Por qué el circuito OE ha encontrado la mayor aplicación. Diagrama de circuito para conectar un transistor con un colector común (OC). Dónde comprar transistores

El amplificador emisor común solía ser el circuito básico de todos los dispositivos de amplificación.

En el último artículo hablamos sobre el circuito de polarización de transistores más simple. Este esquema (figura siguiente) depende de la temperatura y, a su vez, depende de la temperatura, lo cual no es bueno. Como resultado, puede aparecer una distorsión de la señal amplificada en la salida del circuito.

Para evitar que esto suceda, a este circuito se le añaden un par más y el resultado es un circuito con 4 resistencias:

Llamemos a la resistencia entre la base y el emisor. R cariño, y la resistencia conectada al emisor se llamará R oh. Ahora, por supuesto, la pregunta principal es: “¿Por qué se necesitan en el circuito?”

Empecemos, tal vez, con R oh.

Como recordarás, no estaba en el esquema anterior. Entonces supongamos que a lo largo del circuito + Upit—->R a ——> colector—> emisor—>R e —-> tierra La corriente eléctrica fluye con una fuerza de varios miliamperios (si no se tiene en cuenta la pequeña corriente de base, ya que Yo e = Yo k + Yo b) En términos generales, obtenemos la siguiente cadena:

En consecuencia, tendremos una caída de voltaje en cada resistencia. Su valor dependerá de la corriente en el circuito, así como del valor de la propia resistencia.

Simplifiquemos un poco el diagrama:

rkke es la resistencia de la unión colector-emisor. Como sabes, depende principalmente de la corriente base.

Como resultado, obtenemos un divisor de voltaje simple, donde

Vemos que en el emisor ya hay NO SERÁ voltaje a cero voltios, como fue el caso en el circuito anterior. El voltaje a través del emisor ya será igual a la caída de voltaje a través de la resistencia. Re.

¿Cuál es la caída de voltaje? Re? Recordemos la ley de Ohm y calculemos:

Como podemos ver en la fórmula, el voltaje en el emisor será igual al producto de la corriente en el circuito por el valor de resistencia de la resistencia. Re. Esto parece haberse solucionado. Veremos por qué todo este alboroto es un poco menor.

¿Qué función realizan las resistencias? r b Y R cariño?

Estas dos resistencias son nuevamente un simple divisor de voltaje. Establecen un cierto voltaje en la base, que cambiará si cambia. +Arriba, lo que ocurre muy raramente. En otros casos, el voltaje en la base estará muerto.

volvamos a Re.

Resulta que él juega el papel más importante en este plan.

Supongamos que, debido al calentamiento del transistor, la corriente en este circuito comienza a aumentar.

Ahora veamos qué sucede después de esto paso a paso.

a) si la corriente en este circuito aumenta, entonces la caída de voltaje a través de la resistencia también aumenta Re.

b) caída de voltaje a través de la resistencia Re- este es el voltaje en el emisor U e. Por lo tanto, debido al aumento de corriente en el circuito. U e se hizo un poco más grande.

c) en la base tenemos un voltaje fijo U b formado por un divisor de resistencia r b Y R cariño

d) el voltaje entre la base y el emisor se calcula mediante la fórmula U ser = U b - U e. Por eso, Tu cariño se hará más pequeño porque U e aumentó debido al aumento de corriente, que aumentó debido al calentamiento del transistor.

e) Una vez Tu cariño disminuido, lo que significa que la fuerza actual yo b, el paso a través del emisor de bases también disminuyó.

f) Derivado de la siguiente fórmula yo a

yo k =β x yo b

En consecuencia, cuando la corriente de base disminuye, la corriente del colector también disminuye;-) El modo de funcionamiento del circuito vuelve a su estado original. Como resultado, obtuvimos un circuito con retroalimentación negativa, que fue reproducida por una resistencia. R oh. De cara al futuro diré que ACERCA DE negativo ACERCA DE fraternal CON La ligadura (OOS) estabiliza el circuito y la positiva, por el contrario, conduce a un caos total, pero a veces también se utiliza en electrónica.

Cálculo de la etapa amplificadora.

1) En primer lugar, encontramos en la hoja de datos la disipación de potencia máxima permitida que el transistor puede disipar en el medio ambiente. Para mi transistor este valor es de 150 milivatios. No le sacaremos todo el jugo a nuestro transistor, por lo que reduciremos nuestra disipación de potencia multiplicándolo por un factor de 0,8:

P carrera = 150x0,8 = 120 milivatios.

2) Determine el voltaje en Uke. Debe ser igual a la mitad del voltaje. Arriba.

Uke = Upit / 2 = 12/2 = 6 Voltios.

3) Determinar la corriente del colector:

I k = P carrera / U k e = 120 × 10 -3 / 6 = 20 miliamperios.

4) Dado que la mitad del voltaje ha caído en el colector-emisor Uke, entonces la otra mitad debería caer sobre las resistencias. En nuestro caso, caen 6 voltios a través de las resistencias. R a Y Re. Es decir, obtenemos:

R k + R e = (Upit / 2) / I k = 6 / 20x10 -3 = 300 Ohmios.

R k + Re mi = 300, A R k =10R mi, porque KU = R k / R mi y tomamos KU =10 ,

luego hacemos una pequeña ecuación:

10R mi + Re mi = 300

11R e = 300

Re = 300/11 = 27 ohmios

R k = 27x10=270 ohmios

5) Determinar la corriente base. me baso de la fórmula:

Medimos el coeficiente beta en el ejemplo anterior. Lo conseguimos alrededor de 140.

