Основные схемы включения транзисторов
Транзистор, как полупроводниковый прибор, имеющий три электрода (эмиттер, базу, коллектор), можно включить тремя основными способами (рис. 1 — 6).
- Схемы включения транзисторов структуры N-P-N
- Схемы включения транзисторов структуры P-N-P
- Применение схем включения транзисторов
- Схемы включения полевых транзисторов
- Схемы составных транзисторов
Как известно, входной сигнал поступает на усилитель по двум проводам; выходной сигнал отводится также по двум проводам. Следовательно, для трех-электродного усилительного прибора при подаче входного и съеме выходного сигнала по двум проводам один из электродов будет непременно общим.
Соответственно тому, какой из электродов в схеме включения транзистора будет являться общим, различают три основные схемы включения: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ).
Схемы включения транзисторов структуры N-P-N
Рис.
1. Схема включения N-P-N транзистора с общим эмиттером (ОЭ).
Рис. 2. Схема включения N-P-N транзистора общим коллектором (ОК).
Рис. 3. Схема включения N-P-N транзистора с общей базой (ОБ).
Практические варианты схем включения транзисторов структуры п-р-п и р-п-р приведены на рисунках 1-6. Как следует из сопоставления рисунков, схемы эти идентичны и различаются лишь полярностью подаваемого напряжения.
Для определения входного (RBх.) и выходного (RBыx.) сопротивления каждой из схем включения, а также коэффициентов усиления по току (К,), напряжению (Ки) и мощности (КР=К|ХКи) расчетные и экспериментальные значения и формулы приведены в следующих таблицах:
Таблица с формулами приведена для приближенных расчетов, а для первоначальной, первичной оценки и сравнения свойств основных схем включения транзисторов предназначена вторая таблица с численными оценками.
Обозначения в таблице следующие:
- RH — сопротивление нагрузки;
- R3 — сопротивление эмиттера или отношение изменения напряжения на эмиттерном переходе к изменению тока эмиттера в режиме короткого замыкания в выходной цепи по переменному току;
- RB — сопротивление базы или отношение изменения напряжения между эмиттером и базой к изменению тока коллектора в режиме холостого хода входной цепи по переменному току;
- а — коэффициент усиления по току для схемы с общей базой;
- р — коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером.
Схемы включения транзисторов структуры P-N-P
Рис. 4. Схема включения P-N-P транзистора с общим эмиттером (ОЭ).
Рис. 5. Схема включения P-N-P транзистора с общим коллектором (ОК).
Рис. 6. Схема включения P-N-P транзистора с общей базой (ОБ).
Применение схем включения транзисторов
Наиболее часто в практических схемах используют режим включения транзистора с общим эмиттером (как обладающий наибольшим коэффициентом усиления по мощности).
Эмиттерные повторители (схемы с общим коллектором) применяют для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с низким входным сопротивлением нагрузки. Для построения высокочастотных усилителей (имеющих низкое входное сопротивление) используют схемы с общей базой.
В зависимости от наличия, полярности и величины потенциалов на электродах транзисторов различают несколько режимов его работы:
- Насыщение — транзистор открыт, напряжение на переходе К— Э минимально, ток через переходы максимален;
- Отсечка — транзистор закрыт, напряжение на переходе К — Э максимально, ток через переходы минимален;
- Активный — промежуточный между режимом насыщения и отсечки;
- Инверсный — характеризуется подачей на электроды транзистора обратной (инверсной) полярности рабочего напряжения.
В переключательно-коммутирующих схемах, имеющих только два состояния: включено (сопротивление ключевого элемента близко к нулю) и выключено (сопротивление ключевого элемента стремится к бесконечности), используются режимы насыщения и отсечки.
Активный режим широко применяют для усиления сигналов. Инверсный режим используют достаточно редко, поскольку улучшить показатели схемы при таком включении транзистора не удается.
Для того чтобы без расчетов первоначально оценить величины RC-элементов, входящих в состав схем (рис. 1, 2, 4, 5), можно принять величину сопротивления в коллекторной (эмиттерной) цепи равной нескольким кОм, а величину сопротивления в цепи базы в 30…50 раз большим.
При этом напряжение на коллекторе (эмиттере) должно быть равно половине напряжения питания. Для схемы с общей базой (рис. 3, 6) величина сопротивления R3, обычно не превышает 0,1… 1 кОм, величина сопротивления R2 составляет несколько кОм.
