Proč obvod OE našel největší uplatnění. Schéma zapojení pro připojení tranzistoru se společným kolektorem (OC). Kde koupit tranzistory

Zesilovač se společným emitorem býval základním obvodem všech zesilovacích zařízení.

V minulém článku jsme hovořili o nejjednodušším tranzistorovém předpětí. Toto schéma (obrázek níže) závisí na , a to zase závisí na teplotě, což není dobré. V důsledku toho se na výstupu obvodu může objevit zkreslení zesíleného signálu.

Aby se tomu zabránilo, je k tomuto obvodu přidáno několik dalších a výsledkem je obvod se 4 odpory:

Nazvěme rezistor mezi bází a emitorem R bae, a bude volán odpor připojený k emitoru R uh. Teď samozřejmě hlavní otázka zní: "Proč jsou v okruhu potřeba?"

Začněme možná tím R uh.

Jak si vzpomínáte, v předchozím schématu to nebylo. Předpokládejme tedy, že podél okruhu + Upit—->R do ——> kolektor—> emitor—>R e —-> zem elektrický proud protéká silou několika miliampérů (pokud neberete v úvahu malý základní proud, protože I e = I k + I b) Zhruba řečeno, dostaneme následující řetězec:

V důsledku toho budeme mít na každém rezistoru určitý pokles napětí. Jeho hodnota bude záviset na proudu v obvodu a také na hodnotě samotného odporu.

Pojďme si schéma trochu zjednodušit:

Rke je odpor přechodu kolektor-emitor. Jak víte, záleží hlavně na proudu báze.

V důsledku toho získáme jednoduchý dělič napětí, kde

Vidíme, že na emitoru již existuje NEBUDE napětí na nula voltů, jako tomu bylo v předchozím zapojení. Napětí na emitoru se již bude rovnat poklesu napětí na rezistoru R e.

Jaký je pokles napětí napříč R e? Vzpomeňme si na Ohmův zákon a vypočítejme:

Jak můžeme vidět ze vzorce, napětí na emitoru se bude rovnat součinu proudu v obvodu a hodnotě odporu rezistoru R e. Zdá se, že se to vyřešilo. Podíváme se na to, proč je celý tento povyk o něco nižší.

Jakou funkci plní rezistory? R b A R bae?

Tyto dva odpory jsou opět jednoduchým děličem napětí. Nastavují na základnu určité napětí, které se změní, pokud se změní + Upit, což se stává velmi zřídka. V ostatních případech bude napětí na základně mrtvé.

Vraťme se k R e.

Ukazuje se, že v tomto schématu hraje nejdůležitější roli.

Předpokládejme, že vlivem zahřívání tranzistoru se proud v tomto obvodu začne zvyšovat.

Nyní se podívejme, co se stane po tomto krok za krokem.

a) pokud se proud v tomto obvodu zvýší, pak se zvýší i úbytek napětí na rezistoru R e.

b) pokles napětí na rezistoru R e- toto je napětí na emitoru U e. Proto kvůli nárůstu proudu v obvodu U e trochu se to zvětšilo.

c) na základně máme pevné napětí U b tvořený odporovým děličem R b A R bae

d) napětí mezi bází a emitorem se vypočítá podle vzorce U be = U b - U e. Proto, U bae bude menší, protože U e zvýšil v důsledku zvýšeného proudu, který se zvýšil v důsledku zahřívání tranzistoru.

e) Jednou U bae snížil, což znamená aktuální sílu já b, průchod přes základnu-emitor také klesl.

f) Odvozeno z níže uvedeného vzorce já do

I k = β x I b

V důsledku toho, když klesá proud báze, klesá i proud kolektoru;-) Provozní režim obvodu se vrátí do původního stavu. V důsledku toho jsme dostali obvod s negativní zpětnou vazbou, který hrál odpor R uh. Při pohledu dopředu to řeknu O negativní O bratrský S ligace (OOS) stabilizuje obvod a pozitivní naopak vede k naprostému chaosu, ale někdy se používá i v elektronice.

Výpočet stupně zesilovače

1) Nejprve z datasheetu zjistíme maximální přípustný ztrátový výkon, který může tranzistor odvést do okolí. Pro můj tranzistor je tato hodnota 150 miliWattů. Nevytlačíme všechnu šťávu z našeho tranzistoru, takže snížíme ztrátový výkon vynásobením faktorem 0,8:

P závod = 150 x 0,8 = 120 miliwattů.

2) Určete napětí na U ke. Mělo by se rovnat polovině napětí Upit.

Uke = Upit / 2 = 12/2 = 6 voltů.

3) Určete kolektorový proud:

I k = P race / U k e = 120 × 10-3 / 6 = 20 miliampérů.

4) Od poloviny kleslo napětí na kolektoru-emitoru U ke, pak by na rezistory měla připadnout další polovina. V našem případě poklesne na rezistorech 6 voltů R to A R e. To znamená, že dostaneme:

Rk + Re = (Upit / 2) / I k = 6 / 20x10-3 = 300 Ohm.

Rk + Re = 300, A Rk = 10R e, protože K U = Rk/Re a vzali jsme K U = 10 ,

pak vytvoříme malou rovnici:

10Re + Re = 300

11Re = 300

Re = 300/11 = 27 Ohm

Rk = 27 x 10 = 270 Ohm

5) Určete základní proud Já základnu ze vzorce:

Koeficient beta jsme měřili v předchozím příkladu. Máme jich kolem 140.

Prostředek,

Ib = I k / β = 20x10-3 /140 = 0,14 miliampérů

6) Proud děliče napětí I případy, tvořené odpory R b A R bae, je obecně zvolen tak, aby byl 10krát větší než základní proud já b:

I div = 10I b = 10x0,14 = 1,4 miliampérů.

7) Najděte napětí na emitoru pomocí vzorce:

U e = I až R e = 20 x 10 -3 x 27 = 0,54 voltu

8) Určete napětí na základně:

U b = U b e + U uh

Vezměme průměr poklesu napětí báze-emitor U be = 0,66 voltu. Jak si pamatujete, jedná se o úbytek napětí na P-N přechodu.

Proto, Ub = 0,66 + 0,54 = 1,2 voltu. Přesně takové napětí bude nyní na naší základně.

9) Nyní, když známe napětí na bázi (rovná se 1,2 V), můžeme vypočítat hodnotu samotných odporů.

Pro usnadnění výpočtů přikládám část kaskádového diagramu:

Takže odtud musíme najít hodnoty rezistorů. Ze vzorce Ohmova zákona vypočítáme hodnotu každého rezistoru.

Pro usnadnění mějme pokles napětí o R b volal U 1 a pokles napětí je R bae vůle U 2.

Pomocí Ohmova zákona zjistíme hodnotu odporu každého rezistoru.

Rb = U 1 / I div = 10,8 / 1,4 x 10-3 = 7,7 kiloohmu. Vezmeme 8,2 kiloohmu z nejbližší řady

Rbe = U2 / I div = 1,2 / 1,4x10-3 = 860 Ohm. Ze série bereme 820 Ohmů.

V důsledku toho budeme mít na diagramu následující nominální hodnoty:

Kontrola funkce obvodu v hardwaru

Jen s teorií a výpočty se nespokojíte, takže obvod sestavíme v reálu a otestujeme v praxi. Dostal jsem tento diagram:

Takže vezmu svůj a připojím sondy na vstup a výstup obvodu. Červený průběh je vstupní signál, žlutý průběh je výstupní zesílený signál.

Nejprve aplikuji sinusový signál pomocí svého čínského frekvenčního generátoru:

Jak vidíte, signál se podle očekávání zesílil téměř 10x, jelikož náš faktor zesílení byl roven 10. Jak jsem již řekl, zesílený signál v obvodu OE je v protifázi, tedy posunutý o 180 stupňů.

Dejme další trojúhelníkový signál:

Zdá se, že to bzučí. Pokud se podíváte pozorně, jsou zde mírná zkreslení. Nelinearita vstupní charakteristiky tranzistoru se projevuje.

Pokud si vzpomenete na oscilogram obvodu se dvěma odpory

pak můžete vidět významný rozdíl v zisku trojúhelníkového signálu

Závěr

Obvod s OE byl používán jako nejoblíbenější v době vrcholu popularity bipolárních tranzistorů. A existuje pro to vysvětlení:

Za prvé, tento obvod zesiluje jak proud, tak napětí, a tedy i výkon P=UI.

Za druhé, jeho vstupní impedance je mnohem větší než výstupní impedance, což z tohoto obvodu činí vynikající zátěž s nízkou spotřebou a vynikající zdroj signálu pro zátěže, které ji následují.

No a teď nějaké mínusy:

1) obvod spotřebovává malý proud v pohotovostním režimu. To znamená, že nemá smysl ho dlouhodobě napájet bateriemi.

2) v naší době mikroelektroniky je již morálně zastaralý. Za účelem sestavení zesilovače je snazší koupit hotový mikroobvod a vyrobit jej na jeho základě

Název tranzistoru polovodičového zařízení je tvořen dvěma slovy: transfer - transfer+ odolat - odpor. Protože to může být skutečně reprezentováno ve formě nějakého odporu, který bude regulován napětím jedné elektrody. Tranzistor se někdy také nazývá polovodičová trioda.

První bipolární tranzistor byl vytvořen v roce 1947 a v roce 1956 byla za jeho vynález třem vědcům udělena Nobelova cena za fyziku.

Bipolární tranzistor je polovodičové zařízení, které se skládá ze tří polovodičů se střídavými typy vodivosti nečistot. Elektroda je připojena a vyvedena do každé vrstvy. Bipolární tranzistor využívá současně náboje, jejichž nosičem jsou elektrony ( n - „negativní“) a díry (p – „pozitivní “), to znamená nosiče dvou typů, proto vznikla předpona názvu „bi“ - dva.

Tranzistory se liší typem střídání vrstev:

P n p -tranzistor (přímé vedení);

Npn- tranzistor (reverzní vedení).

Základna (B) je elektroda, která je připojena k centrální vrstvě bipolárního tranzistoru. Elektrody z vnějších vrstev se nazývají emitor (E) a kolektor (K).

Obrázek 1 – Návrh bipolárního tranzistoru

Diagramy ukazují „ VT ", ve staré ruskojazyčné dokumentaci najdete označení "T", "PP" a "PT". Bipolární tranzistory jsou znázorněny na elektrických obvodech v závislosti na střídání polovodičové vodivosti takto:

Obrázek 2 – Označení bipolárních tranzistorů

Na obrázku 1 výše není rozdíl mezi kolektorem a emitorem vidět. Pokud se podíváte na zjednodušené znázornění průřezu tranzistoru, můžete vidět, že oblast p-n Kolektorový přechod je větší než u emitoru.

Obrázek 3 – Řez tranzistorem

Základna je vyrobena z polovodiče se slabou vodivostí, to znamená, že odolnost materiálu je vysoká. Předpokladem je tenká základní vrstva pro vznik tranzistorového efektu. Od kontaktní oblasti p-n Protože jsou přechody kolektoru a emitoru odlišné, polaritu připojení nelze změnit. Tato charakteristika klasifikuje tranzistor jako asymetrické zařízení.

Bipolární tranzistor má dvě charakteristiky proud-napětí (voltampérové ​​charakteristiky): vstup a výstup.

Charakteristika vstupní proud-napětí je závislost proudu báze ( já B ) od napětí báze-emitor ( U BE).

