Как усилить напряжение с помощью транзистора

Токовая защита стабилизаторов напряжения схема. Регулируемый источник питания с защитой по току. Стабилизатор с установкой порогового тока для защиты

Как усилить напряжение с помощью транзистора

Простенькая относительно схемка, со средними параметрами, на основe транзисторoв с большим усилением. Была сделана для своих нужд в качестве лабораторного. Часто приходилось заниматься ремонтом или запуском разных схем, для которых нужно было просто иметь чем их питать 3V, 5V, 6V, 9V, 12V И каждый раз искал что-нибудь подходящее.

В ход шли блоки питания от калькуляторов, магнитофонов, аккумуляторы, батарейки. Иногда радовался, что соответствующий источник не давал больших токов, таким образом спасая меня от лишних трат. Конечно делал одно- двух-транзисторные стабилизаторы для решения этой проблемы, но резульнаты не удовлетворяли.

Где-то на второй волне вдохновения родилось то, с чем хочу поделится.

Применяется до сих пор при ремонте и запуске устройств, если подходит выходное напряжение конечно. А также при не совсем обычном применении – проверка стабилитронов, зарядка пальчиковых аккумуляторов, просто как источник стабильного тока. В таких случаях крайне удобно наличие хотя бы вольтметра на выходе.

Схема

Устройство разрабатывалось для выходного напряжения 112V и регулирования выходного тока в пределах 0,153А.

Конечно для хороших результатов поставил транзисторы с усилением более 500 (сняты с платы МЦ-31 телевизора 3усцт), а составной регулирующий – около 10 000 (если измеритель не врёт – взял из модуля СКР телевизора 2усцт, коррекция растра).

Важно наверно, что питал схему от автомобильного аккумулятора, когда снимал данные.

Далее поставил трансформатор и некоторые чудеса, типа 3А при 12V, стали невозможными. Падало напряжение на выходе выпрямителя. Кому ещё интересно – ближе к схеме.

Схема стабилизатора напряжения с регулируемым ограничением выходного тока

Итак, на Х1 подаётся минус источникa напряжения, а с Х2 берётся стабилизированное и ограниченное в выходном токе напряжение. Если вкратце, то VТ3 – регулирующий, VТ4 – компаратор и усилитель сигнала ошибки стабилизатора напряжения, VТ1 — компаратор и усилитель сигнала ошибки стабилизатора выходного тока, VТ2 — датчик наличия ограничения выходного тока. За основу был взят распространённый вариант стабилизатора напряжения.

Исходная схема с фиксированным напряжением и защитой по току

Она слегка изменена, чтобы можно было менять в возможно бОльших пределах выходное напряжение, и убрать блокирование стабилизатора. Добавлен R8, чтобы сделать возможным работу схемы ограничения выходного тока на VТ1. Добавлен R7 и VD3 для установки пределов изменения выходного напряжения. Конденсаторы С1 и С2 помогут уменьшить пульсации на выходе.

Теперь позвольте мне пройтись с объяснениями по второму кругу (cм. первую схему). При появлении на входе Х1 относительно общего провода отрицательного постоянного напряжения в пределах 915V, появится ток в цепи R2-VD2-R6-VD1. На стабилитроне VD1 появится стабильное напряжение. Часть этого напряжения подаётся на базу VТ4, который в результате откроется. Его ток коллектора откроет VТ3.

Ток коллектора VТ3 зарядит С2, а через делитель R9, R10 часть напряжения С2 (оно же выходное) поступит на эмитер VТ4. Этот факт не позволит выходному напряжению расти больше чем удвоенное (Uбазы VT4 — 0,6V). Удвоенное потому, что делитель R9, R10 на два. Так как на базе VT4 напряжение стабильно, выходное тоже будет стабильным. Это есть рабочий режим.

Транзисторы VТ1, VТ2 закрыты и никак не влияют.

Подсоединим нагрузку. Появится ток нагрузки. Он потечёт по цепи R2, Э-К VТ3 и дальше в нагрузку. R2 здесь работает датчиком тока. Пропорционально току на нём появляется напряжение.

