OE-ahelal on suurim võimsuse suurenemine ja seepärast jääb see kõrgsagedusvõimendite jaoks kõige levinumaks lahenduseks, GPS süsteemid, GSM, WiFi. Praegu kasutatakse seda tavaliselt valmis integraallülitustena (MAXIM, VISHAY, RF Micro Devices), kuid ilma selle töö põhitõdesid teadmata on pea võimatu saada mikroskeemi kirjelduses toodud parameetreid. Seetõttu on töötajate palkamisel ja otsimisel põhinõue OE-ga võimendite tööpõhimõtete tundmine.

Võimendi, mis iganes see ka poleks (helivõimendi, toru võimendi või raadiosagedusvõimendi) on nelja terminaliga võrk, milles on kaks sisendit ja kaks väljundit. Plokkskeem võimendi sisselülitamine on näidatud joonisel 1.

Joonis 1 Võimendi plokkskeem

Peamisel võimenduselemendil, transistoril, on ainult kolm klemmi, seega ühte transistori klemmidest tuleb üheaegselt kasutada signaaliallika ühendamiseks (sisendklemmina) ja koormuse ühendamiseks (väljundklemmina). Skeem koos ühine emitter on võimendi, kus transistori emitterit kasutatakse nii sisendsignaali ühendamiseks kui ka koormuse ühendamiseks. Funktsionaalne diagramm Transistoriga võimendi, mis on ühendatud ühise emitteri ahela järgi, on näidatud joonisel 2.

Joonis 2 Ühise emitteriga transistori ühendamise funktsionaalne skeem

Sellel diagrammil on punktiirjoon kujutatud joonisel 1 näidatud võimendi piire. See ei näita transistori toiteahelaid. Praegu ühist emitteri vooluringi praktiliselt ei kasutata helivõimendid, aga võimendi ahelates TV signaal, GSM-võimendid või muud kõrgsagedusvõimendid, leiab see laialdast rakendust. Saate kasutada kahte toiteallikat transistori toiteks ühises emitteriahelas, kuid selleks on vaja kahte pingeregulaatorit. Akutoitel seadmetes võib see olla problemaatiline, seetõttu kasutatakse tavaliselt ühte toiteallikat. Ühise emitteriga võimendi toiteks võib sobida mis tahes meie poolt kaalutud vooluring:

• emitteriga stabiliseeritud ahel.

Vaatame näidet transistori töörežiimi ühise emitteri ja emitteri stabiliseerimisega võimendiahelast. Joonisel 3 on kujutatud bipolaarsel NPN-transistoril põhinev kaskaad, mis on loodud helisageduste võimendamiseks.

Joonis 3 Ühise emitteriga võimendiastme skemaatiline diagramm

Selle skeemi elementide arvutamine vastavalt DC leiate artiklist. Nüüd huvitavad meid ühise emitteriga vooluringi järgi kokku pandud parameetrid. See on kõige rohkem olulised omadused on sisend ja väljundtakistus ja võimsuse suurenemine. Põhimõtteliselt on need omadused määratud transistori parameetritega.

Ühine emitteri sisendtakistus

Ühises emitteri ahelas sisendtakistus transistor R Sisend HOE saab määrata selle sisendkarakteristiku järgi. See omadus langeb kokku voolu-pingega p-n tunnusjoonüleminek. Näide ränitransistori sisendiomaduste kohta (pingesõltuvus U b baasvoolust I b) on näidatud joonisel 4.

Joonis 4 Ränitransistori sisendkarakteristik

Nagu sellelt jooniselt näha, on transistori sisendtakistus R IOE sõltub baasvoolust I b0 ja määratakse järgmise valemiga:

(1)

Kuidas määrata Δ U b0 ja Δ I b0 transistori tööpunkti läheduses ühise emitteriga ahelas on näidatud joonisel 5.

Joonis 5 Ühise emitteri ahela sisendtakistuse määramine ränitransistori sisendkarakteristiku järgi

Resistentsuse määramine valemi (1) abil on kõige rohkem täpsel viisil sisendtakistuse määramine. Kuid võimendi arvutamisel ei ole meil alati käepärast neid transistore, mida me kasutama hakkame, seega oleks tore, kui saaksime sisendtakistust analüütiliselt arvutada. Pn-siirde voolu-pinge karakteristik on hästi lähendatud eksponentsiaalfunktsiooniga.

(2)

Kus I b - baasvool c tööpunkt;
U bе on baaspinge tööpunktis;
I s on emitteri ja baasi ristmiku pöördvool;
— temperatuuripotentsiaal;
k— Boltzmanni konstant;
q— elektronlaeng;
T— temperatuur Kelvini kraadides.

Selles avaldises on eksponenti normaliseeriv koefitsient vool I Seega, mida täpsemalt see määratakse, seda parem on transistori tegelike ja ligikaudsete sisendomaduste vaheline sobivus. Kui jätame avaldises (2) tähelepanuta ühtsuse, saab transistori baasi pinge arvutada järgmise valemi abil:

(3)

Avaldisest (1) on selge, et sisendtakistus on transistori baasil oleva pinge tuletis voolu suhtes. Diferentseerime avaldist (3), siis saab ühise emitteriga ahela sisendtakistust määrata järgmise valemiga:

(4)

Ajakava on aga reaalne sisendomadusedühisemitteri ahelasse ühendatud transistor erineb eksponentsiaalfunktsioonist. Selle põhjuseks on asjaolu, et pooljuhi oomiline takistus transistori aluses ei ole null, seetõttu kaldub transistori suurte baasvoolude korral ühise emitteriga ahelas selle sisendtakistus oomilisele takistusele. alus rbb".

