Tranzistor so spoločnou bázou
Spoločný kolektorový tranzistor
Spoločný emitorový tranzistor
Spínacie obvody bipolárnych tranzistorov
Zdroj signálu je spojený medzi základňou a emitorom tranzistora prepojeným podľa schémy so spoločným emitorom a záťaž je pripojená ku kolektoru. Póly rovnakých znakov energetických zdrojov sú pripojené k emitoru tranzistora. Vstupný prúd kaskády je základný prúd tranzistora a výstupný prúd je kolektorový prúd. Toto je znázornené na obrázku 20, napríklad zahrnutie bipolárneho tranzistora p-n-p do elektrického obvodu.
Obrázok 20 - Obvod so spoločným emitorovým tranzistorom p-n-p
V praxi stoja jeden zdroj energie, nie dva. Smer prúdenia na svorkách tranzistora je uvedený na obrázku. Zapnutie tranzistora n-p-n je úplne rovnaké ako zapnutie tranzistora p-n-p, ale v tomto prípade budete musieť zmeniť polaritu oboch napájacích zdrojov.
Obrázok 21 - Obvod so spoločným emitorovým tranzistorom n-p-n
Zisk kaskády sa rovná pomeru kolektorového prúdu k základnému prúdu a zvyčajne môže dosahovať desiatky až niekoľko stoviek. Tranzistor obsiahnutý v obvode so spoločným žiaričom môže teoreticky poskytnúť maximálny zisk signálu v porovnaní s inými možnosťami zapnutia tranzistora. Vstupný odpor uvažovanej kaskády, ktorý sa rovná pomeru napätia bázického emitora k základnému prúdu, je v rozsahu od stoviek do tisícov ohmov. Toto je menšie ako v kaskáde s tranzistorom pripojeným podľa spoločného kolektorového obvodu. Výstupný signál kaskády so spoločným žiaričom má fázový posun 180 ° vzhľadom na vstupný signál. Kolísanie teploty má významný vplyv na prevádzkový režim tranzistora, ktorý sa zapína podľa spoločného emitorového obvodu, a preto by sa mali používať špeciálne obvody na stabilizáciu teploty. Vzhľadom na to, že odpor kolektorového spoja tranzistora v uvažovanej kaskáde je vyšší ako v kaskáde so spoločnou základňou, je potrebných viac času na rekombináciu nosičov náboja, a preto má kaskáda so spoločným emitorom najhoršiu kmitočtovú vlastnosť.
Záťaž je spojená s emitorom tranzistora, pripojená podľa schémy so spoločným kolektorom a vstupný signál je dodávaný do základne. Vstupný prúd kaskády je základný prúd tranzistora a výstupný prúd je emitorový prúd. Toto je znázornené na obrázku 22, ktorý ukazuje spojovací obvod bipolárneho tranzistora p-n-p.
Obrázok 22 - Obvod so spoločným kolektorovým tranzistorom p-n-p
Výstupný signál sa odstráni zo záťažového rezistora zapojeného do série s výstupom emitora. Vstup do kaskády má vysoký odpor, zvyčajne od desatín megaohmu do niekoľkých megaohmov kvôli skutočnosti, že kolektorové spojenie tranzistora je zablokované. A výstupný odpor kaskády je naopak malý, čo umožňuje použitie takýchto kaskád na prispôsobenie predchádzajúcej kaskády zaťaženiu. Kaskáda s tranzistorom pripojeným v súlade so spoločným kolektorovým obvodom nezosilňuje napätie, ale zosilňuje prúd (obvykle 10 ... 100 krát). Fáza vstupného napätia signálu privádzaného do kaskády sa zhoduje s fázou výstupného napätia, t.j. jeho inverzia chýba. Je to kvôli zachovaniu fázy vstupného a výstupného signálu, že kaskáda so spoločným kolektorom má iné meno - sledovateľa emisií. Teplotné a frekvenčné vlastnosti emitorového sledovača sú horšie ako vlastnosti kaskády, v ktorej je tranzistor pripojený podľa obvodu so spoločnou základňou.
Obrázok 23 - Obvod so spoločným bázovým tranzistorom p-n-p
V kaskáde, zostavenej podľa schémy so spoločnou základňou, sa vstupné signálne napätie dodáva medzi emitorom a bázou tranzistora a výstupné napätie sa odstráni z terminálov kolektorovej bázy. Začlenenie štruktúry tranzistora p-n-p podľa schémy so spoločnou bázou je znázornené na obr.