Obrázek 4 – Vstupní proudově napěťová charakteristika bipolárního tranzistoru

Charakteristika výstupní proud-napětí je závislost kolektorového proudu ( já K ) z napětí kolektor-emitor ( U KE).

Obrázek 5 – Výstupní proudově-napěťová charakteristika tranzistoru

Podívejme se na princip činnosti bipolárního tranzistoru. typ npn, pro pnp podobně se neuvažují pouze elektrony, ale díry.Tranzistor má dva p-n přechody. V aktivním provozním režimu je jeden z nich spojen s předpětím vpřed a druhý se zpětným předpětím. Když je EB přechod otevřený, elektrony z emitoru se snadno přesunou do báze (dochází k rekombinaci). Ale, jak již bylo zmíněno dříve, základní vrstva je tenká a její vodivost je nízká, takže některé elektrony mají čas přesunout se na spojení báze-kolektor. Elektrické pole pomáhá překonat (zesílí) bariéru přechodu vrstev, protože elektrony jsou zde menšinovými nosiči. S rostoucím proudem báze se spojení emitor-báze otevře stále více a více elektronů bude moci proudit z emitoru do kolektoru. Kolektorový proud je úměrný proudu báze a při jeho malé změně (regulace) se kolektorový proud výrazně mění. Takto je signál zesílen v bipolárním tranzistoru.

Obrázek 6 – Aktivní režim činnosti tranzistoru

Když se podíváte na obrázek, můžete to vysvětlit princip činnosti tranzistoru trochu jednodušší. Představte si, že KE je vodovodní potrubí a B je kohoutek, pomocí kterého můžete ovládat průtok vody. To znamená, že čím více proudu aplikujete na základnu, tím více dostanete na výstupu.

Hodnota kolektorového proudu se téměř rovná proudu emitoru, s vyloučením rekombinačních ztrát v bázi, která tvoří proud báze, takže platí vzorec:

I E = I B + I K.

Základní parametry tranzistoru:

Proudové zesílení je poměr efektivní hodnoty kolektorového proudu k proudu báze.

Vstupní odpor - podle Ohmova zákona se bude rovnat poměru napětí emitoru a báze U EB k ovládání proudu I B.

Napěťové zesílení – parametr je určen poměrem výstupního napětí U EC pro vstup U BE.

Frekvenční charakteristika popisuje schopnost tranzistoru pracovat až do určité mezní frekvence vstupního signálu. Po překročení maximální frekvence nestihnou fyzikální procesy v tranzistoru nastat a jeho zesilovací schopnosti se zredukují na nic.

Spínací obvody pro bipolární tranzistory

Pro připojení tranzistoru jsou nám k dispozici pouze jeho tři vývody (elektrody). Pro jeho normální provoz jsou tedy nutné dva zdroje energie. Jedna elektroda tranzistoru se připojí ke dvěma zdrojům současně. V důsledku toho existují 3 schémata zapojení pro bipolární tranzistor: OE - se společným emitorem, OB - společná báze, OK - společný kolektor. Každý má své výhody i nevýhody, v závislosti na aplikaci a požadovaných vlastnostech se volí připojení.

Spojovací obvod se společným emitorem (CE) se vyznačuje největším zesílením proudu a napětí a tím i výkonu. Při tomto zapojení je výstupní střídavé napětí posunuto o 180 elektrických stupňů vzhledem ke vstupu. Hlavní nevýhodou je nízká frekvenční charakteristika, tedy nízká hodnota mezní frekvence, která neumožňuje použití s ​​vysokofrekvenčním vstupním signálem.

(OB) poskytuje vynikající frekvenční odezvu. Neposkytuje ale tak velké napěťové zesílení signálu jako u OE. Ale k zesílení proudu vůbec nedochází, proto se tento obvod často nazývá sledovač proudu, protože má vlastnost stabilizace proudu.

Obvod se společným kolektorem (CC) má téměř stejné proudové zesílení jako u OE, ale napěťové zesílení je téměř rovné 1 (o něco menší). Napěťový offset není pro toto schéma zapojení typický. Říkám tomu také emitorový sledovač, protože výstupní napětí ( U EB ) odpovídají vstupnímu napětí.

Aplikace tranzistorů:

Zesilovací obvody;

Generátory signálu;

Elektronické klíče.

Obvod společného emitoru

Obvod společného emitoru (CE) je znázorněn na Obr. 1.11. Tranzistor p-p-p v tomto schématu to funguje stejně jako ve schématu s OB. Poznamenejme pouze, že obecně uznávaný směr proudů (od +E NA – zdroj napětí), jak je znázorněno na obr. 1.11, A, proti směru pohybu elektronů. Charakteristickým znakem obvodu s OE je, že zátěž je umístěna v okruhu kolektoru (obr. 1.11.6).

Rýže. 1.11. Schéma zapojení tranzistoru se společným emitorem (a); typický obrázek v diagramech(b)

Stejně jako u obvodu s OB je vstupním signálem v tomto obvodu napětí mezi bází a emitorem a výstupními hodnotami je kolektorový proud já k a napětí zátěže U ven = já Na R n Tranzistor v obvodu s OE je charakterizován součinitelem přenosu proudu

s hodnotami β = 10...100, což je spojeno s koeficientem α pro obvod se vztahem OB:

Odhadneme hodnoty činitelů zesílení obvodu s OE (jsou označeny indexem „E“).

Výstupní proud, jako v obvodu s OB, je proud já k, protékající zátěží a vstupní proud (na rozdíl od obvodu s OB) je proud báze já B; proudové zesílení obvodu s OE se rovná

Při α = 0,98 KIE = 0,98/(1 – 0,98) ≈ 50, tzn. několik desítek, což je mnohonásobně vyšší než obdobný koeficient pro okruh s OB.