Medio,

I b = I k / β = 20x10 -3 /140 = 0,14 miliamperios

6) Corriente del divisor de voltaje yo casos, formado por resistencias r b Y R cariño, generalmente se elige para que sea 10 veces mayor que la corriente base yo b:

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

7) Encuentre el voltaje en el emisor usando la fórmula:

U e = I a R e = 20x10 -3 x 27 = 0,54 Voltios

8) Determine el voltaje en la base:

U segundo = U segundo mi + U oh

Tomemos el promedio de la caída de voltaje base-emisor. U ser = 0,66 voltios. Como recordará, esta es la caída de voltaje en la unión P-N.

Por eso, U b = 0,66 + 0,54 = 1,2 voltios. Este es exactamente el voltaje que ahora estará presente en nuestra base.

9) Bueno, ahora, conociendo el voltaje en la base (es igual a 1,2 Voltios), podemos calcular el valor de las resistencias mismas.

Para facilitar el cálculo, adjunto una parte del diagrama en cascada:

Entonces desde aquí necesitamos encontrar los valores de las resistencias. A partir de la fórmula de la ley de Ohm calculamos el valor de cada resistencia.

Por conveniencia, tengamos una caída de voltaje de r b llamado tu 1, y la caída de voltaje es R cariño voluntad tu 2.

Usando la ley de Ohm, encontramos el valor de resistencia de cada resistencia.

R b = U 1 / I div = 10,8 / 1,4x10 -3 = 7,7 Kiloohmios. Tomamos 8,2 kiloohmios de la fila más cercana.

R be = U 2 / I div = 1,2 / 1,4x10 -3 = 860 ohmios. Tomamos 820 ohmios de la serie.

Como resultado, tendremos las siguientes denominaciones en el diagrama:

Comprobación del funcionamiento del circuito en hardware.

No quedará satisfecho sólo con la teoría y los cálculos, por eso montamos el circuito en la vida real y lo probamos en la práctica. Tengo este diagrama:

Entonces, tomo el mío y conecto sondas a la entrada y salida del circuito. La forma de onda roja es la señal de entrada, la forma de onda amarilla es la señal amplificada de salida.

En primer lugar, aplico una señal sinusoidal usando mi generador de frecuencia chino:

Como puede ver, la señal se ha amplificado casi 10 veces, como se esperaba, ya que nuestro factor de ganancia era 10. Como ya dije, la señal amplificada en el circuito OE está en antifase, es decir, desplazada 180 grados.

Demos otra señal triangular:

Parece estar zumbando. Si miras de cerca, hay ligeras distorsiones. Se hace sentir la no linealidad de la característica de entrada del transistor.

Si recuerdas el oscilograma de un circuito con dos resistencias.

entonces puedes ver una diferencia significativa en la ganancia de la señal triangular

Conclusión

El circuito con OE se utilizó como el más popular durante el pico de popularidad de los transistores bipolares. Y hay una explicación para esto:

En primer lugar, este circuito amplifica tanto la corriente como el voltaje, y por lo tanto la potencia, ya que P=IU.

En segundo lugar, su impedancia de entrada es mucho mayor que su impedancia de salida, lo que convierte a este circuito en una excelente carga de baja potencia y una excelente fuente de señal para las cargas que lo siguen.

Bueno, ahora algunas desventajas:

1) el circuito consume una pequeña corriente mientras está en modo de espera. Esto significa que no tiene sentido alimentarlo con pilas durante mucho tiempo.

2) ya está moralmente obsoleto en nuestra era de la microelectrónica. Para ensamblar un amplificador, es más fácil comprar un microcircuito ya hecho y hacerlo en base a él.

El nombre del transistor del dispositivo semiconductor se forma a partir de dos palabras: transferencia - transferencia+ resistir - resistencia. Porque en realidad se puede representar como una especie de resistencia, que estará regulada por el voltaje de un electrodo. A un transistor a veces también se le llama triodo semiconductor.

El primer transistor bipolar se creó en 1947 y, en 1956, tres científicos recibieron el Premio Nobel de Física por su invención.

Un transistor bipolar es un dispositivo semiconductor que consta de tres semiconductores con tipos alternos de conductividad de impurezas. Se conecta un electrodo y se envía a cada capa. Un transistor bipolar utiliza simultáneamente cargas cuyos portadores son electrones ( n - “negativo”) y agujeros (p – “positivo ”), es decir, portadores de dos tipos, de ahí la formación del prefijo del nombre “bi” - dos.

Los transistores se diferencian por el tipo de alternancia de capas:

pnp -transistor (conducción directa);

npn- transistor (conducción inversa).

Base (B) es el electrodo que está conectado a la capa central del transistor bipolar. Los electrodos de las capas exteriores se denominan emisor (E) y colector (K).

Figura 1 – Diseño de transistor bipolar

Los diagramas indican “ Vermont ", en la documentación antigua en ruso se pueden encontrar las designaciones "T", "PP" y "PT". Los transistores bipolares se representan en los circuitos eléctricos, dependiendo de la alternancia de conductividad del semiconductor, de la siguiente manera:

Figura 2 – Designación de transistores bipolares

En la Figura 1 anterior, la diferencia entre el colector y el emisor no es visible. Si observa una representación transversal simplificada de un transistor, puede ver que el área pn La transición del colector es mayor que la del emisor.

Figura 3 – Sección transversal del transistor

La base está hecha de un semiconductor con una conductividad débil, es decir, la resistencia del material es alta. Un requisito previo es una capa base fina para que se produzca el efecto transistor. Desde el área de contacto pn Dado que las uniones del colector y del emisor son diferentes, la polaridad de la conexión no se puede cambiar. Esta característica clasifica al transistor como un dispositivo asimétrico.

Un transistor bipolar tiene dos características de corriente-voltaje (características de voltios-amperios): entrada y salida.

La característica corriente-voltaje de entrada es la dependencia de la corriente base ( Yo B ) del voltaje base-emisor ( U SER).

Figura 4 – Característica de corriente-voltaje de entrada de un transistor bipolar

La característica corriente-voltaje de salida es la dependencia de la corriente del colector ( yo k ) del voltaje colector-emisor ( Reino Unido).

Figura 5 – Característica de corriente-voltaje de salida del transistor

Veamos el principio de funcionamiento de un transistor bipolar. tipo npn, para pnp del mismo modo, sólo que no se consideran electrones, sino huecos.El transistor tiene dos uniones p-n.. En el modo de funcionamiento activo, uno de ellos está conectado con polarización directa y el otro con polarización inversa. Cuando la unión EB está abierta, los electrones del emisor se mueven fácilmente hacia la base (se produce recombinación). Pero, como se mencionó anteriormente, la capa base es delgada y su conductividad es baja, por lo que algunos electrones tienen tiempo de moverse hacia la unión base-colector. El campo eléctrico ayuda a superar (refuerza) la barrera de transición de capa, ya que aquí los electrones son portadores minoritarios. A medida que aumenta la corriente de base, la unión emisor-base se abrirá y más electrones podrán fluir desde el emisor al colector. La corriente del colector es proporcional a la corriente base y con un pequeño cambio en esta última (control), la corriente del colector cambia significativamente. Así se amplifica la señal en un transistor bipolar.

Figura 6 – Modo activo de funcionamiento del transistor

Mirando la imagen puedes explicar principio de funcionamiento de un transistor un poco más simple. Imagina que KE es una tubería de agua y B es un grifo con el que puedes controlar el flujo de agua. Es decir, cuanto más corriente apliques a la base, más obtendrás en la salida.

El valor de la corriente del colector es casi igual a la corriente del emisor, excluyendo las pérdidas por recombinación en la base, que forma la corriente de base, por lo que la fórmula es válida:

Yo mi = yo B + yo K.

Parámetros básicos del transistor:

La ganancia de corriente es la relación entre el valor efectivo de la corriente del colector y la corriente de base.

Resistencia de entrada: según la ley de Ohm, será igual a la relación de voltaje emisor-base U EB para controlar la corriente Yo B.

Ganancia de voltaje: el parámetro está determinado por la relación del voltaje de salida U EC para ingresar U BE.

La respuesta de frecuencia describe la capacidad de un transistor para funcionar hasta una determinada frecuencia límite de la señal de entrada. Después de exceder la frecuencia máxima, los procesos físicos en el transistor no tendrán tiempo de ocurrir y sus capacidades de amplificación quedarán reducidas a nada.

Circuitos de conmutación para transistores bipolares.

Para conectar el transistor, solo tenemos a nuestra disposición sus tres terminales (electrodos). Por tanto, para su funcionamiento normal se requieren dos fuentes de energía. Un electrodo del transistor se conectará a dos fuentes simultáneamente. En consecuencia, existen 3 esquemas de conexión para un transistor bipolar: OE - con un emisor común, OB - una base común, OK - un colector común. Cada uno tiene ventajas y desventajas; según la aplicación y las características requeridas, se elige la conexión.

El circuito de conexión con un emisor común (CE) se caracteriza por la mayor amplificación de corriente y voltaje y, en consecuencia, de potencia. Con esta conexión, la tensión alterna de salida se desplaza 180 grados eléctricos con respecto a la entrada. La principal desventaja es la respuesta de baja frecuencia, es decir, el bajo valor de la frecuencia de corte, lo que no permite utilizarlo con una señal de entrada de alta frecuencia.

(OB) proporciona una excelente respuesta de frecuencia. Pero no proporciona una ganancia de voltaje de señal tan grande como la del OE. Pero la amplificación de corriente no ocurre en absoluto, por lo que este circuito a menudo se llama seguidor de corriente, porque tiene la propiedad de estabilizar la corriente.

El circuito con colector común (CC) tiene casi la misma ganancia de corriente que el OE, pero la ganancia de voltaje es casi igual a 1 (un poco menos). La compensación de voltaje no es típica para este diagrama de conexión. También lo llamo seguidor de emisor, ya que el voltaje de salida ( U EB ) corresponden al voltaje de entrada.

Aplicación de transistores:

Circuitos amplificadores;

Generadores de señales;

Llaves electrónicas.

Circuito emisor común

El circuito del emisor común (CE) se muestra en la Fig. 1.11. Transistor ppp En este esquema funciona de la misma manera que en el esquema con OB. Solo observemos que la dirección de las corrientes generalmente aceptada (de +E A – fuente de voltaje), indicado en la Fig. 1.11, A, opuesto a la dirección del movimiento de los electrones. Un rasgo característico de un circuito con OE es que la carga está ubicada en el circuito colector (Fig. 1.11.6).

Arroz. 1.11. Diagrama de conexión de un transistor con emisor común (a); imagen típica en diagramas(b)

Al igual que en el circuito con OB, la señal de entrada en este circuito es el voltaje entre la base y el emisor, y los valores de salida son la corriente del colector. I k y voltaje de carga Ud. fuera = I A R n Un transistor en un circuito con un OE se caracteriza por el coeficiente de transferencia de corriente.

teniendo valores β = 10...100, que está asociado al coeficiente α para un circuito con la relación OB:

Estimemos los valores de los factores de ganancia del circuito con OE (se indican con el índice "E").

La corriente de salida, como en el circuito con OB, es la corriente I k, que fluye a través de la carga, y la corriente de entrada (a diferencia del circuito con OB) es la corriente base I B; la ganancia actual del circuito con OE es igual a

En α = 0,98 KIE = 0,98/(1 – 0,98) ≈ 50, es decir varias docenas, que es muchas veces mayor que el coeficiente similar para el circuito con OB.

La resistencia de entrada en un circuito con OE también es significativamente mayor que en un circuito con OB, ya que en un circuito con OE la corriente de entrada es la corriente de base, y en un circuito con OB es muchas veces mayor que la corriente del emisor (es decir, 1/ (1 – α ) ≈ β veces):

El valor de la resistencia de entrada en el circuito con OE es ≈ β veces mayor que en el circuito con OB y ​​asciende a cientos de ohmios.

La ganancia de voltaje en el circuito con OE es comparable al mismo coeficiente en el circuito con OB:

En términos de ganancia de potencia, el circuito con OE, debido a la ganancia de corriente significativamente mayor, también es muchas veces superior al circuito con OB:

y depende del coeficiente de transferencia de corriente β y de la relación entre la resistencia de carga y la resistencia de entrada.

Gracias a las propiedades señaladas, el circuito OE ha encontrado una aplicación muy amplia.

Características de entrada y salida de un circuito emisor común.

El funcionamiento de un circuito generalmente se describe utilizando las características de entrada y salida del transistor en un circuito particular. Para un circuito con OE, la característica de entrada es la dependencia de la corriente de entrada del voltaje en la entrada del circuito, es decir I B = F (UBE) a valores fijos de voltaje colector-emisor ( Ud. ke = constante).

Las características de salida son las dependencias de la corriente de salida, es decir corriente del colector, de la caída de voltaje entre el colector y el emisor del transistor I k = F (Y SER ) en la corriente base I B = constante

La característica de entrada esencialmente repite la forma de la característica del diodo cuando se aplica voltaje directo (Fig. 1.12, b). Con tensión creciente Ud. La característica de entrada KE se desplazará ligeramente hacia la derecha.

Arroz. 1.12. Salida(s) y entrada(b ) características de un transistor en un circuito con un emisor común

Tipo de características de salida (Fig. 1.12, A) marcadamente diferente en la región de valores pequeños (sección OA) y relativamente grandes Ud. ke. Recordemos que para el funcionamiento normal del transistor es necesario que se aplique un voltaje continuo a la unión base-emisor y un voltaje inverso a la unión base-colector. Por lo tanto, mientras |1/ke|< 1/БЭ, напряжение на коллекторном переходе оказывается прямым, что резко уменьшает ток I j. Con |UKE| > Ud. Tensión BE en la unión del colector UБK = UКЭ – Ud. El BE se invierte y, por tanto, tiene poco efecto sobre la magnitud de la corriente del colector, que está determinada principalmente por la corriente del emisor. A este voltaje, todos los portadores inyectados por el emisor en la base y que pasan a través de la región de la base corren hacia una fuente externa. En voltaje UBE< 0 эмиттер носителей не инжектирует и ток базы I B = 0, pero la corriente fluye en el circuito colector. I K0 (característica de salida más baja). Esta corriente corresponde a la corriente inversa. I 0 de una unión p-n regular.

Cuando el transistor funciona, su modo cambia. De hecho, cuanto mayor sea la corriente que fluye a través del transistor, mayor será la caída de voltaje en la carga y, por lo tanto, menos caerá el voltaje en el propio transistor. Las características presentadas en la Fig. 1.12, a, b, describir solo modo estático funcionamiento del circuito. Para evaluar la dinámica y la influencia de la carga en el funcionamiento del circuito se utiliza un método de cálculo gráfico-analítico basado en las características de entrada y salida. Consideremos este método usando el ejemplo de las características de entrada y salida de un circuito con OE.

Dibujemos una línea recta que pase por el punto Ek, trazado sobre el eje de abscisas, y el punto mi A /R n trazado en el eje de ordenadas de las características de salida del transistor. La recta resultante se llama carga. Punto mi A /R n esta línea recta corresponde a la corriente que podría fluir a través de la carga si el transistor estuviera en cortocircuito. Punto mi k corresponde a otro caso extremo: el circuito está abierto, la corriente a través de la carga es cero y el voltaje Uke es igual a mi punto r intersección de la línea de carga con la característica de salida estática correspondiente a la corriente de entrada I B, determinará el modo de funcionamiento del circuito, es decir corriente de carga I k, caída de voltaje a través de él Ud. norte = I A R n y caída de voltaje (/ke en el propio transistor. En la Fig. 1.12 , A punto r Corresponde al suministro de corriente de base al transistor. I B = 1 mA. Es fácil ver que el suministro de corriente base I B = 2 mA provoca un desplazamiento del punto de funcionamiento al punto A y redistribución de voltajes entre la carga y el transistor.

Ejemplo 1.1. Calcular el circuito con OE y R n =110 ohmios con tensión de entrada UBE = +0,1 V, tensión de alimentación mi k = +25 V, utilizando las características del transistor.

Solución. busquemos una relación mi k /R n = 25/110 = 228 mA y, poniendo el punto encontrado en el eje I k y valor mi k = +25 V en el eje Uke, dibujemos una línea recta de carga.

Usando la característica de entrada para voltaje 1/BE = 0,1 V, determinamos la corriente de entrada I B = 1 ml.

Punto de intersección r recto con característica correspondiente I B = 1 mA, determinará la corriente I k = 150 mA.

El voltaje de carga es

Voltaje entre colector y emisor de transistor.

