Trei circuite pentru pornirea unui tranzistor bipolar. Tranzistor bipolar într-un circuit emițător comun
Introducere
Este dificil să ne imaginăm viața modernă fără electronice bine dezvoltate.
Însă echipamentul modern este asigurat de un set de dispozitive electrice și electronice de complexitate variabilă, constând din elemente cărora li se aplică tensiuni electrice sau curg curenți electrici. Indiferent cât de complexe dispozitivele electronice constau în cele din urmă dintr-o varietate de dispozitive electronice care au proprietăți foarte specifice. Astfel, pentru dezvoltarea, fabricarea sau exploatarea diverselor echipamente, trebuie, în primul rând, să se cunoască procesele care au loc în dispozitivele electronice în diverse condiții, precum și legile la care sunt supuse aceste procese, adică. stăpânește elementele de bază ale electronicii.
Tranzistorul este un dispozitiv controlat, curentul colectorului său depinde de curentul emițătorului, care, la rândul său, poate fi modificat de tensiunea de bază a emițătorului, U EB. Deoarece tensiunea în circuitul colector conectat invers este semnificativ mai mare decât în circuitul emițător conectat direct, iar curenții din aceste circuite sunt practic egali, puterea creată de componenta alternativă a curentului colector în sarcina conectată în colector circuitul poate consuma mult mai multă putere pentru controlul curentului din circuitul emițătorului, adică tranzistorul are un efect de amplificare.
Pentru amplificarea semnalelor electrice se folosesc circuite cu un colector comun (CC) și un emițător comun (CE). Funcționarea unui tranzistor bipolar conform unui circuit cu OE este determinată de caracteristicile statice de intrare și ieșire.
La pornirea unui tranzistor bipolar emițător comun(OE) semnalul de intrare este furnizat la bază și scos din colector. În acest caz, faza semnalului de ieșire diferă de semnalul de intrare cu 180°. Amplifică atât curentul, cât și tensiunea. Această includere a tranzistorului vă permite să obțineți cel mai mare câștig de putere, prin urmare este cel mai comun. Cu toate acestea, cu o astfel de schemă, distorsiunile neliniare ale semnalului sunt mult mai mari. În plus, cu această schemă de conectare, caracteristicile amplificatorului sunt influențate semnificativ de factori externi, cum ar fi tensiunea de alimentare sau temperatura ambiantă. Feedback-ul negativ este de obicei folosit pentru a compensa acești factori, dar reduce câștigul.
Tranzistoarele bipolare sunt controlate de curent. Într-un circuit cu OE - curent de bază. Tensiunea la joncțiunea bază-emițător rămâne aproape constantă și depinde de materialul semiconductor, pentru germaniu este de aproximativ 0,2 V, pentru siliciu este de aproximativ 0,7 V, dar tensiunea de control este furnizată cascadei în sine. Curentul de bază, colector și emițător și alte curenți și tensiuni din cascadă pot fi calculate folosind legea lui Ohm și regulile lui Kirchhoff pentru un circuit multi-circuit ramificat.
Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar
Un tranzistor este un dispozitiv semiconductor cu conversie electrică cu una sau mai multe joncțiuni electrice, potrivit pentru amplificarea puterii semnalelor electrice și având trei sau mai multe terminale. Conform principiului de funcționare, tranzistoarele sunt bipolare și cu efect de câmp.
Un tranzistor bipolar conține trei regiuni semiconductoare cu tipuri alternante de conductivitate n-p-n sau p-n-p, care sunt numite emițător, bază și respectiv colector.
Mod activ normal
Joncțiunea emițător-bază este pornită în direcția înainte (deschis), iar joncțiunea colector-bază este activată în sens invers (închis) U EB >0;<0;
Modul activ invers
Joncțiunea emițătorului are o conexiune inversă, iar joncțiunea colectorului are o conexiune directă.
Modul de saturație
Ambele joncțiuni pn sunt polarizate înainte (ambele deschise).
Modul de întrerupere
În acest mod, ambele joncțiuni p-n ale dispozitivului sunt polarizate în direcția opusă (ambele sunt închise).
Modul barieră
În acest mod baza Circuitul de curent continuu al tranzistorului este scurtcircuitat sau printr-un mic rezistor la colectorul său, iar un rezistor este conectat la circuitul colector sau emițător al tranzistorului, care stabilește curentul prin tranzistor.
În acest sens, tranzistorul este o diodă conectată în serie cu un rezistor.
Astfel de circuite în cascadă se disting printr-un număr mic de componente, o izolație bună de înaltă frecvență, un interval mare de temperatură de funcționare și nediscriminarea parametrilor tranzistorului.
Adept emițător- un caz special de repetoare de tensiune bazate pe un tranzistor bipolar. Caracterizat prin câștig mare de curent și câștig de tensiune apropiat de unitate. În acest caz, rezistența de intrare este relativ mare (cu toate acestea, este mai mică decât rezistența de intrare a adeptei sursei), iar rezistența de ieșire este mică.
Emițătorul de urmărire folosește un circuit tranzistor cu un colector comun (OC). Adică, tensiunea de alimentare este aplicată colectorului, semnalul de intrare este furnizat bazei și semnalul de ieșire este îndepărtat de la emițător. Ca rezultat, se formează un feedback negativ de tensiune 100%, care poate reduce semnificativ distorsiunile neliniare care apar în timpul funcționării. De asemenea, trebuie remarcat faptul că fazele semnalelor de intrare și de ieșire sunt aceleași. Acest circuit de conectare este utilizat pentru a construi amplificatoare de intrare, dacă impedanța de ieșire a sursei este mare, și ca amplificator tampon, precum și trepte de ieșire ale amplificatoarelor de putere.
Scheme de conectare
Circuit de conectare cu emițător comun
U out = U ke
Câștig curent:
I out /I in =I to /I b =I to /(I e -I to) = α/(1-α) = β [β>>1]
· Impedanță de intrare:
R în =U în /I în =U b /I b
Avantaje:
· Câștig mare de curent
· Câștig mare de tensiune
Cel mai mare câștig de putere
· Vă puteți descurca cu o singură sursă de alimentare
· Tensiunea AC de ieșire este inversată în raport cu intrarea.
Defecte:
· Proprietăți mai slabe de temperatură și frecvență în comparație cu un circuit de bază comun
În acest articol vom vorbi despre tranzistor. Vom arăta diagramele pentru conectarea acesteia și calculul unei cascade de tranzistori cu un emițător comun.
TRANZISTOR este un dispozitiv semiconductor pentru amplificarea, generarea și convertirea vibrațiilor electrice, realizat pe baza unui semiconductor monocristal ( Si– siliciu, sau Ge- germaniu), care conțin cel puțin trei zone cu electronice diferite ( n) și gaura ( p) - conductivitate. Inventat în 1948 de americanii W. Shockley, W. Brattain și J. Bardeen. Pe baza structurii lor fizice și a mecanismului de control al curentului, tranzistoarele sunt împărțite în bipolare (denumite mai des simplu tranzistori) și unipolare (denumite mai des tranzistori cu efect de câmp). În primul, care conține două sau mai multe tranziții electron-gaură, atât electronii, cât și găurile servesc ca purtători de sarcină în al doilea, fie electroni, fie găuri. Termenul „tranzistor” este adesea folosit pentru a se referi la receptoare portabile de transmisie bazate pe dispozitive semiconductoare.
Curentul din circuitul de ieșire este controlat prin modificarea tensiunii sau curentului de intrare. O mică modificare a cantităților de intrare poate duce la o schimbare semnificativ mai mare a tensiunii și curentului de ieșire. Această proprietate de amplificare a tranzistorilor este utilizată în tehnologia analogică (TV analogic, radio, comunicații etc.).
Tranzistor bipolar
Un tranzistor bipolar poate fi n-p-nŞi p-n-p conductivitate. Fără a căuta în interiorul tranzistorului, se poate observa diferența de conductivitate numai în polaritatea conexiunii în circuitele practice ale surselor de alimentare, condensatoarelor și diodelor care fac parte din aceste circuite. Figura din dreapta arată grafic n-p-nŞi p-n-p tranzistoare.
Tranzistorul are trei terminale. Dacă considerăm un tranzistor ca o rețea cu patru terminale, atunci ar trebui să aibă două terminale de intrare și două de ieșire. Prin urmare, unul dintre pini trebuie să fie comun atât pentru circuitele de intrare, cât și pentru cele de ieșire.
Circuite de conectare a tranzistoarelor
Circuit de conectare pentru un tranzistor cu un emițător comun– conceput pentru a amplifica amplitudinea semnalului de intrare în tensiune și curent. În acest caz, semnalul de intrare, amplificat de tranzistor, este inversat. Cu alte cuvinte, faza semnalului de ieșire este rotită cu 180 de grade. Acest circuit este principalul pentru amplificarea semnalelor de diferite amplitudini și forme. Rezistența de intrare a unei cascade de tranzistori cu OE variază de la sute de ohmi la câțiva kilo-ohmi, iar rezistența de ieșire - de la câțiva la zeci de kilo-ohmi.
Schema de conectare pentru un tranzistor cu un colector comun– conceput pentru a amplifica amplitudinea semnalului curent de intrare. Nu există un câștig de tensiune într-un astfel de circuit. Ar fi mai corect să spunem că câștigul de tensiune este chiar mai mic decât unitatea. Semnalul de intrare nu este inversat de tranzistor.
Rezistența de intrare a unei cascade de tranzistori cu OK variază de la zeci la sute de kilo-ohmi, iar rezistența de ieșire este în intervalul de sute de ohmi - unități de kilo-ohmi. Datorită faptului că există de obicei o rezistență de sarcină în circuitul emițătorului, circuitul are o rezistență mare de intrare. În plus, datorită amplificării curentului de intrare, are o capacitate mare de sarcină. Aceste proprietăți ale unui circuit de colector comun sunt folosite pentru a potrivi treptele tranzistorului - ca „etapă tampon”. Deoarece semnalul de intrare, fără a crește în amplitudine, este „repetat” la ieșire, circuitul de pornire a unui tranzistor cu un colector comun este numit și Adept emițător.
Există de asemenea Circuit de conectare pentru un tranzistor cu o bază comună. Această schemă de includere există în teorie, dar în practică este foarte dificil de implementat. Acest circuit de comutare este utilizat în tehnologia de înaltă frecvență. Particularitatea sa este că are o impedanță de intrare scăzută și este dificil să se potrivească o astfel de cascadă cu intrarea. Am destulă experiență în electronică, dar vorbind despre acest circuit tranzistor, îmi pare rău, nu știu nimic! L-am folosit de câteva ori ca circuit „al altcuiva”, dar nu mi-am dat seama niciodată. Permiteți-mi să explic: conform tuturor legilor fizice, un tranzistor este controlat de baza sa, sau mai degrabă de curentul care curge de-a lungul căii bază-emițător. Utilizarea terminalului de intrare a tranzistorului - baza la ieșire - nu este posibilă. De fapt, baza tranzistorului este „conectată” la corp la frecvență înaltă printr-un condensator, dar nu este folosită la ieșire. Și galvanic, printr-un rezistor de înaltă rezistență, baza este conectată la ieșirea cascadei (se aplică polarizarea). Dar, în esență, puteți aplica offset-ul de oriunde, chiar și dintr-o sursă suplimentară. Cu toate acestea, un semnal de orice formă care intră în bază este stins prin același condensator. Pentru ca o astfel de cascadă să funcționeze, terminalul de intrare - emițătorul printr-un rezistor de rezistență scăzută este „plantat” pe carcasă, de unde și rezistența de intrare scăzută. În general, circuitul de conectare pentru un tranzistor cu o bază comună este un subiect pentru teoreticieni și experimentatori. În practică este extrem de rar. În practica mea în proiectarea circuitelor, nu am întâmpinat niciodată necesitatea de a folosi un circuit tranzistor cu o bază comună. Acest lucru se explică prin proprietățile acestui circuit de conectare: rezistența de intrare este de la unități la zeci de ohmi, iar rezistența de ieșire este de la sute de kilo-ohmi la câțiva mega-ohmi. Astfel de parametri specifici sunt o nevoie rară.
