Биполярные транзисторы
Биполярный транзистор – это один из основных «активных» компонентов. Он представляет собой элемент, который может усиливать входной сигнал по мощности. Увеличение мощности сигнала происходит за счет внешнего источника питания. Элементы, которые обладают свойством усиления по мощности, характеризуются способностью к генерации, обусловленной передачей выходного сигнала обратно на вход.
Транзистор является неотъемлемой частью всякой электронной схемы, начиная от простейшего усилителя или генератора до сложнейшей цифровой вычислительной машины.
Входные вольт-амперные характеристики
Выделяют несколько основных характеристик транзистора, которые позволяют понять, как он работает, и как его использовать для решения задач. И первая это, – входная характеристика, которая представляет из себя зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при заданном значении напряжения коллектор-эмиттер как показано на рисунке ниже.
В документации на конкретный транзистор обычно указывают семейство входных характеристик для разных значений
Выходные вольт-амперные характеристики
Полезно наложить несколько кривых тока коллектора от напряжения коллектор – эмиттер для разных токов базы на один и тот же график, как показано на рисунке ниже. Набор таких кривых для конкретного транзистора называется выходными вольт-амперными характеристиками транзистора:
Каждая кривая на графике отражает ток коллектора транзистора в диапазоне напряжений коллектор-эмиттер для заданной величины тока базы. Поскольку транзистор действует как регулятор тока, формирующий ток коллектора в зависимости от тока базы, полезно выразить эту зависимость в качестве стандартного показателя производительности транзистора – статического коэффициента тока базы.
Статический коэффициент усиления тока базы
Отношение тока коллектора к току базы известно как β. В datasheet отношение β обозначается как “hfe”. Для любого транзистора “hfe” определяется его конструкцией. Редко бывает, чтобы два транзистора одинаковой конструкции точно совпадали из-за физических переменных, влияющих на β.
Для реального транзистора β может изменяться более чем в 3 раза в пределах его рабочего тока. Например, транзистор с заявленным β, равным 50, может тестироваться при соотношениях Ic/Ib от 30 до 100, в зависимости от величины тока коллектора
Коэффициент усиления тока базы по переменному току
Схема с общим коллектором
Схема с ОК создает выходное напряжение прямо пропорциональное к входному напряжению. По мере увеличения входного напряжения увеличивается и выходное напряжение, отставая от входного примерно на 0,7 вольта.
Применение схемы с ОК для усиления сигналов переменного напряжения требует использования «смещения» потенциала базы чтобы удерживать транзистор в активном режим в течение всего периода синусоиды входного сигнала. Схема усилителя с ОК известна как эмиттерный повторитель, поскольку напряжение на эмиттерной нагрузке почти повторяют напряжения на входе.
Примеры схем
Эмиттерный повторитель назван так потому, что выходной сигнал снимается с эмиттера, напряжение на котором равно напряжению на входе минус падение напряжения на переходе база-эмиттер
Стабилитрон в сочетании с повторителем обеспечивает увеличение выходного тока.
Транзистор Q2 «следит» за состоянием выхода и «предпринимает соответствующие меры», если величина выходного напряжения отличается от нужной.
Схема с общим эмиттером
Эта схема называется схемой с общим эмиттером потому что источник сигнала и нагрузка имеют общий вывод в качестве общей точки подключения. показанной на рисунке ниже. Этим выводом является эмиттер транзистора.
Когда источник тока выдает нулевой ток, транзистор находится в режиме отсечки и напряжение на коллекторе 15 вольтам. По мере того, как ток начинает увеличиваться, выходное напряжение пропорционально уменьшается, пока транзистор не достигнет насыщения. График выходного напряжения линеен до точки насыщения.
Применение схемы с ОЭ для усиления сигналов переменного напряжения требует использования «смещения» потенциала базы чтобы удерживать транзистор в активном режим в течение всего периода входного сигнала.
Простейший УНЧ. В качестве нагрузки (R2) используется телефонный капсюль. Чем больше значение С1, тем более низкие частоты будут усилены.
“Жесткая” фиксация смещения на базе улучшает качество работы УНЧ при изменении условий эксплуатации.
Схема расщепления фазы. Для симметричного усиления выходы схемы следует нагружать одинаковыми (или очень большими) импедансами.
Схема с общей базой
Выходное напряжение изменяется от нуля до 15,75 вольт, при этом входное напряжение от 0,6 вольта до 1,2 вольта. Это говорит о большом коэффициенте усиления, который составляет 37,5 раз, или 31,48 дБ. При насыщении выходное напряжение превышает напряжение источника питания (15 вольт) из-за эффекта последовательного добавления источника входного напряжения.
Анализ схемы (рисунок ниже) с источником сигнала переменного напряжения и постоянным смещением говорит о высоком коэффициенте усиления по напряжению, который составляет 39.1.
Антенный усилитель. Работает со всеми типами телевизионных приемников.
Усилитель по схеме ОБ, ОК. Состоит из двух усилителей на транзисторах Q1, Q2 и QЗ, Q4, собранных по схеме общая база — общий коллектор и включенных последовательно
примеры транзисторных схем
Двухтактный усилитель низкой частоты
Нелинейное искажение типа “ступенька” свойственно усилителям класса В и АВ и возникает вследствие недостаточного смещения на базе транзистора Q3
Увеличивая напряжение смещения на базе транзистора Q3 минимизируем нелинейное искажение типа “ступенька”
Каскодный усилитель
Каскодный усилитель состоит из каскада с общим эмиттером, нагруженного каскадом с общей базой
Усилитель мощности
Дифференциальный усилитель
Дифференциальный усилитель-это схема, используемая для усиления разности напряжений двух входных сигналов. В идеальном случае выходной сигнал не зависит от уровня каждого из входных сигналов, а определяется только их разностью.