Это напряжение суммируется с частью напряжения, взятого с помощью R5 от VD2 и прилагается к базовому переходу VТ1 (R3 – чисто для ограничения тока базы VТ1 при бросках и защиты таким образом VТ1) и когда оно становится достаточным для открытия VТ1, устройство входит в режим ограничения выходного тока. Часть тока коллектора VТ4, который раньше поступал в базу VТ3, сейчас уходит через переход база-эмитер VТ2 в коллектор VТ1.

Благодаря большому коэффициенту усиления транзисторов, напряжение база-эмитер VТ1 будет поддерживаться около 0,6V. Это значит, что напряжение на R2 будет неизменным, следовательно и ток через него, а дальше через нагрузку тоже. Движком R5 можно выбирать ограничение тока от минимального до почти 3А.

При наличии режима ограничении тока открыт и VТ2, своим током коллектора он зажжёт светодиод HL1. Следует понимать, что ограничение тока «имеет приоритет» перед «стабильностью» выходного напряжения.

На выходе устройства я поставил вольтметр, а вот когда нужно ограничение на определённом токе, просто закорачиваю выход тестером в режиме амперметра и с помощью R5 добиваюсь желаемого.

Детали

Схемка простинькая но всё хорошее основано на большом усилении транзисторов (более 500). А VТ3 вообще составной. Букв на названиях транзисторов нет, но должны все подойти. У меня все «Г». Главное – усиление и малые утечки. В справочнике пишут, что у некоторых букв «Ку» от 200, но мои все имели более 600. Переменники попались группы А.

Для VТ3 нужен радиатор. Я поставил какой был и влез в корпус. Максимальную надежность обеспечит лишь радиатор, расчитанный на рассеивание мощности равной Uвходное умножить на 3А, т.е. 3050Вт.
Думаю мало кому понадобится 1V на 3А долговременно, поэтому смело можно ставить радиатор в 23 раза меньше.

VD2 и VD3 служат источниками напряжения в 0,6V. Можно использовать и другие кремниевые диоды. R4 – несколько сдвигает порог, когда загорается светодиод. Если он горит, значит вовсю идет ограничение выходного тока. R1 просто ограничивает ток светодиода. Потенциометры можно и с большим номиналом (в 23 раза).

R8 можно уменьшить (где-то до 4к), если у транзистора VТ3 не хватит усиления.

С печатной платой – как обычно в простых схемах, изготавливаемых в единственном экземпляре. Была плата для другого регулируемого стабилизатора напряжения, параметры которого не устраивали. Она была превращена в макетницу и на ней собрана данная схема. Резисторы использованы на 0,25 Вт (можно и 0,125) – не вижу особых требований. При 3А (если Ваш выпрямитель их даст) – заводской проволочный R2 (2 Вт-а) будет на пределе и наверно стоит ставить мощнее (5Вт). Электролиты — К50-16 на 16V.

Eсли нет составного транзистора – «составьте» его из чего есть. Начните с КТ817 + КТ315, с буквами «Б» и дальше. (Если всё же не хватит усиления у VТ3, я бы уменьшил R9 и R10 до 200 Ом и R8 до 2 кОм).

Трансформатор, выпрямитель и конденсатор фильтра – Ваши. Они не менее важны, но я хотел рассказать только о таком более-менее универсальном стабилизаторе. (У меня стоит 10-ватный транс на 10V/1А переменного, откуда-то взятый блочный мостик на 1А, и 4000мкФ/16V электролит фильтра. Стыдно, зато всё влезает в корпус.

Нужно заметить, что стрелочный индикатор (в схеме не указан) с помощию переключателя, можно использовать и как вольтметр и как амперметр. В первом случае видим выходное напряжение, во втором выходной ток.

