Микро-ликбез по электронике. Часть 3

для раздела Блоги

Микро-ликбез по электронике. Часть 3.
Часть 1
Часть 2
Обсуждение в конференции

Схемы включения транзисторов
Схема с общим эмиттером (ОЭ).

Рис 12.

На рис 12 a) схема включения транзистора с общим эмиттером. При подаче некоторого напряжения на базу транзистора (Vin), он немного открывается, через него начитает течь ток, который вызывает падение напряжения на R1. Таким образом, напряжение на Vout зависит от тока коллектора транзистора, который зависит от тока базы. На графике рис12 d) чёрный – напряжение на Vin, на красном – напряжение на Vout. При напряжении на Vin от 0 до точки A, ток через транзистор отсутствует, т.к. отсутствует ток в базе (см. ВАХ диода), Vout = питанию. При линейном увеличении напряжении на Vin от точки A до B, не линейно увеличивается ток базы (см. ВАХ диода), соответственно не линейно увеличивается ток в коллекторе (он пропорционален току базы, но в k раз больше). При этом напряжение на Vout не линейно падает. Но при увеличении напряжения на Vin, больше чем в точке B, напряжение на Vout больше уже не может падать. Ток в базе увеличивается, но источника питания недостаточно, чтобы соответственно увеличить ток в транзисторе. К тому же, даже в полностью открытом состоянии (как сейчас), напряжение на транзисторе будет >0 (u1). Это напряжение называется напряжением насыщения, у различных транзисторов оно различно (0.3 – 0.7В). Таким образом, видно, что усилительные свойства транзистора проявляются только при напряжении на Vin на участке от A до B. К тому же, на указанной схеме, напряжение на выходе меняется в диапазоне от u1 до u2. Чтобы сместить этот диапазон относительно 0В, применяются разделительные конденсаторы. На рис 12 b) напряжение на Vout подаётся через C1. При достаточно высокой частоте выходного сигнала, конденсатор не успевает перезарядиться, поэтому переменная составляющая проходит без изменений, а вот средний уровень оказывается смещён в сторону нуля. См. рис 12 e). Чёрный график – напряжение на Vin, красный – на Vout. Видно, что напряжение на Vout колеблется вокруг нуля, хотя на базе транзистора напряжение колебалось почти от 0В до напряжения питания. Но через R2, зарядился конденсатор на некоторую величину, и на выходе стал сигнал относительно 0В.
Неприятным моментом является то, что для нормальной работы схемы, на Vin необходимо поддерживать напряжение в диапазоне от u1 до u2.
Простейшее решение этой проблемы представлено на рис 12 с). Делителем напряжения R3, R4 выбирается рабочая точка (середина u1 и u2). Сигнал подаётся через разделительный конденсатор С2, который пропускает переменную составляющую.
Реально этот способ не применим из-за того, что нужно очень точно подбирать параметры делителя (при большом коэффициенте усиления даже очень малое изменение напряжения на базе может вывести из рабочего режима) и то, что ВАХ диода (и соответственно перехода база-эмиттер транзистора, который и задаёт ток) очень зависит от температуры (при повышении температуры ток увеличивается), что приводит к выходу из рабочего режима. К тому же, иногда нужно на выходе получить сигнал не на столько сильно усиленным. Для этого применяют разные виды обратной связи (ОС). Суть ОС – сигнал с выхода сравнивается с входным сигналом, и разницу стараются минимизировать.
Таким образом схема с общим эмиттером (ОЭ) способна значительно усиливать сигнал по напряжению (на выходе будет инверсный сигнал), и по току.

Общий коллектор (ОК).