Vstupní odpor v obvodu s OE je také výrazně vyšší než v obvodu s OB, protože v obvodu s OE je vstupní proud základní proud a v obvodu s OB je to mnohonásobně větší proud emitoru (konkrétně 1/ (1 – α ) ≈ β krát):

Hodnota vstupního odporu v obvodu s OE je ≈ β krát větší než v obvodu s OB a činí stovky ohmů.

Napěťový zisk v obvodu s OE je srovnatelný se stejným koeficientem v obvodu s OB:

Z hlediska zesílení výkonu je obvod s OE díky výrazně vyššímu proudovému zesílení také mnohonásobně lepší než obvod s OB:

a závisí na součiniteli přenosu proudu β a poměru zatěžovacího odporu ke vstupnímu odporu.

Díky uvedeným vlastnostem našel OE obvod velmi široké uplatnění.

Vstupní a výstupní charakteristiky obvodu se společným emitorem

Činnost obvodu je obvykle popsána pomocí vstupní a výstupní charakteristiky tranzistoru v konkrétním obvodu. Pro obvod s OE je vstupní charakteristika závislost vstupního proudu na napětí na vstupu obvodu, tzn. já B = F (UBE) při pevných hodnotách napětí kolektor-emitor ( U ke = konst).

Výstupní charakteristiky jsou závislosti výstupního proudu, tzn. kolektorový proud, z úbytku napětí mezi kolektorem a emitorem tranzistoru já k = F (A BÝT ) při základním proudu já B = konst.

Vstupní charakteristika v podstatě opakuje tvar diodové charakteristiky při přivedení propustného napětí (obr. 1.12, Obr. b). S rostoucím napětím U Vstupní charakteristika KE se posune mírně doprava.

Rýže. 1.12. Výstup(y) a vstup(b ) charakteristika tranzistoru v obvodu se společným emitorem

Typ výstupních charakteristik (obr. 1.12, A) výrazně odlišné v oblasti malých (úsek OA) a relativně velkých hodnot U ke. Připomeňme, že pro normální činnost tranzistoru je nutné, aby na přechod báze-emitor bylo přivedeno stejnosměrné napětí a na přechod báze-kolektor zpětné napětí. Proto, zatímco |1/ke|< 1/БЭ, напряжение на коллекторном переходе оказывается прямым, что резко уменьшает ток já j. S |UKE| > U Napětí BE na kolektorovém přechodu UБK = UКЭ – U BE se obrátí, a proto má malý vliv na velikost kolektorového proudu, která je určena hlavně proudem emitoru. Při tomto napětí všechny nosiče vstřikované emitorem do báze a procházející oblastí báze spěchají k externímu zdroji. Při napětí UBE< 0 эмиттер носителей не инжектирует и ток базы já B = 0, ale v kolektorovém obvodu protéká proud já K0 (nejnižší výstupní charakteristika). Tento proud odpovídá zpětnému proudu já 0 pravidelného p-n přechodu.

Když tranzistor pracuje, mění se jeho režim. Skutečně, čím větší proud protéká tranzistorem, tím větší je pokles napětí na zátěži, a tím méně napětí klesne na samotném tranzistoru. Charakteristiky uvedené na Obr. 1.12, a, b, pouze popsat statický režim provoz obvodu. Pro posouzení dynamiky a vlivu zatížení na činnost obvodu se používá graficko-analytická výpočetní metoda založená na vstupních a výstupních charakteristikách. Uvažujme tuto metodu na příkladu vstupní a výstupní charakteristiky obvodu s OE.

Narýsujme přímku bodem Ek vyneseným na ose úsečky a bodem E Na /R n vyneseno na ose pořadnic výstupní charakteristiky tranzistoru. Výsledná přímka se nazývá zatížení. Tečka E Na /R n tato přímka odpovídá proudu, který by mohl protékat zátěží při zkratování tranzistoru. Tečka E k odpovídá jinému extrémnímu případu - obvod je otevřený, proud zátěží je nulový a napětí Uke se rovná E j. Bod R průsečík zatěžovací čáry se statickou výstupní charakteristikou odpovídající vstupnímu proudu já B, určí provozní režim obvodu, tzn. zátěžový proud já k, pokles napětí na něm U n = já Na R n a úbytku napětí (/ke na vlastním tranzistoru. Na obr. 1.12 , A tečka R odpovídá dodávce proudu báze do tranzistoru já B = 1 mA. Je snadné vidět, že přívod základního proudu já B = 2 mA vede k posunutí pracovního bodu do bodu A a přerozdělení napětí mezi zátěží a tranzistorem.

Příklad 1.1. Vypočítejte obvod s OE a R n =110 Ohm při vstupním napětí UBE = +0,1 V, napájecí napětí E k = +25 V, s využitím charakteristiky tranzistoru.

Řešení. Pojďme najít vztah E K /R n = 25/110 = 228 mA a umístěním nalezeného bodu na osu já k a hodnotu E k = +25 V na ose Uke, nakreslíme přímku zatížení.

Pomocí vstupní charakteristiky pro napětí 1/BE = 0,1 V určíme vstupní proud já B = 1 ml.

Průsečík R rovné s odpovídající charakteristikou já B = 1 mA, určí proud já k = 150 mA.

Napětí zátěže je

Napětí mezi kolektorem a emitorem tranzistoru

Na závěr poznamenáváme, že režim odpovídající bodu A, volal saturační režim (pro dané hodnoty R n a E k proudu já k bodu A dosáhne nejvyšší možné hodnoty). Režim odpovídající bodu V (vstupní signál je nulový), stejně jako bod S (vstupní signál je záporný a vypíná tranzistor), tzv cut-off režimu. Všechny mezistavy tranzistoru se zátěží mezi body A A V odkazují na aktivní režim jeho díla.

