Közös tranzisztor
Közös kollektor tranzisztor
Közös emitter tranzisztor
Bipoláris tranzisztor kapcsolási áramkörök
Az alap és a tranzisztor kibocsátója között egy jelforrás van csatlakoztatva, a séma szerint egy közös emitterrel, és a terhelés a kollektorhoz van csatlakoztatva. Az áramforrások azonos jeleinek pólusai a tranzisztor emitteréhez vannak csatlakoztatva. A kaszkád bemeneti árama a tranzisztor alapadagja, a kimeneti áram pedig a kollektoráram. Ezt szemlélteti a 20. ábra, például egy bipoláris p-n-p tranzisztor beillesztését az elektromos áramkörbe.
20. ábra - Áramkör közös emitter tranzisztorral, p-n-p
A gyakorlatban egy tápegységre, nem pedig kettőre kerülnek. A tranzisztor csatlakozóinál az áramáram irányát az ábra mutatja. Az n-p-n tranzisztor bekapcsolása pontosan ugyanaz, mint az p-n-p tranzisztor bekapcsolása, de ebben az esetben meg kell változtatnia mindkét tápegység polaritását.
21. ábra - Áramkör közös n-p-n emitter tranzisztorral
A kaszkád nyeresége megegyezik a kollektoráram és a bázisáram arányával, és általában tíztől több százig terjedhet. A közös emitterrel ellátott áramkörbe beépített tranzisztor elméletileg a maximális jelnövekedést képes biztosítani a tranzisztor bekapcsolásának más lehetőségeihez viszonyítva. A vizsgált kaszkád bemeneti ellenállása, amely megegyezik a bázis-emitter feszültségének az alapáramhoz viszonyított arányával, százaktól ezer ohmig terjed. Ez kevesebb, mint egy olyan kaszkádé, amelynek tranzisztorát egy közös kollektoráramkör szerint csatlakoztatják. A kaszkád kimeneti jelének közös kibocsátójával a bemeneti jelhez viszonyítva 180 ° -os fázistolódás van. A hőmérsékleti ingadozások jelentősen befolyásolják a tranzisztor működési módját, amelyet a közös emitter áramkör szerint kapcsolnak be, ezért speciális hőmérsékleti stabilizáló áramköröket kell használni. Mivel a tranzisztor kollektor csatlakozási ellenállása a vizsgált kaszkádban nagyobb, mint a közös bázissal rendelkező kaszkádban, több idő szükséges a töltéshordozók rekombinációjához, és ezért a közös emitterrel rendelkező kaszkád a legrosszabb frekvenciatulajdonsággal rendelkezik.
A tranzisztor emitteréhez terhelés van csatlakoztatva, a séma szerint egy közös kollektorral csatlakoztatva, és a bemeneti jel táplálva van az alaphoz. A kaszkád bemenő árama a tranzisztor alapadata, a kimeneti áram pedig az emitter árama. Ezt a 22. ábra mutatja, amely egy bipoláris p-n-p tranzisztor csatlakozási áramkörét mutatja.
22. ábra - Áramkör közös p-n-p kollektor tranzisztorral
A kimeneti jelet eltávolítják az emitter kimenetével sorosan csatlakoztatott terhelési ellenállásról. A kaszkád bemenetének nagy ellenállása van, rendszerint a megaohm tizedeitől több megaohmig, annak a ténynek köszönhetően, hogy a tranzisztor kollektorcsomópontja reteszelt. És a kaszkád kimeneti ellenállása éppen ellenkezőleg kicsi, ami lehetővé teszi az ilyen kaszkádok használatát az előző kaszkád és a terhelés összehangolására. A közös kollektoráramnak megfelelően csatlakoztatott tranzisztorral rendelkező kaszkád nem a feszültséget erősíti, hanem az áramot erősíti (általában 10 ... 100-szor). A kaszkádba továbbított jel bemeneti feszültségének fázisa egybeesik a kimeneti feszültség fázisával, azaz inverziója hiányzik. A bemeneti és a kimeneti jel fázisának megőrzése miatt a közös gyűjtővel rendelkező kaszkádnak van egy másik neve - emitter követő. Az emitter-követő hőmérsékleti és frekvencia tulajdonságai rosszabbak, mint annak a kaszkádnak, amelyben a tranzisztor egy közös alappal ellátott áramkör szerint csatlakozik.
23. ábra - Áramkör közös p-n-p tranzisztorral
A sáv szerint a közös alappal összeállított kaszkádban a bemeneti jel feszültségét az emitter és a tranzisztor alja között táplálják, és a kimeneti feszültséget eltávolítják a kollektor-alap kivezetésektől. A p-n-p tranzisztor szerkezetének beépítését a séma szerint egy közös bázissal a 23. ábra szemlélteti.