Величины реактивных сопротивлений конденсаторов С1 — C3 для наиболее низких частот, которые требуется усилить, должны быть примерно на порядок ниже соединенных с ними активных сопротивлений R1 — R3 (рис.
В принципе, величины этих емкостей можно было бы выбрать со значительным запасом, но в этом случае увеличиваются габариты переходных конденсаторов, их стоимость, токи утечки, длительность переходных процессов и т.д.
В качестве примера приведем таблицу для быстрого определения величины реактивного сопротивления конденсаторов для нескольких частот:
Напомним, что реактивное сопротивление конденсатора Хс, Ом, можно вычислить по формуле:
Для постоянного тока реактивное сопротивление конденсаторов стремится к бесконечности. Следовательно, для усилителей постоянного тока (нижняя граничная частота усиления равна нулю) переходные конденсаторы не требуются, а для разделения каскадов необходимо предусматривать специальные меры.
Конденсаторы в цепях постоянного тока равносильны обрыву цепи. Поэтому при построении схем усилителей постоянного тока используют схемы с непосредственными связями между каскадами.
Разумеется, в этом случае необходимо согласование уровней межкаскадных напряжений.
При усилении переменного тока в цепи нагрузки усилительных каскадов зачастую используют индуктивные элементы. Отметим, что реактивное сопротивление индуктивностей растет с увеличением частоты.
Соответственно, с изменением сопротивления нагрузки от частоты, растет и коэффициент усиления такого каскада.
Схемы включения полевых транзисторов
Помимо биполярных транзисторов широкое распространение приобрели более современные элементы — полевые транзисторы (рис. 7—9).
Рис. 7. Схема включения полевого транзистора с общим истоком (ОИ).
Рис. 8. Схема включения полевого транзистора с общим стоком (ОС).
По аналогии со схемами включения биполярных транзисторов полевые включают с общим истоком, общим стоком и с общим затвором.
Рис. 9. Схема включения полевого транзистора с общим затвором (ОЗ).
Основные расчетные соотношения для этих схем включения полевых транзисторов приведены в таблице:
где:
- S — крутизна характеристики полевого транзистора, мА/В;
- R, — внутреннее сопротивление транзистора.
Ориентировочно величина R1 (рис. 7—9) может быть от нескольких Ом до единиц МОм, а R2 — несколько кОм. Отметим, что, как и для биполярных транзисторов, полевые также допускают работу с отсечкой, с насыщением; активный и инверсный режимы.
Схемы составных транзисторов
Для увеличения коэффициента передачи по току биполярного транзистора используют «составные» транзисторы, включаемые по схеме Дарлингтона (рис. 10—13).
Общий их коэффициент усиления несколько отличается от произведения коэффициентов усиления каждого из транзисторов. Одновременно ухудшается температурная стабильность схемы.
Рис. 10. Схема составного транзистора из двух кремниевых структуры N-P-N.
Рис. 11. Схема составного N-P-N транзистора из трех кремниевых структуры N-P-N.
Рис. 12. Схема составного N-P-N транзистора из двух кремниевых структуры N-P-N и P-N-P.
Рис. 13. Схема составного P-N-P транзистора из двух кремниевых структуры P-N-P и N-P-N.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.
Схемы включения транзистора. » Хабстаб
Воспользуйтесь строкой поиска,
чтобы найти нужный материал
При любом включении транзистора в схему, через один из его выводов, будет течь входной и выходной ток, этот вывод называют общим.
Существуют три схемы включения биполярного транзистора:
- с общим эмиттером;
- с общим коллектором;
- с общей базой;
Начнём со схемы, с общим эмиттером.
- входной сигнал подаётся на базу;
- выходной сигнал снимается с коллектора;
Схема с общим эмиттером обладает следующими свойствами:
- большим коэффициентом усиления по току;
- большим коэффициентом усиления по напряжению;
Давайте соберём нарисованную выше схему и посмотрим как будет изменяться выходной сигнал в зависимости от входного.
Во всех осциллограммах в статье первый канал – входной сигнал, второй канал – выходной сигнал. Входной сигнал берется после разделительного конденсатора, иначе конденсатор вносит сдвиг фазы.
На осциллограмме видно, что амплитуда выходного сигнала в несколько раз превышает амплитуду входного, при этом сигнал на выходе инвертирован относительно входного сигнала, это значит, что когда сигнал входе возрастает на выходе он убывает и наоборот. На схеме пунктирной линией изображен конденсатор, его можно подключить если надо увеличить коэффициент усиления. Давайте подключим его.
Видим, что выходной сигнал увеличился примерно на порядок, то есть в 10 раз. Такая схема включения транзистора применяется, в усилителях мощности.
При включении конденсатора входное сопротивление схемы уменьшилось, что привело к искажениям сигнала генератора, а следовательно и выходного сигнала.
Схема с общим коллектором.
- входной сигнал подаётся на базу;
- выходной сигнал снимается с эмиттера;
Схема с общим коллектором обладает следующими свойствами:
- большим коэффициент усиления по току;
- напряжения входного и выходного сигнала отличаются примерно на 0,6 V;
Давайте соберём нарисованную выше схему и посмотрим как будет изменяться выходной сигнал в зависимости от входного.
На осциллограмме видно, что амплитуды сигналов равны потому, что осциллограф отображает только переменную составляющую, если включить осциллограф на отображение постоянной составляющей, то разница между сигналом на входе и выходе составит 0,6 V. Схема сигнал не инвертирует и применяется в качестве буфера или для согласования каскадов.
Схема с общей базой.
- входной сигнал подаётся на эмиттер;
- выходной сигнал снимается с коллектора;
Схема с общей базой обладает следующими свойствами:
- большим коэффициентом усиления по напряжению;
- близким к нулю усилением по току, ток эмиттера больше тока коллектора на ток базы;
Давайте соберём нарисованную выше схему и посмотрим как будет изменяться выходной сигнал в зависимости от входного.
На осциллограмме видно, что амплитуда выходного сигнала примерно в десять раз превышает амплитуду входного сигнала, также сигнал на выходе не инвертирован относительно входного сигнала. Применяется такая схема включения транзистора в радиочастотных усилителях. Каскад с общей базой обладает низким входным сопротивлением, поэтому сигнал генератора искажается, следовательно и выходной сигнал тоже.
Возникает вопрос, почему не использовать для усиления радиочастот схему с общим эмиттером ведь она увеличивает амплитуду сигнала? Все дело в ёмкости перехода база-коллектор, её ещё называют ёмкостью Миллера. Для радиочастот эта ёмкость обладает малым сопротивлением, таким образом, сигнал вместо того, чтобы течь через переход база-эмиттер проходит через эту ёмкость и через открытый транзистор стекает на землю. Как это происходит показано на рисунке ниже.
Пожалуй, это всё, что хотелось рассказать про схемы включения транзистора.
Источник: hubstub.ru
Статья
Что это такое и как это работает
Транзистор как переключатель
Источник: Wikimedia Commons
Транзисторы — это устройства, обычно используемые для генерации, управления и усиления электрических сигналов. Но знаете ли вы, что транзисторы могут быть тем, что вам нужно для коммутационных приложений? Да, мы можем заставить транзистор работать как переключатель.
Также транзистор легко использовать в качестве переключателя в любой цепи, и он эффективно работает для замыкания и размыкания ваших ходов. Кроме того, в качестве переключателей можно использовать как транзисторы NPN, так и PNP.
В этой статье вы узнаете все о транзисторных переключателях и о том, как они работают. Даже если это немного сложно, мы разберем его для вас.
Так что держись!
Почему мы используем транзисторы в качестве переключателей
У нас есть различные типы переключателей, включая кнопочные переключатели, ползунковые переключатели, тумблеры и т.
д. Несмотря на разнообразие элементов управления, почему мы используем транзисторы в качестве переключателей? Поскольку все кнопки имеют одинаковые функции, почему мы предпочитаем транзистор?
Кнопочный переключатель
Источник: Wikimedia Commons
Причина проста. В то время как другие переключатели в основном механические, транзисторные переключатели являются чисто электрическими. Транзисторы не требуют вмешательства человека и могут включаться и выключаться в зависимости от силы тока.
Рабочие зоны
Транзисторные переключатели имеют две рабочие зоны, включая зону отсечки и зону насыщения.
