Данное пособие подойдёт для студентов первых курсов, обучающихся по направлению "Электроника" и смежных с ним специальностей, а также для начинающих радиолюбителей и схемотехников.
В пособии будет представлена необходимая базовая теория и практические задачи для её закрепления.
Ссылки на полное оглавление пособия, на предыдущую на главу.
Приятного чтения!
Часто возникает необходимость в увеличении выходной мощности (т.е. в увеличении величины коллекторного тока). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.
Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее, в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется, потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Однако, это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.
Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления по току. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).
3.10. Области применения биполярных транзисторов
Биполярные транзисторы можно применять не только в схемах усиления сигнала. Благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей, позволяющих реализовывать бинарную логику, и, следовательно, логические функции булевой алгебры, однако, они не так эффективны в данном режиме работы из-за особенности своего строения. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.
3.11. Характеристики биполярного транзистора.
К основным характеристикам биполярного транзистора относятся:
1. Входная характеристика (рис.3.11.1) представляет собой зависимости между током базы и напряжением базы при постоянном напряжении коллектора (для маломощных транзисторов – 5-10 В). Напряжение на переходе база-эмиттер (эмиттерный переход) для транзисторов малой мощности не превышает 0,2…0,7 В, а ток базы составляет несколько десятков микроампер
2. Передаточная характеристика транзистора (рис.3.11.2), определяет зависимость токов коллектора и базы транзистора. По передаточной характеристике транзистора можно определить коэффициент усиления по току (h21э, он же β). Для приведенной ниже в качестве примера передаточной характеристики этот коэффициент будет равен 50 (соотношение коллекторного тока к току базы между точками А и Б). Для биполярных транзисторов коэффициент усиления может составлять от единиц до нескольких тысяч.
β= Iк / Iб; (1)
Теперь будет нетрудно вычислить величину коллекторного тока:
Iк = Iб * β; (2)
Рассмотрим семейство передаточных характеристик транзистора при включении по схеме с общим эмиттером и постоянном напряжении на переходе коллектор-эмиттер (рис.3.11.3).
По приведенным характеристикам можно сделать следующие выводы:
· передаточная характеристика транзистора нелинейна и представляет собой кривую (рабочая точка транзистора должна находиться на линейном участке кривой). Именно эта кривая и приводит к нелинейным искажениям, если транзистор используется для усиления сигнала, например, звукового. Поэтому приходится рабочую точку транзистора «смещать» на линейный участок характеристики;
· характеристики, снятые при разных напряжениях Uкэ1 и Uкэ2 эквидистантны (равноудалены друг от друга). Это позволяет сделать вывод, что коэффициент усиления биполярного транзистора по току не зависит от напряжения на переходе коллектор-эмиттер, а определяется углом наклона кривой к оси координат;
· характеристики начинаются не с начала координат. Это говорит о том, что даже при нулевом токе базы какой-то ток через коллектор протекает. Это как раз и есть начальный ток. То есть при токе базы равном нулю имеется небольшой ток коллектора, величина которого зависит от напряжения на коллекторе.
Для снятия передаточной характеристики транзистора необходимо собрать схему, изображенную на рис.3.11.4. Изменяя малый ток базы при помощи потенциометра R можно отслеживать изменения большого тока коллектора транзистора.
Также вместо потенциометра использовать источник переменного напряжения (им может выступать микрофон, колебательный контур антенны или детектор приёма), подключив его последовательно с батареей Eб-э. В этом случае переменное напряжение будет управлять коллекторным током транзистора (рис.3.11.5).
В данной схеме батарея Eб-э выполняет роль источника смещения рабочей точки транзистора, а усиливаться будет сигнал переменного напряжения. Если подать переменный сигнал, например, синусоиду, без смещения, то положительные полупериоды будут открывать транзистор, и, возможно, даже усиливаться.
Но отрицательные полупериоды транзистор попросту закрывает, поэтому они не только не усилятся, но даже и не пройдут через транзистор. Это примерно похоже на то, как если бы громкоговоритель подключили через диод: вместо приятной музыки и голосов удастся услышать непонятный хрип.
Но достаточно часто усиливают постоянный ток, при этом транзистор работает в ключевом режиме, наподобие реле. Такое применение наиболее часто встречается в работе цифровых схем.