En conclusión, observamos que la moda correspondiente al punto A, llamado modo de saturación (para valores dados R norte y mi k actual I al punto A alcanza el valor más alto posible). Modo correspondiente al punto EN (la señal de entrada es cero), así como el punto CON (la señal de entrada es negativa y apaga el transistor), llamado modo de corte. Todos los estados intermedios del transistor con una carga entre los puntos. A Y EN referirse a modo activo su trabajo.

¡Saludos, queridos amigos! Hoy hablaremos de transistores bipolares y la información será útil principalmente para principiantes. Entonces, si estás interesado en qué es un transistor, su principio de funcionamiento y en general para qué sirve, entonces coge una silla más cómoda y acércate.

Sigamos, y tenemos contenido aquí, será más conveniente navegar por el artículo :)

Tipos de transistores

Los transistores son principalmente de dos tipos: transistores bipolares y transistores de efecto de campo. Por supuesto, era posible considerar todos los tipos de transistores en un artículo, pero no quiero cocinar gachas en tu cabeza. Por lo tanto, en este artículo consideraremos exclusivamente los transistores bipolares y hablaré sobre los transistores de efecto de campo en uno de los siguientes artículos. No agrupemos todo, sino prestemos atención a cada uno individualmente.

transistores bipolares

El transistor bipolar es descendiente de los triodos de válvulas, esos que había en los televisores del siglo XX. Los triodos cayeron en el olvido y dieron paso a hermanos más funcionales: los transistores, o más bien, los transistores bipolares.

Con raras excepciones, los triodos se utilizan en equipos para amantes de la música.

Los transistores bipolares pueden verse así.

Como puede ver, los transistores bipolares tienen tres terminales y estructuralmente pueden verse completamente diferentes. Pero en los diagramas eléctricos parecen simples y siempre iguales. Y todo este esplendor gráfico se parece a esto.

Esta imagen de transistores también se llama UGO (símbolo gráfico convencional).

Además, los transistores bipolares pueden tener diferentes tipos de conductividad. Hay transistores de tipo NPN y tipo PNP.

La diferencia entre un transistor n-p-n y un transistor p-n-p es únicamente que es un "portador" de carga eléctrica (electrones o "huecos"). Aquellos. En un transistor pnp, los electrones se mueven del emisor al colector y son impulsados ​​por la base. Para un transistor n-p-n, los electrones van del colector al emisor y son controlados por la base. Como resultado, llegamos a la conclusión de que para reemplazar un transistor de un tipo de conductividad por otro en un circuito, basta con cambiar la polaridad del voltaje aplicado. O cambiar estúpidamente la polaridad de la fuente de energía.

Los transistores bipolares tienen tres terminales: colector, emisor y base. Creo que será difícil confundirse con el UGO, pero en un transistor real es más fácil que nunca confundirse.

Por lo general, el lugar donde se determina qué salida es el libro de referencia, pero puede simplemente hacerlo. Los terminales del transistor suenan como dos diodos conectados en un punto común (en la zona de la base del transistor).

A la izquierda hay una imagen de un transistor tipo p-n-p; al realizar la prueba, se tiene la sensación (a través de las lecturas del multímetro) de que frente a usted hay dos diodos que están conectados en un punto por sus cátodos. Para un transistor n-p-n, los diodos en el punto base están conectados por sus ánodos. Creo que después de experimentar con un multímetro quedará más claro.

Principio de funcionamiento de un transistor bipolar.

Ahora intentaremos descubrir cómo funciona un transistor. No entraré en detalles sobre la estructura interna de los transistores ya que esta información sólo resultará confusa. Mejor eche un vistazo a este dibujo.

Esta imagen explica mejor el principio de funcionamiento de un transistor. En esta imagen, una persona controla la corriente del colector mediante un reóstato. Observa la corriente de base, si la corriente de base aumenta, entonces la persona también aumenta la corriente del colector, teniendo en cuenta la ganancia del transistor h21E. Si la corriente de base cae, la corriente del colector también disminuirá; la persona la corregirá con un reóstato.

Esta analogía no tiene nada que ver con el funcionamiento real de un transistor, pero facilita la comprensión de los principios de su funcionamiento.

Para los transistores, se pueden anotar reglas para ayudar a que las cosas sean más fáciles de entender. (Estas reglas están tomadas del libro).

1. El colector tiene un potencial más positivo que el emisor.
2. Como ya dije, los circuitos base-colector y base-emisor funcionan como diodos.
3. Cada transistor se caracteriza por valores límite como la corriente del colector, la corriente de base y el voltaje colector-emisor.
4. Si se siguen las reglas 1 a 3, entonces la corriente del colector Ik es directamente proporcional a la corriente de la base Ib. Esta relación se puede escribir como una fórmula.

A partir de esta fórmula podemos expresar la propiedad principal de un transistor: una pequeña corriente de base controla una gran corriente de colector.

Ganancia actual.

También se denota como

Con base en lo anterior, el transistor puede funcionar en cuatro modos:

1. Modo de corte de transistores— en este modo la unión base-emisor está cerrada, esto puede suceder cuando el voltaje base-emisor es insuficiente. Como resultado, no hay corriente de base y, por lo tanto, tampoco habrá corriente de colector.
2. Modo activo de transistores- este es el modo normal de funcionamiento del transistor. En este modo, el voltaje base-emisor es suficiente para provocar que se abra la unión base-emisor. La corriente base es suficiente y la corriente del colector también está disponible. La corriente del colector es igual a la corriente base multiplicada por la ganancia.
3. Modo de saturación de transistores - El transistor cambia a este modo cuando la corriente de base se vuelve tan grande que la potencia de la fuente de energía simplemente no es suficiente para aumentar aún más la corriente del colector. En este modo, la corriente del colector no puede aumentar después de un aumento en la corriente base.
4. Modo transistor inverso— este modo se utiliza muy raramente. En este modo, se intercambian el colector y el emisor del transistor. Como resultado de tales manipulaciones, la ganancia del transistor se ve muy afectada. El transistor no fue diseñado originalmente para funcionar en un modo tan especial.

Para comprender cómo funciona un transistor, es necesario observar ejemplos de circuitos específicos, así que veamos algunos de ellos.

Transistor en modo interruptor

Un transistor en modo conmutado es uno de los casos de circuitos de transistores con un emisor común. El circuito de transistores en modo de conmutación se utiliza con mucha frecuencia. Este circuito de transistor se utiliza, por ejemplo, cuando es necesario controlar una carga potente mediante un microcontrolador. La pata del controlador no es capaz de tirar de una carga potente, pero el transistor sí. Resulta que el controlador controla el transistor y el transistor controla una carga potente. Bueno, lo primero es lo primero.

La idea principal de este modo es que la corriente de base controla la corriente del colector. Además, la corriente del colector es mucho mayor que la corriente de base. Aquí se puede ver a simple vista que la señal actual está amplificada. Esta amplificación se lleva a cabo utilizando la energía de la fuente de energía.

La figura muestra un diagrama del funcionamiento de un transistor en modo de conmutación.

Para los circuitos de transistores, los voltajes no juegan un papel importante, solo las corrientes son importantes. Por lo tanto, si la relación entre la corriente del colector y la corriente de la base es menor que la ganancia del transistor, entonces todo está bien.

En este caso, incluso si tenemos un voltaje de 5 voltios aplicados a la base y 500 voltios en el circuito colector, entonces no sucederá nada malo, el transistor cambiará obedientemente la carga de alto voltaje.

Lo principal es que estos voltajes no excedan los valores límite para un transistor específico (establecidos en las características del transistor).

Hasta donde sabemos, el valor actual es una característica de la carga.

No conocemos la resistencia de la bombilla, pero sabemos que la corriente de funcionamiento de la bombilla es de 100 mA. Para que el transistor se abra y permita que fluya dicha corriente, debe seleccionar la corriente base adecuada. Podemos ajustar la corriente base cambiando el valor de la resistencia base.

Dado que el valor mínimo de la ganancia del transistor es 10, para que el transistor se abra, la corriente de base debe ser de 10 mA.

Se conoce la corriente que necesitamos. El voltaje a través de la resistencia base será Este valor de voltaje a través de la resistencia se debe al hecho de que caen 0,6 V-0,7 V en la unión base-emisor y no debemos olvidar tener esto en cuenta.

Como resultado, podemos encontrar fácilmente la resistencia de la resistencia.

Todo lo que queda es elegir un valor específico entre varias resistencias y estará en la bolsa.

¿Ahora probablemente piensas que el interruptor del transistor funcionará como debería? ¿Que cuando se conecta la resistencia de base a +5 V se enciende la bombilla, cuando se apaga se apaga la bombilla? La respuesta puede ser sí o no.

El caso es que aquí hay un pequeño matiz.

La luz se apagará cuando el potencial de la resistencia sea igual al potencial de tierra. Si la resistencia simplemente se desconecta de la fuente de voltaje, entonces no todo es tan simple. El voltaje en la resistencia base puede surgir milagrosamente como resultado de interferencias o de otros espíritus malignos de otro mundo :)

Para evitar que ocurra este efecto, haga lo siguiente. Otra resistencia Rbe está conectada entre la base y el emisor. Esta resistencia se elige con un valor al menos 10 veces mayor que la resistencia base Rb (en nuestro caso, tomamos una resistencia de 4,3 kOhm).

Cuando la base está conectada a cualquier voltaje, el transistor funciona como debería, la resistencia Rbe no interfiere con él. Esta resistencia consume sólo una pequeña porción de la corriente base.

En el caso de que no se aplique voltaje a la base, la base se acerca al potencial de tierra, lo que nos salva de todo tipo de interferencias.

Entonces, en principio, hemos descubierto el funcionamiento del transistor en el modo clave y, como puede ver, el modo de funcionamiento clave es una especie de amplificación de voltaje de la señal. Después de todo, controlamos un voltaje de 12 V usando un voltaje bajo de 5 V.

seguidor emisor

Un seguidor de emisor es un caso especial de circuitos de transistores de colector común.

Una característica distintiva de un circuito con un colector común de un circuito con un emisor común (opción con interruptor de transistor) es que este circuito no amplifica la señal de voltaje. Lo que entraba por la base salía por el emisor, con el mismo voltaje.

De hecho, digamos que aplicamos 10 voltios a la base, mientras sabemos que en la unión base-emisor se caen entre 0,6 y 0,7 V. Resulta que en la salida (en el emisor, en la carga Rн) habrá un voltaje base de menos 0,6V.

Resultó 9,4 V, en una palabra, casi tanto como entraba y salía. Nos aseguramos de que este circuito no aumente la señal en términos de voltaje.

“¿Cuál es el punto entonces de encender el transistor de esta manera?” Pero resulta que este esquema tiene otra propiedad muy importante. El circuito para conectar un transistor con un colector común amplifica la señal en términos de potencia. La potencia es el producto de la corriente y el voltaje, pero como el voltaje no cambia, La potencia aumenta solo debido a la corriente.! La corriente de carga es la suma de la corriente de base más la corriente del colector. Pero si compara la corriente base y la corriente del colector, la corriente base es muy pequeña en comparación con la corriente del colector. Resulta que la corriente de carga es igual a la corriente del colector. Y el resultado es esta fórmula.

Ahora creo que está claro cuál es la esencia del circuito seguidor de emisor, pero eso no es todo.