Zdravím vás, drazí přátelé! Dnes bude řeč o bipolárních tranzistorech a informace se budou hodit především začátečníkům. Pokud vás tedy zajímá, co je to tranzistor, princip jeho činnosti a obecně k čemu slouží, pak si vezměte pohodlnější křeslo a pojďte blíž.

Pokračujme, a máme tu obsah, bude pohodlnější se v článku orientovat :)

Typy tranzistorů

Tranzistory jsou převážně dvou typů: bipolární tranzistory a tranzistory s efektem pole. Samozřejmě bylo možné zvážit všechny typy tranzistorů v jednom článku, ale nechci vám vařit kaši v hlavě. Proto se v tomto článku podíváme výhradně na bipolární tranzistory a o tranzistorech s efektem pole budu hovořit v některém z následujících článků. Neházejme vše dohromady, ale věnujte se každému zvlášť.

Bipolární tranzistor

Bipolární tranzistor je potomkem elektronkových triod, těch, které byly v televizorech 20. století. Triody odešly v zapomnění a ustoupily funkčnějším bratrům - tranzistorům, nebo spíše bipolárním tranzistorům.

Až na vzácné výjimky se triody používají ve vybavení pro milovníky hudby.

Bipolární tranzistory mohou vypadat takto.

Jak vidíte, bipolární tranzistory mají tři vývody a konstrukčně mohou vypadat úplně jinak. Ale na elektrických schématech vypadají jednoduše a vždy stejně. A celá tato grafická nádhera vypadá nějak takto.

Tento obrázek tranzistorů se také nazývá UGO (konvenční grafický symbol).

Navíc bipolární tranzistory mohou mít různé typy vodivosti. Existují tranzistory typu NPN a typu PNP.

Rozdíl mezi tranzistorem n-p-n a tranzistorem p-n-p je pouze v tom, že je „nosičem“ elektrického náboje (elektrony nebo „díry“). Tito. U pnp tranzistoru se elektrony pohybují z emitoru do kolektoru a jsou poháněny bází. U tranzistoru n-p-n jdou elektrony z kolektoru do emitoru a jsou řízeny bází. V důsledku toho dojdeme k závěru, že k nahrazení tranzistoru jednoho typu vodivosti jiným v obvodu stačí změnit polaritu přiváděného napětí. Nebo hloupě změnit polaritu zdroje energie.

Bipolární tranzistory mají tři vývody: kolektor, emitor a báze. Myslím, že bude těžké se splést s UGO, ale ve skutečném tranzistoru je snazší než kdy jindy se splést.

Obvykle je to, který výstup je určen, z referenční knihy, ale můžete to jednoduše. Vývody tranzistoru znějí jako dvě diody spojené ve společném bodě (v oblasti báze tranzistoru).

Vlevo je obrázek pro tranzistor typu p-n-p, při testování máte (pomocí odečtů multimetru) pocit, že před vámi jsou dvě diody, které jsou v jednom bodě spojeny svými katodami. U tranzistoru n-p-n jsou diody v základním bodě spojeny svými anodami. Myslím, že po experimentování s multimetrem to bude jasnější.

Princip činnosti bipolárního tranzistoru

Nyní se pokusíme zjistit, jak funguje tranzistor. Nebudu zabíhat do podrobností o vnitřní struktuře tranzistorů, protože tato informace bude pouze matoucí. Raději se podívejte na tento výkres.

Tento obrázek nejlépe vysvětluje princip fungování tranzistoru. Na tomto obrázku osoba ovládá kolektorový proud pomocí reostatu. Podívá se na proud báze, pokud se základní proud zvýší, pak osoba také zvýší kolektorový proud, přičemž vezme v úvahu zesílení tranzistoru h21E. Pokud klesne základní proud, sníží se i kolektorový proud - člověk to koriguje pomocí reostatu.

Tato analogie nemá nic společného se skutečnou činností tranzistoru, ale usnadňuje pochopení principů jeho činnosti.

U tranzistorů lze zaznamenat pravidla, která pomohou věci lépe pochopit. (Tato pravidla jsou převzata z knihy).

1. Kolektor má kladnější potenciál než emitor
2. Jak jsem již řekl, obvody báze-kolektor a báze-emitor fungují jako diody
3. Každý tranzistor je charakterizován mezními hodnotami, jako je kolektorový proud, proud báze a napětí kolektor-emitor.
4. Při dodržení pravidel 1-3 je kolektorový proud Ik přímo úměrný proudu báze Ib. Tento vztah lze zapsat jako vzorec.

Z tohoto vzorce můžeme vyjádřit hlavní vlastnost tranzistoru – malý proud báze řídí velký kolektorový proud.

Aktuální zisk.

Označuje se také jako

Na základě výše uvedeného může tranzistor pracovat ve čtyřech režimech:

1. Režim vypínání tranzistoru— v tomto režimu je spojení báze-emitor uzavřeno, k tomu může dojít, když je napětí báze-emitor nedostatečné. V důsledku toho neexistuje žádný základní proud, a proto nebude existovat ani kolektorový proud.
2. Aktivní režim tranzistoru- to je normální režim činnosti tranzistoru. V tomto režimu je napětí báze-emitor dostatečné k tomu, aby způsobilo otevření přechodu báze-emitor. Základní proud je dostatečný a kolektorový proud je také k dispozici. Kolektorový proud se rovná základnímu proudu vynásobenému zesílením.
3. Režim saturace tranzistoru - Tranzistor se přepne do tohoto režimu, když se základní proud stane tak velkým, že výkon napájecího zdroje jednoduše nestačí k dalšímu zvýšení kolektorového proudu. V tomto režimu se kolektorový proud nemůže zvýšit po zvýšení základního proudu.
4. Režim inverzního tranzistoru— tento režim se používá velmi zřídka. V tomto režimu jsou kolektor a emitor tranzistoru prohozeny. V důsledku takových manipulací velmi trpí zisk tranzistoru. Tranzistor nebyl původně navržen pro provoz v tak speciálním režimu.