Un tranzistor bipolar poate funcționa în moduri de comutare și liniar (amplificare). Modul cheie este utilizat în diferite circuite de control, circuite logice etc. În modul cheie, tranzistorul poate fi în două stări de funcționare - stare deschisă (saturată) și închisă (blocat). Modul liniar (amplificare) este utilizat în circuitele pentru amplificarea semnalelor armonice și necesită menținerea tranzistorului într-o stare „jumătate” deschisă, dar nu saturată.
Pentru a studia funcționarea unui tranzistor, vom considera circuitul de conectare al unui tranzistor cu emițător comun ca fiind cel mai important circuit de conectare.
Diagrama este prezentată în figură. Pe diagramă VT- tranzistorul în sine. Rezistoare R b1Şi R b2– un circuit de polarizare a tranzistorului, care este un divizor obișnuit de tensiune. Acest circuit asigură că tranzistorul este polarizat la „punctul de funcționare” în modul de amplificare a semnalului armonic fără distorsiuni. Rezistor R la– rezistența de sarcină a cascadei de tranzistori, concepută pentru a furniza curent electric de la sursa de alimentare la colectorul de tranzistori și a-l limita în modul tranzistor „deschis”. Rezistor R e– un rezistor de feedback crește în mod inerent rezistența de intrare a cascadei, reducând în același timp câștigul semnalului de intrare. Condensatorii C îndeplinesc funcția de izolare galvanică de influența circuitelor externe.
Pentru a vă înțelege mai clar cum funcționează un tranzistor bipolar, vom face o analogie cu un divizor de tensiune convențional (vezi figura de mai jos). Pentru început, un rezistor R 2 Să facem divizorul de tensiune controlabil (variabil). Schimbând rezistența acestui rezistor, de la zero la o valoare „infinit” mare, putem obține o tensiune la ieșirea unui astfel de divizor de la zero la valoarea furnizată la intrarea acestuia. Acum să ne imaginăm că rezistența R 1 Divizorul de tensiune este rezistorul colector al etapei tranzistorului și rezistorul R 2 Divizorul de tensiune este joncțiunea colector-emițător a tranzistorului. În același timp, prin aplicarea unei acțiuni de control sub forma unui curent electric la baza tranzistorului, modificăm rezistența joncțiunii colector-emițător, modificând astfel parametrii divizorului de tensiune. Diferența față de un rezistor variabil este că tranzistorul este controlat de un curent slab. Exact așa funcționează un tranzistor bipolar. Cele de mai sus sunt prezentate în figura de mai jos:
Pentru ca tranzistorul să funcționeze în modul de amplificare a semnalului, fără a distorsiona acesta din urmă, este necesar să se asigure chiar acest mod de funcționare. Ei vorbesc despre deplasarea bazei tranzistorului. Specialiștii competenți se amuză cu regula: tranzistorul este controlat de curent - aceasta este o axiomă. Dar modul de polarizare al tranzistorului este stabilit de tensiunea bază-emițător, nu de curent - aceasta este realitatea. Și pentru cineva care nu ia în considerare tensiunea de polarizare, niciun amplificator nu va funcționa. Prin urmare, valoarea sa trebuie luată în considerare în calcule.
Deci, funcționarea unei cascade de tranzistori bipolar în modul de amplificare are loc la o anumită tensiune de polarizare la joncțiunea bază-emițător. Pentru un tranzistor cu siliciu, tensiunea de polarizare este în intervalul 0,6...0,7 volți, pentru un tranzistor cu germaniu - 0,2...0,3 volți. Cunoscând acest concept, puteți nu numai să calculați treptele tranzistorului, ci și să verificați funcționalitatea oricărei trepte de amplificare a tranzistorului. Este suficient să folosiți un multimetru cu rezistență internă ridicată pentru a măsura tensiunea de polarizare a emițătorului de bază a tranzistorului. Dacă nu corespunde cu 0,6...0,7 volți pentru siliciu sau 0,2...0,3 volți pentru germaniu, atunci căutați defecțiunea aici - fie tranzistorul este defect, fie circuitele de polarizare sau decuplare ale acestei cascade de tranzistori sunt defecte. .
Cele de mai sus sunt reprezentate pe grafic - caracteristica curent-tensiune (caracteristica volt-ampere).
Majoritatea „specialiștilor”, uitându-se la caracteristica curent-tensiune prezentată, vor spune: Ce fel de prostie este desenată pe graficul central? Nu așa arată caracteristica de ieșire a unui tranzistor! Este afișat în graficul din dreapta! O să răspund, totul este corect acolo și a început cu tuburi cu vid cu electroni. Anterior, caracteristica curent-tensiune a unei lămpi era considerată a fi căderea de tensiune pe rezistorul anod. Acum, ei continuă să măsoare pe rezistența colectorului, iar pe grafic adaugă litere care indică căderea de tensiune pe tranzistor, ceea ce este profund greșit. Pe graficul din stânga eu b – U b este prezentată caracteristica de intrare a tranzistorului. Pe graficul central eu k – Uk Este prezentată caracteristica curent-tensiune de ieșire a tranzistorului. Și în graficul din dreapta I R – U R arată graficul curent-tensiune al rezistenței de sarcină R la, care este de obicei trecută drept caracteristica curent-tensiune a tranzistorului însuși.
Graficul are o secțiune liniară folosită pentru a amplifica liniar semnalul de intrare, limitat de puncte OŞi CU. Punctul de mijloc - ÎN, este exact punctul în care este necesar să se conțină un tranzistor care funcționează în modul de amplificare. Acest punct corespunde unei anumite tensiuni de polarizare, care este de obicei luată în calcule: 0,66 volți pentru un tranzistor cu siliciu sau 0,26 volți pentru un tranzistor cu germaniu.
