Схемы включения транзисторов

 

В зависимости от того, какой из трех выводов является общим для входной и выходной цепи, различают три основные схемы включения транзисторов: схема с общим эмиттером, схема с общим коллектором, схема с общей базой.

Схема с общим эмиттером используется наиболее часто. Схема представлена на рис. 4.9. Взаимосвязь токов и напряжений в транзисторе устанавливают входные и выходные характеристики. Входные и выходные характеристики представлены соответственно на рис. 4.10, 4.11.

Рис. 4.9	Рис. 4.10

Рис. 4.11

Входная характеристика повторяет вольт-амперную характеристику диода. При изображении выходной характеристики необходимо помнить, что коллекторный переход работает в режиме диода, включенного в обратном направлении. Поэтому выходная характеристика – это обратная ветвь вольт–амперной характеристики диода, перенесенная в первый квадрант. Выходных характеристик целое семейство, т.к. они изображаются для разных значений токов базы. При I_б=0 через транзистор протекает тепловой ток I_к0 обратносмещенного коллекторного перехода.

Коэффициент усиления входного тока базы схемы с общим эмиттером h_21Э=I_к/I_б. Схема обеспечивает также усиление по напряжению и по мощности. Схема применяется как усилительная и как ключевая.

Ключевой режим работы. Он применяется как каскад промежуточного усиления, каскад сигнализации, как схема питания электромагнитного реле. Такой каскад является основой интегральных логических элементов.

Для объяснения работы используются выходные характеристики, которые представлены на рис. 4.12. А и В - возможные рабочие точки. В точке А транзистор выключен (или ключ разомкнут), в точке В транзистор включен (ключ замкнут). Чтобы получить точку В, необходимо обеспечить соответствующий ток базы.

Рис. 4.12

В точке А:

U_кэ=U_п – R_к× I_ко; I_к=I_ко.

В точке В:

U_кэ»0, 1В; I_к=(U_п – U_кэ)/R_к.

Рис. 4.13

В расчетах обычно пренебрегают величинами I_ко»0, U_бэ»0, 6В и U_кэ»0, 1В. Диаграмма работы транзистора в ключевом режиме представлена на рис. 4.13. Обычно в открытом состоянии транзистора ток I_к задан. Требуемый ток базы I_б=I_к/h_21Э обеспечивается базовой цепью

I_б =(U_б – U_бэ)/R_б.

Если U_бэ»0, 6В, тогда

R_б=(U_б – 0, 6)/I_б;

I_к=(U_п – U_кэ)/R_к; U_кэ»0, 1В.

Так как h_21Э может меняться от значений I_к, от температуры, от времени, то ток базы I_б приходится задавать с запасом. Вводят понятие коэффициента насыщения, который характеризует превышение реального базового тока над требуемым. При расчете I_б исходят из величины h_21Эmin/(1, 5...2). Число 1, 5... 2 - это коэффициент насыщения.

Работу транзистора в точках А и В принято характеризовать следующими терминами:

точка А – состояние отсечки (отсечен ток коллектора);

точка В – состояние насыщения (транзистор открыт полностью).

Переход из состояния в состояние происходит скачком.

Усилительный режим работы транзистора. Рассмотрим мощность, выделяемую на транзисторе в двух возможных режимах: ключевом и усилительном. График мощности P_к представлен на рис. 4.12. Нагрузочная прямая определяет возможные рабочие точки транзистора. В ключевом режиме мощность, выделяемая на транзисторе, соответствует точке А или В, т.е. всегда меньше максимальной возможной мощности. В усилительном режиме, когда возможно существование любых рабочих точек на нагрузочной прямой, мощность P_к может принимать и максимальное значение.

В усилительном режиме в общем случае входной сигнал может быть знакопеременным, например, синусоидальным. Переход база-эмиттер является диодным p–n – переходом. Чтобы входная цепь транзистора могла работать с сигналом переменного тока, необходимо переход база-эмиттер сместить в прямом направлении, т.е. задать в базовой цепи рабочую точку по постоянному току. Относительно этого постоянного тока можно подавать в базовую цепь сигнал переменного тока, который будет усиливаться.

