Усиление электрических сигналов с помощью биполярного транзистора.

Транзистор в активном режиме обладает способностью усиливать мощность электрического сигнала, включенного в входную цепь. При этом в зависимости от схемы включения транзистора (ОБ, ОЭ, ОК) будет наблюдаться усиление сигнала либо по току, либо по напряжению, либо по тому и другому. Например, в схеме с ОБ имеется усиление по напряжению и по мощности, усиление по току не происходит. Для того, чтобы выделить мощность входного сигнала, в выходную цепь транзистора включают нагрузочный резистор Rк, обладающий большим сопротивлением, значительно превышающим входное сопротивление транзистора Rэ (сопротивление эмиттерного перехода, включенного в прямом направлении (см. рис. 12-16).

Включение резистора Rк, хотя и вызывает снижение потенциального барьера коллекторного перехода из–за уменьшения напряжения на коллекторе (Uкб=Eкб–Rк ^.Iк), но это не вызовет инжекцию дырок коллектора в базу и коллекторный ток Iк не уменьшится. Величина тока Iк, как установлено выше, практически равна величине тока эмиттера Iэ.

Поскольку входное сопротивление транзистора Rэ мало, небольшое изменение тока эмитгера вызовет небольшое изменение напряжения в эмиттерной цепи. В коллекторной цепи на сопротивлении нагрузки Rк это небольшое изменение тока вызовет значительное изменение напряжения Uк=RкIк, т.к. Rк велико.

Действительно, если напряжение между эмиттером и базой изменится на величину DUэб, ток эмиттера изменится на величину DIэ=DUэб/Rэ. Ток коллектора изменится на ту же величину DIк=aDIэ»DIэ, (a»1).Напряжение на нагрузке Rк в коллекторной цепи изменится на DUк=RкDIк или DUк=(Rк/Rэ)DUэб, т.е. приращение напряжения на коллекторной нагрузке в Rк/Rэ раз больше приращения напряжения в эмиттерной цепи. Так как Rк> > Rэ, следовательно, DUк> > DUэб. При этом происходит и усиление по мощности. Приращение входной мощности равно DРвх=РэDIэ² приращение выходной мощности DРвых=RкDIк²»RкDIэ² или DРвых=(Rк/Rэ)DРвх.Т.к. Rк> > Rэ, то DPвых> > DPвх.

При работе транзистора в схеме усилителя на вход его подается переменное напряжение сигнала, которое нужно усилить. В этом случае Еэ не изменяется, но последовательно с ним включенное переменное напряжение сигнала малой величины изменяется, и это будет приводить к большим изменениям (колебаниям) переменного напряжения сигнала на сопротивлении нагрузки Rк, т.е. в схеме будет происходить усиление малого входного сигнала.

В схеме с ОЭ происходит усиление по току и напряжению. Здесь входным током является ток базы, он значительно меньше тока эмиттера. Если изменить входное напряжение Uбэ, изменится потенциально барьер эмиттера и, следовательно, дырочный ток эмиттера и ток коллектора.

Так как в базу от источника поступает небольшой ток, меньший по величине, чем ток эмиттера и, следовательно, и коллектора, то незначительное изменение тока во входной цепи вызовет значительно большее изменение тока в выходной цепи коллектора.

Рис.7-16 Структурная схема транзистора с ОБ с нагрузочным резистором в выходной цепи.

Таким образом, в схеме с ОЭ происходит усиление по току. При этом имеется усиление и по напряжению. Так как выходное сопротивление велико, в цепь коллектора можно включить большое сопротивление. На этом сопротивлении напряжение будет значительно выше, чем напряжение во входной цепи. Усиление по напряжению и току приводит к значительное усилению по мощности.

В схеме усиления с ОК (p-n-p) Ku=1, а коэффициент усиления по току Ki=10-100. Так как в этой схеме Uвх=Uвых, то такую схему называют эмиттерный повторитель.

 

Оптоэлектроника.

Оптоэлектроника это раздел электроники, изучающий преобразование оптических сигналов в электрические и наоборот. Оптоэлектроника используется в системах передачи, обработки и хранения информации. Передача информации в оптоэлектронных приборах осуществляется световыми фотонами с энергией

……………………………………….(12.38)

где, h=6, 6^× 10^-34 Дж∙ ^.с – постоянная Планка; - частота.

Передача, обработка и хранение информации с помощью оптоэлектронных элементов обеспечивает ряд преимуществ:

а) Высокую ёмкость оптических каналов передачи информации;

б) Большую плотность записи;

в) Высокую помехозащищённость каналов связи (световая волна не реагирует на действие электромагнитных полей)

г) Большую возможность микроминиатюризации компонентов связи.

Светодиод.

Светодиоды – это такие приборы, которые имеют один p-n переход, преобразующий электрическую энергию в энергию некогерентной световой волны.Это явление происходит при протекании прямого тока диода в результате рекомбинации электронов и дырок в области p-n перехода и результатом этого явления получают излучение фотонов. Условное графическое изображение светодиода.

Фотодиод. Фотодиоды – это приборы, в которых видимое оптическое излучение воздействует на p-n переход и за счёт внутреннего фотоэффекта происходит разделение пар и образуется гальванический элемент. Условное графическое изображение фотодиода:

Фоторезистор. Фоторезисторы – это приборы, электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от падающей на него интенсивности и спектрального состава светового луча. Поток фотонов вызывает появление пар электрон-дырка, которые уменьшают сопротивление резистора. Явление уменьшения сопротивления резисторов под воздействием света называют внутренним фотоэффектом. Условное графическое изображение фоторезистора:

Фототранзистор. Фототранзисторы – это биполярные транзисторы, в которых при попадании света на базу транзистор открывается. условное графическое изображение фототранзисторов структуры n-p-n.

При включении фототранзисторов по схеме с ОЭ базовый фототок увеличивается в - раз ( =50÷ 200). Это говорит о том, что фоточувствительность прибора очень высока.

Оптроны. Оптроны – это приборы, состоящие из источника и приёмника светового излучения, которые помещены в один корпус.

Различают следующие оптроны (оптопары):

· Резисторная оптопара

· Диодная оптопара

· Транзисторная оптопара

Рассмотрим простейшую схему усилителя на диодной оптопаре (рис. 7-37).

Рис. 7-37. Схема усилителя на диодной оптопаре.

В рассматриваемой схеме находится транзистор VT, с которого можно снимать усиленный сигнал. Uвх подаётся на светодиод и световая энергия от него попадает на вход фотодиода, который преобразует световую энергию в электрическую, которая снимается с Uвых.

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: