо к любому полупроводниковому компоненту по двум причинам: возможное тепловое повреждение во время пайки и сложность замены компонента в случае отказа.

Полупроводниковые устройства более склонны к отказам, чем большинство компонентов, охваченных этими экспериментами до сих пор, и поэтому, если вы хотите сделать схему постоянной, вы должны построить ее так, чтобы ее можно было обслуживать. «Эксплуатируемая конструкция» включает в себя, среди прочего, возможность замены всех хрупких компонентов. Это также означает, что «контрольные точки» доступны для измерительных щупов по всей цепи, чтобы поиск и устранение неисправностей можно было выполнять с минимальными неудобствами. Клеммные колодки по своей сути обеспечивают контрольные точки для измерения напряжения, а также позволяют легко отсоединять провода без ущерба для надежности соединения.

Прикрутите блок выпрямителя к внутренней части металлического ящика. Площадь поверхности коробки будет действовать как радиатор, охлаждая выпрямительный блок, когда он пропускает большие токи. Любая металлическая поверхность радиатора, предназначенная для снижения рабочей температуры электронного компонента, называется радиатором . Полупроводниковые устройства в целом склонны к повреждению из-за перегрева, поэтому очень важно обеспечить путь для передачи тепла от устройства (устройств) к окружающему воздуху, когда рассматриваемая схема может работать с большим количеством энергии.

В схему включен конденсатор , выполняющий роль фильтра для уменьшения пульсаций напряжения. Убедитесь, что вы правильно подключили конденсатор к выходным клеммам постоянного тока выпрямителя, чтобы полярность совпадала. Будучи электролитическим конденсатором, он чувствителен к повреждению при переполюсовке. Особенно в этой цепи, где внутреннее сопротивление трансформатора и выпрямителя низкое и, следовательно, ток короткого замыкания велик, велика вероятность повреждения. Предупреждение: неисправный конденсатор в этой цепи может взорваться с угрожающей силой!

После того, как схема выпрямителя/фильтра построена, подключите ее к низковольтному источнику переменного тока следующим образом:

Измерьте выходное напряжение переменного тока низковольтного источника питания. Ваш мультиметр должен показывать примерно 6 вольт, если цепь подключена, как показано на рисунке. Это измерение напряжения является среднеквадратичным напряжением источника питания переменного тока.

Теперь переключите мультиметр на функцию измерения напряжения постоянного тока и измерьте выходное напряжение постоянного тока схемой выпрямителя/фильтра. Оно должно быть значительно выше среднеквадратичного значения напряжения переменного тока, измеренного ранее. Фильтрующее действие конденсатора обеспечивает выходное постоянное напряжение, равное пиковому напряжению переменного тока , поэтому индикация большего напряжения:

Измерьте амплитуду пульсаций переменного напряжения с помощью цифрового вольтметра, настроенного на вольты переменного тока (или милливольты переменного тока). Вы должны заметить гораздо меньшее напряжение пульсаций в этой цепи, чем то, которое было измерено в любой из схем нефильтрованного выпрямителя, построенных ранее. Не стесняйтесь использовать свой аудиодетектор, чтобы «прослушать» пульсации напряжения переменного тока, выдаваемые блоком выпрямителя/фильтра. Как обычно, подключите небольшой «связующий» конденсатор последовательно с детектором, чтобы он не реагировал на постоянное напряжение, а только на пульсации переменного тока. Должен быть слышен очень слабый звук.

После измерения напряжения пульсаций переменного тока без нагрузки подключите 25-ваттную лампочку к выходу схемы выпрямителя/фильтра следующим образом:

Повторно измерьте пульсации напряжения между клеммами «выход постоянного тока» блока выпрямителя/фильтра. При большой нагрузке конденсатор фильтра разряжается между пиками выпрямленного напряжения, что приводит к большей пульсации, чем раньше:

Если в условиях большой нагрузки требуется меньшая пульсация, можно использовать конденсатор большей емкости или можно построить более сложную схему фильтра с использованием двух конденсаторов и катушки индуктивности:

Если вы решите построить такую ​​схему фильтра, обязательно используйте индуктор с железным сердечником для максимальной индуктивности и достаточно толстый провод, чтобы безопасно выдерживать полный номинальный ток источника питания. Катушки индуктивности, используемые для фильтрации, иногда обозначаются как 9.0208 дросселирует , т.к. они «заглушают» пульсации переменного напряжения от попадания на нагрузку. Если подходящий дроссель не может быть получен, можно использовать вторичную обмотку понижающего силового трансформатора, подобного тому, который используется для понижения 120 вольт переменного тока до 12 или 6 вольт переменного тока в низковольтном источнике питания. Оставьте первичную (120 вольт) обмотку разомкнутой:

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

Двухполупериодный мостовой выпрямитель
v1 1 0 sin(0 8,485 60 0 0)
rload 2 3 10k
c1 2 3 1000u ic=0
d1 3 1 мод1
d2 1 2 мод1
d3 3 0 мод1
d4 0 2 мод1
.модель мод1 д
.транс .5м 25м
.plot транс v(1,0) v(2,3)
.конец

Вы можете уменьшить стоимость R нагрузите при моделировании от 10 кОм до некоторого более низкого значения, чтобы исследовать влияние нагрузки на пульсации напряжения. Как и в случае с нагрузочным резистором 10 кОм, пульсации на осциллограмме, построенной SPICE, не обнаруживаются.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Четыре батареи по 6 В
  • Стабилитрон, 12 В — тип 1N4742 (каталожный номер Radio Shack 276-563 или аналогичный)
  • Один резистор 10 кОм

Для этого эксперимента подходит любой низковольтный стабилитрон. Перечисленная здесь модель 1N4742 (напряжение стабилитрона = 12 вольт) является лишь одним из предложений. Какую бы модель диода вы ни выбрали, я настоятельно рекомендую диод с номинальным напряжением стабилитрона 90 208, превышающим 90 209, чем напряжение одной батареи, для максимального обучения. Важно, чтобы вы видели, как работает стабилитрон при воздействии на него напряжения , меньшего, чем его номинал .

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 3: «Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Функция стабилитрона

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Соберите эту простую схему, подключив диод в режиме «обратного смещения» (катод положительный, а анод отрицательный), и измерьте напряжение на диоде, используя одну батарею в качестве источника питания. Запишите это падение напряжения для дальнейшего использования. Также измерьте и запишите падение напряжения на резисторе 10 кОм.

Измените схему, подключив две 6-вольтовые батареи последовательно, чтобы получить общее напряжение источника питания 12 вольт. Повторно измерьте падение напряжения на диоде, а также падение напряжения на резисторе с помощью вольтметра:

Соедините последовательно три, затем четыре 6-вольтовых аккумулятора, образуя соответственно 18-вольтовый и 24-вольтовый источник питания. Измерьте и запишите падение напряжения на диоде и резисторе для каждого нового напряжения питания. Что вы заметили в падении напряжения на диоде для этих четырех различных источников напряжения? Видите, как напряжение на диоде никогда не превышает уровня 12 вольт? Что вы заметили в падении напряжения на резисторе для этих четырех разных уровней напряжения источника?

Стабилитроны часто используются в качестве устройств , регулирующих напряжение , потому что они ограничивают падение напряжения на себе на заданном уровне. Любое избыточное напряжение, подаваемое источником питания, падает на последовательном резисторе. Однако важно отметить, что стабилитрон не может компенсировать дефицит напряжения источника. Например, этот 12-вольтовый стабилитрон не падает на 12 вольт, когда источник питания имеет мощность всего 6 вольт. Полезно думать о стабилитроне как о напряжении ограничитель : устанавливает максимальное падение напряжения, но не минимальное падение напряжения.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

Стабилитрон
v1 1 0
р1 1 2 10к
d1 0 2 мод1
.модель mod1 d bv=12
.dc v1 18 18 1
.print постоянный ток v (2,0)
.конец

Стабилитрон может быть смоделирован в SPICE с обычным диодом, параметр обратного пробоя (bv=12) установлен на желаемое напряжение пробоя стабилитрона.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Две 6-вольтовые батареи
  • Один NPN-транзистор — рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 — это пакет из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
  • Один резистор 100 кОм
  • Один резистор 560 Ом
  • Один светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-026 или аналогичный)

Значения резисторов не являются критическими для этого эксперимента. Также не выбран конкретный светоизлучающий диод (LED).

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4: «Транзисторы с биполярным переходом»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Усиление тока биполярного транзистора

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Красный провод, показанный на схеме (тот, который заканчивается стрелкой и подключен к одному концу резистора 100 кОм), предназначен для того, чтобы оставаться незакрепленным, чтобы вы могли на мгновение прикоснуться к нему в других точках цепи.

Если вы прикоснетесь концом незакрепленного провода к любой точке цепи, более положительной, чем он, например, к положительной стороне источника питания постоянного тока, светодиод должен загореться. Для полного свечения стандартного светодиода требуется 20 мА, поэтому такое поведение должно показаться вам интересным, потому что резистор 100 кОм, к которому присоединен свободный провод, ограничивает ток через него до гораздо меньшего значения, чем 20 мА. Максимальное общее напряжение 12 вольт на сопротивлении 100 кОм дает ток всего 0,12 мА или 120 мкА! Соединение, сделанное вашим прикосновением провода к положительной точке цепи, проводит ток намного меньше 1 мА, но благодаря усиливающему действию транзистора может управления значительно больший ток через светодиод.

Попробуйте с помощью амперметра подключить свободный провод к положительной стороне источника питания, например:

Возможно, вам придется выбрать наиболее чувствительный диапазон тока на измерителе для измерения этого небольшого расхода. После измерения этого , управляющего током , попробуйте измерить ток светодиода (, управляемый током ) и сравните величины. Не удивляйтесь, если вы обнаружите отношение больше 200 (управляемый ток в 200 раз больше, чем управляющий ток)!

Как вы можете видеть, транзистор действует как своего рода электрически управляемый переключатель, включая и выключая ток на светодиоде по команде гораздо меньшего токового сигнала, проводимого через его базовую клемму.

Чтобы дополнительно проиллюстрировать, насколько незначительным является управляющий ток, удалите свободный провод из цепи и попробуйте «перемкнуть» свободный конец резистора на 100 кОм с положительным полюсом источника питания двумя пальцами одной руки. Возможно, вам придется намочить кончики этих пальцев, чтобы максимизировать проводимость:

Попробуйте изменить контактное давление ваших пальцев с этими двумя точками в цепи, чтобы изменить величину сопротивления на пути управляющего тока. Можно ли таким образом изменить яркость светодиода? Что это говорит о способности транзистора действовать не только как переключатель; т.е. как переменная

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

Транзистор как переключатель
v1 1 0
р1 1 2 100к
р2 1 3 560
d1 3 4 мод2
q1 4 2 0 mod1
.модель mod1 npn bf=200
.модель mod2 d = 1e-28
.dc v1 12 12 1
.print dc v(2,0) v(4,0) v(1,2) v(1,3) v(3,4)
.конец

В этом моделировании падение напряжения на резисторе 560 Ом v(1,3) оказывается равным 10,26 вольт, что указывает на ток светодиода 18,32 мА по закону Ома (I=E/R). р 1 Падение напряжения (напряжение между узлами 1 и 2) в конечном итоге составляет 11,15 вольт, что на 100 кОм дает ток всего 111,5 мкА. Очевидно, что очень малый ток в этой цепи контролирует гораздо больший ток.

