Усилительный режим работы биполярного транзистора

June 26, 2010 by admin Комментировать »

Теперь займемся собственно усилительным режимом. Из сказанного ясно, что между режимом насыщения и режимом отсечки должен существовать какой-то промежуточный режим — например, когда лампочка на рис. 6.4 го­рит вполнакала. Действительно, в некотором диапазоне базовых токов (и со­ответствующих им базовых напряжений) ток коллектора и соответствующее ему напряжение на коллекторе будет плавно меняться. Соотношение между токами здесь будет определяться величиной коэффициента усиления по току для малого сигнала, который по некоторым причинам обозначается весьма сложно: Лгь (на западе— Лрн). В первом приближении Агь можно считать равным коэффициенту р, хотя он всегда больше последнего. Учтите, что в справочниках иногда приводятся именно Лгь, а иногда р, так что будьте вни­мательны. Разброс //213 для конкретных экземпляров весьма велик (и сама ве­личина сильно зависит от температуры), поэтому в справочниках приводят граничные значения (от и до).

Поэкспериментировать с усилительным режимом транзистора и заодно нау­читься измерять A213 можно по схеме, приведенной на рис. 6.6.

clip_image002

Рис. 6.6. Схема включения биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером в усилительном режиме

Переменный резистор должен иметь достаточно большое сопротивление, чтобы при выведенном в крайнее левое положение его движке ток базы заве­домо удовлетворял соотношению /бЛгь«h- Коллекторный ток Л в данном случае определяется нагрузкой. Если для транзистора Л213 по справочнику составляет величину в среднем 50, а в коллекторе нагрузка 100 Ом, то пере-менник разумно выбирать номиналом примерно 20—30 кОм и более. Выведя движок в крайнее левое по схеме положение, мы задаем минимально воз­можный ток базы. В этом его положении следует включить питание и убе­диться с помощью осциллографа или мультиметра, что транзистор близок к отсечке — напряжение на коллекторе будет почти равно напряжению пи­тания (но не совсем — мы уже говорили, что для полной отсечки нужно со­единить выводы базы и эмиттера между собой). Осторожно перемещая дви­жок переменника, мы увидим, как напряжение на коллекторе будет падать (а на нагрузке, соответственно, расти). Когда напряжение на коллекторе станет почти равным нулю (то есть транзистор придет в состояние насыщения), экс­перимент следует прекратить, иначе можно выжечь переход база-эмиттер слишком большим прямым током (для предотвращения этой ситуации следу­ет поставить последовательно с переменником постоянный резистор неболь­шого номинала — на рис. 6.6 он показан пунктиром).

Вернем движок переменника в состояние, когда напряжение на коллекторе примерно равно половине напряжения питания. Это так называемая рабочая точка транзистора в схеме с общим эмиттером — если напряжение на базо­вом резисторе будет в определенных пределах колебаться, изменяя ток базы, то переменная составляющая напряжения на коллекторе будет повторять его форму (с точностью до наоборот, то есть инвертируя сигнал, как мы говори­ли ранее), но усиленную по напряжению и току. Это и есть усилительный режим транзистора.

В какой степени входной сигнал может быть усилен? Все определяется зна­комым нам коэффициентом а21э. Его величину для данного экземпляра тран­зистора можно определить так: пусть при напряжении на коллекторе, равном ровно половине напряжения источника питания (то есть 5 В в случае рис. 6.6), сопротивление базового резистора составляет 10 кОм. Ток коллек­тора (при коллекторной нагрузке 100 Ом) составит 50 мА. Ток базы составит (10 В – 0,6 В)/10 кОм, то есть чуть меньше 1 мА. Тогда их отношение и будет равно л21э, то есть в данном случае 50. Кстати, померить его позволяют и не­которые конструкции мультиметров (хотя лично мне ни разу в жизни не пришлось этого делать, и далее вы поймете почему).

А каков коэффициент усиления такой схемы по напряжению? Это зависит от соотношения резисторов в базе и в коллекторе. Например, если сопротивле­ние базового резистора составляет 1 кОм, то изменение тока базы при изме­нении входного напряжения на 1 В составит 1 мА. А в пересчете через л21э это должно привести к изменению тока коллектора на 50 мА, что на нагрузке 100 Ом составит 5 В. То есть усиление по напряжению при таком соотноше­нии резисторов будет равно 5. Чем ниже номинал резистора в базе и чем вы­ше сопротивление нагрузки, тем больше коэффициент усиления по напряже­нию. В пределе, если положить базовый резистор равным нулю, а коллекторный — бесконечности, то предельный коэффициент усиления со­временных транзисторов по напряжению может составить величину порядка нескольких сотен (но не бесконечность, за счет того, что база имеет собст­венное входное сопротивление, а коллектор — собственное выходное). Об­ратите внимание на это обстоятельство — то, что при повышении величины сопротивления в коллекторе коэффициент усиления увеличивается. В част­ности, это означает, что лучше вместо резистора включать источник тока, у которого выходное сопротивление очень велико. Именно так и поступают во многих случаях, особенно часто — в усилительных микросхемах.

Схема по усилению на рис. 6.6 исключительно плоха. В самом деле, все зави­сит от величины коэффициента hib, а он, во-первых, «гуляет» от транзистора к транзистору, а во-вторых, очень сильно зависит от температуры (при по­вышении температуры повышается). Но чтобы понять, как правильно по­строить усилительный транзисторный каскад со стабильными параметрами, нужно ознакомиться еще с одной схемой включения транзистора — схемой с общим коллектором.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты