Некоторые свойства транзистора – для новичков в радиоделе

July 10, 2014 by admin Комментировать »

Все элементы электрической схемы нужны и важны Если схема имеет ненужные элементы, то это, вероятнее всего, плохая схема Но сделать такой вывод можно только после тщательного анализа схемы Мы уже встречали, например, в схеме блока питания диоды, без которых схема будет работать Но рекомендации изготовителя микросхем стабилизаторов, добавивших диоды, полагаю, были результатом анализа возможных причин выхода микросхем из строя

Хотя все компоненты схемы нужны, транзисторы имеют особенный статус Недаром количество моделей транзисторов не умещается ни в один справочник И с каждым годом появляются всё новые и новые модели Производители транзисторов постоянно совершенствуют их, улучшая параметры

Мы ранее рассматривали биполярный транзистор Мы даже рассчитали номиналы сопротивлений в наиболее часто встречающейся схеме включения транзистора Воспользуемся полученными результатами для проведения очередного эксперимента

Рис 51 Испытание транзистора треугольными импульсами напряжения

В программе Multisim из приборов я использую кроме осциллографа ещё и функциональный генератор XFG1 Генератор воспроизводит синусоидальные, прямоугольные и треугольные разнополярные импульсы Мне нужны треугольные, однополярные импульсы Чтобы получить их, я использую постоянную составляющую (offset в настройках свойств генератора) Кроме того, я подбираю амплитуду импульсов и величину резистора R3 такими, чтобы получить нужную мне

«картинку» на экране осциллографа

Виртуальный осциллограф удобен для наблюдения за происходящим в режиме реального времени Но для анализа полученных результатов программа предлагает другое средство – обозреватель графиков, полученных при симуляции схем на экранах приборов

Рис 52 График, полученный на экране осциллографа в Grapher

Преимущество работы с таким графиком в том, что его можно увеличить на весь экран монитора, можно использовать курсоры для получения значений в любой точке кривой

Треугольные импульсы генератора, в данном случае, это линейно нарастающее до заданной величины напряжение, которое также линейно спадает до нуля Как мы знаем, это напряжение вызывает изменение входного тока транзистора, который меняется по закону входного сигнала С изменением тока базы (входным) связано изменение тока коллектора: Iк = B*Iб

Как видно из рисунка, и об этом мы ранее говорили, преобразование входного тока (или напряжения) в выходной (ток коллектора) не совсем линейно Если входное напряжение состоит строго из прямых линий, то выходное напряжение чуть-чуть «кривовато» Если мы хотим использовать каскад усиления на транзисторе  для  масштабного преобразования  входного напряжения, то хотели бы получить закон изменения входного напряжения без искажений То есть, с «кривоватостью» что-то нужно будет сделать Позже мы поговорим об этом

А сейчас вспомним, что проводя опыты с конденсатором и индуктивностью, мы отмечали, что напряжение и ток через них не находятся в фазе (не синфазны) Перенося это понятие на входное и выходное напряжение у транзисторного каскада усиления, мы можем сказать, что они противофазны: когда входное напряжение растёт, выходное спадает и наоборот Позже этот факт мы используем для улучшения свойств усилительного каскада

Заглянув в любой справочник по транзисторам, можно увидеть, что бывают транзисторы низкочастотные, а бывают высокочастотные Что это означает

Проводя наблюдение за усилением транзистором синусоидального, например, напряжения, мы использовали одну частоту генератора Если мы проведём опыт, в котором будем менять частоту, то обнаружим, что начиная с некоторой частоты, усиление каскада на транзисторе будет уменьшаться То есть, транзистор неравномерно усиливает переменное напряжение любой частоты Этот факт относится к частотным свойствам транзистора

Для испытания усилителей на разных частотах иногда используют специальные генераторы с плавно меняющейся частотой Их называют «свип-генераторы» или генераторами качающейся частоты В программе Multisim для цели построения кривой зависимости усиления от частоты используют плоттер Боде

Рис 53 Опыт с плоттером Боде и транзисторным каскадом усиления

Такую же характеристику, её называют АЧХ (амплитудно-частотная характеристика), мы могли бы построить по точкам, делая замеры на выходе при неизменном напряжении на входе на разных частотах На рисунке видно, что усиление до какой-то частоты (на рисунке это 372 кГц) постоянно, но начиная с этой частоты падает Частоту, где усиление начинает падать (точнее спадает на 3 дБ), называют верхней граничной частотой или верхней частотой среза Для разных транзисторов она разная В этом смысле есть транзисторы, у  которых эта частота невелика, их называют низкочастотными, а есть транзисторы, у которых она достаточно большая, высокочастотные На что влияет верхняя граничная частота

Радиосигналы имеют частоту в несколько десятков мегагерц, телевизионные сигналы в несколько сотен мегагерц Каскад усиления, который мы исследовали, на этих частотах не сможет усиливать Кроме того, из математики известно, что функцию, описывающую прямоугольные импульсы, можно разложить в ряд простых функций В радиотехнике используют разложение на функции синуса и косинуса, которые входят в ряд с разными амплитудами и частотами, кратными основной частоте повторения импульсов Такой анализ называют гармоническим Так вот, мы можем рассматривать усиление прямоугольных импульсов, как усиление всех его составляющих За верхней частотой среза составляющие прямоугольного импульса усиливаются хуже, что приводит к искажению формы импульсов

Вместе с тем, мы помним, что на транзисторе рассеивается мощность, выделяясь в виде тепла Если бы транзистор повторял форму входных прямоугольных импульсов, то мощность в крайних состояниях оказывалась бы небольшой Но из-за искажений приходится учитывать мощность, рассеиваемую в моменты перехода, которая оказывается значительно больше

Искажения импульсов прямоугольной формы из-за частотных ограничений может иметь значение и в устройствах, где фронты импульсов производят действия, например, переписывают данные в цифровых устройствах Затянутые фронты усложняют процесс работы с данными

Рис 54 Испытание каскада усиления прямоугольными импульсами частотой 200 кГц

Частота 200 кГц не слишком велика, если учесть, что цифровые микросхемы работают с частотой повторения импульсов в десятки мегагерц И, если даже на такой частоте импульсы перестали быть прямоугольными, то, что с ними будет, если мы решим применить усилитель в цифровом устройстве

Заменив транзистор более высокочастотным, мы получим иную верхнюю частоту среза:

Рис 55 Частотные характеристики транзистора 2N3391

Как  видно  на  рисунке  верхняя  граничная  частота  увеличилась  до  17  МГц  А  прямоугольные импульсы…

Рис 56 Повторение испытания прямоугольными импульсами после замены транзистора

…стали значительно больше похожи на прямоугольные

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

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