El seguidor de emisor tiene otra cualidad muy valiosa: la alta impedancia de entrada. Esto significa que este circuito de transistor casi no consume corriente de entrada y no crea carga en el circuito de fuente de señal.

Para comprender el principio de funcionamiento de un transistor, estos dos circuitos de transistores serán suficientes. Y si experimentas con un soldador en tus manos, la epifanía simplemente no te hará esperar, porque la teoría es teoría, ¡y la práctica y la experiencia personal son cientos de veces más valiosas!

¿Dónde puedo comprar transistores?

Como todos los demás componentes de radio, los transistores se pueden comprar en cualquier tienda de repuestos para radio cercana. Si vives en algún lugar de las afueras y no has oído hablar de este tipo de tiendas (como yo antes), entonces queda la última opción: pedir transistores en una tienda en línea. Yo mismo suelo pedir componentes de radio a través de tiendas en línea, porque es posible que algo simplemente no esté disponible en una tienda fuera de línea normal.

Sin embargo, si está ensamblando un dispositivo exclusivamente para usted, entonces no puede preocuparse por eso, sino extraerlo del anterior y, por así decirlo, darle nueva vida al antiguo componente de radio.

Bueno amigos, eso es todo para mí. Te dije todo lo que planeé hoy. Si tiene alguna pregunta, hágala en los comentarios, si no tiene ninguna pregunta, escriba los comentarios de todos modos, su opinión siempre es importante para mí. Por cierto, no olvides que todo aquel que deje un comentario por primera vez recibirá un regalo.

Además, asegúrese de suscribirse a nuevos artículos, porque le esperan muchas cosas interesantes y útiles en el futuro.

¡Les deseo buena suerte, éxito y buen humor!

De n/a Vladimir Vasiliev

PD Amigos, ¡asegúrense de suscribirse para recibir actualizaciones! ¡Al suscribirte, recibirás nuevos materiales directamente en tu correo electrónico! Y por cierto, ¡todos los que se registren recibirán un útil regalo!

El diagrama de circuito para conectar un transistor bipolar con un emisor común se muestra en la figura. 6.13:

En un transistor conectado en un circuito con un emisor común, hay amplificación no solo de voltaje, sino también de corriente. Los parámetros de entrada para un circuito emisor común serán la corriente base. I B, y el voltaje en la base en relación con el emisor Ud. BE, y las características de salida serán la corriente del colector. I A y voltaje del colector Ud. CE. Para cualquier voltaje:

Ud. CE = Ud. KB + Ud. SER

Una característica distintiva del modo de funcionamiento con OE es la misma polaridad del voltaje de polarización en la entrada (base) y la salida (colector): potencial negativo en el caso pnp-transistor y positivo en caso npn-transistor. En este caso, la unión base-emisor está polarizada en la dirección directa y la unión base-colector está polarizada en la dirección opuesta.

Anteriormente, al analizar un transistor bipolar en un circuito de base común, la relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor se obtenía de la siguiente forma:
. En un circuito con un emisor común para pnp-transistor (de acuerdo con la primera ley de Kirchhoff) (6.1):
, de aquí obtenemos:

Coeficiente α/(1-α) llamado ganancia de corriente de un transistor bipolar en un circuito de emisor común . Denotemos este coeficiente con el signo β , Entonces:

.

Coeficiente de transferencia de corriente para un transistor conectado en un circuito con un emisor común β muestra cuántas veces cambia la corriente del colector I K cuando la corriente base cambia I B. Dado que el valor del coeficiente de transmisión. α está cerca de la unidad ( α <1), то из уравнения (6.38) следует, что коэффициент усиления β será significativamente mayor que la unidad ( β >>1). En valores de coeficiente de transmisión. α =0,98÷0,99 la ganancia de corriente base estará en el rango β =50÷100.

6.2.1 Características estáticas de corriente-voltaje de un transistor conectado en un circuito con un emisor común

Consideremos la característica corriente-voltaje. pnp-transistor en modo OE (Fig. 6.13, 6.14).

En Ud. CE =0
. Mayor voltaje Ud. SER la concentración en la transición EB aumenta (Fig. 6.15a), el gradiente de concentración de los orificios inyectados aumenta, la corriente de difusión de los orificios, como en polarización directa pn-unión, crece exponencialmente (t. A) y difiere de la corriente del emisor solo en escala (6.36) .

Con tensiones inversas en el colector y tensión fija en el ED | Ud. SER| (Fig. 6.15, b) la concentración de agujeros en la base cerca del emisor también será constante. Aumento de voltaje Ud. CE estará acompañado de una expansión del SCR de la unión del colector y una disminución en el ancho de la base (Efecto Temprano) y, en consecuencia, una disminución en el número total de orificios ubicados en la base.

En este caso, el gradiente de concentración de los agujeros en la base aumentará, lo que conducirá a una disminución adicional de su concentración. Por tanto, el número de recombinaciones de electrones y huecos en la base por unidad de tiempo disminuye (el coeficiente de transferencia aumenta ). Dado que los electrones para la recombinación pasan a través del terminal de la base, la corriente de la base disminuye y las características de corriente-voltaje de entrada cambian hacia abajo.

En Ud. SER=0 y voltaje negativo en el colector ( Ud. kb << 0) la corriente a través de la unión del emisor es cero, en la base del transistor la concentración de huecos es menor que el valor de equilibrio, ya que para el CP esta concentración es cero, y para el EP su valor está determinado por el valor de equilibrio. La corriente de los orificios extraída del colector fluye a través de la unión del colector. I CE 0 .

