Здравствуйте мои читатели! И особенно начинающие электронщики!!!
Теперь начинаем изучение транзисторов! Транзистор в отличии диодов, резисторов, конденсаторов и индуктивностей является активным элементом. Следовательно, изменяя ток базы, мы можем изменять ток коллектора, слабым током базы управлять более мощным током коллектора.
Биполярные транзисторы бывают двух типов проводимости: «N – P – N» и «P – N – P». Не будем уточнять тонкости технологии изготовления транзисторов и порядка чередования «p – n» переходов транзисторы двух проводимостей работают совершенно одинаково и отличие состоит только в питающем напряжении. У транзисторов структуры «N – P – N» питание на коллектор и базу осуществляется от плюса источника питания, а у транзисторов структуры «P – N – P» от минуса источника питания. Выпускаются даже одинаковые транзисторы с разной структурой проводимости и они называются комплементарными парами, но об этом будет отдельный материал.
Существует три основные схемы включения транзисторов: а) схема каскада с общим эмиттером - ОЭ; б) схема каскада с общей базой – ОБ; в) схема каскада с общим коллектором – ОК.
В популярной литературе принцип работы транзистора сравнивают с краном, открывающим и закрывающим поток воды. Получается наглядно и понятно в первом приближении, но транзистор сам по себе не работает, он работает только в «команде», а «команда» окружена связями… Вот и будем изучать не просто транзистор, а транзистор в составе «команды», окруженный «связями».
У каждого транзистора есть основное свойство – коэффициент усиления тока базы. Он показывает во сколько раз изменится ток коллектора при изменении тока базы.
Во всех справочных материалах этот параметр обозначается буквой
β = Iк/Iб и имеет обозначение h21Э.
Другие параметры так же очень важны и влияют на параметры каскада. Предельное напряжения коллектора и базы, предельные токи коллектора и базы, а так же предельная мощность рассеивания, до которой допускается «нагружать» транзистор без радиатора охлаждения и с радиатором. Как рассчитывается мощность? Для простоты достаточно умножить предельный ток транзистора на напряжение коллектор-эмиттер в рабочем режиме.
На Рис 2 в схеме с ОЭ транзистор показан без элементов смещения в цепи базы. Почему эту схему называют «каскад с общим эмиттером»? Всё очень просто: входной сигнал Uвх подаётся на базу транзистора относительно эмиттера, а снимается Uвых с коллектора относительно эмиттера. ЭМИТТЕР является общим для двух сигналов, но сам как бы «заземлён» и на эмиттере сигнала нет.
Входной сигнал Uвх создаёт ток базы Iб, в свою очередь ток базы в соответствии с параметром транзистора β создаёт ток коллектора, который превышает ток базы в β раз. Ток коллектора, протекая через резистор Rнагр, создаёт падение на резисторе, при этом с увеличением тока коллектора напряжение на коллекторе уменьшается. Следовательно с увеличением входного напряжения, напряжение на коллекторе уменьшается и выходной сигнал также уменьшается. Каскад с ОЭ усиливает, но инвертирует входной сигнал! И это надо помнить всегда, как бы каскад не был нарисован в схеме устройства.
Для чего необходимо создавать смещение? Причин может быть несколько, но основная одна – установка заданного тока коллектора для получения расчетного режима каскада. При создании рабочей точки надо учитывать свойство «p – n» переходов – большинство полупроводниковых переходов открываются при достижении определённой величины, подаваемого на переход напряжения. У германиевых транзисторов порог меньше 0.2 – 0.3В, но транзистор начинает открываться практически от нуля, а кремниевые транзисторы имеют порог открывания перехода база – эмиттер 0.6 – 0.7 В. Следовательно изначально на базу необходимо подавать напряжение превышающее порог, а так как характеристика зависимости тока коллектора от тока базы нелинейна, необходимо помнить, что, указанная в справочнике β на разных участках этой характеристики так же нелинейна. Выпускаются специальные транзисторы с заданной нелинейностью ( транзисторы варимю ), позволяющие регулировать усиление усилителя изменением рабочей точки первых каскадов, в основном это необходимо для Автоматической Регулировки Усиления ( АРУ ) – в основном это применяется в радиоприёмниках.
На Рис 3. а) – резистор R1 задает ток базы для нормального ( заданного ) значения. Это самый простой вариант создания режима, но у него есть очень существенный недостаток – режим транзистора очень сильно зависит от температуры транзистора и от напряжения питания; б) – в этом варианте ток базы задаётся делителем и работа каскада в меньшей степени зависит от напряжения, но температурное влияние осталось; в) – в таком каскаде температурная зависимость режима от температуры практически отсутствует, но усиленный сигнал с коллектора «возвращается» на базу в противоположной фазе через резистор R1 и уменьшает усиление каскада; г) – в этом каскаде режим транзистора практически не зависит от температуры и незначительно зависит от питающего напряжения ( разумеется в определённых пределах ), это достигается включением в цепь эмиттера резистора Rэ – с увеличением тока транзистора, на этом резисторе увеличивается падение напряжения, которое в обратной полярности прикладывается к напряжению базы и ток базы уменьшается, а для того чтобы сигнал также не «возвращался» на базу, резистор Rэ необходимо зашунтировать конденсатором Сэ, который «закорачивает» сигнал до минимального уровня. Этот каскад самый стабильный, но содержит больше деталей. Стабильность работы требует затрат!!!
В каких же режимах может работать каскад с ОЭ?
- линейный режим – применяется во всех случаях усиления переменного напряжения любой частоты и амплитуды;
- ключевой режим – транзистор или полностью закрыт ( на базе отсутствует смещение или подано запирающее напряжение, противоположное по знаку напряжения питания ), или полностью открыт – остаточное напряжение на коллекторе минимально. Оба этих режима предназначены обработки импульсного сигнала: применяется в цифровых схемах; для управления работой реле; компараторы напряжения; дифферинцирующие каскады.
По сравнению с каскадами ОБ и ОК схемы с ОЭ имеют больший коэффициент усиления по току и напряжению и как следствие из этого – самый большой коэффициент усиления по мощности. Для питания каскада достаточно однополярного источника напряжения соответствующей мощности.
О работе каскадов с ОБ и ОК расскажу в следующем материале.
Если материал понравился, и Вы нашли в нём полезное для себя не посчитайте за труд и оставьте свой отзыв! Очень буду рад прочитать Ваши комментарии.
Чаще заходите на мой канал, подписывайтесь! Информация учебного и познавательного характера будет регулярно пополняться!
Желаю Всем читателям здоровья и успехов в творчестве!!!