Рис. 13.
На рис 13. a) представлена схемы включения транзистора с общим коллектором.
Рассмотрим её работу. Подадим на Vin напряжение. При этом, начинает увеличиваться разность напряжений база – эмиттер, что вызывает увеличение тока в базе, это вызывает открытие канала коллектор – эмиттер, через транзистор начинает течь ток, это вызывает увеличение напряжения на Vout. Но увеличение напряжения на эмиттере, при постоянном напряжении на базе, вызовет уменьшение разности напряжений база эмиттер, что снизит ток базы, уменьшит ток транзистора… В результате наступит баланс, разность напряжений база-эмиттер будут такой, что бы ток канала коллектор – эмиттер мог удержать эту разность. При увеличении напряжения на базе, увеличивается ток, увеличивается напряжение на эмиттере… таким образом, независимо от тока в эмиттере (в разумных пределах), разница напряжений база- эмиттер будет почти постоянной (т.к. даже небольшое увеличение напряжения вызовет большое увеличение тока, который в итоге скомпенсирует эту разность). На рис. 13 b) на чёрном графике – входное напряжение, на красном – выходное.
Таким образом: включение транзистора с общим коллектором позволяет усиливать сигнал по току, но не позволяет усиливать по напряжению (напряжеие на выходе равно напряжеию на входе, только чуть ниже уровню (на значение разности база-эмиттер)).
Обычно в усилителях сигнала применяют смешанные схемы. К тому же, в данной схеме понижение напряжения идет за счёт тока через резистор. Это значит, что ток в нагрузке не может быть больше тока через этот резистор. А увеличение этого тока ведёт к снижению КПД усилителя. Для решения этой проблемы применяют комплиментарные пары (рис 14 a)) – такой же коллекторный повторитель, но с обратным типом транзистора, который усиливает обратную полуволну. Используя схему рис 14 a) нужно помнить, что при напряжении база- эмиттер меньше какого-то значения, ток не течёт. Поэтому вводят ток покоя – для этого между базами устанавливают какую-то фиксированную разность напряжений, чтобы транзисторы были чуть приоткрытыми (тёк небольшой ток покоя), чтобы не было ‘мёртвой’ зоны.


Рис 14.
Для увеличения коэффициента усиление транзистора применяют схемы включений рис 14 b) и c). В них ток сначала усиливается первым транзистором, потом вторым. Общий коэффициент усиления получается равный произведению коэфф. усиления отдельных транзисторов.

Параллельное включение и распределение нагрузок.

Если требуется работа с большими токами, то иногда применяют паралельное включение устройств (при параллельном включении токи на каждом из устройств будут меньше общего, т.к. общий – равен сумме всех отдельных токов).
Допустим нам нужно через диод пропустить большой ток. Подключим параллельно 2 диода и посмотрим что получится. Реально у каждого диода (да и вообще каждого устройства) параметры немного отличаются, абсолютно одинаковых не бывает. Допустим, при токе 10A на первом диоде будет падение 0.7В, а при этом же токе на втором – 0.8В, а при напряжении 0.7 через него только 2А может течь (ВАХ диода очень крутая). При параллельном соединении напряжения равны, т.е. при 0.7В на первом диоде будет 10A, на втором – всего 2A. Явно неравные условия… Рассмотрим рис 15 a). Диоды включены последовательно с резисторами. Пусть первом диоде будет падение 0.7В, ток 10А. На его резисторе будет – 1В (общее падение почти 1.7В). При этом на втором диоде – падение 0.8В, при токе 9А (на втором резисторе 0.9В). Токи почти равны. Но в приведенной схеме теряется мощность на резисторах. Их подбирают исходя из минимума сопротивления при достаточном уровне выравнивания токов.

Рис 15
Это же относится и к транзисторам, т.к. ток через транзистор пропорционален току через базу, а ток через базу подчиняется законам тока через диод. Поэтому при параллельном включении транзисторов выравнивающие резисторы ставят в цепь эмиттера (см рис 15 b).
При использовании переменных токов и напряжений, сложить токи можно при помощи трансформатора со встречно намотанными одинаковыми обмотками (см рис 15 с)).
Увеличение тока в одной из обмоток, вызывает увеличение разности напряжений на ней, это вызывает увеличение разности напряжений на другой обмотке, но с обратным знаком. Напряжение будет увеличеваться до тех пор, пока токи в обмотках не выровняются, и вторая обмотка не начнёт препятствовать дальнейшему росту разности.

Продолжение

Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают