Падение напряжения на транзисторе: Падения напряжения на транзисторе на 6 вольт, что не так?

Содержание

Падения напряжения на транзисторе на 6 вольт, что не так?

good_idea
Загрузка

19.05.2017

6715

Вопросы и ответы

Статья относится к принтерам:

Prusa i3 Kit Радиолюбители, помогите.

Собрал схему включения вентиляторов обдува драйверов на транзисторе, с общим эмиттером. Сигнал берется с цифрового пина, проходит через резистор 3.8 кОм на базу. Три вентилятора 40*40*10, каждый на 12 Вольт и примерно на 0.15 А включены параллельно между коллектором и +12В. Эмиттер идет на -12 В. Транзистор биполярный, дома нашелся от старого телевизора, D1266A (NPN, Vcb=60V, Vce=60V, Ic=3A, Power dissipation = 2 Wt). Вентиляторы дуют слабо. Проверил напряжение на них: 6 вольт.

‘Что за ботва, Гендальф?’

Почему на транзисторе так падает напряжение, с 12 В на 6 В? Какой параметр мне надо было посмотреть в даташите, чтобы узнать об этом падении заранее?

Ну, и если дело в транзисторе, то какой другой надо купить, чтобы реализовать эту схему с минимальным падением напряжения, чтобы до вентиляторов доходило 12 вольт?

Спасибо заранее.

Ответы на вопросы

Расчет падения напряжения на транзисторе

Во-первых: ток течет в базу, через излучатель. во-вторых, ток течет через коллектор и выходит из излучателя. Суммарный ток через излучатель равен току через основание плюс ток через коллектор.

Вам потребуется таблица данных, чтобы определить точное падение напряжения. Однако также следует помнить, что нет двух идентичных транзисторов.

Таблица данных будет содержать графики, которые вы можете использовать для поиска ожидаемых значений. Для некоторых вычислений полезно предположить, что Vbe обычно составляет около 0,7v. Соединение база-эмиттер по сути является диодом, поэтому оно зажимает напряжение на себе примерно до 0,7 В. Используя этот факт, легко вычислить ток, поступающий в базу: напряжение на R составляет приблизительно 5-0,7 = 4,3 В. Таким образом, ток, идущий в базу, должен быть примерно:

I = V / R = 4,3 / R

Так что, если вы знаете R, вы можете приблизить ток, текущий в базу. Это даст вам один фактор, который поможет вам прочитать графики из таблицы данных транзистора. Скажем, R составляет 10 кОм, ток, протекающий в базу, будет приблизительно 0,43 мА.

Теперь с этим базовым током вы можете рассчитать ток, протекающий через коллектор — просто умножьте его на коэффициент усиления тока транзистора. Но имейте в виду, что они могут сильно различаться в первую очередь между транзисторами одной модели, а также при разных условиях работы этой модели. Скажем, если 50, то ток, протекающий через коллектор, будет приблизительно 22,5 мА.

Используя приведенную выше схему, предположим, что падение напряжения на светодиоде составляет 2 В при 22,5 мА, что означает, что значение Vbe должно составлять 5-2 = 3 В. Однако, опять же, падение напряжения светодиода при данном токе будет незначительно отличаться между светодиодами одной и той же модели, и некоторые светодиоды, такие как белые светодиоды, имеют тенденцию иметь более высокое падение напряжения, например, 4v.

Чтобы попытаться получить точное значение Vbe, есть формула, которую вы можете использовать, однако, учитывая различия между отдельными транзисторами, гораздо проще просто использовать графики. Поскольку вы знаете приблизительное напряжение Vce и приблизительный базовый ток Ib, вы можете посмотреть Vbe на графике.

И учитывая диапазон возможных значений hfe, указанных в таблице, (обычно они предоставляют три значения: минимальное, типичное и максимальное). Используя верхнюю и нижнюю границы hfe, вы можете рассчитать верхнюю и нижнюю границы тока, который будет проходить через коллектор. Исходя из этого и таблицы данных светодиода, вы можете рассчитать верхнюю и нижнюю границу Vce. Это значение будет полезно при уточнении возможных значений Vbe, поскольку часто Vbe существенно зависит от Vce и Ice; это может иметь значение +/- 0,2 В или около того.

Другие соображения, которые также могут быть весьма значительными, это температура перехода транзистора. Итак, сколько энергии протекает через него, как долго, а также насколько хорошо он отдает тепло в окружающую среду, и температура этой среды будет определять температуру перехода транзистора, что, в свою очередь, повлияет на такие значения, как hfe, Vbe и так далее.

Для вашей схемы выше, вы можете использовать транзистор, такой как NP54 BC547, который является BJT NPN транзистором общего назначения. Эта таблица должна быть достаточной для того, чтобы вы могли понять, как она будет себя вести. Значения hfe, которые я изложил выше, будут разными в BC547; в техническом описании указано минимальное значение 110, максимальное — 800. Таким образом, ваша схема даст очень широкий диапазон значений потенциального льда, поэтому будьте осторожны, чтобы не перегореть светодиод. Вы можете определить hfe любого отдельного транзистора, подав небольшой ток через базу, и измерить ток через коллектор; затем разделите Ic на Ib, и это то, что нужно для этой ситуации. (Если транзистор не «насыщен», то есть светодиод или что-то на его месте в вашей цепи имеет почти 5 В через него, что означает, что транзистор не может еще больше увеличить Ic, поскольку он уже действует как короткое замыкание.) чтобы рассчитать hfe одного конкретного BC547, можно предположить, что он не будет иметь hfe меньше 110, а затем рассчитать резистор для замены R и светодиода (назовем его Rled) на. Сделайте R в 800 раз больше Rled, затем измерьте ток через Rled. Наконец, разделите этот ток на ток через R, и это даст вам hfe (усиление тока данного конкретного транзистора).

Отредактируйте в ответ на ваш ответ:

Я согласен, что Vr + Vbe = Vce + Vled = 5, и, следовательно, Vbe = 5 — R * Ib. (Vbe / kt) -1) не применяется, когда транзистор насыщен , поскольку Ie будет ограничено. (Смотри ниже). Во-вторых, решение включает в себя построение пересечения двух графиков: напряжение на R против Ir в соответствии с законом Ома и Vbe против Ib с уравнением Эберса-Молла, решение, где Ir и Ib равны. Ir против Vr будет прямой линией, а Ib против Vbe будет экспоненциальной.

График в вашем ответе выглядит правильно, если предположить, что он взят из схемы, которую вы разместили в своем вопросе? (То есть со светодиодом?) Причина, по которой он может перестать быть линейным, заключается в том, что напряжение на светодиоде становится близким к 5 В, что означает, что транзистор насыщается. Таким образом, больший базовый ток приводит лишь к немного большему току, проходящему через светодиод, из-за немного уменьшенных насыщенных значений Vce. Это отражается в следующем:

Если вы посмотрите на эту таблицу данных для 2N3904 , она сведет в таблицу эти два значения:

VBE (sat) Напряжение насыщения базового излучателя:

С IC = 10 мА и IB = 1,0 мА, тогда Vbe = 0,65
При IC = 50 мА и IB = 5,0 мА, тогда Vbe = 0,85

Биполярный транзистор – Цифровая техника – ЧАСТЬ 1

Биполярный транзистор — полупроводниковый прибор, который управляется током и имеет коэффициент усиления больше единицы. Он имеет два р п-перехода и три вывода Эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). Биполярные транзисторы бывают двух структурр-п р и п p-η. Транзисторы структуры π р п применяются гораздо чаще, чем структуры p-η р. поэтому дальше будут рассматриваться только они. Для транзисторов структуры р-п р справедливо все то. что относится и к структуре п-р п, отличая только в полярности источника питания («плюс» и «минус» нужно поменять местами). Упрощенная структурная схема транзистора нарисована на рис. 1.10. Вывод базы располагается между эмиттером и коплектором, толщина базы очень мала — десятки микрометров (1000 мкм = 1 мм). Бпагодаря наличию двух р-п переходов, любой транзистор (биполярный) можно представить в виде двух диодов: с большим напряжением

Рис. 1 10. Структурная и упрощенная схемы строения биполярного транзистора пробоя между базой и коллектором и с малым напряжением пробоя (стабилитроном; напряжение стабилизации 5 ..12 В для кремниевых транзисторов) между базой и эмиттером, как видно, коллекторный и эмиттерныи p-η переходы по отношению к базе неравнозначны, поэтому «путать» их нельзя

Существует три схемы включения биполярного транзистора, с общей базой (ОБ), общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ) При включе нии транзистора по схеме с ОБ усиливается только напряжение, с ОК — только ток, а с ОЭ — и напряжение, и ток. Схема с ОБ в цифровой технике практически никогда не используется, поэтому здесь она рассматриваться не будет.

При включении транзистора структуры п-р-п на его эмиттер подают отрицательный потенциал, а на коллектор — положительный. При соединении вывода базы с эмиттером, или если базовый вывод попросту «в обрыве» транзистор закрыт и через переход коллектор—эмиттер течет ничтожный ток, а при соединении с коллектором он открывается и через транзистор течет довольно большой ток. Падение напряжения на переходе коллектор—эмиттер в этом режиме, как и у диода, равно 0,6.,.1 В.

Рассмотрим схему включения транзистора с общим эмиттером (рис. 1.11). Эмиттер соединен с общим проводом («минусовой» вывод источника питания), а коллектор через нагрузку (на схеме — через лампочку) соединен с положительным выводом источника питания. Будем плавно увеличивать напряжение на базе относительно эмиттера (общего провода). Потенциальный барьер перехода база—эмиттер при этом будет понижаться, и его сопротивление уменьшится.

Через переход начнет течь ток эмиттера 1„ обусловленный инжекцией электронов

Рис. 1.11. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером из эмиттера в базу. Но так как база имеет очень маленькую толщину, то большинство инжектированных из эмиттера в базу электронов «по инерции» пролетают потенциальный барьер перехода база—коллектор, захватываются его полем (к коллектору подключен положительный вывод источника питания — «генератор дырок», который очень активно притягивает к себе электроны. Наглядный пример этого «активного притягивания» — короткое замыкание) и втягиваются в коллектор, откуда они попадают в нагрузку, где и рекомбинируют с дырками. Благодаря выделяющейся при этом мощности лампочка начинает светиться. Напряжение на коллекторном выводе относительно общего провода уменьшается.

Так как транзистор‘ представляет собой монолитный кристалл кремния и толщина его базы ни при каких внешних воздействиях не изменяется, то отношение количества электронов, захваченных коллектором, к количеству электронов, выделившихся в базе при неизменном напряжении питания, также неизменно. Это отношение называется статическим коэффициентом передачи тока (коэффициент усиления) и определяется по формуле:

У современных биполярных транзисторов коэффициент передачи тока h

21j больше 100, т. е. коллекторный ток в 100 раз больше базового.

При увеличении напряжения питания увеличивается потенциальный барьер перехода база—коллектор. Поэтому при увеличении напряжения питания количество электронов, которое может «захватить» коллектор (при неизменном токе базы) уменьшается. Следовательно, будет уменьшаться и коэффициент h₂„. При разработке высоковольтных устройств это нужно учитывать.