Ühise emitteri ahela sisendvool ei voola mitte ainult läbi transistori sisendtakistuse, vaid ka läbi kõigi transistori põhjas olevate pinget moodustavate ahelate takistite. Seetõttu määratletakse ühise emitteri ahela sisendtakistus kõigi nende takistuste paralleelühendusena. Ühise emitteri ahela sisendvooluteed on näidatud joonisel 6.

Joonis 6 Vooluvool läbi ühise emitteriga ahela sisendahelaid

Seda skeemi on palju lihtsam analüüsida kasutades sisendahela samaväärset ahelat, kus on näidatud ainult need ahelad, mille kaudu signaaliallikast sisendvool voolab. Ühise emitteri ahela ekvivalentne sisendskeem on näidatud joonisel 7.

Joonis 7 Ühise emitteri ahela sisendahela ekvivalentahel

See ahel on ehitatud keskmiste sageduste jaoks, kasutades transistori samaväärset ahelat. Kesksagedustel pole transistori sisendmahtuvusel mingit mõju, seega me ei kuva seda samaväärsel vooluringil. Kondensaatori C3 takistus kesksagedustel on nullilähedane, seega pole ahelas R4C3 elemente. Elemendid R välja ja h 21× i sisendid ei mõjuta sisendahelat ja on diagrammil näidatud transistori võimendusomaduste kuvamiseks.

Lõpuks saame kirjutada ühise emitteri ahela sisendtakistuse valemi:

(5)

Pärast ülaltoodud meetodite abil arvutatud võimendi valmistamist on vaja mõõta ahela sisendtakistust ühise emitteriga. Sisendtakistuse mõõtmiseks kasutage võimendi sisendtakistuse mõõtmise ahelat, mis on näidatud joonisel 8. Selles vooluringis kasutatakse sisendtakistuse mõõtmiseks mõõtegeneraatorit Vahelduvpinge ja kaks kõrgsageduslikku voltmeetrit AC(võite kasutada ühte ja teha kaks mõõtmist).

Joonis 8 Ahel võimendi astme sisendtakistuse mõõtmiseks

Juhul kui vastupanu R ja on võrdne võimendi sisendtakistusega, pinge, mida näitab vahelduvvoolu voltmeeter V2, on pool pingest V1. Kui takistust pole võimalik muuta R ja sisendtakistuse mõõtmisel saab võimendi sisendtakistuse arvutada järgmise valemi abil:

(6)

Ühise emitteri ahela väljundtakistus

Transistori väljundtakistus sõltub disainifunktsioonid transistor, selle aluse paksus, kollektori mahutakistus. Ühise emitteri ahelasse ühendatud transistori väljundtakistust saab määrata transistori väljundkarakteristikute järgi. Transistori väljundomaduste näide on toodud joonisel 9.

Joonis 9 Ränitransistori väljundkarakteristikud

Kahjuks ei ole tänapäevaste transistoride karakteristikutes väljundkarakteristikud tavaliselt antud. See on tingitud asjaolust, et nende väljundtakistus on üsna kõrge ja väljundtakistus transistori etappühise emitteriga määrab koormustakistus. Joonisel 6 näidatud vooluringis on see takisti R3 takistus.

Kuupäev viimane värskendus fail 31.05.2018

Kirjandus:

Koos artikliga "Ühisemitteri ahel (ühise emitteri kaskaad)" loe:

http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/KollStab/

http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/

Vajalikud selgitused on antud, asume asja juurde.

Transistorid. Definitsioon ja ajalugu

Transistor- elektrooniline pooljuhtseade, milles kahe elektroodi vooluahelas juhitakse voolu kolmanda elektroodi abil. (transistors.ru)

Esimene, mis leiutati väljatransistorid(1928) ja bipolaarne ilmus 1947. aastal Bell Labsis. Ja see oli liialdamata revolutsioon elektroonikas.

Transistorid vahetati väga kiiresti vaakumtorud erinevates elektroonikaseadmed. Sellega seoses on selliste seadmete töökindlus suurenenud ja nende suurus on oluliselt vähenenud. Ja tänapäevani, hoolimata sellest, kui "keeruline" mikroskeem on, sisaldab see endiselt palju transistore (nagu ka dioode, kondensaatoreid, takisteid jne). Ainult väga väikesed.

Muide, algselt olid "transistorid" takistid, mille takistust sai rakendatud pinge abil muuta. Kui ignoreerida protsesside füüsikat, siis kaasaegne transistor võib esitada ka takistusena sõltuvalt sellele rakendatavast signaalist.

Mis vahe on välja- ja bipolaarsetel transistoridel? Vastus peitub nende nimedes. Bipolaarses transistoris hõlmab laengu ülekandmine Ja elektronid, Ja augud (“encore” - kaks korda). Ja põllul (teise nimega unipolaarne) - või elektronid, või augud.

Samuti erinevad seda tüüpi transistorid rakendusvaldkondades. Bipolaarseid kasutatakse peamiselt analoogtehnoloogias ja välilikke - digitaaltehnoloogias.

Ja lõpuks: mis tahes transistoride peamine rakendusala- kasu nõrk signaal tõttu lisaallikas toitumine.

Bipolaarne transistor. Tööpõhimõte. Peamised omadused

Bipolaarne transistor koosneb kolmest piirkonnast: emitter, alus ja kollektor, millest igaüks on varustatud pingega. Sõltuvalt nende alade juhtivuse tüübist eristatakse n-p-n ja p-n-p transistore. Tavaliselt on kollektori ala laiem kui emitteri ala. Alus on valmistatud kergelt legeeritud pooljuhist (sellepärast on sellel kõrge takistus) ja tehtud väga õhuke. Kuna emitteri ja aluse kontaktpind on oluliselt väiksem kui baaskollektori kontaktpind, ei ole võimalik emitterit ja kollektorit vahetada ühenduse polaarsust muutes. Seega on transistor asümmeetriline seade.

Enne transistori toimimise füüsika käsitlemist kirjeldame üldist probleemi.