Conform caracteristicii curent-tensiune a tranzistorului, vedem următoarele: în absența sau tensiunea de polarizare scăzută la joncțiunea bază-emițător a tranzistorului, nu există curent de bază și curent de colector. În acest moment, întreaga tensiune a sursei de alimentare scade la joncțiunea colector-emițător. Odată cu o creștere suplimentară a tensiunii de polarizare bază-emițător a tranzistorului, tranzistorul începe să se deschidă, apare curentul de bază și, odată cu acesta, crește curentul colectorului. La atingerea „zonei de lucru” la punct CU, tranzistorul intră în modul liniar, care continuă până la punctul O. În același timp, căderea de tensiune la joncțiunea colector-emițător scade, iar la rezistența de sarcină R la, dimpotrivă, crește. Punct ÎN– punctul de polarizare de funcționare al tranzistorului este punctul în care, de regulă, se stabilește o cădere de tensiune egală cu exact jumătate din tensiunea sursei de alimentare la joncțiunea colector-emițător a tranzistorului. Segment de răspuns în frecvență din punct CU, până la obiect O numită zonă de lucru cu deplasare. După punct O, curentul de bază și deci curentul colectorului crește brusc, tranzistorul se deschide complet și intră în saturație. În acest moment, tensiunea cauzată de structură scade la joncțiunea colector-emițător n-p-n tranziții, care este aproximativ egală cu 0,2...1 volți, în funcție de tipul de tranzistor. Restul tensiunii de alimentare scade peste rezistența de sarcină a tranzistorului - rezistorul R la., ceea ce limitează și creșterea în continuare a curentului de colector.
Din cifrele „suplimentare” inferioare, vedem cum se modifică tensiunea la ieșirea tranzistorului în funcție de semnalul furnizat la intrare. Tensiunea de ieșire (căderea tensiunii colectorului) a tranzistorului este defazată (180 de grade) cu semnalul de intrare.
Calculul unei cascade de tranzistori cu un emițător comun (CE)
Înainte de a trece direct la calculul etapei tranzistorului, să acordăm atenție următoarelor cerințe și condiții:
Calculul unei cascade de tranzistori se efectuează, de regulă, de la sfârșit (adică de la ieșire);
Pentru a calcula o cascadă de tranzistori, trebuie să determinați căderea de tensiune pe joncțiunea colector-emițător a tranzistorului în modul de repaus (când nu există semnal de intrare). Este selectat astfel încât să se obțină cel mai nedistorsionat semnal. Într-un circuit cu un singur capăt al unei trepte de tranzistor care funcționează în modul „A”, aceasta este, de regulă, jumătate din valoarea tensiunii sursei de alimentare;
În circuitul emițător al tranzistorului curg doi curenți - curentul colector (de-a lungul căii colector-emițător) și curentul de bază (de-a lungul căii bază-emițător), dar deoarece curentul de bază este destul de mic, poate fi neglijat și poate fi neglijat. se poate presupune că curentul colectorului este egal cu curentul emițătorului;
Un tranzistor este un element de amplificare, așa că este corect să rețineți că capacitatea sa de a amplifica semnale ar trebui să fie exprimată printr-o anumită cantitate. Mărimea amplificării este exprimată printr-un indicator preluat din teoria rețelelor cu patru terminale - factorul de amplificare a curentului de bază într-un circuit de comutare cu un emițător comun (CE) și este desemnat - h 21. Valoarea sa este dată în cărțile de referință pentru anumite tipuri de tranzistori și, de obicei, o fișă este dată în cărțile de referință (de exemplu: 50 - 200). Pentru calcule se selectează de obicei valoarea minimă (din exemplu selectăm valoarea - 50);
Colectionar ( R la) și emițător ( R e) rezistențele afectează rezistențele de intrare și de ieșire ale etajului tranzistorului. Putem presupune că impedanța de intrare a cascadei R în =R e *h 21, iar rezultatul este R out = R to. Dacă rezistența de intrare a etapei tranzistorului nu este importantă pentru dvs., atunci vă puteți descurca deloc fără un rezistor R e;
Valorile rezistenței R laŞi R e limitează curenții care circulă prin tranzistor și puterea disipată de tranzistor.
Procedura și exemplul de calcul al unei cascade de tranzistori cu OE
Date inițiale:
Tensiune de alimentare U i.p.=12 V.
Selectați un tranzistor, de exemplu: Tranzistor KT315G, pentru acesta:
Pmax=150 mW; Imax=150 mA; h 21>50.
Acceptăm Rk =10*R e
Se ia tensiunea b-e a punctului de funcționare a tranzistorului U bae= 0,66 V
Soluţie:
1. Să determinăm puterea statică maximă care va fi disipată de tranzistor în momentele de trecere a semnalului alternativ prin punctul de funcționare B al modului static al tranzistorului. Ar trebui să fie o valoare cu 20 la sută mai mică (coeficient 0,8) din puterea maximă a tranzistorului specificată în director.
Acceptăm P dis.max =0,8*P max=0,8*150 mW = 120 mW
2. Să determinăm curentul colectorului în modul static (fără semnal):
I k0 =P ras.max /U ke0 =P ras.max /(U i.p. /2)= 120mW/(12V/2) = 20mA.
3. Având în vedere că jumătate din tensiunea de alimentare scade peste tranzistor în modul static (fără semnal), a doua jumătate a tensiunii de alimentare va scădea peste rezistențe:
(R la +R e)=(U i.p. /2)/I la0= (12V/2)/20mA=6V/20mA = 300 Ohm.
Luând în considerare gama existentă de valori ale rezistenței, precum și faptul că am ales raportul Rk =10*R e, găsim valorile rezistenței:
R la= 270 Ohm; R e= 27 ohmi.
4. Să găsim tensiunea la colectorul tranzistorului fără semnal.
U k0 =(U kе0 + I k0 *R e)=(U i.p. - I k0 *R k)= (12 V - 0,02 A * 270 Ohm) = 6,6 V.