V tomto prípade je emitorový spoj komponentu otvorený a jeho vodivosť je vysoká. Vstupná impedancia kaskády je malá a obvykle sa pohybuje od jednotiek do stoviek ohmov, čo je pripisované nevýhode opísaného začlenenia tranzistora. Ďalej, pre fungovanie kaskády s tranzistorom pripojeným podľa schémy so spoločnou základňou, sú potrebné dva samostatné zdroje energie a súčasný zisk kaskády je menší ako jednota. Zisk napäťovej kaskády často dosahuje desiatky až niekoľko sto krát.
Medzi výhody patrí schopnosť prevádzkovať kaskádu pri výrazne vyššej frekvencii v porovnaní s ostatnými dvoma možnosťami zapnutia tranzistora a slabý účinok na fungovanie kaskády kolísania teploty. Preto sa na zosilnenie vysokofrekvenčných signálov často používajú kaskády s tranzistormi pripojenými podľa schémy so spoločnou základňou.
Fototranzistor je tranzistor, ktorý je citlivý na svetelný tok, ktorý ho ožaruje. Typicky je diskrétny fototranzistor svojím dizajnom podobný diskrétnemu tranzistoru s tým rozdielom, že uzavreté puzdro fototranzistora má okienko, napríklad zo skla alebo priehľadného špeciálneho plastu, cez ktoré žiarenie vstupuje do základnej oblasti fototranzistora. Zahrnutie fototranzistora do elektrického obvodu je také, že kladný pól vonkajšieho zdroja energie je pripojený k emitoru, záťažový rezistor je pripojený k kolektoru, ktorý je zase pripojený k zápornému pólu zdroja energie. Keď je základná oblasť ožarovaná, generujú sa nosiče náboja. Najvyššia koncentrácia hlavných nosičov náboja bude v báze, čo povedie k otvoreniu fototranzistora a menšinové nosiče náboja migrujú do kolektorovej križovatky. Preto ožarovanie fototranzistora vedie k zvýšeniu prúdu jeho kolektora. Čím väčšie je osvetlenie základnej oblasti, tým výraznejší bude kolektorový prúd fototranzistora. Fototranzistor teda môže byť riadený ako konvenčný bipolárny tranzistor, ktorý mení základný prúd, a ako fotocitlivé zariadenie. Medzi dôležité parametre fototranzistora patrí temný prúd, svetelný prúd a integrovaná citlivosť. Tmavý prúd je kolektorový prúd bez ožiarenia. Svetelný prúd - kolektorový prúd v prítomnosti žiarenia. Integrálna citlivosť je pomer sily kolektorového prúdu pripojeného fototranzistora k svetelnému toku.
Fototranzistory sa používajú v optočlenoch, automatizačných a diaľkových ovládacích zariadeniach, v zariadeniach na pouličné osvetlenie atď.
Spínací obvod bipolárneho tranzistora so spoločným žiaričom je znázornený na obrázku 5.15:
Charakteristiky tranzistorov v tomto režime sa budú líšiť od charakteristík v režime spoločnej bázy. V tranzistore pripojenom podľa obvodu so spoločným emitorom je zisk nielen v napätí, ale aj v prúde. Vstupné parametre pre obvod so spoločným emitorom budú základný prúd Ib a kolektorové napätie Uk a výstupné charakteristiky budú kolektorový prúd Ik a emitorové napätie Ue.
Skôr, keď sa analyzoval bipolárny tranzistor v spoločnom základnom obvode, získal sa vzťah medzi kolektorovým prúdom a emitorovým prúdom v tejto forme:
V schéme so spoločným žiaričom (v súlade s prvým zákonom Kirchhoffa).
po preskupení faktorov získame:
(5.30)
Obr. 5.15. Spoločný emitorový tranzistor
Koeficient a / (1-a) pred faktorom Ib ukazuje, ako sa kolektorový prúd Ik mení s jednou zmenou základného prúdu Ib. Hovorí sa tomu aktuálny zisk bipolárneho tranzistora v spoločnom emitorovom obvode. Tento koeficient označte p.
(5.31)Pretože hodnota prevodového koeficientu α je takmer jednotná (α\u003e 1). Pre hodnoty koeficientu prenosu a \u003d 0,98 ÷ 0,99 bude zisk ležať v rozmedzí β \u003d 50 ÷ 100.
Ak vezmeme do úvahy (5.31), ako aj I к0 * \u003d I 00 / (1-α), výraz (5.30) sa môže prepísať v tvare:
(5.32)
kde I k0 * \u003d (1 + β) I k0 je tepelný prúd jedného spojenia p-n, ktorý je oveľa vyšší ako tepelný prúd kolektora I k0, a rk je definované ako rk * \u003d rk / (1 + β).
Diferenčnú rovnicu (5.32) vzhľadom na bázický prúd Ib dostaneme β \u003d ΔI k / ΔIb. Z toho vyplýva, že zisk ß ukazuje, koľkokrát sa kolektorový prúd Ik mení so zmenou základného prúdu Ib.
Ak chcete charakterizovať množstvo β ako funkciu parametrov bipolárneho tranzistora, nezabudnite, že koeficient prenosu prúdu emitoru je definovaný ako α \u003d γ · κ, kde. preto, 
, Pre p sa získala hodnota: p \u003d a / (1-a). Pretože W / L 
(5.33)
Obrázok 5.16a zobrazuje charakteristiky prúd-napätie bipolárneho tranzistora pripojeného podľa obvodu so spoločným žiaričom so základným prúdom ako parametrom kriviek. Porovnaním týchto charakteristík s podobnými charakteristikami pre bipolárny tranzistor v spoločnom základnom obvode vidíte, že sú kvalitatívne podobné.
Analyzujme, prečo malé zmeny v základnom prúde I b spôsobujú významné zmeny v kolektorovom prúde I k. Hodnota koeficientu β, výrazne vyššia ako jednota, znamená, že prevodový koeficient α je blízko k jednote. V tomto prípade je kolektorový prúd blízky emitorovému prúdu a základný prúd (fyzikálna rekombinácia) je podstatne menší ako kolektorový a emitorový prúd. S koeficientom a \u003d 0,99 zo 100 otvorov injektovaných cez emitorovú križovatku je 99 extrahovaných cez kolektorovú križovatku a iba jedna rekombinuje s elektrónmi v báze a prispieva k základnému prúdu.
Obr. 5.16. Prúdové napätie bipolárneho tranzistora KT215V, zapojené podľa schémy spoločným žiaričom:
a) vstupné charakteristiky; b) výstupné charakteristiky
Dvojnásobné zvýšenie základného prúdu (musia sa rekombinovať dve diery) spôsobí dvakrát väčšie vstrekovanie cez emitorovú križovatku (vstrekne sa 200 dier) a podľa toho extrakcia cez kolektor (vytrhne sa 198 dier). Malá zmena základného prúdu, napríklad z 5 na 10 μA, teda spôsobuje veľké zmeny v kolektorovom prúde z 500 μA na 1000 μA.
TRANSISTOR - polovodičové zariadenie na zosilňovanie, generovanie a konverziu elektrických vibrácií, vyrobené na základe monokryštalického polovodiča ( si - kremík alebo ge - Nemecko), ktoré obsahuje najmenej tri oblasti s rôznymi - elektronickými ( n) a diera ( p) - vodivosť. Vynájdený v roku 1948 Američanmi W. Shockleym, W. Brattainom a J. Bardinom. Podľa fyzickej štruktúry a mechanizmu riadenia prúdu sa rozlišujú bipolárne tranzistory (často označované jednoducho ako tranzistory) a unipolárne (často nazývané tranzistory s poľným efektom). V prvom, ktorý obsahuje dva alebo viac prechodov elektrónovými dierami, slúžia elektróny aj diery ako nosiče náboja, a po druhé, buď elektróny alebo diery. Termín „tranzistor“ sa často používa na označenie prenosných vysielacích prijímačov na polovodičových zariadeniach.
Prúd vo výstupnom obvode je riadený zmenou vstupného napätia alebo prúdu. Malá zmena vstupných hodnôt môže viesť k výrazne väčšej zmene výstupného napätia a prúdu. Táto zosilňujúca vlastnosť tranzistorov sa používa v analógovej technológii (analógová televízia, rádio, komunikácia atď.).
V tomto článku sa budeme zaoberať bipolárnym tranzistorom.
Bipolárny tranzistor môže byť n-p-n a p-n-p vodivosť. Bez toho, aby sme sa pozreli do vnútra tranzistora, je možné pozorovať rozdiel vodivosti iba v polarite spojenia v praktických obvodoch zdrojov energie, kondenzátorov, diód, ktoré sú súčasťou týchto obvodov. Obrázok vpravo graficky znázorňuje n-p-n a p-n-p tranzistory.
Tranzistor má tri výstupy. Ak považujeme tranzistor za štvorpólový, mal by mať dva vstupné a dva výstupné terminály. Preto by niektoré závery mali byť spoločné pre vstupný aj výstupný obvod.
Tranzistorové spínacie obvody
Spoločný emitorový tranzistor - navrhnuté na zvýšenie amplitúdy vstupného signálu napätím a prúdom. V tomto prípade je vstupný signál zosilnený tranzistorom invertovaný. Inými slovami, fáza výstupného signálu sa otáča o 180 stupňov. Tento obvod je hlavným obvodom na zosilňovanie signálov rôznych amplitúd a tvarov. Vstupná impedancia tranzistorovej kaskády s OE je od stoviek ohmov do jednotiek kilo-ohmov a výstupný odpor je od jednotiek k desiatkam kilo-ohmov.
Spoločný kolektorový tranzistor - navrhnuté na zosilnenie amplitúdy vstupného prúdového signálu. K zosilneniu napätia v takomto obvode nedochádza. Presnejšie povedané, zisk napätia je dokonca menší ako jednota. Vstupný signál nie je invertovaný tranzistorom.
Vstupný odpor kaskády tranzistorov s OK môže byť od desiatok do stoviek kilo-ohmov a výstup do stoviek ohmov - jednotiek kilo-ohmov. Vzhľadom na to, že v emitorovom obvode je spravidla umiestnený záťažový rezistor, má obvod veľký vstupný odpor. Okrem toho má zosilnenie vstupného prúdu vysokú kapacitu záťaže. Tieto vlastnosti obvodu spoločného kolektora sa používajú na porovnanie tranzistorových stupňov - ako „vyrovnávací stupeň“. Pretože vstupný signál, ktorý nie je zosilnený v amplitúde, sa na výstupe „opakuje“, spínací obvod tranzistora so spoločným kolektorom sa nazýva aj Sledovač emitorov.
Stále existuje Tranzistor so spoločnou bázou, Táto schéma začlenenia existuje teoreticky, ale v praxi je implementovaná veľmi tvrdo. Taký spínací obvod sa používa vo vysokofrekvenčnej technológii. Jeho zvláštnosťou je, že má nízku vstupnú impedanciu a je ťažké koordinovať takúto kaskádu na vstupe. Moje skúsenosti s elektronikou nie sú malé, ale keď hovorím o tomto obvode na zapnutie tranzistora, je mi ľúto, nič neviem! Niekoľkokrát som ho použil ako „cudziu“ schému, ale nerozumel som mu. Vysvetlím: podľa všetkých fyzikálnych zákonov je tranzistor riadený svojou základňou, alebo skôr prúdom, ktorý tečie po ceste emulátora bázy. Použitie vstupnej svorky tranzistora - základne na výstupe - nie je možné. V skutočnosti je základňa tranzistora cez kondenzátor „vysadená“ na puzdre s vysokou frekvenciou, ale na výstupe sa nepoužíva. A galvanicky je základňa prostredníctvom odporu s vysokým odporom spojená s výstupom kaskády (aplikuje sa predpätie). Ale ak chcete odoslať zaujatosť, v skutočnosti môžete odkiaľkoľvek, dokonca aj z iného zdroja. Signál akéhokoľvek tvaru vstupujúci do základne je zastavený rovnakým kondenzátorom. Aby takáto kaskáda fungovala, je vstupný výstup - žiarič cez odpor s nízkym odporom "osadený" na kryte, teda nízky vstupný odpor. Vo všeobecnosti je začlenenie tranzistora so spoločnou základňou témou pre teoretikov a experimentátorov. V praxi je to mimoriadne zriedkavé. Pri svojej praxi pri navrhovaní obvodov sa nikdy nestretol s potrebou používať tranzistorový spínací obvod so spoločnou základňou. Vysvetľuje to vlastnosti tohto prepínacieho obvodu: vstupný odpor je od jednotiek do desiatok Ohmov a výstupný odpor je od stoviek kilogramov do jednotiek megaohmu. Takéto špecifické parametre sú zriedkavé.
Bipolárny tranzistor môže pracovať v kľúčovom a lineárnom (zosilňovacom) móde. Kľúčový režim sa používa v rôznych riadiacich obvodoch, logických obvodoch atď. V kľúčovom režime môže byť tranzistor v dvoch prevádzkových stavoch - otvorený (nasýtený) a zatvorený (uzamknutý). Lineárny (zosilňovací) režim sa používa v obvodoch na zosilnenie harmonického signálu a vyžaduje udržiavanie tranzistora v „polovičnom“ otvorenom, ale nie nasýtenom stave.
Pri štúdiu činnosti tranzistora považujeme spínací obvod tranzistora so spoločným emitorom za najdôležitejší spínací obvod.
Okruh je znázornený na obrázku. Na diagrame VT - vlastne tranzistor. rezistory R b1 a Rb2 - predpätý obvod tranzistora, ktorý je obyčajným deličom napätia. Je to tento obvod, ktorý poskytuje predpätie tranzistora do „prevádzkového bodu“ v režime zosilnenia harmonického signálu bez skreslenia. odpor R až - záťažový rezistor tranzistickej kaskády určený na dodávku elektrického prúdu do kolektora elektrického prúdu zdroja energie a jeho obmedzenia v „otvorenom“ tranzistorovom režime. odpor Re - spätnoväzbový odpor v podstate zvyšuje vstupný odpor kaskády, zatiaľ čo znižuje zisk vstupného signálu. Kondenzátory C vykonávajú funkciu galvanickej izolácie od vplyvu vonkajších obvodov.
Aby sme vám uľahčili pochopenie toho, ako bipolárny tranzistor funguje, nakreslíme analógiu s konvenčným deličom napätia (pozri obrázok nižšie). Pre začiatočníkov odpor R2 ovládajte delič napätia (variabilný). Zmenou odporu tohto odporu z nuly na „nekonečne“ veľkú hodnotu môžeme získať napätie z nuly na hodnotu privádzanú na jeho vstup na výstupe takéhoto deliča. Teraz si predstavte, že odpor R1 delič napätia je kolektorový rezistor tranzistora a rezistor R2 delič napätia je tranzistorové spojenie kolektor-emitor. Súčasne, aplikáciou riadiacej akcie vo forme elektrického prúdu na tranzistorovú základňu, zmeníme rezistenciu na kolektor-emitor, čím zmeníme parametre deliča napätia. Rozdiel od premenného odporu spočíva v tom, že tranzistor je riadený nízkym prúdom. Takto presne funguje bipolárny tranzistor. Vyššie uvedené je znázornené na obrázku nižšie: 
Aby tranzistor pracoval v režime zosilnenia signálu bez toho, aby skreslil tento tranzistor, je potrebné zaistiť ten istý prevádzkový režim. Hovoria o zaujatosti bázy tranzistora. Kompetentní odborníci sa bavia pravidlom: tranzistor je riadený prúdom - to je axiom. Ale predpätý režim tranzistora je nastavený napätím zdroja emitora a nie prúdom - to je realita. A pre niekoho, kto nezohľadňuje predpätie, nebude fungovať žiadny zosilňovač. Preto by sa pri výpočtoch mala zohľadniť jej hodnota.
Činnosť stupňa bipolárneho tranzistora v amplifikačnom režime teda nastáva pri určitom predpätí napätia na križovatke báza-emitor. Pre kremíkový tranzistor je predpätie v rozmedzí 0,6 ... 0,7 V, pre germániový tranzistor - 0,2 ... 0,3 V. Po znalosti tohto konceptu môžete nielen počítať tranzistorové stupne, ale tiež skontrolovať zdravie ktoréhokoľvek tranzistorového zosilňovacieho stupňa. Stačí zmerať predpätie napätia emitora bázy tranzistora multimetrom s vysokým vnútorným odporom. Ak to nezodpovedá 0,6 ... 0,7 voltu pre kremík alebo 0,2 ... 0,3 voltu pre germánium, potom hľadajte poruchu tu - buď je chybný tranzistor, alebo sú chybné predpätie alebo odpojovacie obvody tejto kaskády tranzistorov chybné.
Vyššie uvedené je znázornené na grafe - charakteristika prúdu a napätia (CVC). 
Väčšina „špecialistov“, ktorí sa pozerajú na prezentovaný CVC, povie: Aký nezmysel je nakreslený v centrálnej tabuľke? Výstupná charakteristika tranzistora teda nevyzerá! Je uvedený na správnom diagrame! Odpoviem, všetko je tu, ale začalo to elektronickými vákuovými trubicami. Doteraz bola charakteristika napätia a prúdu lampy považovaná za pokles napätia cez anódový odpor. Teraz pokračujú v meraní na kolektorovom odpore a na grafe sú priradené písmená označujúce pokles napätia na tranzistore, čo je hlboká chyba. Na ľavom diagrame I b - U byť Je uvedená vstupná charakteristika tranzistora. Na centrálnej mape I to - U ke Je uvedená charakteristika výstupného prúdu a napätia tranzistora. A na pravom grafe I R - UR je uvedený graf prúdového napätia záťažového odporu R až, ktorá sa zvyčajne uvádza ako charakteristika prúdového napätia samotného tranzistora.
Na grafe je lineárna časť použitá na lineárne zosilnenie vstupného signálu, ohraničená bodmi a C, Midpoint - je presne bod, v ktorom je potrebné obsahovať tranzistor pracujúci v zosilňovacom režime. Tento bod zodpovedá určitému predpätému napätiu, ktoré sa zvyčajne počíta vo výpočtoch: 0,66 V pre tranzistor kremíka alebo 0,26 V pre tranzistor z germánia.