See on järgmine: emitteri ja kollektori vahel voolab tugev vool ( kollektori vool) ning emitteri ja aluse vahel on nõrk juhtvool ( baasvool). Kollektori vool muutub baasvoolu muutudes. Miks?
Vaatleme transistori p-n üleminekuid. Neid on kaks: emitter-alus (EB) ja baaskollektor (BC). Transistori aktiivses töörežiimis on esimene neist ühendatud päripingega ja teine ​​​​vastupingega. Mis juhtub p-n ristmikel? Suurema kindluse huvides kaalume n-p-n transistori. P-n-p puhul on kõik sarnane, ainult sõna "elektronid" tuleb asendada sõnaga "augud".

Kuna EB-ristmik on avatud, jooksevad elektronid kergesti alusele. Seal nad osaliselt taasühendavad aukudega, kuid O Enamikul neist õnnestub aluse väikese paksuse ja vähese dopingu tõttu jõuda alus-kollektori üleminekuni. Mis, nagu me mäletame, on vastupidine. Ja kuna aluses olevad elektronid on vähemuslaengukandjad, aitab ülemineku elektriväli neil sellest üle saada. Seega on kollektori vool vaid veidi väiksem kui emitteri vool. Nüüd jälgi oma käsi. Kui suurendate baasvoolu, avaneb EB-ristmik rohkem ja rohkem elektrone võib libiseda emitteri ja kollektori vahele. Ja kuna kollektori vool on algselt suurem kui baasvool, on see muutus väga-väga märgatav. Seega baasis vastuvõetud nõrk signaal võimendatakse. Veelkord: tugev muutus Kollektori vool peegeldab proportsionaalselt baasvoolu kerget muutust.

Mäletan, et klassivennale selgitati veekraani näitel bipolaarse transistori tööpõhimõtet. Selles olev vesi on kollektori vool ja baasjuhtvool on see, kui palju me nuppu keerame. Väikesest jõust (juhtimistoimingust) piisab, et suurendada veevoolu kraanist.

Lisaks vaadeldavatele protsessidele võib transistori p-n-siiretes esineda ka mitmeid muid nähtusi. Näiteks tugeva pinge tõusuga baaskollektori ristmikul võib löögiionisatsiooni tõttu alata laviinilaengu paljunemine. Ja koos tunneliefektiga põhjustab see esmalt elektrikatkestuse ja seejärel (voolu suurenemisega) termilise rikke. Kuid termiline purunemine transistoris võib toimuda ilma elektrilise rikketa (st ilma kollektori pinget läbilöögipingeks tõstmata). Selleks piisab ühest liigne vool kollektori kaudu.

Teine nähtus on tingitud asjaolust, et pingete muutumisel kollektori ja emitteri ristmikel muutub nende paksus. Ja kui alus on liiga õhuke, võib tekkida sulgemisefekt (nn aluse läbitorkamine) - ühendus kollektori ristmiku ja emitteri ristmiku vahel. Sel juhul kaob baaspiirkond ja transistor lakkab normaalselt töötamast.

Transistori kollektori vool transistori normaalsel aktiivsel töörežiimil on suurem kui baasvool teatud arvüks kord. Seda numbrit kutsutakse praegune võimendus ja on üks transistori peamisi parameetreid. See on määratud h21. Kui transistor on sisse lülitatud ilma kollektori koormuseta, siis millal pidev pinge kollektori-emitteri kollektori voolu ja baasvoolu suhe annab staatilise voolu võimendus. See võib olla kümneid või sadu ühikuid, kuid tasub arvestada asjaoluga, et in tõelised vooluringid see koefitsient on väiksem, kuna koormuse sisselülitamisel kollektori vool loomulikult väheneb.

Teiseks oluline parameeter on transistori sisendtakistus. Ohmi seaduse järgi on see aluse ja emitteri vahelise pinge suhe aluse juhtvoolusse. Mida suurem see on, seda madalam on baasvool ja seda suurem on võimendus.

Bipolaarse transistori kolmas parameeter on pinge suurenemine. See on võrdne amplituudi suhtega või tõhusad väärtused väljund (emitter-kollektor) ja sisend (baas-emitter) vahelduvpinged. Kuna esimene väärtus on tavaliselt väga suur (ühikud ja kümned voltid) ja teine ​​väga väike (kümnendik volti), võib see koefitsient ulatuda kümnete tuhandete ühikuteni. Väärib märkimist, et igal baasjuhtsignaalil on oma pingevõimendus.

Transistoridel on ka sageduskarakteristik , mis iseloomustab transistori võimet võimendada signaali, mille sagedus läheneb võimenduse piirsagedusele. Fakt on see, et kui sisendsignaali sagedus suureneb, väheneb võimendus. Selle põhjuseks on asjaolu, et peamiste füüsikaliste protsesside toimumise aeg (kandjate liikumise aeg emitterist kollektorisse, tõkkemahtuvusliidete laadimine ja tühjenemine) muutub võrdeliseks sisendsignaali muutumise perioodiga. . Need. transistor lihtsalt ei jõua sisendsignaali muutustele reageerida ja ühel hetkel lihtsalt lõpetab selle võimendamise. Seda sagedust nimetatakse piiri.

Samuti on bipolaarse transistori parameetrid:

• pöördvoolu kollektor-emitter
• õigel ajal
• vastupidine kollektori vool
• maksimaalne lubatud vool

Tingimuslik n-p-n tähistus Ja pnp transistorid Need erinevad ainult emitterit tähistava noole suunas. See näitab, kuidas antud transistoris vool liigub.

Bipolaarse transistori töörežiimid

Eespool käsitletud valik on tavaline aktiivne režiim transistori töö. Siiski on mitmeid teisi avatud/suletud kombinatsioone p-n ristmikud, millest igaüks tähistab transistori eraldi töörežiimi.