5. Să determinăm curentul de bază al controlului tranzistorului:
I b =I k /h 21 =/h 21= / 50 = 0,8 mA.
6. Curentul total de bază este determinat de tensiunea de polarizare de bază, care este stabilită de divizorul de tensiune R b1,R b2. Curentul rezistiv divizor de bază ar trebui să fie mult mai mare (de 5-10 ori) curentul de control de bază eu b, astfel încât acesta din urmă să nu afecteze tensiunea de polarizare. Alegem un curent divizor care este de 10 ori mai mare decât curentul de control de bază:
R b1,R b2: eu caz.=10*I b
= 10 * 0,8 mA = 8,0 mA.
Apoi rezistența totală a rezistențelor R b1 + R b2 = U i.p.
7. /I del.
= 12 V / 0,008 A = 1500 Ohm. Să găsim tensiunea la emițător în modul de repaus (fără semnal). Când se calculează o treaptă de tranzistor, este necesar să se țină seama de: tensiunea bază-emițător a tranzistorului de lucru nu poate depăși 0,7 volți! Tensiunea la emițător în modul fără semnal de intrare este aproximativ egală cu:
U e =I k0 *R e = 0,02 A * 27 Ohm = 0,54 V, Unde
8. eu k0
— curentul de repaus al tranzistorului. Determinarea tensiunii la bază
U b =U e +U fie
=0,54 V+0,66 V=1,2 V De aici, prin formula divizorului de tensiune găsim: R b2 = (R b1 +R b2 )*U b /U i.p.= 1500 Ohm * 1,2 V / 12V = 150 Ohm
Rb1 = (Rb1 +Rb2)-Rb2 R b1= 1500 Ohm - 150 Ohm = 1350 Ohm = 1,35 kOhm. R b1 Conform seriei rezistoare, datorită faptului că prin rezistor
9. De asemenea, curge curentul de bază, selectăm rezistorul în direcția descrescătoare:
= 1,3 kOhm. Condensatorii de separare sunt selectați pe baza caracteristicilor de amplitudine-frecvență necesare (lățimea de bandă) a cascadei. Pentru funcționarea normală a treptelor de tranzistor la frecvențe de până la 1000 Hz, este necesar să selectați condensatori cu o valoare nominală de cel puțin 5 μF. La frecvențe mai mici, răspunsul amplitudine-frecvență (AFC) al cascadei depinde de timpul de reîncărcare al condensatoarelor de separare prin alte elemente ale cascadei, inclusiv elemente ale cascadelor învecinate. Capacitatea ar trebui să fie astfel încât condensatoarele să nu aibă timp să se reîncarce. Rezistența de intrare a etajului tranzistorului este mult mai mare decât rezistența de ieșire. Răspunsul în frecvență al cascadei în regiunea de joasă frecvență este determinat de constanta de timp R în =R e *h 21, t n =R în *C în, Unde C în— separarea capacității de intrare a cascadei. t n =R în *C în C afară treapta tranzistorului, aceasta urmatoarea cascada si se calculeaza in acelasi mod. Frecvența de tăiere inferioară a cascadei (frecvența de tăiere a frecvenței de tăiere) f n = 1/t n<
Calculul modului cheie al etajului tranzistorului se realizează exact în același mod ca și calculul efectuat anterior al etajului amplificatorului. Singura diferență este că modul cheie presupune două stări ale tranzistorului în modul de repaus (fără semnal). Este fie închis (dar nu scurtcircuitat), fie deschis (dar nu suprasaturat). În același timp, punctele de funcționare de „repaus” sunt situate în afara punctelor A și C prezentate pe caracteristica curent-tensiune. Când tranzistorul ar trebui să fie închis în circuit într-o stare fără semnal, este necesar să îndepărtați rezistorul din circuitul în cascadă descris anterior. R b1. Dacă doriți ca tranzistorul să fie deschis în repaus, trebuie să măriți rezistența în circuitul în cascadă R b2 de 10 ori valoarea calculată și, în unele cazuri, poate fi eliminată din diagramă.
Amplificatorul este o rețea cu patru terminale, dintre care două terminale sunt proiectate pentru a conecta semnalul de intrare, iar celelalte două terminale sunt folosite pentru a elimina semnalul amplificat (tensiune sau curent) din ele. Tranzistorul are doar trei terminale, astfel încât pentru a implementa o rețea cu patru terminale, unul dintre terminale trebuie să fie conectat atât la intrarea cât și la ieșirea amplificatorului. În funcție de ce bornă a tranzistorului este comună atât la intrarea cât și la ieșirea amplificatorului, circuitele de comutare a tranzistorului se numesc:
- Circuit emițător comun
- Schemă cu o bază comună
- Circuit colector comun
Trebuie remarcat faptul că aceste circuite de comutare sunt utilizate nu numai pentru tranzistoarele bipolare, ci și pentru toate tipurile de tranzistoare cu efect de câmp. În ele, aceste circuite vor fi numite circuite sursă comună, poartă comună și, respectiv, circuite de scurgere comună. În toate diagramele ulterioare, limitele rețelei cvadrupoli a amplificatorului vor fi afișate cu o linie punctată. Pentru a conecta sursa și încărcarea semnalului, acestea au fiecare două ieșiri.
Circuit emițător comun
Cel mai comun circuit de conectare a tranzistorului este (OE). Acest lucru se datorează celui mai mare câștig de putere al acestui circuit. Circuitul emițător comun are atât câștig de tensiune, cât și de curent. Schema funcțională a conectării unui tranzistor cu un emițător comun este prezentată în Figura 1.
Figura 1. Schema funcțională a unui tranzistor cu emițător comun
În această diagramă, circuitele de alimentare ale colectorului și ale bazei tranzistorului nu sunt prezentate. Ne vom uita la acestea mai târziu într-un studiu mai detaliat cu emițător comun. Rezistența de intrare a circuitului tranzistorului cu emițător comun este determinată de caracteristica de intrare a tranzistorului. Depinde de bază și, în consecință, de curentul de colector al tranzistorului. Pentru majoritatea amplificatoarelor de putere redusă este de aproximativ 2,5 kOhm.