Если вам интересно, параметр is=1e-28 в строке .model диода предназначен для того, чтобы диод вел себя как светодиод с более высоким падением напряжения в прямом направлении.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Один полевой транзистор с N-канальным переходом, рекомендуется модель 2N3819 или J309 (каталог Radio Shack № 276-2035 — модель 2N3819)
  • Одна батарея 6 В
  • Один резистор 100 кОм
  • Один светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-026 или аналогичный)
  • Пластиковый гребень

Конкретная модель полевого транзистора с переходом, или JFET, используемая в этом эксперименте, не имеет решающего значения. P-канальные JFET также можно использовать, но они не так популярны, как N-канальные транзисторы.

Имейте в виду, что не все транзисторы имеют одинаковые обозначения выводов или выводов , даже если они имеют одинаковый внешний вид. Это будет определять, как вы будете соединять транзисторы вместе и с другими компонентами, поэтому обязательно ознакомьтесь со спецификациями производителя (техническое описание компонентов), которое легко получить на веб-сайте производителя. Имейте в виду, что на упаковке транзистора и даже в паспорте производителя могут быть указаны неправильные схемы идентификации клемм! Настоятельно рекомендуется дважды проверить идентичность контактов с помощью функции «проверки диодов» вашего мультиметра. Для получения подробной информации о том, как идентифицировать выводы полевых транзисторов с помощью мультиметра, обратитесь к главе 5 тома «Полупроводники» (том III) этой серии книг.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 5: «Полевые транзисторы с переходом»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Использование полевого транзистора JFET в качестве выключателя
  • Отличие коэффициента усиления по току JFET от биполярного транзистора

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Этот эксперимент очень похож на предыдущий эксперимент с использованием биполярного транзистора (BJT) в качестве переключающего устройства для управления током через светодиод. В этом эксперименте вместо него используется полевой транзистор с переходом , что значительно повышает чувствительность.

Соберите эту схему и коснитесь рукой свободного конца провода (провод, показанный красным на схеме и на иллюстрации, подключенный к резистору 100 кОм). Простое прикосновение к этому проводу, скорее всего, повлияет на состояние светодиода. Эта схема представляет собой прекрасный датчик статического электричества! Попробуйте пошарить ногами по ковру, а затем коснуться конца провода, если пока не видно никакого эффекта на свет.

Для более контролируемого теста коснитесь провода одной рукой и попеременно коснитесь положительной (+) и отрицательной (-) клеммы батареи одним пальцем другой руки. Ваше тело действует как проводник (хотя и плохой), соединяющий клемму затвора JFET с любой клеммой батареи, когда вы к ним прикасаетесь. Обратите внимание, какая клемма включает светодиод, а какая выключает. Попробуйте связать это поведение с тем, что вы читали о JFET в главе 5 тома Semiconductor.

Тот факт, что JFET так легко включается и выключается (требуется так мало управляющего тока), о чем свидетельствует полное управление включением и выключением просто за счет пропускания управляющего тока через ваше тело, демонстрирует, насколько велико усиление по току. . В эксперименте с «переключателем» BJT для его включения требовалось гораздо более «надежное» соединение между клеммой затвора транзистора и источником напряжения. Не так с JFET. На самом деле, простое присутствие статического электричества может включать и выключать его на расстоянии.

Чтобы еще больше поэкспериментировать с влиянием статического электричества на эту схему, расчешите волосы пластиковой расческой, а затем помашите расческой возле транзистора, наблюдая за эффектом на светодиоде. Расчесывание волос пластиковым предметом создает высокое статическое напряжение между расческой и вашим телом. Сильное электрическое поле, создаваемое между этими двумя объектами, должно обнаруживаться этой схемой на значительном расстоянии!

Если вам интересно, почему для ограничения тока, проходящего через светодиод, нет «отсекающего» резистора на 560 Ом, многие маломощные полевые транзисторы имеют тенденцию самоограничивать свой управляемый ток до уровня, приемлемого для светодиодов. Модель 2Н3819, например, имеет типичный ток насыщения стока (I DSS ) 10 мА и максимум 20 мА. Поскольку большинство светодиодов рассчитаны на прямой ток 20 мА, нет необходимости в гасящем резисторе для ограничения тока цепи: JFET делает это по своей сути.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Две 6-вольтовые батареи
  • Один NPN-транзистор — рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 — это пакет из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
  • Один светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-026 или аналогичный)
  • Аудиодетектор с наушниками

Если у вас еще нет аудиодетектора, вы можете использовать хороший набор аудионаушников (с закрытыми чашками, которые полностью закрывают ваши уши) и понижающий трансформатор 120/6 В для создания чувствительного аудиодетектора без громкости. управления или защиты от перенапряжения, только для этого эксперимента.

Подсоедините эти части стереоразъема наушников к вторичной обмотке трансформатора (6 вольт):

Попробуйте как последовательное, так и параллельное подключение для максимально громкого звука.

Если вы еще не сделали аудиодетектор, как описано в главах об экспериментах с постоянным током и переменным током, вам действительно стоит это сделать — это ценный образец тестового оборудования для вашей коллекции.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4: «Транзисторы с биполярным переходом»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Как использовать транзистор в качестве грубого усилителя с общим эмиттером
  • Как использовать светодиод в качестве датчика освещенности

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Эта схема обнаруживает импульсы света, попадающие на светодиод, и преобразует их в относительно сильные звуковые сигналы, которые можно услышать через наушники. Светодиоды обладают малоизвестной способностью производят напряжение при воздействии света, что мало чем отличается от полупроводникового солнечного элемента. Сам по себе светодиод не производит достаточно электроэнергии для управления схемой аудиодетектора, поэтому для усиления сигналов светодиода используется транзистор. Если светодиод подвергается воздействию пульсирующего источника света, в наушниках будет слышен тон.

Источники света, подходящие для этого эксперимента, включают люминесцентные и неоновые лампы, которые быстро мигают при питании от сети переменного тока с частотой 60 Гц. Вы также можете попробовать использовать яркий солнечный свет в качестве постоянного источника света, а затем помахать пальцами перед светодиодом. Быстро проходящие тени заставят светодиод генерировать импульсы напряжения, создающие кратковременный «жужжащий» звук в наушниках.

Проявив немного воображения, несложно понять концепцию передачи звуковой информации, такой как музыка или речь, с помощью луча пульсирующего света. При наличии подходящей схемы «передатчика» для включения и выключения светодиода с положительным и отрицательным пиками звуковой волны от микрофона показанная здесь схема «приемника» будет преобразовывать эти световые импульсы обратно в аудиосигналы.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Один NPN-транзистор — рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 — это пакет из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
  • Две 6-вольтовые батареи
  • Два резистора по 1 кОм
  • Один потенциометр 10 кОм, однооборотный, линейный конус (каталожный номер Radio Shack 271-1715)

Имейте в виду, что не все транзисторы имеют одинаковые обозначения выводов, иначе распиновки , даже если они имеют одинаковый внешний вид. Это будет определять, как вы будете соединять транзисторы вместе и с другими компонентами, поэтому обязательно ознакомьтесь со спецификациями производителя (техническое описание компонентов), которое легко получить на веб-сайте производителя. Имейте в виду, что на упаковке транзистора и даже в паспорте производителя могут быть указаны неправильные схемы идентификации клемм! Настоятельно рекомендуется дважды проверить идентичность контактов с помощью функции «проверки диодов» вашего мультиметра. Для получения подробной информации о том, как идентифицировать клеммы биполярных транзисторов с помощью мультиметра, обратитесь к главе 4 тома «Полупроводники» (том III) этой серии книг.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4: «Транзисторы с биполярным переходом»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Назначение цепи «земля» при отсутствии фактического соединения с заземлением
  • Использование шунтирующего резистора для измерения тока вольтметром
  • Измерение усиления по напряжению усилителя
  • Измерение коэффициента усиления по току усилителя
  • Трансформатор импеданса усилителя

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Опять же, имейте в виду, что транзистор, который вы выбираете для этого эксперимента, может не иметь обозначение выводов, показанное здесь, и поэтому схема макета, показанная на иллюстрации, может вам не подойти. На своих иллюстрациях я показываю все ТО-92 транзистора в корпусе с клеммами, помеченными «CBE»: коллектор, база и эмиттер, слева направо. Это верно для транзистора модели 2N2222 и некоторых других, , но не для всех ; даже не для всех транзисторов типа NPN! Как обычно, уточняйте у производителя детали о конкретных компонентах, которые вы выбираете для проекта. С биполярными транзисторами достаточно легко проверить назначение клемм с помощью мультиметра.

9Повторитель напряжения 0208 — самая безопасная и простая в сборке схема транзисторного усилителя. Его цель — подавать на нагрузку примерно такое же напряжение, как и на входе усилителя, но при гораздо большем токе. Другими словами, у него нет усиления по напряжению, но есть усиление по току.

Обратите внимание, что отрицательная (-) сторона источника питания показана на принципиальной схеме подключенной к заземлению , как показано символом в левом нижнем углу схемы. Это не обязательно означает связь с реальной землей. Это означает, что эта точка в цепи и все электрические точки, общие с ней, составляют исходную точку по умолчанию для всех измерений напряжения в цепи. Поскольку напряжение по необходимости является величиной, относительной между двумя точками, «общая» точка отсчета, обозначенная в цепи, дает нам возможность осмысленно говорить о напряжении в конкретных, отдельных точках этой цепи.

Например, если бы я говорил о напряжении на базе транзистора (V B ), я бы имел в виду напряжение, измеренное между клеммой базы транзистора и отрицательной стороной источника питания (землей), с красный щуп касается базовой клеммы, а черный щуп касается земли. Обычно бессмысленно говорить о напряжении в в одной точке, но наличие неявной точки отсчета для измерения напряжения делает такие утверждения осмысленными:

Соберите эту схему и измерьте выходное напряжение в зависимости от входного напряжения для нескольких различных настроек потенциометра. Входное напряжение — это напряжение на движке потенциометра (напряжение между ползунком и землей цепи), а выходное напряжение — это напряжение нагрузочного резистора (напряжение на нагрузочном резисторе или напряжение эмиттера: между эмиттером и землей цепи). Вы должны увидеть тесную корреляцию между этими двумя напряжениями: одно немного больше другого (около 0,6 вольта или около того?), но изменение входного напряжения дает почти одинаковое изменение выходного напряжения. Поскольку связь между входом изменить и выход изменить почти 1: 1, мы говорим, что коэффициент усиления переменного напряжения этого усилителя составляет почти 1.

Не очень впечатляет, не так ли? Теперь измерьте ток через базу транзистора (входной ток) в зависимости от тока через нагрузочный резистор (выходной ток). Прежде чем разорвать цепь и вставить амперметр для проведения этих измерений, рассмотрите альтернативный метод: измерьте напряжение между базовым и нагрузочным резисторами, значения сопротивлений которых известны. Используя закон Ома, можно легко рассчитать ток через каждый резистор: разделите измеренное напряжение на известное сопротивление (I=E/R). Этот расчет особенно прост для резисторов номиналом 1 кОм: на каждый вольт падения на них будет приходиться 1 миллиампер тока. Для большей точности вы можете измерить сопротивление каждого резистора, а не принимать точное значение 1 кОм, но это не имеет большого значения для целей этого эксперимента. Когда резисторы используются для измерения тока путем «преобразования» тока в соответствующее напряжение, их часто называют 9.0208 шунтирует резисторы .

Вы должны ожидать огромных различий между входным и выходным током для этой схемы усилителя. На самом деле, нередки случаи усиления тока, значительно превышающие 200 для транзистора со слабым сигналом, работающего при низких уровнях тока. Это основная цель схемы повторителя напряжения: увеличить токовую мощность «слабого» сигнала без изменения его напряжения.

Другой способ думать о функции этой схемы — с точки зрения импеданс . Входная сторона этого усилителя принимает сигнал напряжения, не потребляя большого тока. Выходная сторона этого усилителя обеспечивает такое же напряжение, но с током, ограниченным только сопротивлением нагрузки и пропускной способностью транзистора. С точки зрения импеданса можно сказать, что этот усилитель имеет высокий входной импеданс (падение напряжения при очень небольшом потребляемом токе) и низкий выходной импеданс (падение напряжения при почти неограниченной мощности источника тока).

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

Повторитель напряжения
v1 1 0
rpot1 1 2 5k
rpot2 2 0 5k
rbase 2 3 1k
rload 4 0 1k
q1 1 3 4 мод1
.модель mod1 npn bf=200
.dc v1 12 12 1
.print DC v (2,0) v (4,0) v (2,3)
.конец

Когда это моделирование выполняется с помощью программы SPICE, оно показывает входное напряжение 5,937 вольт и выходное напряжение 5,095 вольт с входным током 25,35 мкА (2,535E-02 вольта, падающие на резистор 1 кОм R base ). . Выходной ток составляет, конечно, 5,095 мА, исходя из выходного напряжения 5,095 В, падающего на сопротивление нагрузки ровно 1 кОм. Вы можете изменить настройку «потенциометра» в этой схеме, отрегулировав значения R pot1 и R pot2 , всегда сохраняя их сумму на уровне 10 кОм.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Один NPN-транзистор — рекомендуется модель 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 — это пакет из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
  • Две 6-вольтовые батареи
  • Один потенциометр 10 кОм, однооборотный, линейный конус (каталог Radio Shack № 271-1715)
  • Один резистор 1 МОм
  • Один резистор 100 кОм
  • Один резистор 10 кОм
  • Один резистор 1,5 кОм

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4: «Транзисторы с биполярным переходом»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Схема простой схемы усилителя с общим эмиттером
  • Как измерить коэффициент усиления по напряжению усилителя
  • Разница между инвертирующим и неинвертирующим усилителем
  • Способы введения отрицательной обратной связи в схему усилителя

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Соберите эту схему и измерьте выходное напряжение (напряжение, измеренное между клеммой коллектора транзистора и землей) и входное напряжение (напряжение, измеренное между клеммой потенциометра и землей) для нескольких положений потенциометра. Я рекомендую определить диапазон выходного напряжения, поскольку потенциометр регулируется во всем диапазоне его движения, а затем выбрать несколько напряжений, охватывающих этот диапазон выходного сигнала, для проведения измерений. Например, если полный оборот потенциометра изменяет выходное напряжение схемы усилителя от 0,1 вольта (низкое) до 11,7 вольта (высокое), выберите несколько уровней напряжения между этими пределами (1 вольт, 3 вольта, 5 вольт, 7 вольт, 9 вольт).вольт и 11 вольт). Измерив выходное напряжение с помощью измерителя, отрегулируйте потенциометр, чтобы получить каждое из этих заранее определенных напряжений на выходе, отмечая точную цифру для дальнейшего использования. Затем измерьте точное входное напряжение, создающее это выходное напряжение, и также запишите это значение напряжения.

В конце у вас должна быть таблица чисел, представляющая несколько различных выходных напряжений вместе с соответствующими входными напряжениями. Возьмите любые две пары значений напряжения и рассчитайте коэффициент усиления по напряжению, разделив разницу выходных напряжений на разницу входных напряжений. Например, если входное напряжение 1,5 В дает выходное напряжение 7,0 В, а входное напряжение 1,66 В дает выходное напряжение 1,0 В, коэффициент усиления усилителя по напряжению составляет (7,0 — 1,0)/(1,66 — 1,5). или 6, деленное на 0,16: коэффициент усиления 37,50.

Вы должны сразу же заметить две характеристики при проведении этих измерений напряжения: во-первых, эффект «обратного входа-выхода»; то есть увеличение входного напряжения приводит к уменьшению выходного напряжения . Этот эффект известен как инверсия сигнала, а такой усилитель как инвертирующий усилитель . Во-вторых, этот усилитель демонстрирует очень сильный коэффициент усиления по напряжению: небольшое изменение входного напряжения приводит к большому изменению выходного напряжения. Это должно резко контрастировать с обсуждавшейся ранее схемой усилителя с повторителем напряжения, которая имела коэффициент усиления по напряжению около 1.

Усилители с общим эмиттером широко используются из-за их высокого коэффициента усиления по напряжению, но они редко используются в такой грубой форме, как эта. Хотя эта схема усилителя служит для демонстрации основной концепции, она очень чувствительна к изменениям температуры. Попробуйте оставить потенциометр в одном положении и нагреть транзистор, крепко сжав его рукой, или нагреть каким-либо другим источником тепла, например, электрическим феном ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ : будьте осторожны, чтобы не нагреть его настолько, чтобы ваша пластиковая макетная плата тает!). Вы также можете исследовать температурные эффекты, охлаждая транзистор: прикоснитесь кубиком льда к его поверхности и отметьте изменение выходного напряжения.

При изменении температуры транзистора меняются характеристики его диода база-эмиттер, что приводит к разным величинам тока базы при одном и том же входном напряжении. Это, в свою очередь, изменяет контролируемый ток через клемму коллектора, тем самым влияя на выходное напряжение. Такие изменения могут быть сведены к минимуму за счет использования сигнала обратной связи , в результате чего часть выходного напряжения «подается обратно» на вход усилителя, чтобы оказывать отрицательное или компенсирующее влияние на коэффициент усиления по напряжению. Стабильность улучшается за счет усиления по напряжению, решение компромиссное, но, тем не менее, практичное.

Возможно, самый простой способ добавить отрицательную обратную связь к усилителю с общим эмиттером — это добавить некоторое сопротивление между выводом эмиттера и землей, чтобы входное напряжение было разделено между PN-переходом база-эмиттер и падением напряжения на новом сопротивлении:

Повторите то же упражнение по измерению и записи напряжения с установленным резистором 1,5 кОм, рассчитав новый (уменьшенный) коэффициент усиления по напряжению. Попробуйте снова изменить температуру транзистора и отметьте выходное напряжение для стабильного входного напряжения. Изменяется больше или меньше, чем без резистора 1,5 кОм?

Другой метод введения отрицательной обратной связи в эту схему усилителя состоит в том, чтобы «связать» выход со входом через резистор с большим сопротивлением. Подключение резистора 1 МОм между выводами коллектора и базы транзистора работает хорошо:

Хотя этот другой метод обратной связи достигает одной и той же цели повышения стабильности за счет уменьшения усиления, две схемы обратной связи не будут вести себя одинаково. Обратите внимание на диапазон возможных выходных напряжений для каждой схемы обратной связи (значения низкого и высокого напряжения, полученные при полной развертке потенциометра входного напряжения), и на то, как они различаются между двумя схемами.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

Усилитель с общим эмиттером
vssupply 1 0 dc 12
Вин 3 0
1 2 10k
3 4 100к руб.
q1 2 4 0 mod1
.модель mod1 npn bf=200
.dc вин 0 2 0,05
.участок постоянного тока v (2,0) v (3,0)
.конец

Эта симуляция SPICE устанавливает схему с переменным источником постоянного напряжения (vin) в качестве входного сигнала и измеряет соответствующее выходное напряжение между узлами 2 и 0. Входное напряжение изменяется или «качается» от 0 до 2 вольт в с шагом 0,05 вольта. Результаты показаны на графике, где входное напряжение отображается в виде прямой линии, а выходное напряжение — в виде «ступенчатой» фигуры, где уровень напряжения начинается и заканчивается, с крутым изменением в середине, где транзистор находится в активном режиме. операция.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Три NPN-транзистора — рекомендуется модель 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 — это набор из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
  • Две 6-вольтовые батареи
  • Один потенциометр 10 кОм, однооборотный, линейный конус (каталожный номер Radio Shack 271-1715)
  • Один резистор 1 МОм
  • Три резистора по 100 кОм
  • Три резистора по 10 кОм

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4: «Транзисторы с биполярным переходом»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Проект многокаскадной схемы усилителя с общим эмиттером с прямой связью
  • Эффект отрицательной обратной связи в схеме усилителя

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Путем соединения трех схем усилителя с общим эмиттером вместе — клеммы коллектора предыдущего транзистора с базой (резистором) следующего транзистора — коэффициент усиления по напряжению каждого каскада складывается для получения очень высокого общего коэффициента усиления по напряжению. Я рекомендую построить эту схему без резистора обратной связи 1 МОм для начала, чтобы лично убедиться, насколько высок неограниченный коэффициент усиления по напряжению. Вы можете обнаружить, что невозможно отрегулировать потенциометр для стабильного выходного напряжения (которое не насыщается при полном напряжении питания или нуле), поскольку коэффициент усиления настолько высок.

Даже если вы не можете отрегулировать входное напряжение достаточно точно, чтобы стабилизировать выходное напряжение в активном диапазоне последнего транзистора, вы должны быть в состоянии сказать, что отношение выход-вход инвертируется; то есть выход имеет тенденцию к высокому напряжению, когда вход становится низким, и наоборот. Поскольку любой из каскадов с общим эмиттером сам по себе является инвертирующим, четное количество каскадов усилителей с общим эмиттером дает неинвертирующий отклик, а нечетное количество каскадов дает инвертирующий. Вы можете увидеть эти взаимосвязи, измерив напряжение между коллектором и землей на каждом транзисторе при регулировке потенциометра входного напряжения, отмечая, увеличивается или нет выходное напряжение с увеличением входного напряжения.

Подключите резистор обратной связи 1 МОм в цепь, соединив коллектор последнего транзистора с базой первого. Поскольку общая характеристика этого трехкаскадного усилителя является инвертирующей, сигнал обратной связи, подаваемый через резистор 1 МОм с выхода последнего транзистора на вход первого, должен составлять отрицательный в природе. Таким образом, он стабилизирует отклик усилителя и минимизирует коэффициент усиления по напряжению. Вы сразу же заметите снижение усиления за счет снижения чувствительности выходного сигнала при изменении входного сигнала (изменения положения потенциометра). Проще говоря, усилитель уже не такой «чувствительный», каким он был без резистора обратной связи.

Как и в случае с простым усилителем с общим эмиттером, обсуждавшимся в предыдущем эксперименте, здесь рекомендуется составить таблицу значений входного и выходного напряжения, с помощью которой можно рассчитать коэффициент усиления по напряжению.

Поэкспериментируйте с различными значениями сопротивления обратной связи. Как вы думаете, какое влияние оказывает уменьшение сопротивления обратной связи на коэффициент усиления по напряжению? Как насчет увеличения сопротивления обратной связи? Попробуйте и узнайте!

Преимущество использования отрицательной обратной связи для «приручения» схемы усилителя с высоким коэффициентом усиления заключается в том, что результирующее усиление по напряжению становится более зависимым от номиналов резисторов и менее зависимым от характеристик составляющих транзисторов. Это хорошо, потому что гораздо проще производить последовательные резисторы, чем последовательные транзисторы. Таким образом, проще спроектировать усилитель с предсказуемым коэффициентом усиления, создав ступенчатую цепь транзисторов с произвольно высоким коэффициентом усиления по напряжению, а затем уменьшить этот коэффициент именно за счет отрицательной обратной связи. Тот же самый принцип используется, чтобы сделать 9Так предсказуемо ведут себя схемы операционного усилителя 0208 .

Эта схема усилителя немного упрощена по сравнению с тем, с чем вы обычно сталкиваетесь в практических многокаскадных схемах. Редко используется чистая конфигурация с общим эмиттером (т.е. без резистора эмиттер-земля), и если усилитель предназначен для сигналов переменного тока, межкаскадная связь часто является емкостной с цепями делителя напряжения, подключенными к каждой базе транзистора для правильного смещение каждого этапа. Схемы радиочастотных усилителей часто имеют трансформаторную связь с конденсаторами, подключенными параллельно обмоткам трансформатора для резонансной настройки.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

Многокаскадный усилитель
vssupply 1 0 dc 12
Вин 2 0
р1 2 3 100к
р2 1 4 10к
q1 4 3 0 мод1
р3 4 7 100к
р4 1 5 10к
q2 5 7 0 mod1
р5 5 8 100к
р6 1 6 10к
q3 6 8 0 mod1
рф 3 6 1мег
. модель mod1 npn bf=200
.dc вин 0 2,5 0,1
.участок постоянного тока v (6,0) v (2,0)
.конец

Эта симуляция отображает выходное напряжение в зависимости от входного напряжения и позволяет сравнивать эти переменные в числовой форме: список цифр напряжения, напечатанный слева от графика. Вы можете рассчитать коэффициент усиления по напряжению, взяв любые две точки анализа и разделив разницу выходных напряжений на разницу входных напряжений, как вы это делаете для реальной схемы.

Поэкспериментируйте с различными значениями сопротивления обратной связи (rf) и посмотрите, как это отразится на общем коэффициенте усиления по напряжению. Вы замечаете закономерность? Вот подсказка: общий коэффициент усиления по напряжению может быть точно аппроксимирован с помощью величин сопротивления r1 и rf без привязки к каким-либо другим компонентам схемы!


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Два NPN-транзистора — рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 — это пакет из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
  • Две 6-вольтовые батареи
  • Один потенциометр 10 кОм, однооборотный, линейный конус (каталожный номер Radio Shack 271-1715)
  • Два резистора по 10 кОм
  • Четыре резистора 1,5 кОм

Рекомендуются маломощные транзисторы, чтобы иметь возможность испытать «тепловой разгон» в последней части эксперимента. Более крупные «мощные» транзисторы могут не демонстрировать такого же поведения при таких низких уровнях тока. Однако любая пара идентичных NPN-транзисторов может быть использована для построения токового зеркала.

Имейте в виду, что не все транзисторы имеют одинаковые обозначения выводов, иначе распиновки , даже если они имеют одинаковый внешний вид. Это будет определять, как вы будете соединять транзисторы вместе и с другими компонентами, поэтому обязательно ознакомьтесь со спецификациями производителя (техническое описание компонентов), которое легко получить на веб-сайте производителя. Имейте в виду, что на упаковке транзистора и даже в паспорте производителя могут быть указаны неправильные схемы идентификации клемм! Настоятельно рекомендуется дважды проверить идентичность контактов с помощью функции «проверки диодов» вашего мультиметра. Для получения подробной информации о том, как идентифицировать клеммы биполярных транзисторов с помощью мультиметра, обратитесь к главе 4 тома «Полупроводники» (том III) этой серии книг.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4: «Транзисторы с биполярным переходом»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Как построить схему токового зеркала
  • Ограничение тока схемы токового зеркала
  • Температурная зависимость BJT
  • Испытайте управляемую ситуацию «теплового разгона»

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Токовое зеркало можно рассматривать как регулируемый регулятор тока , ограничение тока легко устанавливается одним сопротивлением. Это довольно грубая схема регулятора тока, но она находит широкое применение благодаря своей простоте. В этом эксперименте у вас будет возможность построить одну из таких схем, изучить ее свойства регулирования тока, а также воочию убедиться в некоторых ее практических ограничениях.

Соберите цепь, как показано на схеме и иллюстрации. У вас будет один дополнительный постоянный резистор 1,5 кОм из деталей, указанных в списке деталей. Вы будете использовать его в последней части этого эксперимента.

Потенциометр устанавливает величину тока через транзистор Q 1 . Этот транзистор работает как простой диод: просто PN-переход. Зачем использовать транзистор вместо обычного диода? Потому что это важно соответствуют характеристикам перехода этих двух транзисторов при использовании их в схеме токового зеркала. Падение напряжения на переходе база-эмиттер Q 1 подается на переход база-эмиттер другого транзистора, Q 2 , заставляя его «включаться» и аналогично проводить ток.

Поскольку напряжение на переходах база-эмиттер двух транзисторов одинаковое (две пары переходов соединены параллельно друг с другом), то и ток должен проходить через их базовые клеммы, предполагая одинаковые характеристики перехода и одинаковую температуру перехода. Согласованные транзисторы также должны иметь одинаковые коэффициенты β, поэтому равные токи базы означают равные токи коллектора. Практическим результатом всего этого является Q 9Ток коллектора 0040 2 имитирует любую величину тока, установленную через коллектор Q 1 с помощью потенциометра. Другими словами, ток через Q 2 отражает ток через Q 1 .

Изменения сопротивления нагрузки (сопротивление, соединяющее коллектор Q 2 с положительной стороной батареи) не влияют на ток Q 1 и, следовательно, не влияют на напряжение база-эмиттер или базовый ток Q 2 . При постоянном токе базы и почти постоянном коэффициенте β Q 2 будет падать на столько или меньше напряжение коллектор-эмиттер, сколько необходимо для поддержания постоянного тока коллектора (нагрузки). Таким образом, схема токового зеркала регулирует ток на уровне, установленном потенциометром, независимо от сопротивления нагрузки.

Ну, во всяком случае, так оно и должно работать. Реальность не так проста, как вы сейчас увидите. На показанной принципиальной схеме цепь нагрузки Q 2 подключается к положительной стороне аккумулятора через амперметр для удобного измерения силы тока. Вместо того, чтобы жестко подсоединять черный щуп амперметра к определенной точке цепи, я отметил пять контрольных точек , от TP1 до TP5, чтобы вы могли прикасаться к ним черным щупом при измерении тока. Это позволяет быстро и без усилий изменять сопротивление нагрузки: прикосновение щупа к TP1 приводит к практически полному отсутствию сопротивления нагрузки, а прикосновение к TP5 дает примерно 14,5 кОм сопротивления нагрузки.

Чтобы начать эксперимент, прикоснитесь испытательным щупом к TP4 и отрегулируйте потенциометр по его диапазону хода. Вы должны увидеть небольшой изменяющийся ток, указанный вашим амперметром, когда вы перемещаете механизм потенциометра: не более нескольких миллиампер. Оставьте потенциометр установленным в положение, дающее круглое число миллиампер, и переместите черный тестовый щуп измерителя в положение TP3. Текущая индикация должна быть почти такой же, как и раньше. Переместите зонд на TP2, затем на TP1. Опять же, вы должны увидеть почти неизменную величину тока. Попробуйте установить потенциометр в другое положение, дающее другую индикацию тока, и прикоснитесь черным щупом измерителя к контрольным точкам с TP1 по TP4, отмечая стабильность показаний тока при изменении сопротивления нагрузки. Это демонстрирует текущие , регулирующий поведение этой цепи.

Следует отметить, что действующее регулирование не является совершенным. Несмотря на регулирование тока на уровне 90 208 почти 90 209 значения для сопротивления нагрузки в диапазоне от 0 до 4,5 кОм, в этом диапазоне есть некоторые отклонения. Регулирование может быть намного хуже, если сопротивление нагрузки будет слишком высоким. Попробуйте отрегулировать потенциометр так, чтобы получить максимальный ток, как показано с помощью щупа амперметра, подключенного к TP1. Оставив потенциометр в этом положении, переместите измерительный щуп на TP2, затем TP3, затем TP4 и, наконец, TP5, отмечая показания счетчика в каждой точке подключения. Ток должен регулироваться почти на постоянном уровне до тех пор, пока измерительный щуп не будет перемещен в последнюю контрольную точку, TP5. Там текущая индикация будет существенно ниже, чем в других контрольных точках. Почему это? Поскольку в Q 9 добавлено слишком большое сопротивление нагрузки.0040 2 Цепь. Проще говоря, Q 2 не может «включаться» больше, чем он уже есть, чтобы поддерживать такое же количество тока при таком большом сопротивлении нагрузки, как и при меньшем сопротивлении нагрузки.

Это явление характерно для всех схем регуляторов тока: существует ограниченное значение сопротивления, с которым регулятор тока может справиться, прежде чем он насытит . Это само собой разумеющееся, так как любая схема регулятора тока, способная подавать постоянную величину тока через любое вообразимое сопротивление нагрузки потребует для этого неограниченный источник напряжения! Закон Ома (E = IR) диктует величину напряжения, необходимого для проталкивания заданного количества тока через заданное сопротивление, и, имея в нашем распоряжении всего 12 вольт напряжения питания, конечный предел тока нагрузки и сопротивления нагрузки определенно существует для этой схемы. По этой причине может быть полезно думать о схемах регулятора тока как о схемах ограничителя тока , поскольку все, что они действительно могут сделать, это ограничить ток до некоторого максимального значения.

Важным предостережением для схем токовых зеркал в целом является одинаковая температура между двумя транзисторами. «Отражение» тока, происходящее между коллекторными цепями двух транзисторов, зависит от переходов база-эмиттер этих двух транзисторов, имеющих одинаковые свойства. Как описывает «уравнение диода», соотношение напряжение/ток для PN-перехода сильно зависит от температуры перехода . Чем горячее PN-переход, тем больший ток через него проходит при заданном падении напряжения. Если один транзистор станет более горячим, чем другой, он будет пропускать больший ток коллектора, чем другой, и схема больше не будет «отражать» ток, как ожидалось. При построении схемы реального токового зеркала с использованием дискретных транзисторов два транзистора должны быть склеены эпоксидной смолой (встык), чтобы они оставались примерно при одинаковой температуре.

Чтобы проиллюстрировать эту зависимость от одинаковой температуры, попробуйте взять один транзистор между пальцами, чтобы нагреть его. Что происходит с током через нагрузочные резисторы при повышении температуры транзистора? Теперь отпустите транзистор и подуйте на него, чтобы он остыл до температуры окружающей среды. Возьмите другой транзистор между пальцами, чтобы нагреть его. Что сейчас делает ток нагрузки?

На следующем этапе эксперимента мы намеренно позволим одному из транзисторов перегреться и отметим последствия. Чтобы избежать повреждения транзистора, эту процедуру следует проводить не дольше, чем это необходимо для наблюдения за тем, как ток нагрузки начинает «убегать». Для начала отрегулируйте потенциометр на минимальный ток. Далее замените 10 кОм R предел резистор с резистором 1,5 кОм. Это позволит более высокому току проходить через Q 1 и, следовательно, через Q 2 .

Поместите черный щуп амперметра на ТР1 и наблюдайте за показаниями тока. Перемещайте потенциометр в направлении увеличения тока, пока на амперметре не будет считано около 10 мА. В этот момент прекратите двигать потенциометр и просто наблюдайте за током. Вы заметите, что ток начнет увеличиваться сам по себе, без дальнейшего движения потенциометра! Разомкните цепь, удалив измерительный щуп из TP1, когда ток превысит 30 мА, чтобы не повредить транзистор Q 9.0040 2 .

Если осторожно коснуться пальцем обоих транзисторов, то можно заметить, что Q 2 теплый, а Q 1 холодный. Предупреждение: если ток Q 2 «убегал» слишком далеко или слишком долго, он может стать очень горячим ! Вы можете получить сильный ожог кончика пальца, прикоснувшись к перегретому полупроводниковому компоненту, поэтому будьте осторожны!

Что только что произошло, чтобы сделать Q 2 перегрев и потеря контроля тока? Подключив амперметр к TP1, все сопротивления нагрузки были удалены, поэтому Q 2 должен был сбрасывать полное напряжение батареи между коллектором и эмиттером, поскольку он регулировал ток. Транзистор Q 1 , по крайней мере, имел сопротивление 1,5 кОм предела R , чтобы снизить большую часть напряжения батареи, поэтому его рассеиваемая мощность была намного меньше, чем у Q 2 . Этот грубый дисбаланс рассеиваемой мощности привел к тому, что Q 2 нагрелся больше, чем Q 1 . По мере повышения температуры Q 2 начал пропускать больший ток при той же величине падения напряжения база-эмиттер. Это заставляло его нагреваться еще быстрее, так как он пропускал больший ток коллектора, но при этом падало полные 12 вольт между коллектором и эмиттером. Эффект известен как тепловой разгон , и он возможен во многих схемах биполярных транзисторов, а не только в токовых зеркалах.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

Текущее зеркало
v1 1 0
амперметр 1 3 пост.  тока 0
rlimit 1 2 10k
rload 3 4 3k
q1 2 2 0 mod1
q2 4 2 0 mod1
.модель mod1 npn bf=100
.dc v1 12 12 1
.print dc i (вамметр)
.конец

Амперметр V — это не что иное, как батарея постоянного тока с нулевым напряжением, стратегически расположенная для перехвата тока нагрузки. Это не более чем уловка для измерения тока в моделировании SPICE, поскольку в языке SPICE не существует специального компонента «амперметр».

Важно помнить, что SPICE распознает только первые восемь символов имени компонента. Название «вамметр» подходит, но если бы мы включили в схему более одного источника напряжения для измерения тока и назвали бы их «вамметр1» и «вамметр2» соответственно, SPICE увидел бы их как два экземпляра одного и того же компонента. «вамметр» (видит только первые восемь символов) и останавливается с ошибкой. Что следует иметь в виду при изменении списка соединений или программировании собственной симуляции SPICE!

Вам придется поэкспериментировать с различными значениями сопротивления нагрузки R в этом моделировании, чтобы оценить токорегулирующий характер схемы. Если предел R установлен на 10 кОм, а напряжение питания 12 вольт, регулируемый ток через нагрузку R составит 1,1 мА. SPICE показывает, что стабилизация идеальна (разве виртуальный мир компьютерного моделирования не так прекрасен?), ток нагрузки остается на уровне 1,1 мА для широкого диапазона сопротивлений нагрузки . Однако, если сопротивление нагрузки превышает 10 кОм, даже это моделирование показывает, что ток нагрузки уменьшается, как и в реальной жизни.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Один полевой транзистор с N-канальным переходом, рекомендуется модель 2N3819 или J309 (каталог Radio Shack № 276-2035 — модель 2N3819)
  • Две 6-вольтовые батареи
  • Один потенциометр 10 кОм, однооборотный, линейный конус (каталожный номер Radio Shack 271-1715)
  • Один резистор 1 кОм
  • Один резистор 10 кОм
  • Три резистора 1,5 кОм

Для этого эксперимента вам понадобится N-канальный JFET, а не P-канальный!

Имейте в виду, что не все транзисторы имеют одинаковые обозначения выводов или выводов , даже если они имеют одинаковый внешний вид. Это будет определять, как вы будете соединять транзисторы вместе и с другими компонентами, поэтому обязательно ознакомьтесь со спецификациями производителя (техническое описание компонентов), которое легко получить на веб-сайте производителя. Имейте в виду, что на упаковке транзистора и даже в паспорте производителя могут быть указаны неправильные схемы идентификации клемм! Настоятельно рекомендуется дважды проверить идентичность контактов с помощью функции «проверки диодов» вашего мультиметра. Для получения подробной информации о том, как идентифицировать выводы полевых транзисторов с помощью мультиметра, обратитесь к главе 5 тома «Полупроводники» (том III) этой серии книг.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 5: «Полевые транзисторы с переходом»

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 3: «Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Как использовать JFET в качестве регулятора тока
  • Насколько JFET относительно невосприимчив к изменениям температуры

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Ранее в этой главе вы видели, как можно использовать пару биполярных переходных транзисторов (BJT) для формирования токового зеркала , посредством чего один транзистор будет пытаться поддерживать через него такой же ток, как и через другой, при этом уровень тока другого равен устанавливается переменным сопротивлением. Эта схема выполняет ту же задачу регулирования тока, но использует полевой транзистор с одним переходом (JFET) вместо двух BJT.

Два последовательных резистора R регулируют и R ограничивают , задают точку регулирования тока, в то время как нагрузочные резисторы и контрольные точки между ними служат только для демонстрации постоянного тока, несмотря на изменения сопротивления нагрузки.

Чтобы начать эксперимент, прикоснитесь испытательным щупом к TP4 и отрегулируйте потенциометр по его диапазону хода. Вы должны увидеть небольшой изменяющийся ток, указанный вашим амперметром, когда вы перемещаете механизм потенциометра: не более нескольких миллиампер. Оставьте потенциометр установленным в положение, дающее круглое число миллиампер, и переместите черный тестовый щуп измерителя в положение TP3. Текущая индикация должна быть почти такой же, как и раньше. Переместите зонд на TP2, затем на TP1. Опять же, вы должны увидеть почти неизменную величину тока. Попробуйте установить потенциометр в другое положение, дающее другую индикацию тока, и прикоснитесь черным щупом измерителя к контрольным точкам с TP1 по TP4, отмечая стабильность показаний тока при изменении сопротивления нагрузки. Это демонстрирует текущие , регулирующий поведение этой цепи.

TP5 на конце резистора 10 кОм предусмотрен для внесения большого изменения сопротивления нагрузки. Подключение черного щупа вашего амперметра к этой контрольной точке дает комбинированное сопротивление нагрузки 14,5 кОм, что будет слишком большим сопротивлением для транзистора, чтобы поддерживать максимальный регулируемый ток. Чтобы испытать то, что я здесь описываю, прикоснитесь черным щупом к TP1 и отрегулируйте потенциометр на максимальный ток. Теперь переместите черный тестовый щуп на TP2, затем на TP3, затем на TP4. Для всех этих положений контрольной точки ток будет оставаться примерно постоянным. Однако, когда вы прикасаетесь черным щупом к TP5, ток резко падает. Почему? Потому что при таком уровне сопротивления нагрузки падение напряжения на транзисторе недостаточно для поддержания регулирования. Другими словами, транзистор будет насыщаться, поскольку он пытается обеспечить больший ток, чем позволяет сопротивление цепи.

Переместите черный тестовый щуп обратно к TP1 и отрегулируйте потенциометр на минимальный ток. Теперь коснитесь черным тестовым щупом TP2, затем TP3, затем TP4 и, наконец, TP5. Что вы заметили в текущей индикации во всех этих точках? Когда точка регулирования тока настроена на меньшее значение, транзистор способен поддерживать регулирование в гораздо большем диапазоне сопротивления нагрузки.

Важное предостережение относительно схемы токового зеркала BJT заключается в том, что оба транзистора должны иметь одинаковую температуру, чтобы два тока были равными. Однако в этой схеме температура транзистора практически не имеет значения. Попробуйте зажать транзистор между пальцами, чтобы нагреть его, отметив ток нагрузки амперметром. Попробуйте потом охладить его, подув на него. Устранено не только требование согласования транзисторов (из-за использования всего один транзистор ), но тепловые эффекты также практически исключены благодаря относительной термостойкости полевого транзистора. Такое поведение также делает полевые транзисторы невосприимчивыми к тепловому разгону; решающее преимущество перед биполярными транзисторами.