Ebben az esetben az alkatrész emitter csatlakozása nyitva van és vezetőképessége magas. A kaszkád bemeneti impedanciája kicsi, és általában egységektől több ohmig terjed, ami a tranzisztor leírt beépítésének hátránya. Ezenkívül ahhoz, hogy a kaszkád működjön egy transzisztorral, amelyet a séma szerint egy közös bázissal kötnek össze, két külön energiaforrásra van szükség, és a kaszkád jelenlegi nyeresége kisebb, mint egység. A feszültség-kaszkád nyeresége gyakran tíz-től több százszor is eléri.
Az előnyök között szerepel a kaszkád lényegesen magasabb frekvencián történő működtetése a tranzisztor bekapcsolásának másik két lehetőségéhez képest, valamint a hőmérsékleti ingadozások gyenge hatása a kaszkád működésére. Ez az oka annak, hogy a tranzisztorokkal a séma szerint egy közös bázissal összekötött kaszkádokat gyakran használják a magas frekvenciájú jelek erősítésére.
A fototranzisztor egy olyan tranzisztor, amely érzékeny a besugárzást végző fényáramra. Általában a diszkrét fototranzisztor felépítése hasonló a diszkrét tranzisztorhoz, azzal a különbséggel, hogy a fototranzisztor lezárt esetben például egy üvegből vagy átlátszó speciális műanyagból készült ablak van, amelyen keresztül a sugárzás bejut a fototranzisztor alapterületébe. A fototranzisztor beillesztése az elektromos áramkörbe olyan, hogy a külső áramforrás pozitív pólusa az emitterhez kapcsolódik, a terhelési ellenállás a kollektorhoz van csatlakoztatva, amely viszont az áramforrás negatív pólusához kapcsolódik. Amikor az alapterületet besugározzuk, töltéshordozók képződnek. A fő töltő hordozók legnagyobb koncentrációja az alapban lesz, ami a fototranzisztor kinyílásához vezet, és a kisebbségi töltő hordozók a kollektor csomópontra vándorolnak. Ezért a fototranzisztor besugárzása a kollektor áramának növekedéséhez vezet. Minél nagyobb az alapterület megvilágítása, annál jelentősebb lesz a fototranzisztor kollektorárama. Így a fototranzisztor egyaránt vezérelhető hagyományos bipoláris tranzisztorként, változtatva az alapáramot, és fényérzékeny eszközként is. A fototranzisztor fontos paraméterei közé tartozik a sötét áram, a világítási áram és az integrált érzékenység. A sötét áram a kollektoráram besugárzás nélkül. Világítási áram - kollektor áram sugárzás jelenlétében. Az integrált érzékenység a csatlakoztatott fototranzisztor kollektoráramának és a fényáramnak a hányadosa.
A fototranzisztorokat optocsatolókban, automatizálási és távirányító készülékekben, utcai világítási eszközökben stb. Használják.
A közös emitterrel rendelkező bipoláris tranzisztor kapcsolási áramkörét az 5.15 ábra mutatja:
A tranzisztor jellemzői ebben az üzemmódban különböznek a közös alap üzemmódtól. Egy közös emitterrel ellátott áramkör szerint csatlakoztatott tranzisztorban nemcsak a feszültség, hanem az áram is nyer. A közös emitterrel ellátott áramkör bemeneti paraméterei az I b bázisáram és a kollektor feszültsége U k, a kimeneti jellemzők pedig az I k kollektor áram és az emitter feszültsége U e.
Korábban, egy bipoláris tranzisztor elemzésekor egy közös alapegységben, a következő formában kapcsolatokat kaptunk a kollektoráram és az emitteráram között:
A rendszerben egy közös kibocsátóval (a Kirchhoff első törvényével összhangban).
a tényezők újracsoportosítása után kapjuk:
(5.30)
Ábra. 5.15. Közös emitter tranzisztor
Az α / (1-α) együttható az I b tényezõ elõtt azt mutatja, hogy az I k kollektoráram miként változik az I b alapáram egyetlen változásával. Bipoláris tranzisztor áramerősségének nevezzük egy közös emitteráramkörben. Jelölje meg ezt az együtthatót β-val.
(5.31)Mivel az α átviteli együttható értéke közel van az egységhez (α\u003e 1). Az átviteli együttható α \u003d 0,98 ÷ 0,99 értékei esetén a nyereség a β \u003d 50 ÷ 100 tartományban van.
Figyelembe véve (5.31), valamint I к0 * \u003d I к0 / (1-α), az (5.30) kifejezés átírható a következő formában:
(5.32)
ahol I k0 * \u003d (1 + β) I k0 az egyetlen p-n csomópont hőárama, amely jóval meghaladja az I k0 kollektor hőáramát, és r k értéke r k * \u003d r k / (1 + β).
Megkülönböztetve az (5.32) egyenletet az I b bázisárammal, β \u003d ΔI k / ΔI b értékét kapjuk. Ebből következik, hogy a β erősítés azt mutatja meg, hogy hányszor változik az I k kollektoráram az I b alapáram változásával.