Schemă cu o bază comună
Circuit colector comun
Folosit de obicei pentru a obține impedanță mare de intrare. Câștigul de putere al acestui circuit tranzistor este mai mic în comparație cu un circuit cu emițător comun și este comparabil cu câștigul unui circuit cu bază comună. Acest lucru se datorează faptului că circuitul tranzistorului cu un colector comun nu amplifică tensiunea. În acest circuit, amplificarea curentului este efectuată numai. Schema funcțională a conectării unui tranzistor cu un colector comun este prezentată în Figura 3.
Figura 3. Schema funcțională a pornirii unui tranzistor cu un colector comun
În diagrama prezentată în Figura 5, circuitele de alimentare ale colectorului și ale bazei nu sunt prezentate. Rezistența de intrare a circuitului pentru pornirea unui tranzistor cu un colector comun este suma rezistenței bazei tranzistorului (ca într-un circuit cu un emițător comun) și rezistența din circuitul emițătorului convertită la intrare, prin urmare rezistența de intrare a circuitului cu un colector comun este foarte mare. Rezistența sa de intrare este cea mai mare dintre toate circuitele tranzistoare.
Literatură:
Citiți împreună cu articolul „Circuite de conectare a tranzistorilor”:
http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/KollStab/
http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/
Sunt tranzistoare bipolare. Circuitele de comutare depind de ce fel de conductivitate au (gaură sau electronică) și de funcțiile pe care le îndeplinesc.
Clasificare
Tranzistoarele sunt împărțite în grupuri:
- După materiale: cel mai des se folosesc arseniura de galiu și siliciul.
- După frecvența semnalului: scăzut (până la 3 MHz), mediu (până la 30 MHz), ridicat (până la 300 MHz), ultra-înalt (peste 300 MHz).
- Prin putere maximă de disipare: până la 0,3 W, până la 3 W, mai mult de 3 W.
- După tipul de dispozitiv: trei straturi conectate de semiconductor cu modificări alternative ale metodelor directe și inverse de conducere a impurităților.
Cum funcționează tranzistorii?
Straturile exterior și interior ale tranzistorului sunt conectate la electrozi de alimentare, numiți emițător, colector și, respectiv, bază.
Emițătorul și colectorul nu diferă unul de celălalt în ceea ce privește tipurile de conductivitate, dar gradul de dopaj cu impurități în acesta din urmă este mult mai scăzut. Aceasta asigură o creștere a tensiunii de ieșire admisă.
Baza, care este stratul mijlociu, are rezistență ridicată deoarece este realizată dintr-un semiconductor ușor dopat. Are o zonă de contact semnificativă cu colectorul, ceea ce îmbunătățește îndepărtarea căldurii generate din cauza polarizării inverse a joncțiunii și, de asemenea, facilitează trecerea purtătorilor minoritari - electroni. Deși straturile de tranziție se bazează pe același principiu, tranzistorul este un dispozitiv asimetric. Atunci când se schimbă locațiile straturilor exterioare cu aceeași conductivitate, este imposibil să se obțină parametri similari ai dispozitivului semiconductor.
Circuitele de comutare sunt capabile să-l mențină în două stări: poate fi deschis sau închis. În modul activ, când tranzistorul este pornit, polarizarea emițătorului joncțiunii se face în direcția înainte. Pentru a lua în considerare acest lucru vizual, de exemplu, pe o triodă semiconductoare de tip n-p-n, ar trebui să i se aplice tensiune de la surse, așa cum se arată în figura de mai jos.
Limita de la a doua joncțiune a colectorului este închisă și nu ar trebui să circule curent prin ea. Dar, în practică, opusul se întâmplă din cauza apropierii strânse a tranzițiilor între ele și a influenței lor reciproce. Deoarece „minusul” bateriei este conectat la emițător, joncțiunea deschisă permite electronilor să intre în zona de bază, unde se recombină parțial cu găuri - purtătorii majoritari. Se formează un curent de bază I b. Cu cât este mai puternic, cu atât este proporțional mai mare curentul de ieșire. Amplificatoarele care folosesc tranzistoare bipolare funcționează pe acest principiu.
Doar mișcarea de difuzie a electronilor are loc prin bază, deoarece acolo nu există nicio acțiune a câmpului electric. Datorită grosimii nesemnificative a stratului (microni) și dimensiunii mari a particulelor încărcate negativ, aproape toate cad în zona colectorului, deși rezistența de bază este destul de mare. Acolo sunt atrași de câmpul electric al tranziției, care promovează transferul lor activ. Curenții de colector și emițător sunt aproape egali unul cu celălalt, dacă neglijăm pierderea ușoară de sarcini cauzată de recombinare în bază: I e = I b + I c.
Parametrii tranzistorului
- Coeficienți de câștig pentru tensiunea U eq /U be și curent: β = I la /I b (valori reale). De obicei, coeficientul β nu depășește 300, dar poate ajunge la 800 sau mai mult.
- Impedanța de intrare.
- Răspunsul în frecvență este performanța unui tranzistor până la o frecvență dată, peste care procesele tranzitorii din acesta nu țin pasul cu modificările semnalului furnizat.
Tranzistor bipolar: circuite de comutare, moduri de operare
Modurile de funcționare diferă în funcție de modul în care este asamblat circuitul. Semnalul trebuie aplicat și îndepărtat în două puncte pentru fiecare caz și sunt disponibile doar trei terminale. Rezultă că un electrod trebuie să aparțină simultan la intrare și la ieșire. Acesta este modul în care orice tranzistor bipolar este pornit. Scheme de comutare: OB, OE și OK.
1. Schema cu OK
Circuit de conectare cu un colector comun: semnalul este furnizat unui rezistor R L, care este inclus și în circuitul colectorului. Această conexiune se numește circuit colector comun.