Podľa charakteristiky prúd-napätie tranzistora vidíme nasledujúce: v neprítomnosti alebo pri nízkom predpätí napätia na križovatke báza-emitor tranzistora neexistuje žiadny bázický prúd a kolektorový prúd. V tomto okamihu na križovatke kolektor-emitor klesne celé napätie zdroja energie. S ďalším zvýšením predpätia napätia v základnom emitore tranzistora sa tranzistor začne otvárať, objaví sa základný prúd a s ním rastie kolektorový prúd. Po dosiahnutí „pracovnej oblasti“ v bode Ctranzistor vstúpi do lineárneho režimu, ktorý pokračuje do bodu , V tomto prípade pokles napätia na križovatke kolektor-emitor klesá a na záťažovom rezistore R ažnaopak sa zvyšuje. bod - prevádzkový predpätý bod tranzistora, - je to bod, v ktorom je na spoji kolektor - emitor tranzistora spravidla nastavený úbytok napätia presne rovný polovici napätia zdroja energie. Frekvenčná odozva od bodu Ck veci nazýva pracovný priestor vysídlenia. Za bodom , základný prúd a teda aj kolektorový prúd prudko stúpajú, tranzistor sa úplne otvorí - vstupuje do saturácie. V tomto okamihu napätie spôsobené štruktúrou klesne na križovatke kolektor-emitor n-p-n prechody, ktoré sú približne 0,2 ... 1 V, v závislosti od typu tranzistora. Všetky ostatné napätia zdroja energie klesajú na záťažový odpor tranzistora - odporu R až, čo tiež obmedzuje ďalší rast prúdu kolektora.
Na dolných „doplnkových“ číslach vidíme, ako sa mení napätie na výstupe tranzistora v závislosti od signálu privádzaného na vstup. Výstupné napätie (pokles napätia cez kolektor) tranzistora je mimo fázy (180 stupňov) k vstupnému signálu.
Výpočet tranzistorovej kaskády so spoločným žiaričom (OE)
Pred priamym výpočtom kaskády tranzistorov venujeme pozornosť nasledujúcim požiadavkám a podmienkam:
Výpočet tranzistickej kaskády sa spravidla vykonáva od konca (t. J. Od výstupu);
Na výpočet kaskády tranzistorov je potrebné určiť pokles napätia na spoji kolektor-emitor tranzistora v nečinnom režime (keď nie je prítomný vstupný signál). Je zvolený tak, aby sa získal čo najviac neskreslený signál. V jednom cykle tranzistorovej kaskády pracujúcej v režime „A“ je to zvyčajne polovica hodnoty napätia zdroja energie;
V emitorovom obvode tranzistora bežia dva prúdy - kolektorový prúd (pozdĺž cesty kolektor-emitor) a základný prúd (pozdĺž cesty báza-emitor), ale pretože základný prúd je pomerne malý, môžeme ho zanedbať a predpokladať, že kolektorový prúd sa rovná emitorovému prúdu;
Tranzistor je zosilňovací prvok, takže je spravodlivé povedať, že jeho schopnosť zosilňovať signály musí byť vyjadrená nejakou hodnotou. Hodnota zosilnenia je vyjadrená indikátorom prevzatým z teórie štyroch terminálov - zisk základného prúdu v spínacom obvode so spoločným žiaričom (OE) a je označený - h 21, Jeho hodnota je uvedená v adresároch pre konkrétne typy tranzistorov, navyše, zvyčajne v adresároch je zásuvka (napríklad: 50 - 200). Pre výpočty obvykle zvoľte minimálnu hodnotu (z príkladu vyberte hodnotu - 50);
Zberateľ ( R až) a žiariča ( Re) odpory ovplyvňujú vstupné a výstupné odpory tranzistora. Môžeme predpokladať, že vstupná impedancia kaskády R I \u003d Re * h 21a výstup je R ° \u003d R až, Ak pre vás vstupná impedancia tranzistora nie je dôležitá, môžete to urobiť bez odporu Re;
Hodnoty odporov R až a Re obmedziť prúdy tečúce cez tranzistor a výkon rozptýlený na tranzistore.
Poradie a príklad výpočtu kaskády tranzistorov s OE
Zdrojové údaje:
Napájacie napätie U i.p.\u003d 12 V.
Vyberte tranzistor, napríklad: KT315G tranzistor, pre to:
P max\u003d 150 mW; I max\u003d 150 mA; h 21>50.
akceptovať Rk \u003d 10 * Re
Napätie prevádzkového bodu tranzistora je prijaté U byť \u003d 0,66 V
riešenie:
1. Určujeme maximálny statický výkon, ktorý bude rozptýlený tranzistorom v okamihoch prechodu striedavého signálu cez pracovný bod B statického režimu tranzistora. Mala by to byť hodnota, ktorá je o 20 percent nižšia (0,8 faktora) maximálneho výkonu tranzistora špecifikovaného v príručke.
akceptovať P ras.max \u003d 0,8 * P max\u003d 0,8 x 150 mW \u003d 120 mW
2. Stanovte prúd kolektora v statickom režime (bez signálu):
I k0 \u003d P závodov max / U ke0 \u003d P závodov max / (U i.p. / 2) \u003d 120 mW / (12V / 2) \u003d 20 mA.
3.