Если и дальше увеличивать ток базы, то потенциальный барьер эмиттерного перехода будет уменьшаться до тех пор, пока не исчезнет совсем. Электроны смогут беспрепятственно переходить из эмиттера в базу и также беспрепятственно захватываться полем коллектора Падение напряжения на переходе коллектор эмиттер будет уменьшаться (при увеличении тока базы и неизменном сопротивлении нагрузки и напряжении питания) до тех пор, пока не уменьшится почти до нуля Но нужно учитывать что в этом режиме (падение напряжения на переходе коллектор—эмиттер меньше 0,6 1 В) начинает уменьшаться статический коэффициент передачи тока h

2l), и при падении напряжения на этом переходе, равном нулю, он равен единице

Такой режим работы транзистора несмотря на то что он требует повышенного тока управления (так как коэффициент h₂₁, уменьшается), очень широко используется в цифровой технике при i оммутации мошной Hai рузки Как известно (формула (4)), мощность рассеивания транзистора зависит от тока нагрузки (его изменить для конкретной нагрузки невозможно) и от падения напряжения на переходах транзистора Поэтому при уменьшении падения напряжения нагрев транзистора уменьшается (т.

е. радиатор теплоотвод не нужен и пи нужен меньших размеров), а КПД устройства увеличивается так как на нагрев транзистора тоже нужно затратить некоторую мощность. Но слишком сильно уменьшать падение напряжения нельзя так как при этом КПД устройства начинает уменьшаться из-за возросшего базового тока управления Поэтому на практике выбиоают «золотую середину», и падение напряжения на переходе коллектор — эмиттер составляет 0,05…0.2 В в за висимости от тока нагрузки (чем он больше, тем больше падение напряжения, это начинает сказываться омическое сопротивление переходов)

Теперь рассмотрим схему включения транзистора с общим коллектором (рис. 1.12), при напряжении на базе 0…0,6 В относительно эмиттера (т. е. оаза никуда не подключена или соединена с общим проводом) Несмотря на то что i общему проводу олиже эмиттер, эта схема с оощнм коллектором так как с ис точником питания соединен коллектор, а на выводе эмиттера напряжение изме няется в зависимости от тока базы Транзистор заперт и нагрузка лампочка не горит При увеличении базового напряжения вплоть до напряжения питания «+U» транзистор постепенно приоткрывается, и при напряжении на базе равном напряжению на коллекторе, транзистор переходит в режим насыщения, т е сопротивление перехода коллектор—эмиттер становится минимальным Падение напряжения на этом переходе в режиме насыщения составляет 0,6 1 5 В и зави сит от типа транзистора и тока нагрузки Если напряжение на базе больше, чем на коллекторе, то эта схема плавно переходит в схему с общим эмиттером и па дение напряжения на переходе коллектор—эмиттер уменьшается почти до нуля У этой схемы есть несколько отличительных осооенностей Во первых оба перехода транзистора обратно смещены, поэтому напряжение на базе может быть любым — от нуля (общий провод) до «+U». У схемы с общим эмиттером напряжение на базе не должно превышать 2 В относительно эмиттера, поэтому в схеме включения обязательны токоограничивающие резисторы в цепи базы. Во-вторых, схема с общим коллектором усиливает сигнал только по току, поэтому напряжение на эмиттере независимо от сопротивления нагрузки на 0,6…1,0 В меньше напряжения на базе. Поэтому схему с общим коллектором иногда называют эмиттерным повторителем. Ток, потребляемый от источника сигнала базой, в h₂_b раз меньше тока нагрузки. При обрыве в цепи нагрузки база от источника сигнала потребляет практически нулевой ток, как видно из рис. 1.10; коллекторный переход при любом (от 0 до «+U») напряжении на базе отрицательно смещен, и его потенциальный барьер (см. рис. 1.7) препятствует протеканию тока. Схема с общим эмиттером усиливает сигнал и по напряжению, и по току, а ток, текущий через переход база—эмиттер, не зависит, в отличие от схемы с ОК, от сопротивления нагрузки, а зависит только от сопротивления токоограничивающего резистора в цепи базы (в схеме с ОК этот резистор не нужен). Поэтому при некотором базовом токе напряжение на коллекторе за-

Рис. 1.12. Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором висит от сопротивления нагрузки. В принципе в схеме с ОК напряжение на нагрузке также зависит от тока базы, но в этой схеме, если она работает в ключевом режиме (т. е. транзистор или полностью открыт, или полностью закрыт), для «открывания» транзистора можно попросту соединить вывод базы с шиной «+U», и транзистор «сам решит», какой ток должен течь в базу (он в h₂„ раз меньше тока нагрузки). Поэтому в устройствах с пониженным энергопотреблением схему с ОЭ лучше не использовать. И в-третьих, схема с ОЭ, в отличие от схемы с ОК, инвертирует сигнал. Как видно из рис. 1.11, при увеличении напряжения на базе транзистор открывается, и напряжение на его коллекторе уменьшается. В схеме с ОК (рис. 1.12) при увеличении напряжения на базе напряжение на эмиттере также увеличивается.

Благодаря этим особенностям схему с ОК часто используют для измерения статического коэффициента передачи тока (h_2b). Хотя он, судя по последней букве «э» в названии, относится к схеме с ОЭ, в схеме с ОК он примерно такой же. Для измерения коэффициента передачи тока нужно собрать схему, изображенную на рис. 1.12. Замыкая амперметром выводы коллектора и эмиттера (вывод базы разомкнут), измеряют ток потребления нагрузки. Затем амперметром замыкают выводы базы и коллектора и измеряют управляющий ток. После этого на микрокалькуляторе делят первое число на второе, и получается значение этого самого коэффициента. Как И все коэффициенты, этот — безразмерная величина и измеряется в «разах», а не в каких-нибудь единицах.

Статический коэффициент передачи тока зависит от напряжения на коллекторном переходе и от тока Нагрузки. При увеличении Напряжения потенциальный барьер коллекторного перехода увеличивается, диффузия основных носителей в коллектор уменьшается и коэффициент передачи тока также уменьшается. При увеличении тока нагрузки большинства транзисторов коэффициент h₂₁, уменьшается, но у некоторых он увеличивается. То же самое происходит и при увеличении температуры.

• Основные справочные параметры биполярных транзисторов следующие максимально допустимое напряжение коллектор—база — напряжение, при котором не происходит пробой коллекторного перехода;

• максимальный ток коллектора — ток, при котором не происходит повреждение кристалла из за локальных перегревов и (или) перегорание выводов коллектора и эмиттера;

• максимально допустимая рассеиваемая коллектором мощность;

• статический коэффициент передачи тока, максимальная рабочая частота;

• у высокочастотных транзисторов — емкость переходов

В цифровой технике биполярные транзисторы используются в качестве предварительных усилителей и в усититепях тока (мощности). «Предвары» в основном собраны на транзисторах, включенных по схеме с ОЭ (рис. 1.13), а уси лители тока — на транзисторах с ОЭ и ОК (рис. 1 14). Для упрощения проектной работы на рисунках показаны схемы для транзисторов обеих структур; значения напряжений даны относительно общего вывода источника питания («минусовой» провод), а не общего вывода транзистора, как это принято. Так рисунки получаются более наглядными, а также облегчается проблема согласования транзисторных каскадов с микросхемами, для которых общий вывод — отрицательный полюс источника питания.

Обратимся к рис. 1.13. Предварительный усилитель, изображенный на нем, — сложный «гибрид», состоящий из двух транзисторов VT1 и VT2 разной структуры, включенных по схеме с ОЭ на входе и эмиттерным повторителем (VT3) на выходе Этот трехкаскалный усилитель нарисован только для того, чтобы лучше объяснить принцип действия транзисторов, при работе с современ ными КМОП-ыикросхемами, потребляющими от источника питания ничтожный ток, эмиттерные повторители не нужны воооше, а все неооходимое усиление может обеспечить единственный транзистор

Рис. 1.13. Многокаскадный предварительный усилитель

Первый каскад собран на транзисторе VT1 структуры п-р-п по схеме с ОЭ. У п-р-п-транзисторов напряжение на коллекторе должно быть больше напряжения на эмиттере, у транзисторов структуры р-п-р — наоборот.

Поэтому эмиттер транзистора VT1 соединен с общим проводом, а коллектор через нагрузочный резистор R2 — с положительным выводом источника питания (+U_nHT). Резистор R1 нужен для начального смещения транзистора, чтобы напряжение на его коллекторе равнялось половине напряжения питания (0,5 U_nilI). Его сопротивление должно быть:

где h₂₁,— статический коэффициент передачи тока транзистора VT1;

1,5…1,8 — коэффициент, зависящий от напряжения питания; при низком напряжении питания (6„.9 В) он меньше 1,5, а при высоком (более 50 В) приближается к 1,8…2.

Коэффициент усиления транзисторного каскада максимален при напряжении на нагрузке, равном половине напряжения питания.

Рис f. 14 Усилители тока

a — схема Дарлингтона, б — каскад с общим эмиттером, в, г — схема Шиклаи, д — составной транзистор с эмиттерным повторителем на входе и каскадом с ОЭ на выходе, е — исчлчтель на двух инверторах, ж — триггер Шмитта на его основе

Источник сигнала (генератор G) подключен к базе транзистора VT1 через развязывающий конденсатор CI (см. объяснение рис 1.5). Этот конденсатор нужен для того, чтобы постоянная составляющая на выходе источника сигнала (на схеме — 0,5 (_Ц,, но она может быть любой — от 0 до U_m„) не нарушала работу транзистора VT1 (т. е. чтобы напряжение на его коллекторе (постоянная составляющая) при подключенном G равнялась той же величине, что и при отключенном), и наоборот, чтобы переход база—эмиттер транзистора VT1 не закорачивал по постоянному току источник сигнала.

При включении напряжения питания сх’емы разряженный конденсатор С1 начинает заряжаться через переход база—эмиттер транзистора VT1. В начальный момент времени этот транзистор находится в режиме насыщения (так как ток заряда конденсатора С1 довольно велик и ограничивается только выходным сопротивлением источника сигнала), и напряжение на его коллекторе близко к напряжению на эмиттере, т. е. к нулю. По мере заряда конденсатора ток через базовый переход уменьшается, следовательно, напряжение на коллекторе транзистора VT1 увеличивается. При полностью заряженном конденсаторе С1 (напряжение на его обкладках (выводах) равно 0 5 U_nMT– 0 6 В). Базовый ток определяется только резистором R1, и напряжение на коллекторе транзистора при правильном выборе номинала резистора R1 равно 0,5 U_niiT.

Допустим теперь, что напряжение на источнике сигнала G немножко увеличилось, например, на 1 мВ (1000 мВ = 1 В). Через конденсатор С1, который начнет заряжаться, увеличится базовый ток транзистора VT1, следовательно, напряжение на его коллекторе уменьшится. И уменьшится не на 1 мВ, а на h₂₁, · 1 мВ. То есть коэффициент усиления этого каскада равен h_2u раз. Если теперь напряжение на источнике сигнала уменьшится, то уменьшится и базовый ток, а напряжение на коллекторе увеличится. И опять во столько же раз.