Abyste pochopili, jak tranzistor funguje, musíte se podívat na konkrétní příklady obvodů, takže se podívejme na některé z nich.

Tranzistor ve spínacím režimu

Tranzistor ve spínaném režimu je jedním z případů tranzistorových obvodů se společným emitorem. Tranzistorový obvod ve spínacím režimu se používá velmi často. Tento tranzistorový obvod se používá například tehdy, když je potřeba řídit výkonnou zátěž pomocí mikrokontroléru. Noha regulátoru není schopna utáhnout silnou zátěž, ale tranzistor ano. Ukazuje se, že regulátor řídí tranzistor a tranzistor řídí výkonnou zátěž. No, první věci.

Hlavní myšlenkou tohoto režimu je, že základní proud řídí kolektorový proud. Kromě toho je kolektorový proud mnohem větší než základní proud. Zde je pouhým okem vidět, že aktuální signál je zesílen. Toto zesílení se provádí pomocí energie zdroje energie.

Na obrázku je schéma činnosti tranzistoru ve spínacím režimu.

U tranzistorových obvodů nehraje napětí velkou roli, záleží pouze na proudech. Pokud je tedy poměr kolektorového proudu k proudu báze menší než zesílení tranzistoru, pak je vše v pořádku.

V tomto případě, i když máme na bázi přivedeno napětí 5 voltů a v kolektorovém obvodu 500 voltů, pak se nic špatného nestane, tranzistor poslušně spíná vysokonapěťovou zátěž.

Hlavní věc je, že tato napětí nepřekračují mezní hodnoty pro konkrétní tranzistor (nastavené v charakteristikách tranzistoru).

Pokud víme, aktuální hodnota je charakteristikou zátěže.

Neznáme odpor žárovky, ale víme, že provozní proud žárovky je 100 mA. Aby se tranzistor otevřel a umožnil takový proud protékat, je potřeba zvolit vhodný proud báze. Základní proud můžeme upravit změnou hodnoty základního odporu.

Protože minimální hodnota zesílení tranzistoru je 10, pak pro otevření tranzistoru musí být proud báze 10 mA.

Proud, který potřebujeme, je známý. Napětí na rezistoru báze bude Tato hodnota napětí na rezistoru je způsobena tím, že na přechodu báze-emitor ubývá 0,6V-0,7V a nesmíme to zapomenout vzít v úvahu.

Díky tomu snadno zjistíme odpor rezistoru

Zbývá jen vybrat konkrétní hodnotu z několika rezistorů a je hotovo.

Teď si asi myslíte, že tranzistorový spínač bude fungovat jak má? Že při zapojení základního odporu na +5 V se žárovka rozsvítí, při zhasnutí žárovka zhasne? Odpověď může a nemusí být ano.

Jde o to, že zde existuje malá nuance.

Žárovka zhasne, když se potenciál odporu rovná potenciálu země. Pokud je odpor jednoduše odpojen od zdroje napětí, pak není vše tak jednoduché. Napětí na základním rezistoru může zázračně vzniknout v důsledku rušení nebo jiných zlých duchů z jiného světa :)

Chcete-li zabránit tomuto efektu, proveďte následující. Další rezistor Rbe je zapojen mezi bázi a emitor. Tento rezistor je vybrán s hodnotou alespoň 10krát větší než základní rezistor Rb (v našem případě jsme vzali rezistor 4,3 kOhm).

Při připojení báze na libovolné napětí tranzistor funguje jak má, rezistor Rbe mu neruší. Tento odpor spotřebovává pouze malou část základního proudu.

V případě, že na základnu není přivedeno napětí, je základna vytažena až k zemnímu potenciálu, což nás ušetří všech druhů rušení.

V zásadě jsme tedy přišli na činnost tranzistoru v režimu klíče a jak vidíte, klíčový režim provozu je druh napěťového zesílení signálu. Ostatně napětí 12 V jsme ovládali pomocí nízkého napětí 5V.

Následovník emitoru

Emitorový sledovač je speciální případ tranzistorových obvodů se společným kolektorem.

Charakteristickým rysem obvodu se společným kolektorem od obvodu se společným emitorem (volba s tranzistorovým spínačem) je, že tento obvod nezesiluje napěťový signál. To, co prošlo základnou, vyšlo ven přes emitor se stejným napětím.

Ve skutečnosti řekněme, že jsme na základnu přivedli 10 voltů, zatímco víme, že na přechodu základna-emitor někde kolem 0,6-0,7V poklesne. Ukazuje se, že na výstupu (u emitoru, na zátěži Rн) bude napětí báze minus 0,6V.

Ukázalo se, že 9,4 V, jedním slovem, téměř tolik, kolik šlo dovnitř a ven. Ujistili jsme se, že tento obvod nám nezvýší napětí.

"Jaký má potom smysl takto zapínat tranzistor?" ptáte se. Ale ukazuje se, že toto schéma má ještě jednu velmi důležitou vlastnost. Obvod pro připojení tranzistoru se společným kolektorem výkonově zesiluje signál. Výkon je součinem proudu a napětí, ale protože se napětí nemění, výkon se zvyšuje pouze díky proudu! Zatěžovací proud je součtem základního proudu plus kolektorového proudu. Ale pokud porovnáte základní proud a kolektorový proud, základní proud je ve srovnání s kolektorovým proudem velmi malý. Ukazuje se, že zatěžovací proud se rovná kolektorovému proudu. A výsledkem je tento vzorec.

Nyní si myslím, že je jasné, co je podstatou obvodu sledovače emitoru, ale to není vše.