Ak polovica napájacieho napätia klesne na tranzistore v statickom režime (bez signálu), druhá polovica napájacieho napätia klesne na odpory:
(Rk + Re) \u003d (Ui / 2) / IkO \u003d (12 V / 2) / 20 mA \u003d 6 V / 20 mA \u003d 300 Ohmov.
Vzhľadom na existujúcu škálu odporov a na skutočnosť, že sme si vybrali pomer Rk \u003d 10 * Re, zistíme hodnoty odporov: R až \u003d 270 ohmov; Re \u003d 27 ohmov.
4. Nájdite napätie na kolektore tranzistora bez signálu. U k0 \u003d (U ke0 + I k0 * Re) \u003d (U i.p. - I k0 * Rk) \u003d (12 V - 0,02 A * 270 Ohmov) \u003d 6,6 V.
5. Určte aktuálny základný riadiaci tranzistor: Ib \u003d Ic / h 21 \u003d / h 21 \u003d / 50 \u003d 0,8 mA.
6. Celkový základný prúd je určený predpätím napätia na základni, ktoré je nastavené deličom napätia R b1,Rb2, Prúd odporového deliča bázy by mal byť oveľa viac (5-10-krát) základný riadiaci prúd I btakže posledný menovaný neovplyvní predpätie. Prídavný prúd vyberieme 10-krát väčší ako základný riadiaci prúd: R b1,Rb2: I div. \u003d 10 * I b \u003d 10 x 0,8 mA \u003d 8,0 mA.
Potom impedancia odporov Rbl + Rb2 \u003d U / I div. \u003d 12 V / 0,008 A \u003d 1500 Ohmov.
7. Napätie nájdené na emitore je v pohotovostnom režime (bez signálu). Pri výpočte tranzistora je potrebné vziať do úvahy: napätie bázového emitora pracovného tranzistora nesmie prekročiť 0,7 voltu! Napätie na žiariči v režime bez vstupného signálu sa približne rovná: U e \u003d I k0 * Re \u003d 0,02 A * 27 Ohmov \u003d 0,54 V,
kde I k0 je kľudový prúd tranzistora.
8. Určujeme napätie na základni Ub \u003d U e + U je\u003d 0,54 V + 0,66 V \u003d 1,2 V
Odtiaľ cez vzorec deliča napätia nájdeme: Rb2 \u003d (Rb1 + Rb2) * Ub / U atď. \u003d 1500 Ohm * 1,2 V / 12V \u003d 150 Ohm
R1 \u003d (Rbl + Rb2) -Rb2 \u003d 1500 ohmov - 150 ohmov \u003d 1350 ohmov \u003d 1,35 kOhms.
Podľa rezistora série, kvôli skutočnosti, že cez odpor R b1 prúdi tiež základný prúd, odpor vyberáme v smere poklesu: R b1\u003d 1,3 kOhm.
9. Oddeľovacie kondenzátory sa vyberajú na základe požadovaných charakteristík amplitúdovo-frekvenčnej frekvencie (šírka pásma) kaskády. Pre normálnu prevádzku tranzistorových stupňov pri frekvenciách do 1 000 Hz je potrebné zvoliť kondenzátory s menovitou hodnotou najmenej 5 μF.
Pri nižších frekvenciách závisí charakteristika amplitúdovo-frekvenčnej frekvencie (AFC) kaskády na dobe dobíjania separačných kondenzátorov cez ďalšie prvky kaskády, vrátane prvkov susedných kaskád. Kapacita by mala byť taká, aby kondenzátory nemali čas na dobitie. Vstupná impedancia tranzistora je oveľa väčšia ako výstupná impedancia. Frekvenčná odozva kaskády v nízkofrekvenčnej oblasti je určená časovou konštantou t n \u003d R v * C vkde R I \u003d Re * h 21, C in - separačná vstupná kapacita kaskády. C von tranzistorová kaskáda C in ďalšej kaskády a vypočíta sa rovnakým spôsobom. Kaskádová nízka medzná frekvencia (medzná frekvenčná medzná frekvencia) f n \u003d 1 / t n, Pre vysoko kvalitné zosilnenie je potrebné pri navrhovaní tranzistorového stupňa zvoliť tento pomer 1 / t n \u003d 1 / (R v * C in)<
Výpočet kľúčového režimu tranzistorového stupňa sa uskutočňuje presne rovnakým spôsobom ako predchádzajúci výpočet zosilňovacieho stupňa. Jediný rozdiel je v tom, že v kľúčovom režime sa v pohotovostnom režime predpokladajú dva stavy tranzistora (bez signálu). Je buď zatvorený (ale nie skratovaný) alebo otvorený (ale nie presýtený). V tomto prípade sú pracovné body „odpočinku“ mimo bodov A a C uvedených na CVC. Keď musí byť tranzistor uzavretý na obvode v stave bez signálu, je potrebné odstrániť rezistor z predtým zobrazeného obvodu kaskády. R b1, Ak je potrebné, aby bol tranzistor v kľudovom stave otvorený, je potrebné zvýšiť odpor v kaskádovom obvode. Rb2 10-krát od vypočítanej hodnoty a v niektorých prípadoch ju možno z okruhu odstrániť.