Зона отсечки
Для транзисторных ключей, работающих в области отсечки, условия работы: нулевой ток коллектора на выходе (I C ), нулевой входной ток базы (I g ) и максимальное собираемое напряжение (V CE ). В этих рабочих условиях ток через устройство не протекает. Кроме того, на схеме имеется большой обедненный слой, из-за которого транзистор полностью отключается.
Характеристики отсечки
- Напряжение база-эмиттер менее 0,7 В
- Переход база-коллектор остается в режиме обратного смещения
- Кроме того, база и вход остаются заземленными (0 В)
- Переход база-эмиттер также остается в режиме обратного смещения
- V OUT = V CE = V CC = «1»
- Транзисторный ключ полностью выключен
- Здесь транзисторы работают как открытый ключ
- Нет протекания тока коллектора (I C = 0)
На самом деле у транзисторного ключа, работающего в области отсечки или в режиме OFF, два перехода работают в режимах обратного смещения. Кроме того, если вы используете транзистор PNP, потенциал эмиттера будет вредным для базы.
Область насыщения
Когда ваш транзистор работает в области насыщения, он остается в режиме прямого смещения, что позволяет серии результатов генерировать небольшой слой обеднения. Кроме того, это позволит максимальному току протекать через транзистор.
Таким образом переводя транзисторный ключ в полностью включенное состояние. Результаты, которые приводят к этому эффекту, включают; применяемый максимальный ток базы = максимальный ток коллектора = минимальное падение напряжения коллектор-эмиттер.
Характеристики насыщения
- Можно подключить вход и базу к V CC
- Транзисторный переключатель полностью включен
- Напряжение база-эмиттер больше 0,7В
- Переход база-коллектор остается в режиме прямого смещения
- Переход база-эмиттер остается в режиме прямого смещения
- Идеальная насыщенность V CE = 0
- Здесь транзистор работает как замкнутый ключ
- Максимальный ток коллектора = I C = V CC /R L )
- В ВЫХ = В CE = 0
Таким образом, транзистор, работающий в режиме «включено» или в области насыщения, будет иметь два перехода, работающих в режиме прямого смещения.
Напротив, у вас должен быть положительный потенциал эмиттера относительно базы, если это PNP-транзистор.
Как работает транзисторный переключатель?
Когда ваш транзистор работает как твердотельный переключатель SPST (однополюсный на одно направление), вы можете подать нулевой сигнал на базу транзистора, чтобы перевести его в режим OFF. Когда он выключен, он служит разомкнутым выключателем и блокирует протекание тока нулевого коллектора.
Когда вы подаете положительный сигнал на базу, он переводит транзистор в режим ON. Затем транзистор становится замкнутым переключателем и позволяет максимальному току течь по цепи.
Кроме того, существует простой способ переключения любой мощности с умеренной на высокую. Все, что вам нужно сделать, это соединить эмиттерную клемму транзистора непосредственно с землей и соединить транзистор с выходом с открытым коллектором.
Если вы используете свой транзисторный ключ таким образом, вы сможете поглотить любое чрезмерное напряжение на землю.
Таким образом, вы можете контролировать любую нагрузку, которую вы подключаете к своей цепи.
NPN-транзистор в качестве переключателя
Интересно, что в качестве переключателей можно использовать как PNP-, так и NPN-транзисторы.
Операции переключения могут происходить только при подаче достаточного напряжения на базу выводов транзистора. Кроме того, когда вы прикладываете достаточное напряжение между эмиттером и землей, напряжение между эмиттером и коллектором будет равно 0. По этой причине транзистор будет служить в качестве короткого замыкания.
Кроме того, подача нулевого напряжения на вход заставит транзистор работать в области отсечки, что сделает его разомкнутой цепью. Вы можете использовать контрольную точку для подключения нагрузки к коммутационному выходу для этого коммутационного соединения.
Включение транзистора позволит току течь через нагрузку от источника к земле.
Схема NPN-транзистора в качестве переключателя
PNP-транзистора в качестве переключателя
Работа PNP-транзистора в качестве переключателя аналогична работе NPN-транзистора.
Однако разница заключается в том, что ток течет от базы. Следовательно, вы можете использовать этот тип операции переключения для конфигураций с отрицательным заземлением.
Кроме того, в случае PNP-транзистора вывод базы всегда находится в режиме отрицательного смещения на основе эмиттера.