Emitorový sledovač má další velmi cennou vlastnost - vysokou vstupní impedanci. To znamená, že tento tranzistorový obvod nespotřebovává téměř žádný vstupní proud a nezatěžuje obvod zdroje signálu.

Pro pochopení principu činnosti tranzistoru budou tyto dva tranzistorové obvody zcela postačující. A pokud experimentujete s páječkou ve svých rukou, zjevení vás prostě nenechá čekat, protože teorie je teorie a praxe a osobní zkušenosti jsou stokrát cennější!

Kde mohu koupit tranzistory?

Stejně jako všechny ostatní rádiové komponenty lze tranzistory zakoupit v jakémkoli blízkém obchodě s rádiovými díly. Pokud bydlíte někde na periferii a o takových obchodech jste neslyšeli (jako já předtím), pak zbývá poslední možnost – objednat si tranzistory z internetového obchodu. Sám často objednávám rádiové komponenty přes internetové obchody, protože něco prostě nemusí být v běžném offline obchodě dostupné.

Pokud však sestavujete zařízení čistě pro sebe, nemůžete se o něj starat, ale vytáhnout ho ze starého a takříkajíc vdechnout nový život staré rádiové komponentě.

Tak přátelé, to je za mě vše. Řekl jsem ti všechno, co jsem dnes plánoval. Pokud máte nějaké dotazy, zeptejte se jich v komentářích, pokud nemáte žádné dotazy, napište komentáře, váš názor je pro mě vždy důležitý. Mimochodem, nezapomeňte, že každý, kdo zanechá komentář poprvé, dostane dárek.

Nezapomeňte se také přihlásit k odběru nových článků, protože na vás dále čeká spousta zajímavých a užitečných věcí.

Přeji vám hodně štěstí, úspěchů a slunečné nálady!

Od n/a Vladimír Vasiliev

P.S. Přátelé, nezapomeňte se přihlásit k odběru aktualizací! Přihlášením k odběru budete dostávat nové materiály přímo na váš email! A mimochodem, každý, kdo se přihlásí, dostane užitečný dárek!

Schéma zapojení pro zapojení bipolárního tranzistoru se společným emitorem je na Obr. 6.13:

V tranzistoru zapojeném do obvodu se společným emitorem dochází k zesílení nejen v napětí, ale i v proudu. Vstupními parametry pro obvod se společným emitorem bude základní proud já B a napětí na bázi vzhledem k emitoru U BE a výstupní charakteristika bude kolektorový proud já NA a kolektorové napětí U CE. Pro jakékoli napětí:

U CE = U KB + U BÝT

Charakteristickým rysem provozního režimu s OE je stejná polarita předpětí na vstupu (základna) a výstupu (kolektor): záporný potenciál v případě pnp-tranzistorový a kladný v případě npn-tranzistor. V tomto případě je spojení báze-emitor vychýleno v dopředném směru a spojení báze-kolektor je vychýleno v opačném směru.

Dříve, při analýze bipolárního tranzistoru v obvodu se společnou bází, byl vztah mezi kolektorovým proudem a proudem emitoru získán v následující podobě:
. V obvodu se společným emitorem pro pnp-tranzistor (v souladu s prvním Kirchhoffovým zákonem) (6.1):
, odtud dostaneme:

Součinitel α/(1-α) volal proudový zisk bipolárního tranzistoru v obvodu se společným emitorem . Označme tento koeficient znaménkem β , Tak:

.

Součinitel přenosu proudu pro tranzistor zapojený do obvodu se společným emitorem β ukazuje, kolikrát se kolektorový proud změní já K při změně základního proudu já B. Od hodnoty koeficientu přenosu α je blízko k jednotě ( α <1), то из уравнения (6.38) следует, что коэффициент усиления β bude výrazně větší než jednota ( β >>1). Při hodnotách koeficientu přenosu α =0,98÷0,99 základní proudový zisk bude v rozsahu β = 50÷100.

6.2.1 Statická proudově-napěťová charakteristika tranzistoru zapojeného do obvodu se společným emitorem

Uvažujme charakteristiku proud-napětí pnp-tranzistor v režimu OE (obr. 6.13, 6.14).

Na U CE =0
. Zvýšené napětí U BÝT koncentrace na přechodu EB se zvyšuje (obr. 6.15a), zvyšuje se koncentrační gradient vstřikovaných otvorů, difúzní proud otvorů, jako u přímo předpjatých pn-přechod, roste exponenciálně (t. A) a od proudu emitoru se liší pouze měřítkem (6.36) .

S reverzními napětími na kolektoru a pevným napětím na ED | U BÝT| (obr. 6.15, b) bude také konstantní koncentrace děr v základně v blízkosti emitoru. Zvýšení napětí U CE bude doprovázeno rozšířením SCR přechodu kolektoru a zmenšením šířky základny (Early effect) a následně snížením celkového počtu otvorů umístěných v základně.

V tomto případě se zvýší koncentrační gradient otvorů v základně, což vede k dalšímu poklesu jejich koncentrace. Proto klesá počet rekombinací elektronů a děr v bázi za jednotku času (zvyšuje se koeficient přenosu ). Protože elektrony pro rekombinaci přicházejí přes svorku báze, proud báze klesá a charakteristika vstupní proud-napětí se posune dolů.

Na U BÝT=0 a záporné napětí na kolektoru ( U kb << 0) proud přechodem emitoru je nulový, v bázi tranzistoru je koncentrace děr menší než rovnovážná hodnota, protože pro CP je tato koncentrace nulová a pro EP je její hodnota určena rovnovážnou hodnotou. Proud děr extrahovaných z kolektoru protéká kolektorovým přechodem já CE 0 .

V databázi, stejně jako v pn-přechod při zpětném zkreslení, proces generování tepla bude převládat nad procesem rekombinace. Generované elektrony opouštějí bázi přes svorku báze, což znamená, že elektrický proud směřuje k bázi tranzistoru (bod B). Toto je režim omezení, vyznačuje se změnou směru proudu báze.