En la base de datos, como en pn-transición bajo polarización inversa, el proceso de generación térmica prevalecerá sobre el proceso de recombinación. Los electrones generados salen de la base a través del terminal de la base, lo que significa que hay una corriente eléctrica dirigida hacia la base del transistor (punto B). este es el modo tejanos cortados, se caracteriza por un cambio en la dirección de la corriente base.

VAC de fin de semana.

EN activo modo (| Ud. CE |> |Ud. SER |>0 ) flujo de agujeros inyectados por el emisor  pag extraído por la unión del colector de la misma manera que en el modo OB, con un coeficiente
. parte de los agujeros (1-α) pag se recombina en la base con electrones provenientes del contacto óhmico de la base.

A medida que aumenta la corriente de la base, la carga negativa de los electrones reduce la barrera de potencial de la unión del emisor, provocando una inyección adicional de agujeros en la base.

Analicemos por qué pequeños cambios en la corriente base. I B causa cambios significativos en la corriente del colector. I K. Valor del coeficiente β , significativamente mayor que la unidad, significa que el coeficiente de transmisión α cerca de la unidad. En este caso, la corriente del colector está cerca de la corriente del emisor y la corriente de base (por su naturaleza física, recombinación) es significativamente menor que la corriente del colector y del emisor. Cuando el valor del coeficiente α = 0,99 de 100 orificios inyectados a través de la unión del emisor, 99 se extraen a través de la unión del colector y solo uno se recombinará con los electrones de la base y contribuirá a la corriente de la base.

Duplicar la corriente de base (se deben recombinar dos orificios) provocará el doble de inyección a través de la unión del emisor (se deben inyectar 200 orificios) y, en consecuencia, extracción a través de la unión del colector (se extraen 198 orificios). Así, un pequeño cambio en la corriente de base, por ejemplo de 5 a 10 µA, provoca grandes cambios en la corriente del colector, respectivamente de 500 µA a 1000 µA. La corriente de base provoca un aumento de cien veces en la corriente del colector.

Por analogía con (6.34) podemos escribir:

Considerando (6.1):
, obtenemos:

considerando que

, A

¿Dónde está la corriente térmica pasante de un solo colector? pn-transición en el modo base separada (con
, t., modo tejanos cortados). Debido a la polarización directa de la unión base (Fig. 6.16), la corriente
mucho más que la corriente térmica del colector I A 0 .

Arroz. 6.16 Ud. SER= constante, Ud. CE– variable

en modo saturación la base debe enriquecerse con portadores no principales. El criterio para este régimen es la concentración de equilibrio del portador en el CP ( Ud. KB =0 ). En virtud de la ecuación Ud. CE = Ud. KB + Ud. SER, El voltaje en la unión del colector igual a cero puede ocurrir con pequeños voltajes negativos entre la base y el emisor. En Ud. CE 0 y Ud. SER <0, оба перехода смещаются в прямом направлении, их сопротивление падает. При малых напряжениях на коллекторе (Ud. CE < Ud. SER) Ud. KB cambia de signo, la resistencia de la unión del colector disminuye drásticamente y el colector comienza a inyectar agujeros en la base. El flujo de orificios del colector compensa el flujo de orificios del emisor. La corriente del colector cambia de signo (esta área generalmente no se muestra en las características de salida I-V).

A altos voltajes en el colector, es posible que se rompa la unión del colector debido a la multiplicación por avalancha de portadoras en el SCR (punto D). La tensión de ruptura depende del grado de dopaje de las zonas del transistor. En transistores con una base muy delgada, es posible expandir el SCR a toda la región de la base (se produce una perforación de la base).

Al comparar las características de corriente-voltaje de salida de un transistor conectado en un circuito con OE y OB (figura 6.17), se pueden notar dos características más significativas: en primer lugar, las características en el circuito con OE tienen una pendiente mayor, lo que indica una disminución en la resistencia de salida del transistor y, en segundo lugar, la transición al modo de saturación se observa con voltajes negativos en el colector.

Crecimiento actual del colector con aumento. Ud. CE determinado por una disminución en el ancho de la base. Coeficientes de arrastre æ y transmisión de corriente del emisor α aumentar, pero el coeficiente de transferencia de corriente base en el circuito con OE
creciendo más rápido α . Por lo tanto, a una corriente de base constante, la corriente del colector aumenta más que en un circuito con OB.

Arroz. 6.23 Características de salida pnp-transistor a – en el circuito con OB, b – en el circuito con OE

6.3 Encendido de un transistor según un circuito con colector común

Si los circuitos de entrada y salida tienen un electrodo común, el colector (OC), y la corriente de salida es la corriente del emisor, y la corriente de entrada es la corriente base, entonces para el coeficiente de transferencia de corriente se cumple lo siguiente:

En tal conexión, el coeficiente de transferencia de corriente es ligeramente mayor que en una conexión OE, y la ganancia de voltaje es ligeramente menor que la unidad, ya que la diferencia de potencial entre la base y el emisor es prácticamente independiente de la corriente de la base. El potencial del emisor prácticamente repite el potencial de base, por lo que una cascada construida sobre la base de un transistor con OK se llama seguidor de emisor. Sin embargo, este tipo de inclusión se utiliza relativamente raramente.

Comparando los resultados obtenidos, podemos hacer conclusiones :

El circuito OE tiene una alta ganancia tanto en voltaje como en corriente. Tiene la mayor ganancia de potencia. Tenga en cuenta que el circuito cambia la fase del voltaje de salida en 180.

Este es el circuito amplificador más común.

El circuito con OB amplifica el voltaje (aproximadamente lo mismo que el circuito con OE), pero no amplifica la corriente. La fase del voltaje de salida en relación con la entrada no cambia. El circuito encuentra aplicación en amplificadores de alta y ultra alta frecuencia.