Рис. 4.14

Схема включения транзистора с общим эмиттером и диаграммы его работы в режиме усиления гармонического сигнала представлены соответственно на рис. 4.14 и 4.15, где I_см – постоянный ток смещения базы, который будет определять постоянную составляющую тока коллектора в соответствии с соотношением I_к=I_б× h_21Э. В усилительном режиме возможные рабочие точки находятся на нагрузочной прямой между точками А¢ и В¢ на рис. 4.16. Ток смещения должен выводить рабочую точку коллектора транзистора по постоянному току на середину отрезка А¢ В¢, чтобы напряжение на коллекторе могло изменяться от этой середины как в сторону источника питания, так и в сторону общей точки.

Рис. 4.15	Рис. 4.16

Способы задания рабочей точки по постоянному току в усилительном режиме. Для задания рабочей точки по постоянному току в базу транзистора задается ток смещения. При этом необходимо обеспечить стабильность рабочей точки коллектора транзистора по постоянному току, т.е. исключить ее смещение при изменении температуры и с течением времени. Обычно рабочая точка по постоянному току соответствует максимальной мощности P_к (т.е. максимальному нагреву транзистора). Возможно четыре варианта задания тока смещения:

1 вариант. Схема представлена на рис. 4.17. Ток смещения равен

I_см=(U_пит–U_бэ)/R_см.

Схема отличается простотой, но имеет существенный недостаток: рабочая точка по постоянному току не стабильна. При изменении R_см, например, из-за температуры, I_см изменяется. Рабочая точка на коллекторе I_к=I_см× h_21Э также может изменяться из-за изменения коэффициента усиления транзистора h_21Э.

2 вариант (рис. 4.18). Ток смещения можно определить по соотношению

Рис. 4.17	Рис. 4.18

I_см=U_пит/2R_см.

Эта схема обладает гораздо большей стабильностью. При изменении по какой-либо причине тока смещения базы будет меняться рабочая точка коллектора. Через цепь обратной связи с коллектора на базу будет соответствующее воздействие на базовую цепь, уменьшающее эти изменения.

Рис. 4.19

3 вариант (рис. 4.19). Делитель R_см1, R_см2 задаёт потенциал базы:

U_б=U_пит× R_cм2/(R_см1+ R_см2).

Рис. 4.20

Обычно принимают, что ток I_дел через делитель напряжения из резисторов R_см1 и R_см2 от источника питания на порядок больше тока I_см, т.е. задаются I_дел=U_пит/(R_см1+R_см2) »10× I_см. При этом потенциал базы U_б может быть определен по входной характеристике транзистора, исходя из требуемого тока смещения. Эта схема является достаточно стабильной. Так как в схеме задаётся потенциал базы (относительно общей точки), то при изменении сопротивлений R_см1, R_см2 они изменяются оба одновременно, их отношение меняется мало, поэтому мало изменяется потенциал базы, т.е. ток смещения.

4 вариант (рис. 4.20). Это схема задания рабочей точки обладает очень высокой стабильностью. Увеличение неуправляемых тепловых токов через транзистор приводит к увеличению падения на резисторе R_э. Это падение призакрывает транзистор, т.е. уменьшает этот ток. Аналогично схема реагирует на изменение коэффициента усиления h_21Э. Обычно сопротивление резистора R_э выбирают из условия, чтобы падение напряжения на нем от постоянного тока эмиттера не превышало 10% от напряжения питания U_пит. Чтобы сигнал переменного тока не создавал на R_э падения и не уменьшал сигнал на нагрузке R_к, резистор R_э шунтируют конденсатором С_э (рис. 4.21).

Рис. 4.21

Должно выполняться соотношение

X_с=1/w_maxC_э®0,

где w_max=2pf_max – максимальная частота усиливаемого сигнала. Из этого выражения определяется емкость конденсатора C_э.

Рис. 4.22

Схема смещения по постоянному току может оказывать влияние на источник входного переменного сигнала. С другой стороны, источник входного сигнала может шунтировать схему смещения, если он низкоомный. Для исключения этого источник входного сигнала и цепь смещения отделяют разделительным конденсатором С_р1. Схема представлена на рис. 4.22.

Рис. 4.23

Для отделения постоянной составляющей в выходной цепи от полезной переменной составляющей, которая усилилась, также применяется разделительный конденсатор С_р2. Графики напряжений представлены на рис. 4.23.

Схема включения транзистора с общим коллектором (рис. 4.24) (эмиттерный повторитель – напряжение на эмиттере U_э повторяет напряжение U_б). Действительно,

U_э=U_б – U_бэ, U_бэ=0, 6»0, поэтому U_э»U_б.

Рис. 4.24

Соотношения для токов:

I_э=U_э/R_э; I_к=I_б× h_21Э; I_э=I_б+I_к=I_б(1+h_21Э).

Таким образом, у схемы имеется усиление по току в (1+h_21Э) раз. Ток базы для обеспечения требуемого тока эмиттера может быть найден из последнего уравнения

I_б=I_э/(1+h_21Э),

т.е. для получения заданного I_э требуется в (1+h_21Э) раз меньший ток базы I_б. Схема применяется как усилитель тока при работе на низкоомную нагрузку. У нее отсутствует усиление по напряжению (это повторитель напряжения), но существует усиление по току и мощности.

Схема с общей базой. Схема показана на рис. 4.25. Соотношения для токов:

I_к=aI_э.

Так как значения a близко 1, то I_к »I_э. Из последнего равенства следует, что это повторитель тока. Схема обладает усилением по напряжению и мощности, но применяется сравнительно редко. Одно из применений: как источник пилообразного напряжения (рис. 4.26).

Рис. 4.25	Рис. 4.26

Ток эмиттера:

I_э=U_э/R_э.

Величины U_э и R_э постоянны, поэтому I_э=I_к=const (конденсатор заряжается постоянным током). Напряжение на конденсаторе

U_c=(1/С)ò i_c dt.

Так как i_c=I_к=const, то U_c=I_к× t/С – это прямая линия. Для периодического сброса напряжения на конденсаторе до нуля применяется транзисторный ключ, включаемый параллельно конденсатору.

Контрольные вопросы

 

1. Опишите структуру биполярного транзистора.

2. Изложите принцип работы биполярного транзистора.

3. Перечислите и определите основные параметры биполярного транзистора.

4. Перечислите известные Вам типы биполярного транзистора.

5. Как осуществляется обозначения биполярных транзисторов?

6. Перечислите схемы включения биполярных транзисторов.

7. Приведите схему включения биполярных транзисторов с общим эмиттером и дайте ей краткую характеристику.

8. Приведите схему включения биполярных транзисторов с общим коллектором и дайте ей краткую характеристику.

9. Приведите схему включения биполярных транзисторов с общей базой и дайте ей краткую характеристику.

10. Дайте краткую характеристику ключевого режима работы биполярного транзистора.

11. Дайте краткую характеристику усилительного режима работы биполярного транзистора.

12. Перечислите способы задания рабочей точки по постоянному току в усилительном режиме.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. E) Воспитание сознательного отношения, склонности к труду как основной жизненной потребности путем включения личности в активную трудовую деятельность.
2. А, б – схемы применения приспособления; в – готовая рамка; 1 – рычаг; 2 – ролик; 3 – заготовка; 4 – оправка; А, Б – соответственно верхнее и нижнее положение рычага
3. Альтернативные схемы APT первого ряда
4. Анализ принципиальной схемы.
5. Анализ схемы с помощью программы EWB
6. Блокировочные схемы, обеспечивающие наладочные режимы.
7. Врелязадающие и времяизлеряющие схемы
8. Выбор и обоснование структурной схемы устройства
9. Выбор системы и схемы внутреннего водопровода.
10. Выбор схемы внешнего электроснабжения
11. Выбор схемы возведения зданий
12. Выбор схемы комплексной механизации.