A β mennyiség jellemzésére a bipoláris tranzisztor paramétereinek függvényében emlékeztetni kell arra, hogy az emitter áramátviteli együtthatója α \u003d γ · κ, ahol. ezért 
. A β értékéhez egy következő értéket kaptunk: β \u003d α / (1-α). Mivel W / L 
(5.33)
Az 5.16a. Ábra egy bipoláris tranzisztor áramfeszültség-karakterisztikáit mutatja, amelyek egy áramkör szerint vannak összekötve egy közös emitterrel, amelynek alapeleme a görbék paramétere. Összehasonlítva ezeket a jellemzőket egy közös bázisáramkör bipoláris tranzisztorának hasonló jellemzőivel, láthatja, hogy ezek minőségileg hasonlóak.
Vizsgáljuk meg, hogy az I b alapáram kis változásai miért okoznak jelentős változásokat az I k kollektoráramban. A β együttható értéke, lényegesen nagyobb, mint az egység, azt jelenti, hogy az α átviteli együttható közel van az egységhez. Ebben az esetben a kollektoráram közel áll az emitter áramához, és az alapáram (fizikai természetű rekombináció) lényegesen kisebb, mint a kollektor és az emitter árama. Az α koefficienssel 100-ból az emitter csatlakozón keresztül injektált lyukakból 99-et kihúzzák a kollektor keresztezésen keresztül, és csak egy rekombinál az elektronban az alapban, és hozzájárul az alapáramhoz.
Ábra. 5.16. A KT215V bipoláris tranzisztor áram-feszültségjellemzői, a séma szerint egy közös emitterrel csatlakoztatva:
a) bemeneti jellemzők; b) kimeneti jellemzők
Az alapáram megkétszereződése (két lyuknak újra kell kombinálódnia) kétszer akkora befecskendezést eredményez az emitter csatlakozásán (200 lyukat kell befecskendezni), és ennek megfelelően a kollektoron át történő elszívást (198 lyuk kihúzása). Így az alapáram kis változása, például 5-ről 10 μA-ra, a kollektoráramban nagy változásokat okoz, 500 μA-ról 1000 μA-ra.
TRANSISTOR - egykristályos félvezető alapján készített félvezető eszköz az elektromos rezgések erősítésére, generálására és átalakítására ( Si - szilícium vagy Ge - Németország), amely legalább három területet tartalmaz különféle - elektronikus ( n) és lyuk ( p) - vezetőképesség. 1948-ban találták fel W. Shockley, W. Brattain és J. Bardin amerikaiak. Az áramszabályozás fizikai szerkezete és mechanizmusa alapján megkülönböztetik a bipoláris tranzisztorokat (gyakran egyszerűen tranzisztoroknak is neveznek) és az egypoláros tranzisztorokat (gyakran mezőhatású tranzisztoroknak nevezik). Az elsőben, amely két vagy több elektronfurat-átmenetet tartalmaz, mind az elektronok, mind a lyukak töltőhordozókként szolgálnak, másodszor pedig elektronok vagy lyukak. A "tranzisztor" kifejezést gyakran a félvezető eszközök hordozható adóvevőire utalják.
A kimeneti áramkör áramát a bemeneti feszültség vagy az áram megváltoztatásával lehet szabályozni. A bemeneti értékek kis változása a kimeneti feszültség és áram lényegesen nagyobb változásához vezethet. A tranzisztorok erõsítõ tulajdonságát analóg technológiában (analóg TV, rádió, kommunikáció stb.) Használják.
Ebben a cikkben megvizsgáljuk a bipoláris tranzisztorokat.
Bipoláris tranzisztor lehet n-p-n és p-n-p vezetőképesség. A tranzisztor belseje betekintése nélkül meg lehet jegyezni a vezetőképesség különbségét csak az áramkörök, kondenzátorok, diódák, amelyek ezeknek az áramköröknek a gyakorlati áramkörei közötti csatlakozás polaritásában vannak. A jobb oldali ábra grafikusan ábrázolja n-p-n és p-n-p tranzisztorok.
A tranzisztornak három kimenete van. Ha egy tranzisztort négycsatlakozónak tekintünk, akkor két bemeneti és két kimeneti csatlakozóval kell rendelkeznie. Ezért néhány következtetésnek közösnek kell lennie, mind a bemeneti, mind a kimeneti áramkörök esetében.
Tranzisztor kapcsolási áramkörök
Közös emitter tranzisztor - a bemeneti jel amplitúdójának feszültség és áram általi növelésére tervezték. Ebben az esetben a bemeneti jel, amelyet egy tranzisztor erősít, invertált. Más szavakkal, a kimeneti jel fázisa 180 fokkal forog. Ez az áramkör a fő az eltérő amplitúdójú és alakú jelek erősítéséhez. A tranzisztor kaszkád bemeneti impedanciája az OE-vel több száz ohmtól kilo-ohm-ig terjed, és a kimeneti ellenállás egységektől tíz tíz kilo-ohmig terjed.