Výpočet tranzistickej kaskády je u konca.
Spínací obvod bipolárneho tranzistora so spoločným žiaričom je znázornený na obrázku 5.15:
Charakteristiky tranzistorov v tomto režime sa budú líšiť od charakteristík v režime spoločnej bázy. V tranzistore pripojenom podľa obvodu so spoločným emitorom je zisk nielen v napätí, ale aj v prúde. Vstupné parametre pre obvod so spoločným emitorom budú základný prúd Ib a kolektorové napätie Uk a výstupné charakteristiky budú kolektorový prúd Ik a emitorové napätie Ue.
Predtým sa pri analýze bipolárneho tranzistora v spoločnom základnom obvode získal vzťah medzi kolektorovým prúdom a emitorovým prúdom v tejto podobe:
V schéme so spoločným žiaričom (v súlade s prvým zákonom Kirchhoffa).
po preskupení faktorov získame: (5.30)
Obr. 5.15. Spoločný emitorový tranzistor
Koeficient a / (1-a) pred faktorom Ib ukazuje, ako sa kolektorový prúd Ik mení s jednou zmenou základného prúdu Ib. Hovorí sa tomu aktuálny zisk bipolárneho tranzistora v spoločnom emitorovom obvode. Tento koeficient označte p.
Pretože koeficient prenosu a je blízko jednoty (α< 1), то из уравнения (5.31) следует, что коэффициент усиления β будет существенно больше единицы (β >\u003e 1). Pre hodnoty koeficientu prenosu a \u003d 0,98 ÷ 0,99 bude zisk ležať v rozmedzí β \u003d 50 ÷ 100.
Ak vezmeme do úvahy (5.31), ako aj I к0 * \u003d I 00 / (1-α), výraz (5.30) sa môže prepísať v tvare:
(5.32)
kde I k0 * \u003d (1 + β) I k0 je tepelný prúd jedného spojenia p-n, ktorý je oveľa vyšší ako tepelný prúd kolektora I k0, a rk je definované ako rk * \u003d rk / (1 + β).
Diferenčnú rovnicu (5.32) vzhľadom na bázický prúd Ib dostaneme β \u003d ΔI k / ΔIb. Z toho vyplýva, že zisk ß ukazuje, koľkokrát sa kolektorový prúd Ik mení so zmenou základného prúdu Ib.
Ak chcete charakterizovať množstvo β ako funkciu parametrov bipolárneho tranzistora, nezabudnite, že koeficient prenosu prúdu emitoru je definovaný ako α \u003d γ · κ, kde. preto, , Pre p sa získala hodnota: p \u003d a / (1-a). Pretože W / L<< 1, а γ ≈ 1, получаем:
(5.33)
Obrázok 5.16a zobrazuje charakteristiky prúd-napätie bipolárneho tranzistora pripojeného podľa obvodu so spoločným žiaričom so základným prúdom ako parametrom kriviek. Porovnaním týchto charakteristík s podobnými charakteristikami pre bipolárny tranzistor v spoločnom základnom obvode vidíte, že sú kvalitatívne podobné.
Analyzujme, prečo malé zmeny v základnom prúde I b spôsobujú významné zmeny v kolektorovom prúde I k. Hodnota koeficientu β, výrazne vyššia ako jednota, znamená, že prevodový koeficient α je blízko k jednote. V tomto prípade je kolektorový prúd blízky emitorovému prúdu a základný prúd (fyzikálna rekombinácia) je podstatne menší ako kolektorový a emitorový prúd. S koeficientom a \u003d 0,99 zo 100 otvorov injektovaných cez emitorovú križovatku je 99 extrahovaných cez kolektorovú križovatku a iba jedna rekombinuje s elektrónmi v báze a prispieva k základnému prúdu.
Obr. 5.16. Prúdové charakteristiky bipolárneho tranzistora KT215V obsiahnuté v obvode so spoločným žiaričom: a) vstupné charakteristiky; b) výstupné charakteristiky
Dvojnásobné zvýšenie základného prúdu (musia sa rekombinovať dve diery) spôsobí dvakrát väčšie vstrekovanie cez emitorovú križovatku (vstrekne sa 200 dier) a podľa toho extrakcia cez kolektor (vytrhne sa 198 dier). Malá zmena základného prúdu, napríklad z 5 na 10 μA, teda spôsobuje veľké zmeny v kolektorovom prúde z 500 μA na 1000 μA.