1. Vastupidine aktiivne režiim. Siin on BC üleminek avatud, kuid vastupidi, EB on suletud. Selle režiimi võimendusomadused on muidugi halvemad kui kunagi varem, seega kasutatakse selles režiimis transistore väga harva.
2. Küllastusrežiim. Mõlemad ülekäigurajad on avatud. Vastavalt sellele “jooksevad” kollektori ja emitteri peamised laengukandjad baasi, kus nad taasühendavad aktiivselt selle põhikandjatega. Tekkiva laengukandjate ülejäägi tõttu väheneb aluse ja p-n ülemineku takistus. Seetõttu võib küllastusrežiimis transistorit sisaldavat vooluringi lugeda lühiseks ja seda raadioelementi ennast kujutada ekvipotentsiaalpunktina.
3. Lõikerežiim. Transistori mõlemad üleminekud on suletud, st. peamiste laengukandjate vool emitteri ja kollektori vahel peatub. Vähemuslaengukandjate vood tekitavad ainult väikseid ja kontrollimatuid soojussiirdevoolusid. Aluse vaesuse ja laengukandjatega üleminekute tõttu suureneb nende takistus kõvasti. Seetõttu arvatakse sageli, et väljalülitusrežiimis töötav transistor tähistab avatud vooluahelat.
4. Barjäärirežiim Selles režiimis on alus otse või väikese takistuse kaudu ühendatud kollektoriga. Kollektori või emitteri ahelasse on lisatud ka takisti, mis määrab transistori läbiva voolu. See loob samaväärse dioodiahela, mille takisti on järjestikku. See režiim on väga kasulik, kuna võimaldab vooluringil töötada peaaegu igal sagedusel, laias temperatuurivahemikus ja on vähenõudlik transistoride parameetrite suhtes.

Bipolaarsete transistoride lülitusahelad

Kuna transistoril on kolm kontakti, siis üldjuhul tuleb sellele toide anda kahest allikast, mis kokku annavad neli väljundit. Seetõttu tuleb ühte transistori kontaktidest mõlemast allikast varustada sama märgiga pinge. Ja sõltuvalt sellest, millist kontakti see on, on bipolaarsete transistoride ühendamiseks kolm ahelat: ühise emitteriga (CE), ühine kollektsionäär(OK) ja ühine alus(AUTO). Igal neist on nii eelised kui ka puudused. Valik nende vahel tehakse sõltuvalt sellest, millised parameetrid on meie jaoks olulised ja milliseid võib ohverdada.

Ühendusahel ühise emitteriga

See vooluahel annab suurima pinge ja voolu (ja seega ka võimsuse - kuni kümnete tuhandete ühikute) kasu ning on seetõttu kõige levinum. Siin lülitatakse emitteri-aluse ristmik otse sisse ja baas-kollektori ristmik vastupidiselt sisse. Ja kuna nii alust kui ka kollektorit toidetakse sama märgi pingega, saab vooluahelat toita ühest allikast. Selles vooluringis muutub väljundvahelduvpinge faas sisend-AC pinge faasi suhtes 180 kraadi võrra.

Kuid lisaks kõigele heale on OE-skeemil ka märkimisväärne puudus. See seisneb selles, et sageduse ja temperatuuri tõus toob kaasa transistori võimendusomaduste olulise halvenemise. Seega, kui transistor töötab kõrged sagedused ah, siis on parem kasutada teist lülitusahelat. Näiteks ühise alusega.

Ühendusskeem ühise alusega

See ahel ei anna olulist signaali võimendust, kuid on hea kõrgetel sagedustel, kuna see võimaldab transistori sagedusreaktsiooni täielikumalt ära kasutada. Kui sama transistor ühendatakse esmalt ühise emitteriga vooluringi ja seejärel ühise alusega, siis teisel juhul suureneb selle võimenduse piirsagedus märkimisväärselt. Kuna sellise ühenduse korral on sisendtakistus madal ja väljundtakistus mitte väga suur, kasutatakse OB-ga skeemi järgi kokkupandud transistori kaskaade. antenni võimendid, Kus iseloomulik takistus kaablid tavaliselt ei ületa 100 oomi.

Ühisbaasahelas signaali faas ei inverteeri ja müratase kõrgetel sagedustel väheneb. Kuid nagu juba mainitud, on selle praegune kasum alati pisut väiksem kui ühtsus. Tõsi, siin on pingevõimendus sama, mis ühise emitteriga ahelas. Ühise baasahela puuduste hulka kuulub ka vajadus kasutada kahte toiteallikat.

Ühendusskeem ühise kollektoriga

Selle skeemi eripära on see, et sisendpinge edastatakse täielikult sisendisse tagasi, st negatiivne tagasiside on väga tugev.

Tuletan meelde, et negatiivne tagasiside on selline tagasiside, mille puhul väljundsignaal suunatakse tagasi sisendisse, vähendades seeläbi sisendsignaali taset. Seega toimub automaatne reguleerimine, kui sisendsignaali parameetrid kogemata muutuvad

Vooluvõimendus on peaaegu sama, mis ühises emitteri ahelas. Kuid pinge võimendus on väike (selle vooluahela peamine puudus). See läheneb ühtsusele, kuid on alati sellest väiksem. Seega on võimsuse suurenemine võrdne vaid mõnekümne ühikuga.

Ühises kollektoriahelas ei toimu sisend- ja väljundpinge vahel faasinihet. Kuna pinge võimendus on ühtsuse lähedal, väljundpinge faas ja amplituud langevad kokku sisendiga, st kordab seda. Seetõttu nimetatakse sellist vooluringi emitteri järgijaks. Emitter - kuna väljundpinge eemaldatakse emitterist ühise juhtme suhtes.

Seda ühendust kasutatakse transistori astmete sobitamiseks või siis, kui sisendsignaali allikal on kõrge sisendtakistus (näiteks piesoelektriline pikap või kondensaatormikrofon).

Kaks sõna kaskaadide kohta

On aegu, mil peate suurendama väljundvõimsus(st suurendada kollektori voolu). Sel juhul kasutatakse vajaliku arvu transistoride paralleelühendust.

Loomulikult peaksid need omadustelt olema ligikaudu samad. Kuid tuleb meeles pidada, et kollektori maksimaalne koguvool ei tohiks ületada 1,6–1,7 ühegi kaskaadtransistori maksimaalsest kollektorivoolust.
Kuid (tänu wrewolfile märkuse eest) pole see bipolaarsete transistoride puhul soovitatav. Sest kaks, isegi sama tüüpi transistorit, on üksteisest vähemalt veidi erinevad. Vastavalt sellele, millal paralleelühendus neid läbivad erineva tugevusega voolud. Nende voolude võrdsustamiseks paigaldatakse transistoride emitteri ahelatesse tasakaalustatud takistid. Nende takistuse väärtus arvutatakse nii, et nende pingelang töövoolu vahemikus on vähemalt 0,7 V. On selge, et see toob kaasa vooluahela efektiivsuse olulise halvenemise.

Samuti võib tekkida vajadus hea tundlikkusega ja samas hea võimendusega transistori järele. Sellistel juhtudel kasutatakse tundliku, kuid väikese võimsusega transistori (joonisel VT1) kaskaadi, mis juhib võimsama kaaslase (joonisel VT2) toiteallikat.

Bipolaarsete transistoride muud rakendused

Transistore saab kasutada mitte ainult signaali võimendusahelates. Näiteks tänu sellele, et need võivad töötada küllastus- ja väljalülitusrežiimis, kasutatakse neid kui elektroonilised võtmed. Transistore on võimalik kasutada ka signaaligeneraatori ahelates. Kui nad töötavad klahvi režiim, siis genereeritakse ristkülikukujuline signaal ja kui võimendusrežiimis, siis signaal vabas vormis, olenevalt juhtimistoimingust.

Märgistus

Kuna artikkel on juba sündsusetult suureks kasvanud, siis siinkohal annan lihtsalt kaks head lingid, mis kirjeldavad üksikasjalikult peamisi märgistussüsteeme pooljuhtseadmed(sh transistorid): http://kazus.ru/guide/transistors/mark_all.html ja file.xls (35 kb).

Abistavad kommentaarid:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Sildid: lisa sildid

Niisiis, meie veebisaidi bipolaarsete transistoride loo kolmas ja viimane osa =) Täna räägime nende kasutamisest imelised seadmed võimenditena peame võimalikuks bipolaarse transistori lülitusahelad ning nende peamised eelised ja puudused. Alustame!

Kõrgsageduslike signaalide kasutamisel on see ahel väga hea. Põhimõtteliselt on see põhjus, miks transistor on kõigepealt sisse lülitatud. Väga suurteks miinuteks on madal sisendtakistus ja loomulikult vooluvõimenduse puudumine. Vaadake ise, sisendis on meil emitteri vool, väljundis.

See tähendab, et emitteri vool on väikese baasvoolu võrra suurem kui kollektori vool. See tähendab, et vooluvõimendust lihtsalt pole, pealegi on väljundvool veidi väiksem kui sisendvool. Kuigi teisest küljest on sellel vooluahelal üsna suur pinge ülekandetegur) Need on eelised ja puudused, jätkame….

Ühise kollektoriga bipolaarse transistori ühendusskeem

Selline näeb välja ühise kollektoriga bipolaarse transistori ühendusskeem. Kas see meenutab teile midagi?) Kui vaatame vooluringi veidi teise nurga alt, tunneme siin ära oma vana sõbra - emitteri järgija. Selle kohta oli peaaegu terve artikkel (), nii et oleme juba käsitlenud kõike, mis selle skeemiga seotud. Vahepeal ootame kõige sagedamini kasutatavat vooluringi - ühise emitteriga.

Ühise emitteriga bipolaarse transistori ühendusahel.

See ahel on pälvinud populaarsuse oma võimendavate omaduste tõttu. Kõigist vooluringidest annab see vastavalt kõige suurema voolu ja pinge, samuti on signaali võimsuse kasv suur. Skeemi puuduseks on see, et võimendusomadusi mõjutavad tugevalt temperatuuri ja signaali sageduse tõus.

Tutvusime kõigi ahelatega, nüüd vaatame lähemalt viimast (kuid mitte kõige vähem olulist) võimendi ahelat, mis põhineb bipolaarsel transistoril (ühise emitteriga). Esiteks kujutame seda veidi teistmoodi:

Siin on üks miinus - maandatud emitter. Kui transistor on sel viisil sisse lülitatud, sisaldab väljund mittelineaarne moonutus, millega tuleb muidugi võidelda. Mittelineaarsus tekib sisendpinge mõju tõttu emitteri-baasi ülemineku pingele. Tõepoolest, emitteri vooluringis pole midagi "lisa", kogu sisendpinge rakendatakse täpselt baas-emitteri ristmikule. Selle nähtusega toimetulemiseks lisame emitteri ahelasse takisti. Nii et saame negatiivne tagasiside.

Mis see on?

Lühidalt öeldes siis negatiivne pöördpõhimõte th side seisneb selles, et mingi osa väljundpingest kantakse üle sisendisse ja lahutatakse sisendsignaalist. Loomulikult viib see võimenduse vähenemiseni, kuna transistori sisend saab tagasiside mõju tõttu madalama pinge väärtuse kui tagasiside puudumisel.

Sellest hoolimata on negatiivne tagasiside meile väga kasulik. Vaatame, kuidas see aitab vähendada sisendpinge mõju aluse ja emitteri vahelisele pingele.