Közös kollektor tranzisztor - a bemeneti áram amplitúdójának erősítésére tervezték. Ilyen áramkörben nem történik feszültség erősítés. Helyesebben, a feszültségnövekedés még kisebb, mint az egység. A bemeneti jelet a tranzisztor nem fordítja meg.
Az tranzisztor kaszkád bemeneti ellenállása OK-val tíz-től több száz kilo-ohmig terjedhet, a kimenet pedig több száz ohm-ig lehet - egységek kilo-ohm-ig. Annak a ténynek köszönhetően, hogy általában egy terhelési ellenállás van az emitter áramkörében, az áramkörnek nagy bemeneti ellenállása van. Ezen felül, a bemeneti áram erősítése miatt, nagy terhelhetőséggel rendelkezik. Ezeket a közös kollektor áramköri tulajdonságokat a tranzisztor fokozatainak egyeztetésére használják - mint például egy “puffer fázis”. Mivel az amplitúdóban nem erősített bemeneti jel a kimeneten "megismétlődik", a tranzisztor kapcsoló áramkörét közös kollektorral A kibocsátó követője.
Még mindig van Közös tranzisztor. Elméletileg létezik ez a befogadási séma, de a gyakorlatban nagyon nehéz végrehajtani. Egy ilyen kapcsolási áramkört használnak a magas frekvenciájú technológiában. Különlegessége, hogy alacsony bemeneti impedanciája van, és nehéz egy ilyen kaszkádot a bemeneten koordinálni. Az elektronikai tapasztalatom nem kicsi, de erről az áramkörről a tranzisztor bekapcsolására sajnálom, nem tudok semmit! Pár alkalommal "idegen" rendszerként használtam, de nem értettem. Megmagyarázom: az összes fizikai törvény szerint egy tranzisztort az alapja vezérli, vagy inkább az alap-emitter útja mentén áramló áram vezérli. A tranzisztor bemeneti csatlakozója - az alap a kimeneten - nem használható. Valójában a tranzisztornak a kondenzátoron keresztüli alapját nagy frekvencián "ültetik" a házon, de a kimenetnél nem használják. És galvanikusan, egy nagy ellenállású ellenálláson keresztül az alapot csatlakoztatják a kaszkád kimenetéhez (előfeszítés kerül alkalmazásra). De az elfogultság benyújtásához valójában bárhonnan, akár egy kiegészítő forrásból is megkeresheti. Mindegy, hogy az alapba belépő bármilyen alakú jelet ugyanazon a kondenzátoron keresztül elfojtják. Annak érdekében, hogy egy ilyen kaszkád működjön, a bemeneti kimenetet - az emittert az alacsony ellenállású ellenálláson keresztül "ültetik" a házra, tehát az alacsony bemeneti ellenállást. Általánosságban a tranzisztor közös bázissal való bevonása a teoretikusok és a kísérletezők témája. A gyakorlatban ez rendkívül ritka. Az áramkörök tervezése során soha nem találkozott azzal a szükségességgel, hogy tranzisztor kapcsoló áramkört használjon egy közös alappal. Ez a kapcsolási áramkör tulajdonságaival magyarázható: a bemeneti ellenállás egységtől tíz ohmig terjed, a kimeneti ellenállás száz kilogrammtól megaohm egységig terjed. Az ilyen specifikus paramétereknek ritka szükségük van.
A bipoláris tranzisztor kulcs- és lineáris (erősítő) módban működhet. A kulcsos módot különféle vezérlőáramkörökben, logikai áramkörökben stb. Használják. Kulcs módban a tranzisztor két működési állapotban lehet - nyitott (telített) és zárt (zárolt) állapotban. A lineáris (erősítő) módot alkalmazzák a harmonikus jel-erősítő áramkörökben, és megköveteli, hogy a tranzisztort "félig" nyitott, de nem telített állapotban tartsák.
A tranzisztor működésének tanulmányozásakor a legfontosabb kapcsolási áramkörnek tekintjük a közös emitterrel ellátott tranzisztor kapcsolási áramkörét.
Az áramkört az ábra mutatja. Az ábrán VT - valójában a tranzisztor. ellenállások R b1 és R b2 - a tranzisztor torzító áramköre, amely egy közönséges feszültségválasztó. Ez az áramkör biztosítja torzulás nélkül a tranzisztor torzítását a „működési ponthoz” a harmonikus jelerősítési módban. ellenállás R-ig - a tranzisztor kaszkád terhelési ellenállása, amelyet arra terveztek, hogy elektromos áramot szolgáltatjon az áramforrás elektromos áramának kollektorához és annak korlátozásaihoz "nyitott" tranzisztor üzemmódban. ellenállás R e - a visszacsatoló ellenállás lényegében növeli a kaszkád bemeneti ellenállását, miközben csökkenti a bemeneti jel nyereségét. A C kondenzátorok galvanikus leválasztást hajtanak végre a külső áramkörök hatásaitól.
A bipoláris tranzisztor működésének megértése érdekében analógiát készítünk a hagyományos feszültség-megosztóval (lásd az alábbi ábrát). Kezdetként ellenállás R 2 tegye a feszültség-elosztót vezéreltre (változó). Ennek az ellenállásnak az ellenállását nulláról "végtelen" nagyra változtatva megkaphatjuk a feszültséget nulláról értékre, amelyet a bemenetére adunk egy ilyen elválasztó kimenetekor. Képzelje el most egy ellenállást R 1 a feszültségosztó a tranzisztor szakaszának kollektor ellenállása és az ellenállás R 2 a feszültségosztó egy kollektor-emitter tranzisztor csomópont. Ugyanakkor, ha egy tranzisztor alapjára elektromos áram formájában egy vezérlőműveletet hajtunk végre, megváltoztatjuk a kollektor-emitter csatlakozási ellenállását, ezáltal megváltoztatva a feszültségmegosztó paramétereit. A különbség a változó ellenálláshoz képest az, hogy a tranzisztort alacsony áram vezérli. Pontosan így működik a bipoláris tranzisztor. A fentieket az alábbi ábra mutatja: 
Ahhoz, hogy a tranzisztor jel-erősítési módban működjön, az utóbbi torzítása nélkül, ugyanazt az üzemmódot kell biztosítani. A tranzisztor alapjának torzításáról beszélnek. Az illetékes szakemberek szórakoztatják a szabályt: a tranzisztorot áram vezérli - ez egy axióma. A tranzisztor torzítási módját azonban a bázis-emitter feszültsége és nem az áram határozza meg - ez a valóság. És aki nem veszi figyelembe a torzító feszültséget, akkor egy erősítő sem fog működni. Ezért a számításokban figyelembe kell venni annak értékét.
Tehát a bipoláris tranzisztor fokozatának működése az erősítési módban egy bizonyos torzítási feszültségnél történik az alap-emitter csomóponton. Szilícium-tranzisztor esetén az előfeszültség 0,6 ... 0,7 volt, a germánium-tranzisztor esetében - 0,2 ... 0,3 volt. Ismerve ezt a koncepciót, nemcsak kiszámolhatja a tranzisztor fokozatait, hanem ellenőrizheti az összes tranzisztor erősítő fázis állapotát. Elegendő megmérni a tranzisztor alap-emitterének torzító feszültségét egy nagy belső ellenállású multiméterrel. Ha ez nem felel meg a 0,6 ... 0,7 volt szilíciumnak vagy a 0,2 ... 0,3 voltnak a germániumnak, akkor keressen hibát itt - vagy a tranzisztor hibás, vagy a tranzisztor kaszkád előfeszítése vagy leválasztása az áramkörben hibás.
A fenti ábrán látható az áram-feszültség karakterisztika (CVC). 
A bemutatott CVC-t vizsgálva a legtöbb „szakember” azt fogja mondani: Milyen ostobaságot húz a központi diagram? Tehát a tranzisztor kimeneti jellemzője nem néz ki! A jobb oldalon látható! Meg fogom válaszolni, hogy minden rendben van, de elektronikus vákuumcsövekkel kezdődött. Korábban a lámpa feszültség-áramerősségének tekintették az anód ellenállás feszültségcsökkenését. Most folytatják a mérést a kollektor ellenálláson, és a grafikonon betűk vannak jelölve, amelyek jelzik a tranzisztor feszültségcsökkenését, amely mélyen téves. A bal oldalon I b - U be Bemutatjuk a tranzisztor bemeneti jellemzőit. A központi táblán I - U ke Bemutatjuk a tranzisztor kimeneti áram-feszültség karakterisztikáját. És a jobb oldalon I R - U R bemutatjuk a terhelési ellenállás áram-feszültség grafikonját R-ig, amelyet általában maga a tranzisztor áramerősség-jellemzőként ad meg.
A grafikonon van egy lineáris rész, amelyet pontozással korlátozunk a bemeneti jel lineáris erősítésére A és C. Középpont - azpontosan az a pont, ahol szükséges egy erősítő üzemmódban működő tranzisztor elhelyezése. Ez a pont egy bizonyos torzító feszültségnek felel meg, amelyet általában a számításokban vesznek figyelembe: 0,66 volt egy szilícium tranzisztoránál vagy 0,26 volt egy germánium tranzisztoránál.