Această opțiune produce doar câștig de curent. Avantajul unui emițător urmăritor este crearea unei rezistențe mari de intrare (10-500 kOhm), care permite potrivirea convenabilă a treptelor.
2. Schema cu OB
Circuit de conectare pentru un tranzistor bipolar cu o bază comună: semnalul de intrare intră prin C 1, iar după amplificare este îndepărtat în circuitul colector de ieșire, unde electrodul de bază este comun. În acest caz, se creează un câștig de tensiune similar cu lucrul cu OE.
Dezavantajul este rezistența scăzută de intrare (30-100 Ohmi), iar circuitul cu OB este folosit ca oscilator.
3. Schema cu OE
În multe cazuri, când se folosesc tranzistoare bipolare, circuitele de comutare sunt realizate predominant cu un emițător comun. Tensiunea de alimentare este furnizată prin rezistența de sarcină R L, iar polul negativ al sursei de alimentare externe este conectat la emițător.
Semnalul alternativ de la intrare ajunge la electrozii emițător și de bază (V in), iar în circuitul colector devine mai mare ca valoare (V CE). Elementele principale ale circuitului: un tranzistor, un rezistor R L și un circuit de ieșire a amplificatorului cu putere externă. Auxiliar: condensatorul C 1, care împiedică trecerea curentului continuu în circuitul semnalului de intrare furnizat, și rezistența R 1, prin care se deschide tranzistorul.
În circuitul colector, tensiunile la ieșirea tranzistorului și la rezistorul R L sunt împreună egale cu valoarea EMF: V CC = I C R L + V CE.
Astfel, un mic semnal V in la intrare stabilește legea schimbării tensiunii de alimentare directă în tensiune alternativă la ieșirea convertorului cu tranzistor controlat. Circuitul asigură o creștere a curentului de intrare de 20-100 de ori și a tensiunii de 10-200 de ori. În consecință, crește și puterea.
Dezavantajul circuitului: rezistență scăzută de intrare (500-1000 Ohmi). Din acest motiv, apar probleme în formarea impedanței de ieșire de 2-20 kOhm.
Următoarele diagrame demonstrează cum funcționează un tranzistor bipolar. Dacă nu se iau măsuri suplimentare, performanța acestora va fi afectată în mare măsură de influențele externe, cum ar fi supraîncălzirea și frecvența semnalului. De asemenea, împământarea emițătorului creează distorsiuni neliniare la ieșire. Pentru a crește fiabilitatea funcționării, feedback-ul, filtrele etc. sunt conectate la circuit. În acest caz, câștigul scade, dar dispozitivul devine mai eficient.
Moduri de operare
Funcțiile tranzistorului sunt afectate de valoarea tensiunii conectate. Toate modurile de funcționare pot fi afișate dacă se utilizează circuitul prezentat anterior pentru conectarea unui tranzistor bipolar cu un emițător comun.
1. Modul de întrerupere
Acest mod este creat atunci când valoarea tensiunii V BE scade la 0,7 V. În acest caz, joncțiunea emițătorului se închide și nu există curent de colector, deoarece nu există electroni liberi în bază. Astfel, tranzistorul este oprit.
2. Mod activ
Dacă la bază este aplicată o tensiune suficientă pentru a porni tranzistorul, apare un curent mic de intrare și un curent de ieșire crescut, în funcție de mărimea câștigului. Apoi tranzistorul va funcționa ca un amplificator.
3. Modul de saturație
Modul diferă de cel activ prin faptul că tranzistorul se deschide complet și curentul colectorului atinge valoarea maximă posibilă. Creșterea acestuia poate fi obținută numai prin modificarea EMF aplicată sau a sarcinii în circuitul de ieșire. Când curentul de bază se modifică, curentul colectorului nu se modifică. Modul de saturație se caracterizează prin faptul că tranzistorul este extrem de deschis și aici servește ca comutator în starea de pornire. Circuitele pentru pornirea tranzistoarelor bipolare la combinarea modurilor de întrerupere și saturație fac posibilă crearea de comutatoare electronice cu ajutorul lor.
Toate modurile de funcționare depind de natura caracteristicilor de ieșire prezentate în grafic.
Ele pot fi demonstrate clar dacă este asamblat un circuit pentru pornirea unui tranzistor bipolar cu un OE.
Dacă trasați pe axele ordonatelor și absciselor segmentele corespunzătoare curentului maxim posibil de colector și valoarea tensiunii de alimentare V CC, apoi conectați capetele lor între ele, veți obține o linie de sarcină (roșu). Este descris prin expresia: I C = (V CC - V CE)/R C. Din figură rezultă că punctul de funcționare, care determină curentul colectorului IC și tensiunea V CE, se va deplasa de-a lungul liniei de sarcină de jos în sus pe măsură ce curentul de bază I V crește.
Zona dintre axa V CE și prima caracteristică de ieșire (umbrită), unde I B = 0, caracterizează modul de tăiere. În acest caz, curentul invers I C este neglijabil, iar tranzistorul este închis.
Caracteristica superioară în punctul A se intersectează cu sarcina directă, după care, cu o creștere suplimentară a I B, curentul colectorului nu se mai modifică. Zona de saturație de pe grafic este zona umbrită dintre axa I C și cea mai abruptă caracteristică.
Cum se comportă un tranzistor în diferite moduri?
Tranzistorul funcționează cu semnale variabile sau constante care intră în circuitul de intrare.
Tranzistor bipolar: circuite de comutare, amplificator
În cea mai mare parte, tranzistorul servește ca amplificator. Un semnal alternativ la intrare determină schimbarea curentului său de ieșire. Aici puteți folosi scheme cu OK sau cu OE. Semnalul necesită o sarcină în circuitul de ieșire. De obicei, un rezistor este utilizat în circuitul colectorului de ieșire. Dacă este ales corect, tensiunea de ieșire va fi semnificativ mai mare decât cea de intrare.
Funcționarea amplificatorului este clar vizibilă în diagramele de timp.