Ток будет течь только при отрицательном базовом напряжении для операции переключения PNP. Почему? Потому что вы используете точку отсчета для подключения транзистора к коммутационному выходу. Следовательно, при включении транзистора ток будет протекать через транзистор от источника, прежде чем достигнет земли.
PNP-транзистор в качестве переключателя Схема
Транзистор для переключения светодиода
Кроме того, вы можете использовать транзистор для переключения светодиода. Вот как это работает.
Когда переключатель терминала базы установлен в разомкнутое положение, ток через базу не течет. Таким образом, транзистор будет работать в области отсечки.
Следовательно, транзистор будет разомкнут, а светодиод останется выключенным.
В отличие от этого, когда переключатель установлен в замкнутое положение, ток базы будет протекать через транзистор и изменит его работу на область насыщения. Таким образом, светодиод включится.
Кроме того, вы можете использовать резисторы, чтобы ограничить ток, протекающий через базу к светодиоду, чтобы избежать повреждения. Кроме того, вы даже можете регулировать яркость светодиода, изменяя сопротивление на пути базового тока.
Транзистор для переключения светодиодной схемы
Транзистор для управления реле
Интересно, что вы можете управлять работой реле с помощью транзистора. Немного подготовившись, вы запитаете катушку реле транзистором, что позволит вам предотвратить любую дополнительную нагрузку, которую вы подключаете к ней.
Вход, который вы подаете на базу, должен переводить транзистор в режим насыщения, чтобы это работало. Таким образом, вы можете подать питание на катушку и управлять контактами реле.
Внезапное отключение питания от индуктивных нагрузок может привести к сохранению высокого напряжения на катушке реле. Кроме того, постоянное высокое напряжение потенциально может разрушить вашу схему. По этой причине вам необходимо подключить диод параллельно индуктивной нагрузке. К счастью, вы можете использовать это для защиты своего курса от напряжений, генерируемых индуктивной нагрузкой.
Схема цепи транзистора для управления реле
Транзистор для привода двигателей
Наконец, вы можете использовать транзистор для регулирования и контроля скорости двигателя постоянного тока. Кроме того, вы можете сделать это однонаправленным, переключая транзистор через частые промежутки времени.
Имейте в виду, что двигатель постоянного тока также является индуктивной нагрузкой. Поэтому вам нужно соединить его с диодом, если вы хотите защитить свою цепь.
Теперь вы можете включать и выключать двигатель постоянного тока, просто переключая транзистор из области насыщения в область отсечки.
Кроме того, вы можете изменить транзистор на переменной частоте, чтобы управлять скоростью двигателя от низкой до полной скорости.
Транзисторы для привода электродвигателей Принципиальная схема
Применение
Действительно, основным применением транзисторного переключателя является управление потоком энергии от одной части схемы к другой. По сути, работа транзистора в области насыщения или отсечки создаст эффект включения/выключения любого механического переключателя. Другие области применения транзисторного переключателя включают:
- Цифровые логические элементы
Цифровые логические элементы
Источник: Бесплатный SVG
- Схемы Н-моста
- Осцилляторы
Осциллятор
Источник: Wikimedia Commons
- Сопряжение высоковольтных устройств, таких как двигатели, светодиоды и реле
Реле
Источник: Wikimedia Commons
Заключительные слова
Короче говоря, транзисторы могут служить электрической версией механических переключателей, которые работают на основе тока, а не физического прикосновения.
По правде говоря, транзисторные переключатели могут выполнять широкий спектр приложений, даже больше, чем несколько перечисленных выше.
Хотя использовать транзисторный ключ легко, убедитесь, что вы используете маховик, когда имеете дело с индуктивными нагрузками, чтобы не повредить цепь.
Если вы хотите, чтобы ваш транзистор переключился на простую схему и у вас есть еще вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам, и мы будем рады помочь.
Транзисторные переключатели
Транзисторные переключатели
|
Вместо механического переключателя в базовой цепи можно было бы использовать операционный усилитель. Когда переключатель
открыт, тока нет
течет в базе так
ток коллектора
отрезается. Резистор R B должен быть маленьким
достаточно, чтобы управлять
транзистор к
насыщение так, что
большая часть напряжения V куб.см появляется напротив
Загрузка.