A tranzisztor áram-feszültség karakterisztikája alapján a következőket látjuk: hiányában vagy alacsony torzításnál a tranzisztor alap-emitter csatlakozási pontján nincs alap- és kollektoráram. Ezen a ponton, a kollektor-kibocsátó csomóponton az áramforrás teljes feszültsége leesik. A tranzisztor alap-emitterének torzító feszültségének további növekedésével a tranzisztor nyitni kezd, megjelenik az alapáram, és a kollektoráram növekszik vele. Egy ponton elérve a "munkaterületet" C, a tranzisztor lineáris módba lép, amely pontig folytatódik A. Ebben az esetben a kollektor-kibocsátó csatlakozásnál és a terhelési ellenállásnál a feszültségcsökkenés csökken R-igéppen ellenkezőleg, növekszik. pont az - a tranzisztor üzemi torzítási pontja, - ezen a ponton a tranzisztor kollektor-emitterének kereszteződésénél általában a feszültségcsökkentést az áramforrás feszültségének pontosan a felével egyenlőnek kell beállítani. A frekvencia válasz pontról Cpontig A az elmozdulás munkaterület. Pont után A , az alapáram és ezért a kollektoráram hirtelen növekszik, a tranzisztor teljesen kinyílik - telítettségbe lép. Ezen a ponton a szerkezet miatti feszültség csökken a kollektor-kibocsátó csomóponton n-p-n átmenetek, ami körülbelül 0,2 ... 1 volt, a tranzisztor típusától függően. Az áramforrás minden más feszültsége csökken a tranzisztor - ellenállás terhelési ellenállásán R-ig., amely szintén korlátozza a kollektoráram további növekedését.
Az alsó "kiegészítő" ábrákon láthatjuk, hogy a tranzisztor kimenetén a feszültség hogyan változik a bemeneti jeltől függően. A tranzisztor kimeneti feszültsége (feszültségesés a kollektoron) a fázistól (180 fok) eltér a bemeneti jelig.
Tranzisztor kaszkád számítása közös emitterrel (OE)
Mielőtt közvetlenül folytatnánk a tranzisztor kaszkád számítását, figyeljük a következő követelményeket és feltételeket:
A tranzisztor kaszkád számítását rendszerint a végétől (azaz a kimenettől) kell elvégezni;
A tranzisztor kaszkádjának kiszámításához meg kell határozni a feszültségcsökkenést a tranzisztor kollektor-kibocsátó csatlakozásánál alapjáratban (ha nincs bemeneti jel). Úgy választják meg, hogy a lehető legtöbb torzítás nélküli jelet kapja. Az "A" üzemmódban működő tranzisztor kaszkád egyciklusú áramkörében ez általában az energiaforrás feszültségének fele;
A tranzisztor emitter áramkörében két áram folyik - a kollektoráram (a kollektor-emitter útja mentén) és az alapáram (az alap-emitter útja mentén), de mivel az alapáram meglehetősen kicsi, elhanyagolhatjuk, és feltételezhetjük, hogy a kollektoráram egyenlő az emitter áramával;
A tranzisztor egy erősítő elem, tehát tisztességes mondani, hogy a jelek erősítésének képességét valamilyen értékkel kell kifejezni. A nyereség értékét a négy terminál elméletéből vett mutató fejezi ki - az alapáram erősítése a kapcsolóáramkörben közös emitterrel (OE), és azt jelöli - h 21. Ennek értékét a tranzisztorok bizonyos típusaira vonatkozó könyvtárakban adják meg, sőt, általában a könyvtárakban van egy dugasz (például: 50 - 200). A számításokhoz általában válassza ki a minimális értéket (a példából válassza az 50-ös értéket);
Gyűjtő ( R-ig) és kibocsátó ( R e) ellenállások befolyásolják a tranzisztor fokozatának bemeneti és kimeneti ellenállását. Feltételezhetjük, hogy a kaszkád bemeneti impedanciája R I \u003d R e * h 21, és a kimenet R o \u003d R-ig. Ha a tranzisztor fokozatának bemeneti impedanciája nem fontos az Ön számára, akkor ellenállás nélkül is megteheti R e;
Ellenállás értékelése R-ig és R e korlátozza a tranzisztoron átáramló áramokat és a tranzisztoron elosztott energiát.
A tranzisztor kaszkád számításának sorrendje és példája OE-vel
Forrás adatok:
Tápfeszültség U i.p.\u003d 12 V
Válasszon például egy tranzisztort: \u200b\u200bKT315G tranzisztor, ehhez:
P max\u003d 150 mW; I max\u003d 150 mA; h 21>50.
elfogad R k \u003d 10 * R e
A tranzisztor működési pontjának feszültségét elfogadják U be \u003d 0,66 V
megoldás:
1. Meghatározjuk azt a maximális statikus teljesítményt, amelyet a tranzisztor eloszlat a váltakozó jel áthaladásának pillanataiban a tranzisztor statikus módjának B üzemi pontján. Ennek egy olyan értéknek kell lennie, amely 20% -kal kevesebb (0,8 tényező) a kézikönyvben megadott maximális tranzisztor teljesítménynek.
elfogad P ras.max \u003d 0,8 * P max\u003d 0,8 * 150 mW \u003d 120 mW
2. Határozzuk meg a kollektoráramot statikus módban (nincs jel):
I k0 \u003d P verseny max / U ke0 \u003d P verseny max / (U i.p. / 2) \u003d 120 mW / (12 V / 2) \u003d 20 mA.
3.