Seega, isegi kui tagasisidet pole, põhjustab sisendsignaali suurenemine 0,5 V võrra sama tõusu. Siin on kõik selge 😉 Ja nüüd lisame tagasisidet! Ja samamoodi suurendame sisendpinget 0,5 V võrra. Selle järel suureneb , mis toob kaasa emitteri voolu suurenemise. Ja suurenemine toob kaasa tagasiside takisti pinge suurenemise. Näib, mis sellel viga on? Aga see pinge lahutatakse sisendist! Vaata, mis juhtus:

Sisendpinge on suurenenud - emitteri vool on suurenenud - pinge negatiivse tagasiside takistil on suurenenud - sisendpinge on vähenenud (lahutamise tõttu) - pinge on vähenenud.

See tähendab, et negatiivne tagasiside takistab baas-emitteri pinge muutumist sisendsignaali muutumisel.

Selle tulemusena täiendati meie ühise emitteriga võimendi ahelat emitteri ahelas takistiga:

Meie võimendiga on veel üks probleem. Kui sisendisse ilmub negatiivne pinge väärtus, siis transistor sulgub koheselt (baaspinge muutub väiksemaks kui emitteri pinge ja baas-emitteri diood sulgub) ja väljundis ei juhtu midagi. See pole kuidagi väga hea) Seetõttu on vaja luua eelarvamus. Seda saab teha jagaja abil järgmiselt:

Saime sellise iluduse 😉 Kui takistid on võrdsed, siis on nende mõlema pinge võrdne 6V (12V / 2). Seega, kui sisendis pole signaali, on baaspotentsiaal +6 V. Kui sisendisse tuleb negatiivne väärtus, näiteks -4 V, siis on baaspotentsiaal võrdne +2 V, see tähendab, et väärtus on positiivne ja ei sega normaalne töö transistor. Nii on kasulik luua baasahelas nihe)

Kuidas muidu saaksime oma skeemi täiustada...

Andke meile teada, millist signaali me võimendame, see tähendab, et me teame selle parameetreid, eriti sagedust. Oleks tore, kui sisendis poleks midagi peale kasuliku võimendatud signaali. Kuidas seda tagada? Muidugi, kasutades kõrgpääsfiltrit) Lisame kondensaatori, mis koos eelpingetakistiga moodustab kõrgpääsfiltri:

Nii kasvas vooluring, milles peale transistori enda polnud peaaegu midagi lisaelemendid😉 Võib-olla lõpetame peagi artikkel, mis on pühendatud bipolaarsel transistoril põhineva võimendi praktilisele arvutamisele. Selles me mitte ainult ei koosta skemaatiline diagramm võimendi, kuid arvutame ka kõigi elementide väärtused ja valime samal ajal meie eesmärkidele sobiva transistori. Kohtumiseni! =)

Ühise emitteriga (CE) transistori ühendamise skeem. Omaduste uurimisel kasutavad nad tavaliselt ühise emitteriga transistori ahelat, st kui emitter on maandusega ühendatud, ühendatakse kollektor koormustakistuse kaudu toiteallikaga ja alusele rakendatakse eelpinge. . Paneme kokku joonisel näidatud vooluringi:

Ahel kasutab transistorit n-p-n struktuurid, koormustakistus - 1 kOhm, toiteallikas pingega 12 volti ja ampermeeter.
Näeme, et ampermeeter näitab transistori koormustakistust ja kollektor-emitter ristmikku läbiva voolu väga madalat väärtust. Seda voolu nimetatakse vooluks lekib n-p-nüleminek.
Transistori definitsiooni järgi juhib väike baasvool suurt voolu kollektor-emitteri ahelas (OE-ga ahelas).
Võimendiastme loomiseks vastavalt OE-ga ahelale on vaja luua algne baasvool, nii et transistor on töörežiimis. Meie ahelas on transistor väljalülitusrežiimis (takistus K - E kipub lõpmatuseni). Teist äärmuslikku režiimi nimetatakse küllastusrežiimiks, st kui maksimaalne vool siseneb baasi, mis ei mõjuta enam läbivat voolu ketid K-E(kollektori vool). Sel juhul öeldakse, et transistor on avatud ja kollektori voolu määrab koormustakistus ning ülemineku takistuseks K - E võib võtta 0. Nende kahe punkti vahel on töövool keskel. (tööpunkt) transistori aluse.
Praktikas kasutavad nad transistori töörežiimi määramiseks mitte voolu, vaid pinget baasis ja jagu K-E. Voltmeetri sisselülitamine ei nõua ahela katkestamist.
Tööpunkti määramiseks peaksite kokku panema joonisel näidatud diagrammi:

Takisti R1 kaudu rakendatakse eelpinge, mis loob baasvoolu. Katse käigus muudame takistust R1 40 kOhmilt 300 kOhmile sammuga 20 kOhm. Voltmeetri V1 abil mõõdame baasi - emitteri pinget ja voltmeetriga V2 mõõdame kollektori - emitteri pinget.
Mõõtmistulemused on parem salvestada tabelisse, näiteks sisse Microsoft Excel või Open Office Arv.

Mõõtmistulemuste põhjal koostame kollektor-emitteri pinge (CE) muutuste graafiku:

Näeme, et mõõtmiste 1-2-3 ajal FE pinge praktiliselt ei muutu ja on 0 lähedal. Seda režiimi nimetatakse küllastusrežiimiks. Selles režiimis töötab võimendi aste tugeva signaalimoonutusega, kuna võimendatakse ainult signaali negatiivseid poollaineid.
Jaotises 12-13-14 omandab graafik järk-järgult ka lineaarse sõltuvuse ja pinge kollektoril praktiliselt ei muutu. Seda režiimi nimetatakse väljalülitusrežiimiks. Selles režiimis võimendatakse signaali, ka suurte moonutustega, kuna võimendatakse ainult signaali positiivseid poollaineid. Kasutatakse väljalülitusrežiimiga kaskaade digitaaltehnoloogia inversiooniga võtmena - loogiline element "EI".
Transistori tööpunkti valimiseks võimendiks tuleks arvutada graafiku punkt B. Selleks liidetakse baaspinge punktis A baaspingega punktis C ja jagatakse pooleks (leia aritmeetiline keskmine. (820 + 793)/2 = 806,5. Näeme, et baaspinge on 806,5 mV, ligikaudu vastav kuni 6. mõõtmine - 807 mV See on pinge transistori aluses ja vastab ühise emitteriga kaskaadi tööpunktile.
Ühendame võimendi sisendiga generaatori ning sisendisse ja väljundisse ostsilloskoobi. Ühendame sisendi kanaliga A ja võimendi väljundi kanaliga B. Võimendi astme lahtisidumiseks vahelduvvoolu abil paigaldame kaskaadi sisendisse kondensaatorid C1 ja C1.
Võtame generaatori sageduseks 1000 Hz (1 kHz) ja signaali amplituudiks 10 mV. Määrake ostsilloskoopil pühkimisajaks 0,5 millisekundit jaotuse kohta, kanali A tundlikkuseks 10 millivolti jaotuse kohta ja kanali B tundlikkuseks 1 volti jaotuse kohta.

Järgmisena lülitage vooluring sisse ja lülitage see 2–5 sekundi pärast välja. Ostsilloskoobi näitude mugavaks lugemiseks tuleks sisendsignaali sinusoid langetada Y-telje alla (Y-positsiooni loenduriga) ja väljundsignaali sinusoid Y-telje kohal samamoodi. Näeme, et väljundsignaal on sisendi suhtes 180 kraadi ümber pööratud.
Mõelgem amplituudi väärtused sisend- ja väljundsignaalid. Sisendsignaali amplituud on 10 mV (seadsime selle väärtuse generaatoril) ja väljundsignaali amplituud on 1,5 volti (3 jaotust mööda Y-telge / 2. Üks jaotus on 1 volt). Signaali väljundpinge ja sisendpinge suhet nimetatakse transistori pingevõimenduseks ühisemitteri ahelas. Arvutame meie transistori võimenduse Ku = Uin / Uout = 1,5 / 0,01 = 150. See tähendab, et kaskaad transistoril, mis on ühendatud vastavalt OE ahelale, võimendub sisendsignaal 150 korda.
OE-ga transistori kaskaadi puhul kehtivad järgmised väärtused:
Ku - 50 kuni 1500
Ki (praegune võimendus) - 10-20
Kp (võimsuse suurenemine) - 1000-10000
Rin (sisendtakistus) - 100 oomi - 10 kohm
Rout (väljundtakistus) - 100 oomi - 100 kohm
OE-ga kaskaadi kasutatakse tavaliselt madala ja kõrge sagedusega signaalide võimendina.

Ühine emittervõimendi oli varem kõigi võimendusseadmete põhiahel.

Viimases artiklis rääkisime kõige lihtsamast transistori eelpingeskeemist. See skeem (joonis allpool) sõltub ja see omakorda sõltub temperatuurist, mis ei ole hea. Selle tulemusena võib vooluringi väljundis ilmneda võimendatud signaali moonutused.

Et seda ei juhtuks, lisatakse sellele vooluringile veel paar ja tulemuseks on 4 takistiga ahel:

Nimetagem takistit baasi ja emitteri vahel R bae, ja kutsutakse välja emitteriga ühendatud takisti R uh. Nüüd muidugi põhiküsimus: "Miks neid diagrammis vaja on?"

Alustame ehk sellest R uh.

Nagu mäletate, ei olnud see eelmises skeemis. Oletame, et mööda vooluringi + Upit—->R kuni ——> kollektor—> emitter—>R e —-> maandus jookseb elektrivool, võimsusega mitu milliamprit (kui te ei võta arvesse pisikest baasvoolu, kuna I e = I k + I b) Jämedalt öeldes saame järgmise ahela:

Järelikult langeb meil iga takisti vahel mõningane pingelang. Selle väärtus sõltub vooluahela voolust, aga ka takisti enda väärtusest.

Lihtsustame diagrammi veidi:

Rke on kollektor-emitteri ristmiku takistus. Nagu teate, sõltub see peamiselt baasvoolust.

Selle tulemusena saame lihtsa pingejaguri, kus

Näeme, et emitteril see juba on EI OLE pinge nulli volti, nagu oli ka eelmises vooluringis. Emitteri pinge on juba võrdne takisti pingelangusega R e.

Mis on pingelangus R e? Meenutagem Ohmi seadust ja arvutame:

Nagu valemist näeme, on pinge emitteris võrdne vooluahelas oleva voolu ja takisti takistuse väärtuse korrutisega R e. See tundub olevat lahendatud. Vaatame, miks kogu see kära on veidi madalam.

Mis funktsiooni takistid täidavad? R b Ja R bae?

Need kaks takistit on jällegi lihtne pingejagur. Nad seavad alusele teatud pinge, mis muutub, kui see muutub +Upit, mida juhtub üliharva. Muudel juhtudel kaob aluse pinge.

Lähme tagasi R e.

Selgub, et ta mängib selles skeemis kõige olulisemat rolli.

Oletame, et transistori kuumutamise tõttu hakkab vool selles ahelas suurenema.