Но столь высокий коэффициент усиления возможен только в идеальном случае — когда емкость конденсатора С1 и входное сопротивление каскада на транзисторе VT1 бесконечны, а выходное сопротивление источника сигнала — генератора G — равно нулю. В реальных же схемах такого никогда не бывает! Выходное сопротивление источника сигнала R_BbU равно сопротивлению резистора R, если от воздействия внешних факторов у него изменяется сопротивление или сопротивлению катушки, если он носит индуктивный характер (напри мер, головка воспроизведения в кассетном магнитофоне) и от воздействия внешних факторов на его выводах индуцируется переменное напряжение (в таком случае резистор R не нужен). Входное сопротивление каскада на тран зисторе VT1 численно равно сопротивлению резистора R1, а емкостное сопротивление Х_с конденсатора С1 зависит от частоты сигнала и определяется по формуле (6). При бесконечно большой емкости этого конденсатора (т. е. его емкостное сопротивление равно нулю) коэффициент усиления каскада можно вычислить по формуле:

где к_{ус ид} — идеальный (максимальный) коэффициент усиления, равный h₂₁, транзистора.

Из этой формулы можно сделать несколько выводов.

1. Коэффициент усиления по напряжению транзисторного каскада можно уменьшить, если при неизменном сопротивлении источника сигнала R_Bhlxуменьшить сопротивление резистора R1 (R_BX). При этом увеличится коэффициент усиления по току, так как для баланса схемы нужно будет также уменьшить и сопротивление резистора R2, от которого зависит ток нагрузки. При увеличении сопротивлении этих резисторов оба коэффициента пропорционально изменятся в обратную сторону, и в целом произведение обоих этих коэффициентов всегда постоянно и равно h,,,.

2. Наибольший коэффициент усиления и по напряжению, и по току получается когда источник сигнала идеально согласован с усилителем на транзисторе VT1, т. е. когда отношение входного сопротивления к выходному равно h_2lj транзистора. В противном случае или напряжение, или ток сигнала частично гасится (теряется, выделяется) или на R„, или на R_BU„ и коэффициент усиления немного уменьшается.

Все это справедливо только при бесконечно большой емкости конденсатора С1. Если же она ймеет некоторое конечное значение, то конденсатор начинает дифференцировать входной сигнал: при уменьшении частоты входного сигнала (т. е. сигнала с выхода генератора G) его амплитуда на базе транзистора VT1 будет уменьшаться. Связано это с тем, что конденсатор, включенный между каскадами для гальванической развязки, не только пропускает переменную составляющую, но и сам заряжается-разряжается. Через сопротивления источника сигнала и его нагрузки. При довольно высоких частотах он не успевает сколь-нибудь заметно зарядиться-разрядиться, поэтому его влияние на сигнал очень мало и его можно не учитывать. Но на низких частотах, на которых емкостное сопротивление Х_с конденсатора меньше входного сопротивления R_BX источника сигнала, конденсатор будет «успевать» изменять свою заряженность в такт с сигналом, поэтому амплитуда сигнала на базе транзистора уменьшится. Поэтому, чтобы такого «безобразия» не происходило, емкостное сопротивление конденсатора на самой низкой частоте входного сигнала должно быть в к_ус раз меньше входного сопротивления его нагрузки, а в идеале — равняться выходному сопротивлению источника сигнала. Вообще, чем больше емкость такого конденсатора, тем лучше, но слишком сильно увеличивать ее нельзя, так как при этом возрастает длительность переходных процессов, т. е. время зарядки конденсатора от нуля до разности напряжений между каскадами При этом на выходе усилителя возникает сигнал постоянного тока с амплитудой, равной напряжению питания. Этот сигнал может повредить транзистор или его нагрузку.

Источник: А. С. Колдунов, Радиолюбительская азбука. Том 1. Цифровая техника. / А. С. Колдунов — М.: СОЛОН-Пресс, 2003. 272 с. — (Серия «СОЛОН — радиолюбителям» Выпуск 18)

Падение напряжения на открытом транзисторе. Ключевой режим работы биполярных транзисторов

Транзисторная импульсная и цифровая техника базируется на работе транзистора в качестве ключа. Замыкание и размыкание цепи нагрузки — главное назначение транзистора, работающего в ключевом режиме. По аналогии с механическим ключом (реле, контактором), качество транзисторного ключа определяется в первую очередь падением напряжения (остаточным напряжением) на транзисторе в замкнутом (открытом) состоянии, а также остаточным током транзистора в выключенном (закрытом) состоянии.

Важность рассмотрения свойств транзисторного ключа для уяснения последующего материала вытекает из того, что путем изменения состояний транзистора в последовательной цепи с резистором и источником питания осуществляются, по сути дела, формирование сигналов импульсной формы, а также различные преобразования импульсных сигналов в схемах и узлах импульсной техники. Транзистор применяют также в качестве бесконтактного ключа в цепях постоянного и переменного токов для регулирования мощности, подводимой к нагрузке.

Основой всех узлов и схем импульсной и цифровой техники является так называемая ключевая схема — каскад на транзисторе, работающем в ключевом режиме. Построение ключевой схемы подобно усилительному каскаду. Транзистор в ключевой схеме может включаться с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Наибольшее распространение получила схема ОЭ. Этот вид включения биполярного транзистора и используется далее при рассмотрении ключевого режима его работы.

Рисунок 4. 3 — Ключевая схема на транзисторе и графическое определение режимов открытого и закрытого состояний транзистора

Ключевая схема на транзисторе типа р-п-р показана на рисунке 4.3, а . Транзистор Т выполняет функцию ключа в последовательной цепи с резистором R K и источником питания.

Для удобства рассмотрения процессов в схеме в режимах открытого и закрытого состояний транзистора воспользуемся графоаналитическим методом, основанным на построении линии нагрузки а — б по постоянному току (рисунок 4.3, б ).

Линия нагрузки описывается соотношением U кэ = − (Е к − I к R к) и проводится так же, как для усилительного каскада. Точки пересечения линии нагрузки с вольт-амперными характеристиками транзистора определяют напряжения на элементах и ток в последовательной цепи.

Режим запирания (режим отсечки) транзистора осуществляется подачей на его вход напряжения положительной полярности (U вх > 0), указанной на рисунке 4. 3, а без скобок. Под действием входного напряжения эмиттерный переход транзистора запирается (U бэ > 0) и его ток I э = 0. Вместе с тем через резистор R б протекает обратный (тепловой) ток коллекторного перехода I к0 . Режиму закрытого состояния транзистора соответствует точка М з (см. рисунок 4.3, б ).

Протекание через нагрузку теплового тока I к0 связано с тем, что транзистор в закрытом состоянии не обеспечивает полного отключения нагрузочного резистора R к от источника питания. Малое значение I к0 является одним из критериев выбора транзистора для ключевого режима работы.

Величину запирающего входного напряжения U вх. з an выбирают из расчета того, чтобы при протекающем через резистор R б тепловом токе было обеспечено выполнение условия:

U бэ = U вх. з an − I к0 R б > 0.

Напряжение U 6э для германиевых транзисторов составляет 0,5…2,0 В.

Режим открытого состояния транзистора достигается изменением полярности входного напряжения (U вх М о на линии нагрузки.

Определим необходимые условия для создания открытого состояния транзистора. С этой целью предположим, что при U вх I б увеличивается постепенно. Увеличению тока базы будет соответствовать увеличение тока коллектора и перемещение рабочей точки из положения М з вверх по линии нагрузки. Напряжение U кэ транзистора при этом постепенно уменьшается. До некоторого граничного значения тока базы I б.гр сохраняется известная пропорциональная зависимость между I к и I б.

Мы разбирались с основами усилителей, немного было сказано о том, что такое обратная связь и коэффициент усиления. Был приведен расчет схемы на операционном усилителе. Теперь мы готовы заглянуть чуть глубже, чтобы понять основы основ.

Транзистор можно представить в виде переменного сопротивления. Положение регулятора зависит от тока подаваемого на базу. Если ток не подается, сопротивление перехода коллектор-эмиттер очень большое. При подаче на базу небольшого тока, сопротивление переменного резистора уменьшится, и по цепи К-Э потечет ток в h31 раз больше тока базы. h31 это величина коэффициента усиления транзистора, находится по справочнику.

Если ток базы постепенно увеличивать, то сопротивление перехода будет постепенно уменьшаться, до тех пор пока не станет близким к нулю. В этот момент транзистор будет полностью открыт, именно этот режим мы и рассматривали в статье про подключение нагрузки при помощи транзистора.

На этот раз нас интересует промежуточное состояние, так как вход и выход взаимосвязаны, то сигнал на выходе будет являться копией входного, но усиленный в несколько раз. Теперь разберемся с усилением. Дело в том, что h31, имеет довольно большой разброс для одного типа транзистора может находиться в пределах от 400 до 1000. Так же, он зависит от температуры. Поэтому, существует типовая схема усиления, которая учитывает все эти недостатки. Но для общего развития стоит рассказать какие они вообще бывают.

Вспомним что мы представляли усилитель, как черный ящик — две ножки вход и две выход. В случае с транзистором, одна из ножек будет постоянно общей для входа и для выхода. В зависимости от этого транзистор может быть включен по схеме с общем базой, с общим коллектором и общим эмиттером.

Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки. Наша цель рассмотреть включение по схеме с общим эмиттером, потому что данная схема позволяет усилить и ток, и напряжение.

На самом деле, информации с расчетом схемы с общим эмиттером в интернете полно, но на мой взгляд, она не годится для человека, который с трудом представляет себе как выглядит транзистор. Здесь мы будет рассматривать максимально упрощенный вариант, который позволит получить весьма приближенный, но, нам мой взгляд, понятный результат. Поэтому постараемся шаг за шагом разложить все по полочкам.

Реальный транзистор имеет несколько особенностей, которые нужно учитывать при разработке схемы. Например, если сигнал маленькой амплитуды подать на базу, то на выходе ничего не будет — транзистор просто напросто не откроется. Для того, чтобы на выходе появился сигнал, его нужно приоткрыть, т.е. подать на базу напряжение смещения, порядка 0,7В. Обычно это напряжение подается при помощи делителя напряжения. На номиналы резисторов пока не обращаем внимание, расчет будет чуть дальше.

Следующий момент, когда транзистор будет открываться, то по цепи коллектор-эмиттер потечет ток, причем когда транзистор будет полностью открыт, то ток будет ограничен только источником питания. Поэтому транзистор может сгореть. Величина максимального тока приводится в справочнике, поэтому для ограничения тока в цепь коллектора ставится токоограничивающий резистор (как для светодиода).

Осталось добавить резистор в цепь эмиттера. Смысл его в том, что когда под влиянием окружающей температуры напряжение на выходе изменяется, изменяется и ток коллектора. Так как ток коллектора и эмиттера одинаков, то и на эмиттерном резисторе изменяется напряжение. Напряжение базы и эмиттера связаны формулой U бэ = U б – U э. получается, что если на выходе напряжение увеличилось, то на базе оно уменьшится, при этом транзистор призакроется и наоборот. Таким образом транзистор сам себя регулирует, не давая напряжению изменяться под действием внешних факторов, т.е. эмиттерный резистор играет роль отрицательной обратной связи.

Вспомним, что коэффициент усиления находится в довольно большом диапазоне. Поэтому эмиттерный резистор, кроме того, за счет обратной связи, позволяет контролировать величину коэффициента усиления схемы. Отношение сопротивления коллекторного резистора к эмиттерному, примерно, является коэффициентом усиления Ku.

Любой источник сигнала имеет свое внутреннее сопротивление, поэтому для того чтобы ток от внешнего источника VCC не протекал через источник V1 ставят блокировочный конденсатор С1. В итоге мы получили схему усилителя с общим эмиттером.

Чтобы не было искажения сигнала, на базу необходимо подавать напряжение смещения, т. е. транзистор должен быть постоянно приоткрыт, поэтому даже при отсутствии сигнала на входе, по цепи коллектор-эмиттер постоянно будет протекать ток. Этот ток называется ток покоя, его рекомендуемая величина 1-2мА. Остановимся на 1мА.

Теперь нужно выбрать резисторы R3 и R4, Их величина будет определять ток покоя, но необходимо учесть, что транзистор не сможет усиливать напряжение ниже 0,7В, поэтому сигнал на выходе обычно колеблется относительно некоторой точки, в качестве которой обычно выбирают половину напряжения питания. Поэтому половина напряжения должна падать на этих резисторах, а вторая половина будет падать на транзисторе.

R3+R4 = (Uпит/2)/Iк = 2,5В/0,001 = 2,5кОм.
Требуемый коэффициент усиления 10, т.е. R3 должен быть больше R4 в 10 раз. Исходя из этого есть два условия:
R3+R4=2500
R3=10*R4

Подставим в первую формулу второе выражение
10R4+R4=2500
11R4=2500
R4=227 Ом ближайший реально существующий номинал 220 Ом
R3=10*R4=2270 ближайший номинал 2,2кОм

Пересчитаем напряжение средней точки на выходе, с учетом выбранных резисторов:
Uк=Uпит-(Rк*Iк)=5-2,2*0,001=2,8В

Теперь нужно вычислить ток базы, для транзистора BC547C h31min=420
Iб=(Uпит/(Rк+Rэ))/h31=(5/(2200+220))/420=0,00000492А

Ток делителя R1,R2 должен быть в 5-10раз больше тока базы, для того, чтобы не оказывать на него влияния
Iд=Iб*10=0,0000492А

Рассчитаем общее сопротивление делителя R1,R2
R12=Uпит/Iд=5/0,0000492=101 692 Ом

Напряжение Uбэ типовое для всех транзисторов, находится в пределах 0,55-0,7В. По знакомой формуле вычисляем напряжение на базе:
Uб=Uэ+Uбэ=0,22+0,66=0,88В

Отсюда вычислим сопротивление R2:
Rб2= (Rб1+Rб2)*Uб/Eп=(101*0,88)/5=17 776 или 18кОм по номинальному ряду

Из их суммы R1,R2 можно найти R1
R1=R12-R2=101-18=83кОм или 82кОм из существующих

Остался только блокировочный конденсатор, его величина должна быть больше
C>>1/2*pi*f*R2||R1 f — нижняя граница усиливаемой частоты, возьмем 20Гц
С=1/(6,28*20*82000)=0,09мкФ, можно поставить 0,47мкФ

В результате мы получили следующую схему:

Как видно выходной вольтметр показывает 432мВ, т.е. коэффициент усиления схемы получился Кu=432/50~8,5. Чуть меньше ожидаемого, но в целом неплохо. И еще один момент, на графиках видно, что сигнал, как уже говорилось, смещен относительно нуля, убрать постоянную составляющую можно поставив на выход конденсатор. Так же обратите внимание, что усиленный сигнал смещен относительно входного на 180 градусов.

Страшное слово — Транзистор

Ну вот, собственно, миновав семь скучных и бесполезных глав о всякой муре =), мы дошли-таки до самого интересного и захватывающего. До транзистора.

Современная электроника не смогла бы существовать, если бы не этот элемент! Ведь даже самая навороченная микросхема, где-то в глубине своей силиконовой души состоит из тех же самых транзисторов. Только — очень маленьких.

Транзистор — это усилительный элемент. Он усиливает слабую энергию подаваемого на него сигнала за счет энергии дополнительного источника питания.

Поясняю. Все мы ездили хоть раз на поезде, на электричке или, хотя бы, на трамвае. Когда поезд тормозит, всегда слышно характерное шипение. Это работает пневматический привод тормозов. Иными словами, сжатый воздух идет от бака к тормозам. Тормозные колодки подключены к поршню. Когда на поршень начинает давить сжатый воздух — поршень движется вперед и прижимает колодки плотно к колесу. Поезд тормозит… А отчего воздух начинает поступать на поршень? Вероятно, так хочет машинист. Он открывает у себя в кабине вентиль, и воздух идет. Все до неприличия просто!

Небольшая поясняющая картинка:

Теперь зададимся вопросом, а смог бы машинист остановить поезд, если бы тормозной рычаг был непосредственно связан с тормозными колодками? Наверно, нет. Каким бы качком он не был, остановить поезд человеку не под силу. А сжатый воздух делает это запросто, достаточно лишь открыть вентиль.

Посмотрим, что получилось: машинист тратит маленькую энергию на то, чтоб нажать тормозной рычаг. Открывается клапан, и мощный поток сжатого воздуха, с много большей энергией, прижимает тормозные колодки. То есть, клапан можно назвать усилительным элементом, который усиливает слабую энергию, затрачиваемую человеком за счет сильной энергии сжатого воздуха.

Смею Вас заверить, в транзисторе все абсолютно так же. Только через него проходит не сжатый воздух, а электрический ток. У транзистора три вывода: коллектор, эмиттер и база.

Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (Iк), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (Iб). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы, так же как и напор сжатого воздуха зависит от того, насколько открыт клапан. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается h31э . У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Итак, коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:

h31э = Iк / Iб

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

Iк = Iб * h31э

Рисуем схему.

В этой схеме транзистор управляет яркостью свечения лампочки. Иными словами, он регулирует ток, протекающий через лампочку. Поскольку лампочка подключена к коллектору транзистора, то и ток, текущий через нее является током коллектора.

Управляющий ток базы ограничивается резистором R1. Зная этот ток и коэффициент усиления транзистора (h31э), можно легко узнать ток коллектора. С другой стороны, зная, какой нам нужен ток коллектора, мы всегда можем вычислить ток базы и подобрать соответствующий резистор.

Немножко посчитаем:)

Пусть наша лампочка кушает ток 0,33 А,
а транзистор имеет h31э = 100.
Какой нужен ток базы, чтобы лампочка горела в полный накал?
И каким при этом будет сопротивление R1?

Полный накал — это когда ток потребления равен номинальному.
Номинальный — 0,33 А. Таким образом, необходимый ток коллектора — 0,33 А.
Ток базы должен быть меньше коллекторного в h31э раз. То есть — в 100 раз. То есть, он должен быть равен 0,33/100 = 0,0033А = 3,3 мА.
Ура, решили!!!

Режим насыщения транзистора — теория и практика

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

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

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

I_C=100×10/5000 А=20 мА

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

Теперь рассмотрим случай, когда

R_B=h_FER_L

и ток базы равен

I_B=V_CC/R_B=V_CC/(h_FER_L)

Следовательно, коллекторный ток равен

I_C=(h_FEV_CC)/(h_FER_L)=V_CC/R_L

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

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

I_C/I_B < h_FE/5

Для схемы типа той, какая показана на рис. 1, когда ток базы задается просто подключением резистора к источнику питания, мы выбираем

R_B/R_L < h_FE/5

Следовательно, для схемы на рис. 1, принимая типичное для транзистора 2N3053 (аналог КТ630Б — см. аналоги отечественных и зарубежных транзисторов) значение коэффициента усиления тока h_FE = 150, имеем

R_B/R_L < 150/5 = 30.

Следовательно, при R_L = 50 Ом мы выбираем

R_B < 30 х 50 Ом = 1,5 кОм.

Итак, если в качестве нагрузки используется лампа с сопротивлением 50 Ом, то для ее эффективного включения нам следует выбрать сопротивление базового резистора меньше 1,5 кОм. Если это невозможно, когда, например, в качестве R_B используется фоторезистор с минимальным сопротивлением 10 кОм, то следует воспользоваться схемой Дарлингтона, чтобы увеличить коэффициент усиления тока.

Если биполярный транзистор работает с током коллектора, близким к максимальному, и нужно поддержать напряжение V_CE(sat) на уровне долей вольта, то из-за уменьшения h_FE может понадобиться базовый ток больше, чем I_с/10.

Возможно покажется неожиданным, что V_CE(sat) может быть много меньше, чем напряжение V_BE, которое у кремниевого транзистора равно примерно 0,6 В. Происходит это потому, что в режиме насыщения переход коллектор-база смещен в прямом направлении. Следовательно, мы имеем два р-n перехода, смещенных в прямом направлении, включенных навстречу друг другу так, что падения напряжения на них взаимно компенсируются. Эта способность биполярного транзистора иметь в режиме насыщения очень маленькое падение напряжения между коллектором и эмиттером, делает его весьма полезным переключающим прибором. Многие из наиболее важных применений электроники, включая обширную область цифровой электроники, используют переключающие схемы.

В режиме переключений транзистор работает либо с фактически нулевым током коллектора (транзистор выключен) или с фактически нулевым напряжением на коллекторе (транзистор включен). В обоих случаях мощность, рассеиваемая на транзисторе, очень мала. Значительная мощность рассеивается только в то время, когда происходит переключение: в это время и напряжение коллектор-эмиттер и ток коллектора имеют конечные значения.

Маломощный транзистор, такой как 2N3053, с максимально допустимой рассеиваемой мощностью менее одного ватта, может переключать мощность в нагрузке в несколько ватт. Следует обратить внимание на то, что максимальные значения коллекторного напряжения и тока не должны выходить за допустимые пределы; кроме того, желательно осуществлять переключения возможно быстрее, чтобы избежать рассеяния чрезмерно большой мощности.

О транзисторах «на пальцах». Часть 1. Биполярные транзисторы — radiohlam.ru

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.

Сам по себе транзистор может только управлять током.

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.

Итак, первая группа — биполярные транзисторы.

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.

Режимы работы биполярного транзистора:

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=I_K.

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 h_21Э (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*I_Б) — 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…

И снова вперёд!

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=(I_К+I_Б)/I_Б=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.

Продолжение следует…

Есть ли у MOSFET падение напряжения на источнике и сток при включении?

МОП-транзистор: когда напряжение затвора велико относительно порогового напряжения Vth, падение напряжения от стока к источнику линейно зависит от тока (для малых напряжений << Vth МОП-транзистора), поэтому оно ведет себя как резистор. Сопротивление меньше, когда MOSFET более усилен, поэтому более высокое напряжение на n-канальном затворе MOSFET относительно источника. Эквивалентное сопротивление может составлять десятки Ом для маленького полевого МОП-транзистора до миллиом, для полевого полевого МОП-транзистора. Из таблицы 2N7000Вы можете видеть, что для напряжения на затворе 4 В и напряжения Vds <0,5 В сопротивление составляет пару Ом (типичный, наихудший случай будет гораздо больше). Поэтому, как правило, при 50 мА оно может упасть, может быть, до 100 мВ (Сопротивление Rds (on) — это наклон кривых вблизи начала координат). Rds (вкл) значительно возрастает при высокой температуре, поэтому будьте осторожны при использовании 25 ° C. Если вы не дадите ему достаточно напряжения на затворе (многие MOSFET задаются при 10 В, некоторые при 4,5 и менее при 1,8 или 2,5), вы можете получить гораздо более высокое Rds (включено).

BJT: падение напряжения от коллектора к эмиттеру зависит от тока, но не линейно. При низком и высоком базовом токе BJT может иметь падение напряжения в десятки милливольт. Из таблицы данных 2N3904 вы можете видеть характеристики, когда Ib = Ic / 10. Вы можете видеть, что, скажем, при токе 50 мА падение напряжения составляет около 90 мВ, что очень похоже на 2N7000. Vce (Sat) является соответствующей спецификации. Это довольно стабильно с температурой, но вы должны дать ему достаточно базового тока для ожидаемого тока коллектора. Если вы не дадите достаточно базового тока, напряжение от коллектора к эмиттеру может сильно возрасти. При более чем базовом напряжении оно больше не считается насыщенным.

Одно интересное различие между ними состоит в том, что MOSFET сбрасывает почти точно нулевое напряжение при нулевом токе, тогда как BJT падает, возможно, на 10 мВ при нулевом токе коллектора (при условии, что вы положили некоторый разумный ток в базу — это не отражено в приведенной выше кривой). Это делает MOSFET вообще превосходным переключателем для приложений точного приборостроения, где 10 мВ это большое дело.

Расчет падения напряжения на транзисторе

Во-первых: ток течет в базу, через эмиттер. во-вторых, ток течет через коллектор и выходит из эмиттера. Полный ток через эмиттер равен току через базу плюс ток через коллектор.

Для определения точного падения напряжения вам понадобится таблица данных. Однако не забывайте, что нет двух одинаковых транзисторов.

В таблице данных будут графики, которые можно использовать для поиска ожидаемых значений.Для некоторых расчетов полезно предположить, что напряжение Vbe обычно составляет около 0,7 В. Переход база-эмиттер по сути представляет собой диод, поэтому он ограничивает напряжение на себе примерно до 0,7 В. Используя этот факт, легко вычислить ток, идущий в базу: напряжение на R составляет приблизительно 5-0,7 = 4,3 В. Таким образом, ток, идущий в базу, должен быть приблизительно:

I = V / R = 4,3 / R

Итак, если вы знаете R, вы можете приблизительно рассчитать ток, протекающий в базе. Это даст вам один фактор, который поможет вам прочитать графики из таблицы данных транзистора.Скажем, R составляет 10 кОм, ток, текущий в базу, будет примерно 0,43 мА.

Теперь, используя этот базовый ток, вы можете рассчитать ток, протекающий через коллектор — просто умножьте его на hfe, коэффициент усиления транзистора по току. Но имейте в виду, что они могут сильно различаться, во-первых, между транзисторами одной модели, а также в разных условиях эксплуатации для этой модели. Скажем, hfe равно 50, ток, протекающий через коллектор, будет примерно 22,5 мА.

Используя приведенную выше схему, предположим, что на светодиоде падение напряжения составляет 2 В при 22.5 мА, это будет означать, что Vbe должно быть 5-2 = 3 В. Однако, опять же, падение напряжения светодиода при заданном токе будет незначительно отличаться между светодиодами одной и той же модели, а некоторые светодиоды, такие как белые светодиоды, имеют тенденцию иметь более высокое падение напряжения, например, 4 В.

Чтобы попытаться получить точное значение Vbe, есть формула, которую вы можете использовать, однако, учитывая различия между отдельными транзисторами, гораздо проще использовать только графики. Поскольку вам известны приблизительное напряжение Vce и приблизительный базовый ток Ib, вы можете найти Vbe на графике.

И учитывая диапазон возможных значений hfe, указанных в таблице данных (обычно они предоставляют три значения: минимальное, типичное и максимальное). Используя верхнюю и нижнюю границы hfe, вы можете затем вычислить верхнюю и нижнюю границу тока, который будет протекать через коллектор. Исходя из этого и из таблицы данных светодиода, вы можете рассчитать верхнюю и нижнюю границы Vce. Это значение будет полезно при уточнении возможных значений Vbe, поскольку часто Vbe существенно зависит от Vce и Ice; разница может составлять +/- 0.2v или около того.

Другим важным моментом является температура перехода транзистора. Итак, сколько энергии проходит через него, как долго, а также насколько хорошо он проводит тепло в окружающую среду, и температура этой среды будет определять температуру перехода транзистора, что, в свою очередь, будет влиять на такие значения, как hfe, Vbe и так далее.

Для указанной выше схемы вы можете использовать транзистор, например BC547 NPN, который представляет собой маломощный BJT NPN-транзистор общего назначения.Этой таблицы должно быть достаточно, чтобы вы получили хорошее представление о том, как она будет себя вести. Указанные выше значения hfe будут другими в BC547; в таблице данных указано, что минимальное значение равно 110, а максимальное — 800. Таким образом, ваша схема будет давать очень широкий диапазон потенциальных значений льда, поэтому будьте осторожны, чтобы не пережечь светодиод. Вы можете определить hfe любого отдельного транзистора, пропустив небольшой ток через базу, и измерить ток через коллектор; затем разделите Ic на Ib, и все в этой ситуации.(Если транзистор не «насыщен», то есть светодиод или что-либо еще на его месте в вашей цепи имеет почти 5 В, то есть транзистор не может больше увеличивать Ic, так как он уже действует как короткое замыкание.) Чтобы рассчитать hfe одного конкретного BC547, вы можете предположить, что он не будет иметь hfe менее 110, а затем рассчитать резистор, который заменит R и светодиод (назовем его Rled) на. Сделайте R в 800 раз больше, чем Rled, затем измерьте ток через Rled. Наконец, разделите этот ток на ток через R, и вы получите hfe (коэффициент усиления по току этого конкретного транзистора).(Vbe / kt) -1) не применяется, когда транзистор насыщен , так как будет ограничен. (См. ниже). Во-вторых, решение включает построение пересечения двух графиков: зависимости напряжения на R от Ir согласно закону Ома и Vbe от Ib с уравнением Эберса-Молла, решение для которых Ir и Ib равны. Ir vs Vr будет прямой линией, а Ib vs Vbe будет экспоненциальной.

График в вашем ответе выглядит правильно, если предположить, что он взят из схемы, которую вы указали в своем вопросе? (Я.е. со светодиодом?) Причина, по которой он может перестать быть линейным, заключается в том, что напряжение на светодиоде становится близким к 5 В, что означает насыщение транзистора. Таким образом, больший базовый ток приводит лишь к немного большему току через светодиод из-за небольшого снижения значений Vce в насыщении. Это отражено в следующем:

Если вы посмотрите на это техническое описание для 2N3904, в нем сведены в таблицу эти два значения:

VBE (sat) Напряжение насыщения база-эмиттер:

При IC = 10 мА и IB = 1.0 мА, тогда Vbe = 0,65
Если IC = 50 мА и IB = 5,0 мА, тогда Vbe = 0,85

Как рассчитать напряжения в транзисторах

Чтобы транзисторы работали правильно, правильные напряжение смещения и ток должны подаваться в правильных точках. Это напряжение смещения варьируется в зависимости от типа транзистора и используемых конструкционных материалов. Функция транзистора, будь то усилитель или переключатель, также будет определять количество напряжений, необходимых для достижения ожидаемых результатов.Множество используемых конфигураций транзисторов, работающих как переключатели или усилители, также играют роль в определении величины и направления напряжения, необходимого для нормальной работы транзистора.

Обратная связь и смещение

Определите напряжения смещения базы, измерив разность напряжений между двумя концами базового резистора (Rb). Это должно быть равно напряжению питания (Vcc).

Определите падение напряжения между переходами коллектора и эмиттера (Vce) транзистора по формуле Vce = Vcc — IcRc, где «Vce» — напряжение коллектора-эмиттера; «Vcc» — напряжение питания; и «IcRc» — это падение напряжения на базовом резисторе (Rb).

Определите Vcc в цепи с обратной связью. Это можно сделать по формуле: Vcc = Vrc + Vrb + Vbe + (Ic + Ib) Rc + IbRb + Vbe, где «Vrc» — напряжение на резисторе коллектора; «Vrb» — это напряжение на резисторе базы (подключенном к базе) и переходе между резистором коллектора и коллектором транзистора; и «Vbe» — напряжение на базе и эмиттере транзистора.

Напряжения переключения

Определите напряжения отключения и насыщения.Напряжение насыщения соответствует максимальному напряжению, проходящему через транзистор, в то время как напряжение отключения равно нулю, как показывает следующий расчет для насыщения: Vbb> IcRb / (Ic / Ib) + 0,7 В

Определите напряжение отключения. Базовый ток должен быть равен нулю, и, следовательно, ток коллектора должен быть равен нулю, чтобы это утверждение было верным: Vce = Vcc.

Постройте график линии нагрузки с «Ic» против «Vce», чтобы определить оптимальное рабочее напряжение, используя значения:

Vce = 0, Ic = Vcc / RL Vce = Vcc = Ic = 0

Средняя точка определяет оптимальное напряжение для работы транзистора.

Транзисторы 101

Транзисторы 101 Изучение транзисторов
(через простую схему драйвера светодиода)

Светодиод

Светодиод — это устройство, показанное выше. Помимо красные, они также могут быть желтыми, зелеными и синими. Буквы LED означают свет Излучающий диод. Что важно помнить о диодах (включая светодиоды) заключается в том, что ток может течь только в одном направлении.

Чтобы светодиод заработал, нужен источник питания и резистор.Если вы попытаетесь использовать светодиод без резистора, вы, вероятно, перегорите светодиод. Светодиод имеет очень маленькое сопротивление поэтому большое количество тока будет пытаться протекать через него, если вы не ограничите ток с резистором. Если вы попытаетесь использовать светодиод без источника питания, вы можете быть очень разочарованы.

Итак, в первую очередь сделаем наш Светодиод загорается при настройке схемы ниже.

Шаг 1.) Сначала вам нужно найти положительная ножка светодиода. Самый простой способ сделать это — поискать нога, которая длиннее.

Шаг 2.) Как только вы узнаете, с какой стороны положительный, включите светодиод макет таким образом, положительный отрезок находится в одном ряду, а отрицательный — в другом. (На картинке ниже ряды вертикальные.)