Mivel a tápfeszültség fele statikus módban esik a tranzisztoron (jel nélkül), a tápfeszültség második fele az ellenállásokra esik le:
(R k + R e) \u003d (U ip / 2) / I k0 \u003d (12 V / 2) / 20 mA \u003d 6 V / 20 mA \u003d 300 Ohm.
Tekintettel az ellenállások meglévő tartományára, valamint arra a tényre, hogy az arányt választottuk R k \u003d 10 * R e, megtaláljuk az ellenállások értékeit: R-ig \u003d 270 ohm; R e \u003d 27 ohm.
4. Keresse meg a feszültséget a tranzisztor kollektorán jel nélkül. U k0 \u003d (U ke0 + I k0 * R e) \u003d (U i.p. - I k0 * R k) \u003d (12 V - 0,02 A * 270 Ohm) \u003d 6,6 V.
5. Határozzuk meg az aktuális alapvezérlő tranzisztorot: I b \u003d I c / h 21 \u003d / h 21 \u003d / 50 \u003d 0,8 mA.
6. A teljes bázisáramot az alapfeszültség feszültsége határozza meg, amelyet a feszültségmegosztó állít be R b1,R b2. Az ellenállásos alapválasztó áramának sokkal nagyobbnak kell lennie (5-10-szer) az alapvezérlő áramnak I búgy, hogy ez utóbbi ne befolyásolja az előfeszültséget. Az elválasztó áramot tízszer nagyobb, mint az alapvezérlő áram: R b1,R b2: I div. \u003d 10 * I b \u003d 10 * 0,8 mA \u003d 8,0 mA.
Ezután az ellenállások impedanciája R b1 + R b2 \u003d U / I div. \u003d 12 V / 0,008 A \u003d 1500 Ohm.
7. Készenléti állapotban megtaláljuk az emitter feszültségét (nincs jel). A tranzisztor kaszkádjának kiszámításakor figyelembe kell venni: a működő tranzisztor alap-emitter feszültsége nem haladhatja meg a 0,7 voltot! Az emitter feszültsége bemeneti jel nélküli üzemmódban körülbelül: U e \u003d I k0 * R e \u003d 0,02 A * 27 ohm \u003d 0,54 V,
ahol I k0 a tranzisztor nyugalmi árama.
8. Meghatározjuk a feszültséget a bázison U b \u003d U e + U be\u003d 0,54 V + 0,66 V \u003d 1,2 V
Innentől kezdve a feszültség-megosztó képletén keresztül megtalálhatjuk: R b2 \u003d (R b1 + R b2) * U b / U stb. \u003d 1500 Ohm * 1,2 V / 12V \u003d 150 Ohm
Rb1 \u003d (Rb1 + Rb2) -Rb2 \u003d 1500 Ohm - 150 Ohm \u003d 1350 Ohm \u003d 1,35 kOhms.
Szerint az ellenállás sorozat, annak a ténynek köszönhető, hogy az ellenálláson keresztül R b1 az alapáram is áramlik, az ellenállást a csökkenés irányába választjuk meg: R b1\u003d 1,3 kOhm.
9. Az elválasztó kondenzátorokat a kaszkád kívánt amplitúdó-frekvencia-jellemzői (sávszélesség) alapján választjuk meg. A tranzisztor fokozatainak normál működéséhez akár 1000 Hz frekvencián is ki kell választani a legalább 5 μF névleges értékű kondenzátorokat.
Alacsonyabb frekvenciákon a kaszkád amplitúdó-frekvencia karakterisztikája (AFC) az elválasztó kondenzátorok újratelepítésének idejétől függ a kaszkád más elemein, ideértve a szomszédos kaszkád elemeit is. A kapacitásnak olyannak kell lennie, hogy a kondenzátoroknak ne legyen idejük újratölteni. A tranzisztor szakasz bemeneti impedanciája sokkal nagyobb, mint a kimeneti impedancia. A kaszkád frekvenciaválaszát az alacsony frekvenciatartományban az időállandó határozza meg t n \u003d R in * C inahol R I \u003d R e * h 21, C be - a kaszkád elválasztó bemeneti kapacitása. C ki tranzisztor lépcsőzetes C be a következő kaszkádban, és ugyanígy számolják. Kaszkád alacsony levágási frekvencia (levágási frekvencia levágási frekvencia válasz) f n \u003d 1 / t n. A kiváló minőségű erősítéshez egy tranzisztoros fokozat megtervezésekor ezt az arányt kell választani 1 / t n \u003d 1 / (R in * C in)<
A tranzisztor fokozat kulcs módjának kiszámítását pontosan ugyanúgy kell elvégezni, mint az erősítő fokozatának korábbi számítását. Az egyetlen különbség az, hogy a kulcsos mód a tranzisztor két állapotát feltételezi készenléti állapotban (jel nélkül). Lezárt (de nem rövidzárlatos) vagy nyitott (de nem telített). Ebben az esetben a "pihenés" munkapontjai a CVC-n feltüntetett A és C pontokon kívül helyezkednek el. Amikor a tranzisztorot az áramkörön jel nélküli állapotban kell lezárni, el kell távolítani az ellenállást a kaszkád korábban bemutatott áramköréről R b1. Ha szükséges, hogy a tranzisztor alapjárati állapotban nyitva legyen, meg kell növelni az ellenállást a kaszkád körben R b2 A kiszámított érték tízszerese, és bizonyos esetekben eltávolítható az áramkörből.