Când semnalele de impuls sunt convertite, modul rămâne același ca pentru cele sinusoidale. Calitatea conversiei componentelor lor armonice este determinată de caracteristicile de frecvență ale tranzistorilor.
Funcționare în modul de comutare
Proiectat pentru comutarea fără contact a conexiunilor în circuitele electrice. Principiul este de a schimba rezistența tranzistorului în trepte. Tipul bipolar este destul de potrivit pentru cerințele dispozitivului cheie.
Concluzie
Elementele semiconductoare sunt utilizate în circuitele de conversie a semnalului electric. Capacitățile universale și clasificarea mare permit tranzistoarelor bipolare să fie utilizate pe scară largă. Circuitele de comutare determină funcțiile și modurile de funcționare ale acestora. Depinde mult și de caracteristici.
Circuitele de comutare de bază ale tranzistoarelor bipolare amplifică, generează și convertesc semnalele de intrare și, de asemenea, comută circuitele electrice.
Academia de Automobile și Autostrăzi din Siberia
Departamentul APP și E
PROIECT DE CURS
„CALCULUL UNUI AMPLIFICATOR DE TRANZISTOR
CONFORM UNEI SCHEMA COMUNE DE EMITĂTOR”
la disciplina: „Inginerie electrică”
Opțiunea-17
Completat: art. gr. 31 AP
Tsigulev S.V.
Verificat de: Denisov V.P.
1. Concepte de bază
2. Scopul elementelor și principiul de funcționare a etajului amplificatorului conform circuitului cu OE
3. Misiunea de lucru
4. Procedura de calcul a unui amplificator tranzistor conform unui circuit cu OE
Bibliografie
1. Concepte de bază
Amplificatoarele sunt unul dintre cele mai comune dispozitive electronice utilizate în sistemele de automatizare și circuitele radio. Amplificatoarele sunt împărțite în preamplificatoare (amplificatoare de tensiune) și amplificatoare de putere. Preamplificatoarele cu tranzistori, ca și amplificatoarele cu tuburi, constau din una sau mai multe etape de amplificare. Mai mult, toate treptele de amplificare au proprietăți comune diferența dintre ele poate fi doar cantitativă: curenți, tensiuni diferite, valori diferite ale rezistențelor, condensatoarelor etc.
Pentru etapele preamplificatoarelor, circuitele rezistive (cu cuplaj reostatic-capacitiv) sunt cele mai frecvente. În funcție de metoda de furnizare a semnalului de intrare și de obținere a semnalului de ieșire, circuitele amplificatoare au primit următoarele denumiri:
1) cu o bază OB comună (Fig. 1, a);
2) cu un colector comun OK (follower emitter) (Fig. 1, b);
3) cu un emițător comun - OE (Fig. 1, c).
Cea mai comună este schema OE. Circuitul cu OB în preamplificatoare este rar. Emițătorul de urmărire are cea mai mare rezistență de intrare și cea mai scăzută rezistență de ieșire dintre toate cele trei circuite, așa că este utilizat atunci când se lucrează cu convertoare de înaltă rezistență ca primă treaptă de amplificare, precum și pentru potrivirea cu un rezistor de sarcină cu rezistență scăzută. În tabel 1 prezintă o comparație a diferitelor circuite de comutare a tranzistorului.
Tabelul 1
2. Scopul elementelor și principiul de funcționare a etajului amplificatorului conform circuitului cu OE
Există multe opțiuni pentru implementarea unui circuit de etapă amplificator folosind un tranzistor OE. Acest lucru se datorează în principal particularităților setării modului de repaus al cascadei. Vom lua în considerare caracteristicile etajelor de amplificare folosind exemplul circuitului din Figura 2, care este cel mai utilizat la implementarea unei cascade folosind componente discrete.
Elementele principale ale circuitului sunt sursa de alimentare
, elementul controlat este un tranzistor și un rezistor. Aceste elemente formează circuitul principal al etapei de amplificare, în care, datorită fluxului de curent de colector controlat prin circuitul de bază, se creează o tensiune alternativă amplificată la ieșirea circuitului. Elementele rămase ale cascadei joacă un rol de susținere. Condensatorii se separă. Condensatorul elimină șuntarea circuitului de intrare al cascadei de către circuitul sursă de semnal de intrare DC, ceea ce face posibilă, în primul rând, excluderea fluxului de curent continuu prin sursa de semnal de intrare de-a lungul circuitului → → și, în al doilea rând, asigurarea independența față de rezistența internă a acestei surse de tensiune la bază în regim de repaus. Funcția unui condensator se reduce la trecerea unei componente de tensiune alternativă în circuitul de sarcină și reținerea unei componente directe.
Rezistoare
și sunt folosite pentru a seta modul de repaus al cascadei. Deoarece tranzistorul bipolar este controlat de curent, curentul de repaus al elementului controlat (în acest caz, curent) este creat prin setarea valorii corespunzătoare a curentului de bază repaus. Un rezistor este proiectat pentru a crea un circuit de curgere a curentului. Împreună cu rezistența, furnizează tensiunea inițială la bază în raport cu borna „+” a sursei de alimentare.Rezistor
este un element de feedback negativ conceput pentru a stabiliza modul de repaus al cascadei atunci când temperatura se schimbă. Dependența de temperatură a parametrilor modului de repaus este determinată de dependența curentului colectorului de repaus de temperatură. Principalele motive pentru această dependență sunt schimbările de temperatură ale curentului inițial al colectorului, tensiunii și coeficientului. Instabilitatea temperaturii acestor parametri duce la o dependență directă a curentului de temperatură. În absența măsurilor de stabilizare a curentului, schimbările sale de temperatură provoacă o modificare a modului de repaus al cascadei, care poate duce, așa cum se va arăta mai jos, la modul de funcționare al cascadei în regiunea neliniară a caracteristicilor tranzistorului. și distorsiunea formei curbei semnalului de ieșire. Probabilitatea de distorsiune crește pe măsură ce amplitudinea semnalului de ieșire crește.Manifestarea feedback-ului negativ și efectul său stabilizator asupra curentului