Víkendový VAC.

V aktivní režim (| U CE |> |U BÝT |>0 ) tok děr vstřikovaných emitorem  p extrahováno kolektorovým přechodem stejným způsobem jako v režimu OB, s koeficientem
. Část otvorů (1-α) p rekombinuje v bázi s elektrony vycházejícími z ohmického kontaktu báze.

Jak se proud báze zvyšuje, záporný náboj elektronů snižuje potenciální bariéru přechodu emitoru, což způsobuje další injekci děr do báze.

Pojďme analyzovat, proč malé změny v základním proudu já B způsobit významné změny kolektorového proudu já K. Hodnota koeficientu β , výrazně větší než jednota, znamená, že koeficient přenosu α blízko k jednotě. V tomto případě se kolektorový proud blíží proudu emitoru a proud báze (jeho fyzikální podstatou, rekombinace) je podstatně menší než proud kolektoru i emitoru. Když je hodnota koeficientu α = 0,99 ze 100 otvorů vstřikovaných přes přechod emitoru, 99 je extrahováno přes přechod kolektoru a pouze jeden se rekombinuje s elektrony v bázi a přispěje k proudu báze.

Zdvojnásobení proudu báze (dva otvory se musí rekombinovat) způsobí dvojnásobné vstřikování přes přechod emitoru (musí být vstříknuto 200 otvorů) a v souladu s tím extrakce přes přechod kolektoru (vyjmulo se 198 otvorů). Malá změna proudu báze, například z 5 na 10 µA, tedy způsobí velké změny v kolektorovém proudu, respektive od 500 µA do 1000 µA. Základní proud způsobí stonásobné zvýšení kolektorového proudu.

Analogicky s (6.34) můžeme napsat:

S ohledem (6.1):
, dostaneme:

Vezmeme-li v úvahu, že

, A

kde je průchozí tepelný proud jednoho kolektoru pn-přechod v odděleném základním režimu (s
, t. C, režim omezení). Vlivem dopředného předpětí přechodu báze (obr. 6.16) proud
mnohem více než kolektorový tepelný proud já Na 0 .

Rýže. 6.16 U BÝT=konst, U CE– variabilní

V režimu nasycení základna musí být obohacena o nevýznamné nosiče. Kritériem pro tento režim je rovnovážná koncentrace nosiče na CP ( U KB =0 ). Na základě rovnice U CE = U KB + U BÝT, Napětí na kolektorovém přechodu rovné nule se může objevit při malých záporných napětích mezi bází a emitorem. Na U CE 0 a U BÝT <0, оба перехода смещаются в прямом направлении, их сопротивление падает. При малых напряжениях на коллекторе (U CE < U BÝT) U KB změní své znaménko, odpor přechodu kolektoru prudce klesne a kolektor začne injektovat otvory do základny. Tok děr z kolektoru kompenzuje tok děr z emitoru. Kolektorový proud mění své znaménko (tato oblast se na výstupní I-V charakteristice obvykle nezobrazuje).

Při vysokých napětích na kolektoru je možný průraz kolektorového přechodu v důsledku lavinového zmnožení nosičů v SCR (bod D). Průrazné napětí závisí na stupni dotování tranzistorových oblastí. U tranzistorů s velmi tenkou bází je možné rozšířit SCR na celou oblast báze (dojde k proražení báze).

Při porovnání výstupní proudově-napěťové charakteristiky tranzistoru zapojeného v obvodu s OE a OB (obr. 6.17) si lze všimnout dvou nejvýznamnějších vlastností: za prvé, charakteristiky v obvodu s OE mají větší strmost, což naznačuje pokles v výstupní odpor tranzistoru a za druhé přechod do saturačního režimu je pozorován při záporných napětích na kolektoru.

Sběrný proud roste s rostoucím U CE určeno zmenšením šířky základny. Přenosové koeficienty æ a přenos proudu emitorem α zvýšení, ale základní koeficient přenosu proudu v obvodu s OE
roste rychleji α . Proto při konstantním proudu báze stoupá kolektorový proud více než v obvodu s OB.

Rýže. 6.23 Výstupní charakteristiky pnp-tranzistor a – v obvodu s OB, b – v obvodu s OE

6.3 Zapínání tranzistoru podle obvodu se společným kolektorem

Pokud mají vstupní a výstupní obvody společnou elektrodu, kolektor (OC) a výstupní proud je proud emitoru a vstupní proud je základní proud, pak pro koeficient přenosu proudu platí následující:

V takovém zapojení je koeficient přenosu proudu o něco vyšší než u OE zapojení a napěťový zisk je o něco menší než jedna, protože potenciálový rozdíl mezi bází a emitorem je prakticky nezávislý na proudu báze. Potenciál emitoru prakticky opakuje potenciál báze, proto se nazývá kaskáda postavená na bázi tranzistoru s OK. sledovač emitoru. Tento typ inkluze se však používá poměrně zřídka.

Porovnání získaných výsledků můžeme provést závěry :

OE obvod má vysoké zesílení napětí i proudu a má nejvyšší zesílení výkonu. Všimněte si, že obvod změní fázi výstupního napětí o 180. Toto je nejběžnější obvod zesilovače.

Obvod s OB zesiluje napětí (přibližně stejně jako obvod s OE), ale nezesiluje proud. Fáze výstupního napětí vzhledem ke vstupu se nemění. Obvod nachází uplatnění ve vysoko- a ultra-vysokofrekvenčních zesilovačích.

Obvod s OK (sledovač emitoru) nezesiluje napětí, ale zesiluje proud. Hlavní aplikací tohoto obvodu je přizpůsobení odporu zdroje signálu a nízkoimpedanční zátěži.