A tranzisztor kaszkád számítása véget ért.
A közös emitterrel rendelkező bipoláris tranzisztor kapcsolási áramkörét az 5.15 ábra mutatja:
A tranzisztor jellemzői ebben az üzemmódban különböznek a közös alap üzemmódtól. Egy közös emitterrel ellátott áramkör szerint csatlakoztatott tranzisztorban nemcsak a feszültség, hanem az áram is nyer. A közös emitterrel ellátott áramkör bemeneti paraméterei az I b bázisáram és a kollektor feszültsége U k, a kimeneti jellemzők pedig az I k kollektor áram és az emitter feszültsége U e.
Korábban, egy bipoláris tranzisztor elemzésekor egy közös alaphálózatban, a kollektoráram és az emitteráram közötti összefüggést kaptuk a következő formában:
A rendszerben egy közös kibocsátóval (a Kirchhoff első törvényével összhangban).
a tényezők újracsoportosítása után kapjuk: (5.30)
Ábra. 5.15. Közös emitter tranzisztor
Az α / (1-α) együttható az I b tényezõ elõtt azt mutatja, hogy az I k kollektoráram miként változik az I b alapáram egyetlen változásával. Bipoláris tranzisztor áramerősségének nevezzük egy közös emitteráramkörben. Jelölje meg ezt az együtthatót β-val.
Mivel az α átviteli együttható közel van az egységhez (α< 1), то из уравнения (5.31) следует, что коэффициент усиления β будет существенно больше единицы (β >\u003e 1). Az átviteli együttható α \u003d 0,98 ÷ 0,99 értékei esetén a nyereség a β \u003d 50 ÷ 100 tartományban van.
Figyelembe véve (5.31), valamint I к0 * \u003d I к0 / (1-α), az (5.30) kifejezés átírható a következő formában:
(5.32)
ahol I k0 * \u003d (1 + β) I k0 az egyetlen p-n csomópont hőárama, amely jóval meghaladja az I k0 kollektor hőáramát, és r k értéke r k * \u003d r k / (1 + β).
Megkülönböztetve az (5.32) egyenletet az I b bázisárammal, β \u003d ΔI k / ΔI b értékét kapjuk. Ebből következik, hogy a β erősítés azt mutatja meg, hogy hányszor változik az I k kollektoráram az I b alapáram változásával.
A β mennyiség jellemzésére a bipoláris tranzisztor paramétereinek függvényében emlékeztetni kell arra, hogy az emitter áramátviteli együtthatója α \u003d γ · κ, ahol. ezért . A β értékéhez egy következő értéket kaptunk: β \u003d α / (1-α). Mivel W / L<< 1, а γ ≈ 1, получаем:
(5.33)
Az 5.16a. Ábra egy bipoláris tranzisztor áramfeszültség-karakterisztikáit mutatja, amelyek egy áramkör szerint vannak összekötve egy közös emitterrel, amelynek alapeleme a görbék paramétere. Összehasonlítva ezeket a jellemzőket egy közös bázisáramkör bipoláris tranzisztorának hasonló jellemzőivel, láthatja, hogy ezek minőségileg hasonlóak.
Vizsgáljuk meg, hogy az I b alapáram kis változásai miért okoznak jelentős változásokat az I k kollektoráramban. A β együttható értéke, lényegesen nagyobb, mint az egység, azt jelenti, hogy az α átviteli együttható közel van az egységhez. Ebben az esetben a kollektoráram közel áll az emitter áramához, és az alapáram (fizikai természetű rekombináció) lényegesen kisebb, mint a kollektor és az emitter árama. Az α koefficienssel 100-ból az emitter csatlakozón keresztül injektált lyukakból 99-et kihúzzák a kollektor keresztezésen keresztül, és csak egy rekombinál az elektronban az alapban, és hozzájárul az alapáramhoz.
Ábra. 5.16. Az áramkörben közös emitterrel ellátott KT215V bipoláris tranzisztor áram-feszültség jellemzői: a) bemeneti jellemzők; b) kimeneti jellemzők
Az alapáram megkétszereződése (két lyuknak újra kell kombinálódnia) kétszer akkora befecskendezést eredményez az emitter csatlakozásán (200 lyukat kell befecskendezni), és ennek megfelelően a kollektoron át történő elszívást (198 lyuk kihúzása). Így az alapáram kis változása, például 5-ről 10 μA-ra, a kollektoráramban nagy változásokat okoz, 500 μA-ról 1000 μA-ra.