Vaatame nüüd, mis juhtub pärast seda samm-sammult.

a) kui vool selles vooluringis suureneb, siis suureneb ka pingelang takistis R e.

b) pingelang takistis R e- see on pinge emitteris U e. Seetõttu vooluahela suurenemise tõttu U e see läks veidi suuremaks.

c) baasis on meil fikseeritud pinge U b moodustatud takistijaguriga R b Ja R bae

d) aluse ja emitteri vaheline pinge arvutatakse valemiga U be = U b - U e. Seega U bae muutub väiksemaks, sest U e suurenes suurenenud voolu tõttu, mis kasvas transistori kuumutamise tõttu.

e) Üks kord U bae vähenenud, mis tähendab voolutugevust I b, vähenes ka baasemitteri läbimine.

f) Tuletatud allolevast valemist mina

I k =β x I b

Järelikult baasvoolu vähenemisel väheneb ka kollektori vool;-) Ahela töörežiim naaseb algsesse olekusse. Selle tulemusena saime negatiivse vooluringi tagasisidet, mida mängib takisti R uh. Tulevikku vaadates ütlen seda KOHTA negatiivne KOHTA vennalik KOOS ligatuur (OOS) stabiliseerib vooluringi ja positiivne, vastupidi, viib täieliku kaoseni, kuid seda kasutatakse mõnikord ka elektroonikas.

Võimendi astme arvutamine

1) Esiteks leiame andmelehelt maksimaalse lubatud võimsuse hajumise, mida transistor võib enda peale hajutada. keskkond. Minu transistori jaoks on see väärtus 150 millivatti. Me ei pigista oma transistorist kogu mahla välja, seega vähendame oma võimsuse hajumist, korrutades koefitsiendiga 0,8:

P rassi = 150x0,8 = 120 millivatti.

2) Määrake sisselülitatud pinge U ke. See peaks olema võrdne poole pingega Upit.

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

3) Määrake kollektori vool:

I k = P rass / U k e = 120 × 10 -3 / 6 = 20 milliamprit.

4) Kuna pool pingest on kollektor-emitteril langenud U ke, siis peaks veel pool takistitele langema. Meie puhul langeb takistite vahel 6 volti R kuni Ja R e. See tähendab, et saame:

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

R k + R e = 300, A R k = 10R e, sest K U = R k / R e ja võtsime K U =10 ,

siis teeme väikese võrrandi:

10R e + R e = 300

11R e = 300

R e = 300 / 11 = 27 oomi

R k = 27x10 = 270 oomi

5) Määrake baasvool Ma alusin valemist:

Mõõtsime beeta koefitsienti eelmises näites. Saime selle umbes 140.

Tähendab,

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

6) Pingejaguri vool I juhtumeid, mis on moodustatud takistitest R b Ja R bae, valitakse üldiselt nii, et see on 10 korda suurem kui baasvool I b:

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

7) Leidke emitteri pinge valemi abil:

U e = I kuni R e = 20x10 -3 x 27 = 0,54 volti

8) Määrake aluse pinge:

U b = U b e + U uh

Võtame baas-emitteri pingelanguse keskmise U be = 0,66 volti. Nagu mäletate, on see pingelang P-N-ristmikul.

Seega U b = 0,66 + 0,54 = 1,2 volti. See on täpselt see pinge, mis nüüd meie baasis olemas on.

9) Noh, nüüd, teades aluse pinget (see võrdub 1,2 voltiga), saame arvutada takistite endi väärtuse.

Arvutuste hõlbustamiseks lisan osa kaskaadiskeemist:

Nii et siit peame leidma takisti väärtused. Ohmi seaduse valemist arvutame iga takisti väärtuse.

Mugavuse huvides laske meil pingelangus olla R b helistas U 1, ja pingelang on R bae tahe U 2.

Ohmi seadust kasutades leiame iga takisti takistuse väärtuse.

R b = U 1 / I div = 10,8 / 1,4 x 10 -3 = 7,7 kiloohm. Lähimast reast võtame 8,2 KiloOhm

R be = U 2 / I div = 1,2 / 1,4 x 10 -3 = 860 oomi. Me võtame seeriast 820 oomi.

Selle tulemusel on diagrammil järgmised nimiväärtused:

Ahela töö kontrollimine riistvaras

Te ei jää rahule ainult teooria ja arvutustega, seega paneme vooluringi päriselus kokku ja testime seda praktikas. Sain selle diagrammi:

Niisiis, ma võtan enda oma ja kinnitan sondid ahela sisendi ja väljundi külge. Punane lainekuju on sisendsignaal, kollane lainekuju on väljundsignaal võimendatud signaal.

Kõigepealt rakendan Hiina sagedusgeneraatori abil sinusoidset signaali:

Nagu näete, on signaal ootuspäraselt võimendatud peaaegu 10 korda, kuna meie võimendustegur oli võrdne 10-ga. Nagu ma juba ütlesin, on OE-ahela võimendatud signaal antifaasis, see tähendab 180 kraadi võrra nihutatud.

Anname veel ühe kolmnurkse signaali:

Tundub, et sumiseb. Kui te vaatate tähelepanelikult, on väikesed moonutused. Transistori sisendi karakteristiku mittelineaarsus annab tunda.

Kui meenutada kahe takistiga ahela ostsillogrammi

siis näete olulist erinevust kolmnurkse signaali võimenduses

Järeldus

OE-ga vooluahelat kasutati bipolaarsete transistoride populaarsuse tippajal kõige populaarsemana. Ja sellele on seletus:

Esiteks, võimendab see ahel nii voolu kui pinget ja seega ka võimsust, kuna P=UI.

Teiseks, on selle sisendtakistus palju suurem kui väljundtakistus, muutes selle vooluringi suurepäraseks väikese võimsusega koormuse ja suurepärane allikas signaal sellele järgnevatele koormustele.

Noh, nüüd mõned miinused:

1) ahel tarbib ooterežiimis vähe voolu. See tähendab, et pole mõtet seda pikka aega akudega toita.

2) see on meie mikroelektroonika ajastul juba moraalselt vananenud. Võimendi kokkupanemiseks on seda lihtsam osta valmis mikroskeem ja selle põhjal teha