Шаг 3.) Поместите одну ногу 220 резистор Ом (неважно, на какой ноге) в том же ряду, что и отрицательный ножка светодиода. Затем поместите другую ножку резистора в пустой ряд.

Шаг 4.) Отключите блок питания. адаптер от блока питания. Затем поместите заземляющий (черный провод) конец адаптер питания в боковом ряду с синей полосой рядом Это.Затем вставьте положительный (красный провод) конец адаптера источника питания в боковой ряд с красной полосой рядом.

Шаг 5.) Используйте короткую перемычку. (используйте красный цвет, поскольку он будет подключен к положительному напряжению), чтобы перейти от положительный ряд мощности (тот, рядом с которым есть красная полоса) к положительному ножка светодиода (не в том же отверстии, а в том же ряду). Использовать другой короткая перемычка (используйте черный цвет) для перехода от заземляющего ряда к резистору (нога, не подключенная к светодиоду).См. Картинку ниже если необходимо.

Макет должен выглядеть как на картинке ниже.

Теперь подключите блок питания к стену, а затем подключите другой конец к адаптеру питания и Светодиод должен загореться. Ток течет от положительной ножки светодиода. через светодиод к отрицательной ножке. Попробуйте повернуть светодиод. Должно не загорается. Ток не может течь от отрицательного полюса светодиода к положительная нога.

Люди часто думают, что резистор должен быть первым на пути от положительного к отрицательному, чтобы ограничить количество тока, протекающего через светодиод.Но ток ограничен резистор независимо от того, где находится резистор. Даже когда вы впервые включаете мощность, ток будет ограничен определенной величиной, и его можно найти используя закон Ома.

Вездесущая полезность закона Ома:
[Напряжение (вольт) = ток (амперы) X сопротивление (Ом)]

Закон Ома может использоваться с резисторами найти ток, протекающий по цепи. Закон I = V / R (где I = ток, V = напряжение на резисторе и R = сопротивление).Для В приведенной выше схеме мы можем использовать только закон Ома для резистора, поэтому мы должны использовать то что при горит светодиоде на нем падение напряжения 1.9 (Кстати: падение напряжения зависит от типа светодиода). Это означает, что если положительная нога подключена к 5 вольт, отрицательная нога будет на 3,1 вольта (т. е. 5,0–1,9 = 3,1). Теперь, когда мы знаем напряжение на обеих сторонах резистор и может использовать закон Ома для расчета тока. Текущий (5,0-1,9) / 220 = 3,6 / 2000 = 0.0014 Ампер = 14 мА

Это ток, протекающий через путь от 5В к GND. Это означает, что через оба канала проходит 14 мА. Светодиод и резистор (так как они включены последовательно). Если мы хотим изменить ток, протекающий через светодиода (таким образом, изменяя яркость) мы можем поменять резистор. Меньший резистор пропускает больше тока, а резистор большего размера пропускает меньше текущий поток. Будьте осторожны при использовании резисторов меньшего размера, потому что они будут раздражаться. Кроме того, некоторые светодиоды будут повреждены, если вы ими воспользуетесь. за пределами их максимального текущего рейтинга…поэтому не используйте такой маленький резистор что вы будете генерировать чрезвычайно высокий ток (примечание: наш светодиод имеет максимум рабочий ток 20 мА).

Далее мы хотим иметь возможность превратить светодиод включается и выключается без изменения схемы. Для этого мы научимся использовать другой электронный компонент, транзистор.

Транзистор

Транзисторы — основные компоненты во всей современной электронике. Это просто переключатели, которые мы можем использовать для включения и выключения.Несмотря на то, что они простые, они самый важный электрический компонент. Например, транзисторы почти единственные компоненты, используемые для построения процессора Pentium. Один Pentium 4 имеет около 55 миллионов транзисторов (именно поэтому эти микросхемы становятся такими чертовыми). горячий). Те, что в Pentium, меньше чем те, которые мы будем использовать, но они работают одинаково.

Транзисторы (2N2222), которые мы будем использовать в наших проектах, выглядят так:

Транзистор имеет три ножки, Коллектор (C), база (B) и эмиттер (E).Иногда они помечены на плоская сторона транзистора. Транзисторы обычно имеют одну круглую сторону и одна плоская сторона. Если плоская сторона обращена к вам, ножка эмиттера Слева опорная ножка находится посередине, а коллекторная ножка находится на справа (примечание: некоторые специальные транзисторы имеют другую конфигурацию контактов, чем пакет ТО-92, описанный выше).

Обозначение транзистора

В электрические схемы (схемы) для представления NPN транзистора

Базовая схема

База (B) — переключатель включения / выключения для транзистора.Если к базе идет ток, будет путь от коллектора (C) к эмиттеру (E), где может течь ток (Переключатель включен.) Если к базе не течет ток, значит, нет ток может течь от коллектора к эмиттеру. (Переключатель выключен.)

Ниже приведена базовая схема, которую мы будем использовать для всех наших транзисторов.

Чтобы построить эту схему, нам нужно только добавить транзистор и еще один резистор к схеме, которую мы построили выше для светодиода.Перед внесением любых изменений отключите блок питания от адаптера блока питания. на макете. Чтобы вставить транзистор в макет, разъедините ножки немного и поместите его на макет так, чтобы каждая ножка находилась в отдельном ряду. В ножка коллектора должна быть в том же ряду, что и ножка резистора, который подключен к земле (с помощью черной перемычки). Затем переместите перемычку переход от земли к резистору 220 Ом к эмиттеру транзистора.

Затем поместите одну ногу 100 кОм резистор в ряду с базой транзистора и другой ножкой в пустая строка, и ваша макетная плата должна выглядеть, как на картинке ниже.

Теперь наденьте один конец желтой перемычки. провод в положительном ряду (рядом с красной линией), а другой конец — в ряд с ножкой резистора 100 кОм (конец не подключен к База). Снова подключите источник питания, транзистор включится и Загорится светодиод. Теперь переместите один конец желтой перемычки из положительный ряд к основному ряду (рядом с синей линией). Как только ты снимите желтую перемычку с плюса питания, есть ток не течет к базе.Это заставляет транзистор выключиться и ток не может течь через светодиод. Как мы увидим позже, очень через резистор 100 кОм протекает небольшой ток. Это очень важно потому что это означает, что мы можем контролировать большой ток в одной части цепи (ток, протекающий через светодиод) только с небольшим током от Вход.

Вернуться к закону Ома

Мы хотим использовать закон Ома, чтобы найти ток на пути от входа к базе транзистора и ток, протекающий через светодиод.Для этого нам нужно использовать два основных факты о конкретных транзисторах, которые мы используем:

1.) Если транзистор включен, тогда базовое напряжение на 0,7 вольт выше, чем напряжение эмиттера.

2.) Если транзистор включен, напряжение коллектора на 1,6 вольт выше, чем напряжение эмиттера.

Итак, когда резистор 100 кОм подключен к 5 В постоянного тока, схема будет выглядеть так:

Таким образом, ток, протекающий через резистор 100 кОм, равен (5-0.7) / 100000 = 0,000043 А = 0,043 мА.

Ток, протекающий через резистор 220 Ом, равен (3,1 — 1,6) / 220 = 0,0068 А = 6,8 мА.

Если мы хотим, чтобы ток протекал больше через светодиод мы можем использовать меньший резистор (вместо 220) и мы будет получать больше тока через светодиод без изменения величины тока который идет от входной линии к базовому резистору 100 кОм. Это означает, что мы можем контролировать вещи, которые используют большая мощность (например, электродвигатели) с дешевыми транзисторными схемами малой мощности. Скоро вы узнаете, как использовать компьютер для управления событиями в реальном мире. Хотя Выходы стандартного компьютера под управлением Windows не могут обеспечить достаточный ток для включения света и двигателей включения и выключения, компьютер может включать и выключать транзисторы (поскольку для этого требуется слабый ток) и Транзисторы могут управлять большим током для ламп и двигателей. Эта концепция называется усилением и представляет собой фундаментальную концепцию компьютерного интерфейса для эксперименты в реальном мире.

Примечание :
Это руководство в значительной степени основано на том, что изначально появилось на несуществующем веб-сайте www.iguanalabs.com (Посмертное спасибо ребятам из лаборатории игуаны).

Предположим, что прямое падение напряжения на каждом светодиоде составляет 2 вольта. Определить ток через …

Предположим, что прямое падение напряжения на каждом светодиоде составляет 2 вольта.Определите ток через резистор R, когда переключатель транзистора нижнего плеча включен, находится в состоянии насыщения и V_CE = 0,2 В. (V_CE — это падение напряжения между коллектором и эмиттером для насыщенного транзистора). Введите числовой ответ в миллиамперах. +12 В ¿t § R = 1002 1002 5 ван Транзистор ВКЛ.

Предположим, что прямое падение напряжения на каждом светодиоде составляет 2 вольта. Определить ток через …

Предположим, что прямое падение напряжения на каждом светодиоде составляет 2 вольта. Определите ток через резистор R, когда транзисторный ключ нижнего плеча включен, находится в состоянии насыщения и V_CE = 0.2 В. (V_CE — это падение напряжения между коллектором и эмиттером насыщенного транзистора.) Введите числовой ответ в миллиамперах. + 12В it & R = 1000 100_2 5 ВАУ Транзистор ВКЛ Ответ:

Предположим, что прямое падение напряжения на каждом светодиоде составляет 2 вольта. Определить ток через …

Предположим, что прямое падение напряжения на каждом светодиоде составляет 2 вольта. Определите ток через резистор R, когда транзисторный ключ нижнего плеча включен, находится в состоянии насыщения и V_CE = 0.2 В. (V_CE — это падение напряжения между коллектором и эмиттером насыщенного транзистора.) Введите числовой ответ в миллиамперах. + 12 В il & R = 100 100_2 5 пусто Транзистор ВКЛ.

Предположим, что прямое падение напряжения на каждом светодиоде составляет 2 вольта. Определить ток через …

Предположим, что прямое падение напряжения на каждом светодиоде составляет 2 вольта. Определите ток через резистор R, когда транзисторный ключ нижнего плеча находится в состоянии отсечки. + 12В B = 1002 100_2 транзистор ova ВЫКЛ.

В показанной схеме двигатель можно смоделировать как резистор на 30 Ом.Определяем мощность …

В показанной схеме двигатель можно смоделировать как резистор на 30 Ом. Определите мощность, подаваемую на двигатель, когда транзистор находится в режиме насыщения. Предположим, что падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора, V_CE, составляет 0,2 В. Введите числовой ответ в ваттах. +6 нижних CV — B

(6) Синий светодиод с прямым падением напряжения 3,5 В должен питаться от 12-вольтовой батареи. Чтобы зажечь синий светодиод до полной яркости, требуется ток 20 мА через светодиод.Синий светодиод имеет п …

(6) Синий светодиод с прямым падением напряжения 3,5 В должен питаться от 12-вольтовой батареи. Чтобы зажечь синий светодиод до полной яркости, требуется ток 20 мА через светодиод. Пиковое значение обратного напряжения синего светодиода равно 5 В. i) Нарисуйте диаграмму схемы устройства, которое вы будете использовать для включения светодиода на полную яркость. (ii Какое значение резистора вы будете использовать в своем …

решать Выберите токоограничивающий резистор для светодиода с прямым падением напряжения 2…

решать Выберите токоограничивающий резистор для светодиода с прямым падением напряжения 2 В и номинальным током 34 мА. Светодиод будет питаться от источника питания 5 В.

(6) Синий светодиод с прямым падением напряжения 3,5 В должен быть запитан от …

(6) Синий светодиод с прямым падением напряжения 3,5 В должен питаться от 12-вольтовой батареи. Чтобы зажечь синий светодиод на полную яркость, требуется ток 20 мА через светодиод. Пиковое значение обратного напряжения синего светодиода равно 5 В. (i) Нарисуйте принципиальную схему устройства, которое вы будете использовать для включения светодиода на полную яркость. (Ii) Какое значение резистора вы будете использовать в своем…

На светодиодах в следующей цепи падение напряжения в прямом направлении составляет 2 вольта. Определите R1 и …

На светодиодах в следующей цепи падение напряжения в прямом направлении составляет 2 В. Определите R1 и R2 так, чтобы каждый светодиод имел ток 20 мА. KR

На светодиодах в следующей цепи падение напряжения в прямом направлении составляет 2 вольта. Определите R7 и …

На светодиодах в следующей цепи падение напряжения в прямом направлении составляет 2 вольта. Определите R7 и R2 так, чтобы каждый светодиод имел ток 20 мА.ООН WS

Падение напряжения на открытом транзисторе. Основной режим работы биполярных транзисторов

Импульсная и цифровая технология транзисторов основана на работе транзистора как ключа. Замыкание и размыкание цепи нагрузки — основное назначение транзистора, работающего в ключевом режиме. По аналогии с механическим переключателем (реле, контактором) качество транзисторного переключателя определяется в первую очередь падением напряжения (остаточным напряжением) на транзисторе в закрытом (открытом) состоянии, а также остаточным током транзистора. в выключенном (закрытом) состоянии.

Важность рассмотрения свойств транзисторного ключа для понимания следующего материала вытекает из того факта, что при изменении состояний транзистора в последовательной цепи с резистором и источником питания фактически формируются сигналы импульсной формы. , а также различные преобразования импульсных сигналов в схемах и узлах импульсной техники. Транзистор также используется в качестве бесконтактного переключателя в цепях переменного и постоянного тока для регулирования мощности, подаваемой на нагрузку.

В основе всех узлов и схем импульсной и цифровой техники лежит так называемая ключевая схема — каскад на транзисторе, работающий в ключевом режиме.Построение ключевой схемы похоже на каскад усилителя. Транзистор в ключевой схеме может включаться с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Наибольшее распространение получила схема OE. Этот тип включения биполярного транзистора используется в дальнейшем при рассмотрении ключевого режима его работы.

Рисунок 4.3 — Схема ключа на транзисторе и графическое определение режимов открытого и закрытого состояний транзистора

Схема ключа

на транзисторе типа p-p-p показана на рисунке 4.3, a … Транзистор T действует как переключатель последовательно с резистором R K и источником питания.

Для удобства рассмотрения процессов в схеме в режимах открытого и закрытого состояний транзистора воспользуемся графоаналитическим методом, основанным на построении линии нагрузки a — b на постоянном токе (рисунок 4.3. , б ).

Линия нагрузки описывается соотношением U ke = — ( E to — I To R j) и выполняется так же, как и для каскада усилителя.Точки пересечения линии нагрузки с вольт-амперной характеристикой транзистора определяют напряжения на элементах и ток в последовательной цепи.

Режим блокировки (режим отсечки) транзистора осуществляется подачей напряжения положительной полярности на его вход ( U, in> 0), указанного на рисунке 4.3, a без скобок. Под действием входного напряжения эмиттерный переход транзистора запирается ( U e> 0) и его ток I e = 0.При этом через резистор R b протекает обратный (тепловой) ток коллекторного перехода I k0. Закрытому состоянию транзистора соответствует точка M h (см. Рисунок 4.3, b ).

Тепловой поток через нагрузку I к0 обусловлен тем, что транзистор в закрытом состоянии не обеспечивает полного отключения нагрузочного резистора R от источника питания. Малое значение I к0 является одним из критериев выбора транзистора для ключевого режима работы.

Величина входного напряжения блокировки U дюйм с ан выбрана таким образом, чтобы при протекании через резистор R b теплового тока обеспечивалось выполнение условия:

U bae = U дюймов с an — I k0 R b> 0.

Напряжение U 6e для германиевых транзисторов 0,5 … 2,0 В.

Режим открытого состояния транзистора достигается изменением полярности входного напряжения ( U inM o на линии нагрузки.

Определяем необходимые условия для создания открытого состояния транзистора. Для этого предположим, что для U inI b постепенно увеличивается. Увеличение тока базы будет соответствовать увеличению тока коллектора и смещению рабочей точки из положения M h вверх по линии нагрузки. Напряжение U кэ транзистора постепенно снижается. До определенного предельного значения базового тока I b.gr известная пропорциональная зависимость между I и I b.

Мы познакомились с основами усилителей, и мало что было сказано о том, что такое обратная связь и усиление. Приведен расчет схемы на операционном усилителе. Теперь мы готовы посмотреть немного глубже, чтобы понять основы основ.

Транзистор можно рассматривать как переменное сопротивление. Положение регулятора зависит от тока, подаваемого на базу. Если ток не подается, сопротивление перехода коллектор-эмиттер очень велико.Когда к базе подается небольшой ток, сопротивление переменного резистора уменьшится, и по цепям K-E ток будет протекать в 31 раз больше тока базы. h31 — величина усиления транзистора, найденная в справочнике.

Если ток базы постепенно увеличивать, сопротивление перехода будет постепенно уменьшаться, пока не станет близким к нулю. В этот момент транзистор будет полностью открыт, именно этот режим мы рассматривали в статье о подключении нагрузки с помощью транзистора.

На этот раз нас интересует промежуточное состояние, поскольку вход и выход взаимосвязаны, выходной сигнал будет копией входа, но усилен в несколько раз. Теперь посмотрим на выигрыш. Дело в том, что у h31 довольно большой разброс: для одного типа транзистора может быть в пределах от 400 до 1000. Также это зависит от температуры. Поэтому существует типовая схема усиления, учитывающая все эти недостатки. Но для общего развития стоит рассказать, какие они в целом.

Напомним, что мы представляли усилитель в виде черного ящика с двумя входными и двумя выходными ножками. В случае транзистора одна из ветвей будет постоянно общей для входа и выхода. В зависимости от этого транзистор может включаться по схеме с общей базой, с общим коллектором и общим эмиттером.

У каждой из этих схем есть свои преимущества и недостатки. Наша цель — рассмотреть возможность включения с помощью схемы с общим эмиттером, потому что эта схема позволяет усиливать как ток, так и напряжение.

На самом деле информации по расчету схемы с общим эмиттером в Интернете очень много, но, на мой взгляд, она не подходит для человека, который с трудом представляет, как выглядит транзистор. Здесь мы рассмотрим наиболее упрощенный вариант, который позволит получить очень приблизительный, но, на мой взгляд, понятный результат. Поэтому постараемся во всем разобраться поэтапно.

Настоящий транзистор имеет несколько особенностей, которые следует учитывать при проектировании схемы.Например, если на базу подать сигнал небольшой амплитуды, то на выходе ничего не будет — транзистор просто не откроется. Чтобы на выходе появился сигнал, его нужно немного приоткрыть, т.е. подать на базу напряжение смещения порядка 0,7В. Обычно это напряжение подается с делителем напряжения. На номиналы резисторов мы пока не обращаем внимания, расчет будет немного дальше.

В следующий момент, когда транзистор открывается, тогда ток будет течь по цепи коллектор-эмиттер, а когда транзистор полностью открыт, ток будет ограничиваться только источником питания.Следовательно, транзистор может перегореть. Значение максимального тока указано в инструкции, поэтому для ограничения тока в цепь коллектора помещается токоограничивающий резистор (как для светодиода).

Осталось добавить резистор в цепь эмиттера. Смысл его в том, что при изменении напряжения на выходе под действием температуры окружающей среды изменяется и ток коллектора. Поскольку токи коллектора и эмиттера одинаковы, напряжение на резисторе эмиттера также изменяется.Напряжения базы и эмиттера связаны формулой U be = U b — U NS. Получается, что если напряжение на выходе увеличится, то на базе будет уменьшаться, а транзистор закроется и наоборот. Таким образом, транзистор саморегулируется, предотвращая изменение напряжения под воздействием внешних факторов, т.е. резистор эмиттера действует как отрицательная обратная связь.

Напомним, что коэффициент усиления находится в довольно широком диапазоне.Поэтому эмиттерный резистор, помимо обратной связи, позволяет управлять величиной усиления схемы. Отношение сопротивления коллектора к эмиттеру примерно равно Ku.

Любой источник сигнала имеет собственное внутреннее сопротивление, поэтому для предотвращения протекания тока от внешнего источника VCC через источник V1 устанавливается блокировочный конденсатор C1. В результате мы получили схему усилителя с общим эмиттером.

Чтобы избежать искажения сигнала, к базе должно быть приложено напряжение смещения, т.е.е. транзистор должен быть постоянно открыт, поэтому даже при отсутствии сигнала на входе ток будет постоянно течь по цепи коллектор-эмиттер. Этот ток называется током покоя, его рекомендуемое значение 1-2 мА. Остановимся на 1 мА.

Теперь вам нужно выбрать резисторы R3 и R4, их значение будет определять ток покоя, но нужно учитывать, что транзистор не сможет усилить напряжение ниже 0,7 В, поэтому выходной сигнал обычно колеблется около некоторой точки. , которое обычно выбирают равным половине напряжения питания.Следовательно, половина напряжения должна падать на этих резисторах, а другая половина — на транзисторе.

R3 + R4 = (Upit / 2) / Ik = 2,5 В / 0,001 = 2,5 кОм.
Требуемый коэффициент усиления равен 10, т.е. R3 должен быть в 10 раз больше, чем R4. Исходя из этого, есть два условия:
R3 + R4 = 2500
R3 = 10 * R4

Подставьте второе выражение в первую формулу
10R4 + R4 = 2500
11R4 = 2500
R4 = 227 Ом ближайший действительный номинал 220 Ом
R3 = 10 * R4 = 2270 ближайший номинал 2.2кОм

Пересчитаем среднее напряжение на выходе с учетом выбранных резисторов:
Uk = Usup- (Rk * Ik) = 5-2,2 * 0,001 = 2,8В

Теперь нужно рассчитать ток базы, для транзистора BC547C h31min = 420
Ib = (Upit / (Rk + Re)) / h31 = (5 / (2200 + 220)) / 420 = 0,00000492A

Ток делителя R1, R2 должен быть в 5-10 раз больше тока базы, чтобы не влиять на него
Id = Ib * 10 = 0,0000492A

Рассчитаем полное сопротивление делителя R1, R2
R12 = Упит / Id = 5/0.0000492 = 101692 Ом

Напряжение Ube характерно для всех транзисторов, находится в пределах 0,55-0,7В. По знакомой формуле рассчитываем напряжение в базе:
Ub = Ue + Ube = 0,22 + 0,66 = 0,88V

Отсюда рассчитываем сопротивление R2:
Rb2 = (Rb1 + Rb2) * Ub / Ep = (101 * 0,88) / 5 = 17 776 или 18 кОм по номинальной строке

Из их суммы R1, R2 можно найти R1
R1 = R12-R2 = 101-18 = 83 кОм или 82 кОм от существующих

Остается только блокирующий конденсатор, его значение должно быть больше
C >> 1/2 * pi * f * R2 || R1 f — нижняя граница усиленной частоты, принять 20 Гц
C = 1 / (6.28 * 20 * 82000) = 0,09мкФ, можно поставить 0,47мкФ

В результате мы получили следующую схему:

Как видите, выходной вольтметр показывает 432мВ, т.е. коэффициент усиления схемы оказался Ku = 432/50 ~ 8.5. Чуть меньше, чем ожидалось, но в целом неплохо. И еще, графики показывают, что сигнал, как уже было сказано, смещен относительно нуля, можно убрать постоянную составляющую, поставив на выход конденсатор. Также обратите внимание, что усиленный сигнал смещен на 180 градусов от входного сигнала.

Страшное слово — Транзистор

Ну собственно, пройдя семь скучных и бесполезных глав про всю ерунду =), мы подошли к самому интересному и захватывающему. Перед транзистором.

Современная электроника не могла бы существовать, если бы не этот элемент! Ведь даже самая сложная микросхема где-то в глубине своей силиконовой души состоит из одних и тех же транзисторов. Только очень маленькие.

Транзистор — усилительный элемент.Он усиливает слабую энергию подаваемого на него сигнала за счет энергии дополнительного источника питания.

Позвольте мне объяснить. Все мы хоть раз ехали поездом, поездом или хотя бы трамваем. Когда поезд замедляется, всегда слышно характерное шипение. Это пневматический тормозной привод. Другими словами, сжатый воздух поступает от бака к тормозам. Тормозные колодки соединены с поршнем. Когда сжатый воздух начинает давить на поршень, поршень движется вперед и плотно прижимает колодки к колесу.Поезд тормозит … А почему на поршень начинает поступать воздух? Наверное, этого и хочет водитель. Он открывает клапан в своей кабине, и воздух выходит. Все до неприличия просто!

Небольшая пояснительная картинка:

Теперь зададимся вопросом, мог ли машинист остановить поезд, если бы рычаг тормоза был напрямую соединен с тормозными колодками? Возможно нет. Как бы он ни качки, человек не может остановить поезд. А сжатый воздух облегчает это, просто откройте клапан.

Посмотрим, что получилось: водитель тратит мало энергии, чтобы нажать на рычаг тормоза. Клапан открывается, и мощный поток сжатого воздуха с гораздо большей энергией прижимает тормозные колодки. То есть клапан можно назвать усилительным элементом, усиливающим слабую энергию, затрачиваемую человеком за счет сильной энергии сжатого воздуха.

Могу вас заверить, что в транзисторе все точно так же. Только через него проходит не сжатый воздух, а электричество… Транзистор имеет три вывода: коллектор, эмиттер и базу.

Между коллектором и эмиттером протекает сильный ток, он называется коллекторным током (Ic), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (Ib). Величина тока коллектора зависит от величины базового тока, так же как давление сжатого воздуха зависит от того, насколько открыт клапан. Причем ток коллектора всегда в определенное количество раз превышает ток базы.Это значение называется коэффициентом усиления по току, обозначается h31e … У разных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Итак, коэффициент усиления по току — это отношение тока коллектора к току базы:

h31e = Ik / Ib

Чтобы рассчитать ток коллектора, необходимо умножить ток базы на коэффициент усиления:

Ik = Ib * h31e

Рисуем схему.

В этой схеме транзистор регулирует яркость лампочки.Другими словами, он регулирует ток, протекающий через лампочку. Поскольку лампочка подключена к коллектору транзистора, то ток, протекающий через нее, является током коллектора.

Базовый ток управления ограничен R1. Зная этот ток и коэффициент усиления транзистора (h31e), можно легко узнать ток коллектора. С другой стороны, зная, какой ток коллектора нам нужен, мы всегда можем рассчитать ток базы и выбрать соответствующий резистор.

Давайте немного посчитаем 🙂

Пусть наша лампочка потребляет ток 0,33 А,
и транзистор имеет h31e = 100.
Какой базовый ток нужен для того, чтобы лампочка горела при полном накале?
А какое будет сопротивление R1?

Полное свечение — это когда ток потребления равен номинальному.
Номинал — 0,33 А. Таким образом, требуемый ток коллектора составляет 0,33 А.
Ток базы должен быть меньше тока коллектора в h31e раз.То есть 100 раз. То есть он должен быть равен 0,33 / 100 = 0,0033А = 3,3 мА.
Ура, решили !!!

Для схемы транзистора, показанной на рисунке, если бета-класс 12, физика CBSE

Подсказка: Используйте KVL в первом контуре, чтобы определить базовый ток. Мы знаем, что коэффициент усиления — это отношение тока коллектора к току базы. Рассчитайте ток коллектора, используя заданный коэффициент усиления. Затем используйте KVL во втором контуре, чтобы выразить падение напряжения на коллекторе и эмиттере.

Используемая формула:
Согласно закону Ома
\ [V = IR \]
\ [{\ beta _ {AC}} = \ dfrac {{{I_C}}} {{{I_B}}} \]
Здесь \ [{I_C} \] — ток коллектора, а \ [{\ beta _ {AC}} \] — коэффициент усиления переменного тока.

Полный пошаговый ответ:
Мы можем найти базовый ток в вышеупомянутой схеме транзистора, применив KVL в первом контуре, содержащем питание 5 В, сопротивление \ [8 \, k \ Omega \] следующим образом:
\ [ 5 — 8.6 {I_B} — {V_ {BE}} = 0 \]
Здесь \ [{V_ {BE}} \] — это падение напряжения на базе и эмиттере, а \ [{I_B} \] — ток базы. .
Мы заменяем 0,7 В вместо \ [{V_ {BE}} \] в приведенном выше уравнении.
\ [5 — 8,6 {I_B} — 0,7 = 0 \]
\ [\ Rightarrow {I_B} = \ dfrac {{5 — 0,7}} {{8.6}} \]
\ [\ Rightarrow {I_B} = 0,5 \, mA \]
Мы знаем соотношение,
\ [{\ beta _ {AC}} = \ dfrac {{{I_C}}} {{{I_B}}} \]
\ [\ Rightarrow {I_C} = {\ beta _ {AC}} {I_B} \]
Здесь \ [{I_C} \] — ток коллектора, а \ [{\ beta _ {AC}} \] — усиление по переменному току.
Мы заменяем 100 на \ [{\ beta _ {AC}} \] и 0,5 мА на \ [{I_B} \] в приведенном выше уравнении.
\ [{I_C} = \ left ({100} \ right) \ left ({0,5 \, mA} \ right) \]
\ [\ Rightarrow {I_C} = 50 \, mA \]
Теперь, чтобы определить падение напряжения на коллектор-эмиттер, мы применяем KVL — это второй контур следующим образом:
\ [{V_ {CC}} — {I_C} R — {V_ {CE}} = 0 \]
Здесь \ [{V_ {CC}} \] — это напряжение коллектора, а \ [{V_ {CE}} \] — напряжение на коллекторе-эмиттере. {- 3}} \, A} \ right) \ left ({100 \, \ Omega} \ right) — {V_ {CE}} = 0 \]
\ [\ Rightarrow {V_ {CE}} = 13 \, V \]

Следовательно, падение напряжения на коллектор-эмиттер составляет 13 В.

Примечание:
Мы знаем, что KVL утверждает, что напряжение в полной петле является суммой падений напряжения на каждом компоненте. ЕСЛИ в контуре есть добавочное напряжение, то его следует рассматривать как положительное, а если есть падение напряжения, то его следует рассматривать как отрицательное. В приведенном выше решении мы взяли напряжение коллектора положительным, потому что оно добавляется к напряжению из второго контура.

Электронные схемы для начинающих: Common Emitter

Продолжая работу с эмиттерным повторителем, вы узнали, что напряжение на эмиттере примерно равно напряжению на базе, независимо от резистора, используемого на эмиттере.Что действительно зависит от номинала используемого резистора, так это ток, протекающий через резистор эмиттера.

Ток, потребляемый резистором, определяется законом Ома
Ie = Vre / Re
, и поскольку напряжение на резисторе эмиттера практически такое же, как и напряжение базы, тогда
Ie = Vb / Re
, где Vre — напряжение резистора эмиттера. , Re — сопротивление эмиттерного резистора, Vb — базовое напряжение.

Вы также знаете, что ток в основном исходит от источника напряжения, подключенного к коллектору, поскольку база не вносит большого вклада в общий ток эмиттера, ее можно рассматривать как отдельную последовательную цепь.

Как последовательная цепь, вы знаете, что ток, протекающий в любой точке цепи, такой же, как и в любой другой точке цепи. Вы уже знаете ток эмиттера, поэтому ток через коллектор и любой подключенный к нему резистор будет таким же, как ток эмиттера.

Ток через резистор коллектора вызывает падение напряжения на нем, определяемое законом Ома как Vrc = Ic Rc
, где Vrc — напряжение на резисторе коллектора. Поскольку ток коллектора такой же, как ток эмиттера, вы получаете
Vrc = Ie Rc
У вас также есть, что ток эмиттера определяется как
Ie = Vb / Re

Весь этот сбор данных должен прийти к уравнению для напряжение на коллекторе
Vrc = [Vb / Re] Rc
, если его переписать, вы получите
Vrc = Vb [Rc / Re].

Это последнее уравнение дает нам простое определение напряжения на коллекторном резисторе, которое не зависит от бета (усиления по току) транзистора, характеристики, которая широко варьируется даже для одной и той же партии транзисторов, а также зависит от температуры. транзистора.

Напряжение на коллекторном резисторе само по себе не очень полезно, но его можно использовать для получения напряжения на соединении коллектор-резистор, другими словами, напряжения на самом транзисторе.

По законам Кирхгофа подаваемое напряжение представляет собой сумму всех напряжений, наведенных в компонентах, образующих замкнутый контур. На практике наша петля — это коллекторный резистор, сам транзистор и эмиттерный резистор. Вы уже знаете, как рассчитать напряжение на резисторах, и знаете, что сумма равна напряжению питания, поэтому Vcc — Vrc — Vre — Vce = 0, где Vce — это напряжение на коллекторе и эмиттере транзистора.

Поскольку большую часть времени выход этой схемы соединен от коллектора транзистора с землей, нам необходимо знать напряжение на коллекторе транзистора относительно земли, определяемое как
Vc = Vcc — Vrc
или в другие члены
Vc = Vre + Vce
Поскольку вычислить Vrc легче, чем Vce, первое уравнение является наиболее широко используемым.

Разное

+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74