Интересным применением этой схемы регулятора тока является так называемый диод постоянного тока . Описанный в главе «Диоды и выпрямители» тома III, этот диод на самом деле вовсе не является устройством с PN-переходом. Вместо этого это JFET с фиксированным сопротивлением, подключенным между клеммами затвора и истока:

Обычный диод с PN-переходом включен последовательно с JFET для защиты транзистора от повреждения от напряжения обратного смещения, но в остальном функция регулирования тока этого устройства полностью обеспечивается полевым транзистором.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно): 

JFET-регулятор тока
источник 1 0
rload 1 2 4. 5k
j1 2 0 3 мод1
rlimit 3 0 1k
.модель mod1 njf
.dc vsource 6 12 0,1
.plot постоянного тока я (vsource)
.конец

SPICE не позволяет изменять значения сопротивления, поэтому, чтобы продемонстрировать регулировку тока этой схемы в широком диапазоне условий, я решил изменять напряжение источника от 6 до 12 вольт с шагом 0,1 вольта. При желании вы можете установить для rload разные значения сопротивления и убедиться, что ток в цепи остается постоянным. При значении rlimit 1 кОм регулируемый ток составит 291,8 мкА. Это текущее значение, скорее всего, , а не , будет таким же, как ваш фактический ток цепи, из-за различий в параметрах JFET.

Многие производители указывают параметры модели SPICE для своих транзисторов, которые можно ввести в строке .model списка соединений для более точного моделирования схемы.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Две 6-вольтовые батареи
  • Два NPN-транзистора — рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 — это пакет из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
  • Два потенциометра 10 кОм, однооборотные, с линейным конусом (каталог Radio Shack № 271-1715)
  • Два резистора по 22 кОм
  • Два резистора по 10 кОм
  • Один резистор 100 кОм
  • Один резистор 1,5 кОм

Значения резисторов не являются особенно важными в этом эксперименте, но были выбраны для обеспечения высокого коэффициента усиления по напряжению для дифференциального усилителя, подобного компаратору.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4: «Транзисторы с биполярным переходом»

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 8: «Операционные усилители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Базовая схема схемы дифференциального усилителя.
  • Рабочие определения дифференциальных и синфазных напряжений

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Эта схема составляет основу большинства схем операционных усилителей: дифференциальная пара . В показанной здесь форме это довольно грубый дифференциальный усилитель, довольно нелинейный и несимметричный в отношении выходного напряжения по отношению к входному напряжению (напряжениям). Тем не менее, с высоким коэффициентом усиления по напряжению, создаваемым большим отношением резисторов коллектор/эмиттер (100 кОм/1,5 кОм), он действует в первую очередь как компаратор: выходное напряжение быстро меняется по мере того, как два сигнала входного напряжения приближаются к равенству.

Измерьте выходное напряжение (напряжение на коллекторе Q 2 относительно земли) при изменении входного напряжения. Обратите внимание, как два потенциометра по-разному влияют на выходное напряжение: один вход имеет тенденцию управлять выходным напряжением в одном направлении (неинвертирующий), а другой имеет тенденцию управлять выходным напряжением в противоположном направлении (инвертирующий). В этом основная особенность дифференциального усилителя : два взаимодополняющих входа с противоположным воздействием на выходной сигнал. В идеале выходное напряжение такого усилителя строго зависит от разница между двумя входными сигналами. Эта схема значительно отстает от идеала, как покажет даже беглый тест.

Идеальный дифференциальный усилитель игнорирует все синфазные напряжения , то есть любой уровень напряжения, общий для обоих входов. Например, если на инвертирующем входе 3 вольта, а на неинвертирующем входе 2,5 вольта, дифференциальное напряжение будет 0,5 вольта (3 — 2,5), но синфазное напряжение будет 2,5 вольта, так как это самый низкий уровень входного сигнала. . В идеале, это условие должно давать такое же напряжение выходного сигнала, как если бы входы были установлены на 3,5 и 3 вольта соответственно (дифференциал 0,5 вольт с синфазным напряжением 3 вольта). Однако эта схема делает , а не , дают одинаковый результат для двух разных сценариев входного сигнала. Другими словами, его выходное напряжение зависит как от дифференциального напряжения , так и от синфазного напряжения .

Каким бы несовершенным ни был этот дифференциальный усилитель, его поведение могло бы быть и хуже. Обратите внимание, что потенциометры входного сигнала ограничены резисторами 22 кОм до регулируемого диапазона примерно от 0 до 4 вольт при напряжении питания 12 вольт. Если вы хотите увидеть, как эта схема ведет себя без какого-либо ограничения входного сигнала, просто обойдите резисторы 22 кОм с помощью перемычек, что позволит получить полный диапазон регулировки от 0 до 12 вольт для каждого потенциометра.

Не беспокойтесь о чрезмерном нагреве при регулировке потенциометров в этой схеме! В отличие от схемы токового зеркала, эта схема защищена от теплового разгона эмиттерным резистором (1,5 кОм), который не позволяет току транзистора, достаточному для возникновения каких-либо проблем.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Две 6-вольтовые батареи
  • Четыре NPN-транзистора — рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 — это пакет из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
  • Два PNP-транзистора — рекомендуются модели 2N2907 или 2N3906 (каталог Radio Shack № 276-1604 — это набор из пятнадцати PNP-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
  • Два потенциометра 10 кОм, однооборотные, с линейным конусом (каталог Radio Shack № 271-1715)
  • Один резистор 270 кОм
  • Три резистора по 100 кОм
  • Один резистор 10 кОм

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4: «Транзисторы с биполярным переходом»

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 8: «Операционные усилители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Расчет схемы дифференциального усилителя с использованием токовых зеркал.
  • Влияние отрицательной обратной связи на дифференциальный усилитель с высоким коэффициентом усиления.

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Эта схема является улучшенным вариантом дифференциального усилителя, показанного ранее. Вместо того, чтобы использовать резисторы для снижения напряжения в цепи дифференциальной пары, вместо этого используется набор токовых зеркал, в результате чего достигается более высокий коэффициент усиления по напряжению и более предсказуемые характеристики. При более высоком коэффициенте усиления по напряжению эта схема способна функционировать как рабочий операционный усилитель или ОУ . Операционные усилители составляют основу многих современных аналоговых полупроводниковых схем, поэтому важно понимать внутреннюю работу операционного усилителя.

PNP-транзисторы Q 1 и Q 2 образуют токовое зеркало, которое пытается сохранить равномерное распределение тока через две дифференциальные пары транзисторов Q 3 и Q 4 . Транзисторы NPN Q 5 и Q 6 образуют еще одно токовое зеркало, устанавливая Суммарный ток дифференциальной пары на уровне, заданном резистором R prg .

Измерьте выходное напряжение (напряжение на коллекторе Q 4 относительно земли) при изменении входного напряжения. Обратите внимание, как два потенциометра по-разному влияют на выходное напряжение: один вход имеет тенденцию управлять выходным напряжением в одном направлении (неинвертирующий), а другой имеет тенденцию управлять выходным напряжением в противоположном направлении (инвертирующий). Вы заметите, что выходное напряжение наиболее чувствительно к изменениям на входе, когда два входных сигнала почти равны друг другу.

Как только дифференциальная характеристика схемы будет подтверждена (резкий переход выходного напряжения от одного предельного уровня к другому, когда один вход регулируется выше и ниже уровня напряжения другого входа), вы готовы использовать эту схему в качестве реального операционного усилителя. Простая схема операционного усилителя, называемая повторителем напряжения , является хорошей конфигурацией, которую можно попробовать в первую очередь. Чтобы сделать схему повторителя напряжения, соедините напрямую выход усилителя с его инвертирующим входом. Это означает подключение клемм коллектора и основания Q 9.0040 4 вместе и отбрасывая «инвертирующий» потенциометр:

Обратите внимание на треугольный символ операционного усилителя, показанный на нижней принципиальной схеме. Инвертирующий и неинвертирующий входы обозначены символами (-) и (+) соответственно, а выходной разъем находится на правой вершине. Провод обратной связи, соединяющий выход с инвертирующим входом, показан красным на приведенных выше схемах.

В качестве повторителя напряжения выходное напряжение должно очень близко «следовать» входному напряжению, отклоняясь не более чем на несколько сотых вольта. Это гораздо более точная схема повторителя, чем схема с одним транзистором с общим коллектором, описанная в более раннем эксперименте!

Более сложная схема операционного усилителя называется неинвертирующим усилителем , и в ней используется пара резисторов в контуре обратной связи для «возврата» части выходного напряжения на инвертирующий вход, в результате чего усилитель выдает на выходе напряжение, равное несколько кратно напряжению на неинвертирующем входе. Если мы используем два резистора одинакового номинала, напряжение обратной связи будет составлять 1/2 выходного напряжения, в результате чего выходное напряжение станет вдвое больше напряжения, подаваемого на неинвертирующий вход. Таким образом, у нас есть усилитель напряжения с точным коэффициентом усиления 2:

При тестировании этой схемы неинвертирующего усилителя вы можете заметить небольшие расхождения между выходным и входным напряжениями. В соответствии с номиналами резисторов обратной связи коэффициент усиления по напряжению должен быть ровно 2. Однако вы можете заметить отклонения порядка нескольких сотых вольта между выходным напряжением и тем, каким оно должно быть. Эти отклонения связаны с несовершенством схемы дифференциального усилителя и могут быть значительно уменьшены, если мы добавим дополнительные каскады усиления для увеличения коэффициента усиления по дифференциальному напряжению. Однако одним из способов максимизировать точность существующей схемы является изменение сопротивления резистора R9. 0040 прг . Этот резистор задает контрольную точку нижнего токового зеркала и тем самым влияет на многие рабочие параметры операционного усилителя. Попробуйте подставить значения разностного сопротивления в диапазоне от 10 кОм до 1 МОм. Не используйте сопротивление менее 10 кОм, иначе токовые зеркальные транзисторы могут начать перегреваться и термически «убегать».

Некоторые операционные усилители, доступные в предварительно упакованных устройствах, предоставляют пользователю возможность аналогичным образом «запрограммировать» текущее зеркало дифференциальной пары и называются 9.0208 программируемых операционных усилителей . Большинство операционных усилителей не программируются, и их внутренние контрольные точки зеркала тока фиксируются внутренним сопротивлением, подогнанным до точного значения на заводе.


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Две 6-вольтовые батареи
  • Три NPN-транзистора — рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 — это пакет из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
  • Два конденсатора по 0,1 мкФ (каталожный номер Radio Shack 272-135 или аналогичный)
  • Один резистор 1 МОм
  • Два резистора по 100 кОм
  • Один резистор 1 кОм
  • Ассортимент пар резисторов менее 100 кОм (например: два по 10 кОм, два по 5 кОм, два по 1 кОм)
  • Один светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-026 или аналогичный)
  • Аудиодетектор с наушниками

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4: «Транзисторы с биполярным переходом»

Уроки электрических цепей , Том 4, глава 10: «Мультивибраторы»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Как построить схему нестабильного мультивибратора на дискретных транзисторах

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Правильное название этой схемы « нестабильный мультивибратор «. Это простая автономная схема генератора, синхронизированная размерами резисторов, конденсаторов и напряжением питания. К сожалению, его выходной сигнал очень искажен, ни синусоидальный, ни прямоугольный. Однако для простой цели создания звукового тона искажение не имеет большого значения.

При напряжении питания 12 В, резисторах 100 кОм и конденсаторах 0,1 мкФ частота колебаний будет находиться в низкочастотном звуковом диапазоне. Вы можете прослушивать этот сигнал, подключив аудиодетектор одним щупом к земле, а другим — к одному из выводов коллектора транзистора. Я рекомендую подключить резистор 1 МОм последовательно с аудиодетектором, чтобы свести к минимуму как эффекты нагрузки схемы, так и громкость наушников:

Сам мультивибратор состоит всего из двух транзисторов, двух резисторов и двух поперечных конденсаторов. Третий транзистор, показанный на схеме и иллюстрации, предназначен для управления светодиодом, который будет использоваться в качестве визуального индикатора действия генератора. Используйте провод датчика, подключенный к базе этого усилителя с общим эмиттером, для определения напряжения в различных частях цепи по отношению к земле. Учитывая низкую частоту колебаний этой схемы мультивибратора, вы должны увидеть быстрое мигание светодиода, когда провод датчика подключен к клемме коллектора любого транзистора мультивибратора.

Вы можете заметить, что светодиод не мигает, когда провод его зонда касается базы любого транзистора мультивибратора, но аудиодетектор сообщает вам, что там есть колебательное напряжение. Почему это? Транзисторный усилитель с общим коллектором светодиода является повторителем напряжения, что означает, что он не усиливает напряжение. Таким образом, если тестируемое напряжение меньше минимально необходимого для того, чтобы светодиод загорелся, он не будет светиться. Поскольку на переходе база-эмиттер активного транзистора с прямым смещением падает всего около 0,7 В, на базе любого транзистора недостаточно напряжения для питания светодиода. Однако аудиодетектор, будучи необычайно чувствительным, легко обнаруживает этот низковольтный сигнал.

Не стесняйтесь заменять резисторы с меньшим значением вместо двух показанных блоков на 100 кОм. Что происходит с частотой колебаний при этом? Я рекомендую использовать резисторы размером не менее 1 кОм, чтобы предотвратить чрезмерный ток транзистора.

Одним из недостатков многих схем генератора является их зависимость от минимального напряжения питания. Слишком малое напряжение, и схема перестает колебаться. Эта схема не исключение. Возможно, вы захотите поэкспериментировать с более низкими напряжениями питания и определить минимальное напряжение, необходимое для генерации, а также испытать влияние изменения напряжения питания на частоту колебаний.

Одним из недостатков этой схемы является зависимость от несогласованных компонентов для успешного запуска. Чтобы цепь начала колебаться, один транзистор должен открыться раньше другого. Обычно для этого достаточно несоответствия в значениях различных компонентов, но схема может «зависнуть» и не генерировать колебания при включении питания. В этом случае попробуйте использовать в схеме другие компоненты (те же значения, но в других единицах измерения).


ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Одна вакуумная лампа 12AX7 с двумя триодами
  • Два силовых трансформатора, 120 В перем. тока, понижающие до 12 В перем. тока (каталог Radio Shack № 273-1365, 273-1352 или 273-1511).
  • Модуль мостового выпрямителя (№ по каталогу Radio Shack 276-1173)
  • Конденсатор электролитический, не менее 47 мкФ, с рабочим напряжением не менее 200 вольт постоянного тока.
  • Автомобильная катушка зажигания
  • Аудиодинамик, импеданс 8 Ом
  • Два резистора по 100 кОм
  • Один конденсатор 0,1 мкФ, 250 Вт постоянного тока (каталожный номер Radio Shack 272-1053)
  • «Низковольтный источник питания переменного тока», как показано в главе
    • «Эксперименты переменного тока».
  • Один тумблер, SPST («Однополюсный, однонаправленный»)
  • Радио, магнитофон, музыкальный синтезатор или другой источник аудиосигнала напряжения

Вы спросите, где взять лампу 12AX7? Эти лампы очень популярны для использования в каскадах «предусилителя» многих профессиональных усилителей для электрогитар. Зайдите в любой хороший музыкальный магазин, и вы найдете их по скромной цене (12 долларов США или меньше). Российский производитель под названием «Совтек» делает эти лампы новыми, поэтому вам не нужно полагаться на «новые-старые-стоковые» компоненты (NOS), оставшиеся от несуществующих американских производителей. Эта модель лампы была очень популярна в свое время, и ее можно найти в старом «ламповом» электронном испытательном оборудовании (осциллографах, осцилляторах), если у вас есть доступ к такому оборудованию. Тем не менее, я настоятельно рекомендую покупать новые лампы, а не рисковать с лампами, утилизированными от старинного оборудования.

Важно выбрать электролитический конденсатор с достаточным рабочим напряжением (WVDC), чтобы выдержать выходное напряжение цепи питания этого усилителя (около 170 вольт). Я настоятельно рекомендую выбирать конденсатор с номинальным напряжением, значительно превышающим ожидаемое рабочее напряжение, чтобы выдерживать неожиданные скачки напряжения или любые другие события, которые могут привести к перегрузке конденсатора. Я купил набор электролитических конденсаторов Radio Shack (номер по каталогу 272-802), и он содержал два конденсатора по 47 мкФ, 250 Вт постоянного тока. Если вам не так повезло, вы можете построить эту схему, используя пять конденсаторов, каждый из которых рассчитан на 50 Вт постоянного тока, чтобы заменить один блок на 250 Вт постоянного тока:

Имейте в виду, что общая емкость для этой сети из пяти конденсаторов будет составлять 1/5, или 20%, от номинала каждого конденсатора. Кроме того, чтобы обеспечить равномерную зарядку конденсаторов в сети, убедитесь, что номиналы всех конденсаторов (в мкФ) и резисторов одинаковы.

Автомобильная катушка зажигания представляет собой специальный высоковольтный трансформатор, используемый в автомобильных двигателях для выработки десятков тысяч вольт для «зажигания» свечей зажигания. В этом эксперименте он используется (очень нетрадиционно, должен добавить!) в качестве согласующего импеданса трансформатора между вакуумной лампой и 8-омным аудиодинамиком. Конкретный выбор «катушки» не критичен, главное, чтобы она была в хорошем рабочем состоянии. Вот фотография катушки, которую я использовал для этого эксперимента:

Аудиодинамик не обязательно должен быть экстравагантным. Для этого эксперимента я использовал небольшие «полочные» динамики, автомобильные (6 x 9 дюймов) динамики, а также большой (100 Вт) трехполосный стереодинамик, и все они работают нормально. Ни в коем случае не используйте комплект наушников , так как катушка зажигания не обеспечивает гальваническую развязку между 170 вольт постоянного тока «пластинчатого» источника питания и динамиком, тем самым повышая подключение динамиков к этому напряжению относительно земли. . Поскольку очевидно, что размещение проводов на голове с высоким напряжением на землю будет очень опасно , пожалуйста, не используйте наушники!

Вам понадобится источник переменного тока звуковой частоты в качестве входного сигнала для этой схемы усилителя. Я рекомендую небольшой радиоприемник с батарейным питанием или музыкальный синтезатор с соответствующим кабелем, подключенным к разъему «наушники» или «аудиовыход» для передачи сигнала на ваш усилитель.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 13: «Электронные лампы»

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 3: «Диоды и выпрямители»

Уроки электрических цепей , Том 2, глава 9: «Трансформаторы»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Использование электронной лампы (триода) в качестве аудиоусилителя
  • Использование трансформаторов как в понижающем, так и в повышающем режиме
  • Как собрать высоковольтный источник питания постоянного тока
  • Использование трансформатора для согласования импедансов

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Добро пожаловать в мир ламповой электроники! Хотя это не совсем применение полупроводниковой технологии (за исключением выпрямителя источника питания), эта схема полезна как введение в ламповую технологию и интересное применение для трансформаторов согласования импеданса. Следует отметить, что создание и эксплуатация этой схемы требует работы со смертельным напряжением! Вы должны проявлять максимальную осторожность при работе с этой цепью, так как 170 вольт постоянного тока могут убить вас электрическим током!! Начинающим рекомендуется обращаться за квалифицированной помощью (к опытным электрикам, электронщикам или инженерам), если они пытаются собрать этот усилитель.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не прикасайтесь к проводам или клеммам, пока цепь усилителя находится под напряжением! Если вам необходимо установить контакт с цепью в любой точке, выключите «пластинчатый» выключатель питания и подождите, пока конденсатор фильтра разрядится ниже 30 вольт, прежде чем прикасаться к какой-либо части цепи. При проверке напряжения цепи при включенном питании используйте, по возможности, только одну руку, чтобы избежать возможности поражения электрическим током при контакте руки с рукой.

Строительство высоковольтного источника питания

Вакуумные лампы требуют довольно высокого постоянного напряжения, приложенного между контактами пластины и катода, для эффективной работы. Хотя схема усилителя, описанная в этом эксперименте, может работать даже при напряжении 24 В постоянного тока, выходная мощность будет ничтожной, а качество звука — плохим. Триод 12AX7 рассчитан на максимальное «напряжение пластины» (напряжение, приложенное между клеммами пластины и катода) 330 вольт, поэтому указанный здесь источник питания 170 вольт постоянного тока находится в пределах этого максимального предела. Я использовал этот усилитель при напряжении до 235 вольт постоянного тока и обнаружил, что качество и интенсивность звука улучшились.0208 немного , но, по моему мнению, недостаточно, чтобы гарантировать дополнительную опасность для экспериментаторов.

Блок питания на самом деле имеет два разных выхода мощности: выход постоянного тока «B+» для питания от пластины и источник питания «накаливания», который составляет всего 12 вольт переменного тока. Для работы ламп требуется питание, подаваемое на маленькую нить накала (иногда называемую нагревателем ), поскольку катод должен быть достаточно горячим, чтобы термически испускать электроны, а этого не происходит при комнатной температуре! Использование одного силового трансформатора для понижения домашнего напряжения переменного тока 120 вольт до 12 вольт переменного тока обеспечивает низкое напряжение для нитей накала, а другой трансформатор, подключенный повышающим образом, возвращает напряжение обратно до 120 вольт. Вы можете задаться вопросом: «Зачем повышать напряжение до 120 вольт с помощью другого трансформатора? Почему бы просто не отключить вилку сетевой розетки, чтобы получить 120 вольт переменного тока 9?0208 напрямую , а затем выпрямить его до 170 вольт постоянного тока?» Ответ на этот вопрос двоякий: во-первых, подача мощности через два трансформатора по своей природе ограничивает величину тока, который может быть направлен на случайное короткое замыкание на стороне пластины цепь усилителя. Во-вторых, он электрически изолирует цепь пластины от системы электропроводки вашего дома. Если бы мы выпрямляли мощность настенной розетки с помощью диодного моста, это сделало бы обе клеммы постоянного тока (+ и -) повышенными в напряжении от защитное заземление электрической системы вашего дома, тем самым увеличивая опасность поражения электрическим током.

Обратите внимание на тумблер, подключенный между 12-вольтовыми обмотками двух трансформаторов, с надписью «Пластинчатый выключатель питания». Этот переключатель управляет питанием повышающего трансформатора, тем самым контролируя напряжение пластины в цепи усилителя. Почему бы просто не использовать главный выключатель питания, подключенный к вилке на 120 вольт? Зачем нужен второй переключатель для отключения высокого напряжения постоянного тока, если отключение одного основного переключателя приведет к тому же самому? Ответ заключается в правильной работе электронных ламп: подобно лампам накаливания, электронные лампы «изнашиваются», когда их нити накаливания постоянно включаются и выключаются, поэтому наличие этого дополнительного переключателя в цепи позволяет отключать высокое напряжение постоянного тока (в целях безопасности, когда изменение или регулировка схемы) без отключения нити накала. Кроме того, хорошей привычкой является подождать, пока трубка не достигнет полной рабочей температуры до подачи анодного напряжения, и этот второй переключатель позволяет отложить подачу анодного напряжения до тех пор, пока лампа не достигнет рабочей температуры.

Во время работы к выводу «B+» источника питания (между клеммой B+ и массой) должен быть подключен вольтметр, непрерывно показывающий напряжение источника питания. Этот измеритель покажет вам, когда конденсатор фильтра разрядится ниже предела опасности поражения электрическим током (30 вольт), когда вы выключите «Выключатель питания пластины» для обслуживания схемы усилителя.

Клемму «земля», показанную на выходе постоянного тока цепи питания, не нужно подключать к заземлению. Скорее, это просто символ, показывающий общее соединение с соответствующим символом клеммы заземления в схеме усилителя. В схеме, которую вы строите, будет кусок провода, соединяющий эти две точки «земли» вместе. Как всегда, обозначение некоторых общих точек в цепи с помощью общего символа является стандартной практикой в ​​электронных схемах.

Вы заметите, что на принципиальной диаграмме резистор номиналом 100 кОм подключен параллельно конденсатору фильтра. Этот резистор совершенно необходим, так как он обеспечивает путь разряда конденсатора при отключении питания переменного тока. Без этого «стравливающего» резистора в цепи конденсатор, вероятно, будет сохранять опасный заряд в течение длительного времени после «отключения питания», создавая для вас дополнительную опасность поражения электрическим током. В схеме, которую я построил — с конденсатором 47 мкФ и стабилизирующим резистором 100 кОм — постоянная времени этой RC-цепи составляла всего 4,7 секунды. Если вам посчастливилось найти большее значение конденсатора фильтра (хорошо для минимизации нежелательного «гула» источника питания в динамике), вам нужно будет использовать соответственно меньшее значение резистора разрядки или ждать дольше, пока напряжение не спадет каждый раз, когда вы выключите переключатель «Подача тарелки».

Прежде чем пытаться запитать с его помощью схему усилителя, убедитесь, что источник питания надежно сконструирован и работает надежно. В целом это хорошая практика построения схемы: сначала соберите источник питания и устраните неполадки, а затем соберите схему, которую вы собираетесь питать от него. Если источник питания не работает должным образом, то и схема питания не будет работать, как бы хорошо она ни была спроектирована и построена.

Сборка усилителя

Одна из проблем при создании схем на электронных лампах в 21 веке заключается в том, что разъемов для этих компонентов может быть трудно найти. Учитывая ограниченный срок службы большинства «приемных» ламп (несколько лет), в большинстве «трубчатых» электронных устройств использовались гнезда для установки ламп, чтобы их можно было легко снимать и заменять. Хотя лампы все еще можно относительно легко достать (в музыкальных магазинах), разъемов, к которым они подключаются, значительно меньше — в вашем местном магазине Radio Shack их не будет! Как же тогда мы будем строить цепи с помощью ламп, если у нас может не быть розеток для их подключения?

Для небольших трубок эту проблему можно обойти, напрямую припаяв короткие отрезки сплошной медной проволоки 22-го калибра к контактам трубки, что позволит вам «вставить» трубку в макетную плату без пайки. Вот фотография моего лампового усилителя, показывающая 12AX7 в перевернутом положении (штыревой стороной вверх). Пожалуйста, не обращайте внимания на 10-сегментную светодиодную гистограмму слева и 8-позиционный DIP-переключатель справа на фотографии, так как это оставшиеся компоненты от эксперимента с цифровой схемой, собранного ранее на моей макетной плате.

Одним из преимуществ установки трубки в этом положении является простота идентификации контактов, поскольку большинство «схем соединений контактов» для трубок показаны снизу:

Вы заметите на схеме усилителя, что оба элемента триода внутри стеклянной оболочки 12AX7 используются параллельно: пластина соединена с пластиной, сетка соединена с сеткой, а катод соединен с катодом. Это делается для максимизации выходной мощности лампы, но не обязательно для демонстрации основных операций. Вы можете использовать только один из триодов, для простоты, если хотите.

Конденсатор емкостью 0,1 мкФ, показанный на схеме, «соединяет» источник аудиосигнала (радио, музыкальный инструмент и т. д.) с сеткой (сетками) лампы, пропуская переменный ток, но блокируя постоянный ток. Резистор 100 кОм гарантирует, что среднее постоянное напряжение между сеткой и катодом равно нулю и не может «плавать» до какого-то высокого уровня. Как правило, схемы смещения используются для того, чтобы сетка оставалась слегка отрицательной по отношению к земле, но для этой цели схема смещения создала бы больше сложностей, чем того стоила бы.

Когда я тестировал свою схему усилителя, я использовал выход радиоприемника, а затем выход проигрывателя компакт-дисков (CD) в качестве источника аудиосигнала. Используя удлинительный шнур с разъемом «моно» на «фоно», подключенный к разъему для наушников ресивера / проигрывателя компакт-дисков, и перемычки с зажимом «крокодил», соединяющие «моно» конец шнура с входными клеммами лампового усилителя, я смог легко отправить на усилитель звуковые сигналы различной амплитуды, чтобы проверить его работу в широком диапазоне условий:

Трансформатор необходим на выходе схемы усилителя для «согласования» импедансов электронной лампы и динамика. Поскольку вакуумная лампа является устройством с высоким напряжением и низким током, а большинство динамиков являются устройствами с низким напряжением и высоким током, несоответствие между ними привело бы к очень низкой выходной мощности звука, если бы они были подключены напрямую. Чтобы успешно согласовать высоковольтный слаботочный источник с низковольтной сильноточной нагрузкой, мы должны использовать понижающий трансформатор.

Так как сопротивление Thevenin цепи вакуумной лампы колеблется в десятки тысяч Ом, а сопротивление динамика составляет всего около 8 Ом, нам понадобится трансформатор с коэффициентом импеданса около 10 000:1. Поскольку коэффициент импеданса трансформатора равен квадрату коэффициента его витков (или коэффициента напряжения), мы ищем трансформатор с коэффициентом витков примерно 100:1. Типичная автомобильная катушка зажигания имеет примерно такое соотношение витков, и она также рассчитана на чрезвычайно высокое напряжение на высоковольтной обмотке, что делает ее хорошо подходящей для этого применения.

Единственным недостатком использования катушки зажигания является то, что она не обеспечивает гальваническую развязку между первичной и вторичной обмотками, поскольку устройство фактически представляет собой автотрансформатор, в котором каждая обмотка имеет общий вывод на одном конце. Это означает, что провода громкоговорителей будут находиться под высоким постоянным напряжением по отношению к заземлению цепи. Пока мы это знаем и не касаемся этих проводов во время работы, проблем не будет. В идеале, однако, трансформатор должен обеспечивать полную изоляцию, а также согласование импедансов, а к проводам громкоговорителей можно совершенно безопасно прикасаться во время использования.

Помните, все соединения в схеме производить при выключенном питании! После проверки соединений визуально и с помощью омметра, чтобы убедиться, что цепь построена в соответствии с принципиальной схемой, подайте питание на нити накала трубки и подождите около 30 секунд, пока она не нагреется до рабочей температуры. Обе нити должны излучать мягкое оранжевое свечение, видимое как сверху, так и снизу трубки.

Установите регулятор громкости источника сигнала радио/проигрывателя компакт-дисков/музыкальной клавиатуры на минимум, затем включите выключатель питания пластины. Вольтметр, который вы подключили между выходной клеммой B+ источника питания и «землей», должен регистрировать полное напряжение (около 170 вольт). Теперь увеличьте громкость на источнике сигнала и слушайте динамик. Если все в порядке, вы должны четко слышать правильные звуки через динамик.

Устранение неполадок в этой цепи лучше всего выполнять с помощью чувствительного аудиодетектора, описанного в главах «Постоянный ток» и «Переменный ток» этого тома «Эксперименты». Подсоедините конденсатор емкостью 0,1 мкФ последовательно к каждому измерительному проводу, чтобы заблокировать постоянный ток от детектора, затем подключите один из измерительных проводов к земле, а другой измерительный провод используйте для проверки аудиосигнала в различных точках цепи. Используйте конденсаторы с высоким номинальным напряжением, такие как тот, который используется на входе схемы усилителя:

Использование двух разделительных конденсаторов вместо одного добавляет дополнительную степень безопасности, помогая изолировать устройство от любого (высокого) напряжения постоянного тока. Однако даже без дополнительного конденсатора внутренний трансформатор детектора должен обеспечивать достаточную электрическую изоляцию для вашей безопасности при использовании его для проверки сигналов в такой высоковольтной цепи, как эта, особенно если вы построили свой детектор с использованием силового трансформатора на 120 вольт (а не чем трансформатор «аудиовыхода»), как было предложено. Используйте его для проверки наличия хорошего сигнала на входе, затем на выводах сетки трубки, затем на пластине трубки и т. д., пока проблема не будет найдена. Имея емкостную связь, детектор также может тестировать чрезмерный источник питания «гудение»: прикоснитесь свободным тестовым проводом к клемме B+ источника питания и прислушайтесь к громкому гудящему шуму частотой 60 Гц. Шум должен быть очень тихим, не громким. Если он громкий, блок питания не фильтруется должным образом, и может потребоваться дополнительная емкость фильтра.

После проверки точки в цепи усилителя с высоким постоянным напряжением относительно земли конденсаторы связи на детекторе могут создать значительное напряжение. Чтобы снять это напряжение, прикоснитесь свободным щупом к заземленному щупу. При разряде разделительных конденсаторов в наушниках должен быть слышен «хлопок».

Если вы предпочитаете использовать вольтметр для проверки наличия аудиосигнала, вы можете сделать это, установив его в чувствительный диапазон переменного напряжения. Однако показания вольтметра ничего не говорят вам о качество сигнала, просто его наличие. Имейте в виду, что большинство вольтметров переменного тока будут регистрировать переходное напряжение при первоначальном подключении к источнику постоянного напряжения, поэтому не удивляйтесь, увидев «всплеск» (сильное, мгновенное показание напряжения) в тот самый момент, когда происходит контакт с датчики счетчика к цепи, быстро уменьшаясь до истинного значения сигнала переменного тока.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

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.