Итого

Вышерасписанное устройство у меня работает в составе «всё в одном»: развитый (хоть и однополярный) блок питания, частотомер и генератор звуковых частот (синус, квадрат, треугольник). Схемы взяты из журнала «Радио». (Работают не совсем так как хотелось бы. Во-первых потому, что внёс слишком много «несанкционированных» изменений – особенно в элементной базе – поставил что имел.

) Конечно имеется возможность работы головки вольтметра в качестве индикатора частоты в частотомере. При пользовании генератором – частотомер показывает частоту. Имеется и выход переменного напряжения 6,3V и 10V , на всякий случай.

Корпус, который виден на фотографии не ахти, чтобы его повторять. И вообще: всё там задумывалось, как зеркальное отражение, но загнул переднюю панель по ошибке не в ту сторону.

Я растроился и не стал уже его никак украшать.

Файлы

Виктор Бабешко повторил конструкцию, прислал свой вариант печатки и фотку.
Файл в LayOut:▼

Источник: https://newtravelers.ru/oshibki/tokovaya-zashchita-stabilizatorov-napryazheniya-shema-reguliruemyi-istochnik-pitaniya-s-zashchitoi-po-toku-sta.html

Усилитель напряжения на биполярном транзисторе — Радиотехника, теория и практика

Как усилить напряжение с помощью транзистора

Рис. 1. Использование транзистора в усилителе напряжения: (а) простейшая схема, (б) схема со смешением.

Сигналами в электронных схемах обычно являются постоянные или переменные напряжения. Такие устройства, как например микрофон, создают переменное напряжение, которое должно быть усилено прежде, чем им можно будет воспользоваться. Некоторые источники сигналов, такие как фототранзистор и некоторые детекторы, могут быть источниками тока, который, как правило, еще до усиления преобразуется в напряжение.

Поэтому наиболее важны усилители напряжения и, несмотря на то, что биполярный транзистор работает как устройство, усиливающее ток, основное применение он находит в усилителях напряжения. Рассмотрим основные принципы работы усилителя напряжения на биполярном транзисторе.

Резистор нагрузки

На рис. 1.(a) показан очень простой усилитель напряжения; выходное напряжение Vout возникает на выходе в результате протекания коллекторного тока по резистору нагрузки RL. Этот пример иллюстрирует одно из наиболее важных применений резисторов в электронных цепях: преобразование тока в напряжение.

Входное напряжение Vin, приложенное к переходу база-эмиттер, приводит к увеличению тока базы, зависящего от сопротивления перехода база-эмиттер. Ток базы вызывает намного больший ток коллектора Ic, создающий падение напряжения IcRL на резисторе RL.

Эта разность потенциалов пропорциональна Vin, но намного больше по величине.

Важной деталью таких схем является земляная шина, называемая также землей, «нулем вольт» (0 В) или общей шиной и обозначаемая символом, показанным на рисунке. Земляная шина является общей для входного сигнала, выходного сигнала и источника постоянного напряжения, и обычно является точкой, относительно которой отсчитываются все напряжения в схеме.

Рабочая точка и смещение транзистора в схеме усилителя напряжения

Схема, приведенная на рис. 1.(a), как можно догадаться, является сильно упрощенной схемой усилителя напряжения. Она будет давать отклик только на положительное входное напряжение и, кроме того, только на напряжение, большее чем 0,5 В; последнее значение является той э.д.с., которая необходима для смещения перехода база-эмиттер в прямом направлении.

Ясно, что если схема предназначена для усиления малых сигналов без искажения, переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении даже в отсутствие сигнала.

Обычно напряжение переменного сигнала принимает как положительное, так и отрицательное значение, так что выходное напряжение на коллекторе должно иметь возможность двигаться вверх к напряжению источника питания (при отрицательном входном напряжении) и вниз к потенциалу земляной шины (при положительном входном напряжении).

Из этого следует, что при равном нулю входном сигнале (это состояние обычно называется режимом покоя) в транзисторе должен протекать такой ток коллектора, чтобы напряжение на коллекторе находилось посредине между землей и напряжением источника питания, готовое изменяться в любом направлении в соответствии с полярностью входного сигнала.

На рис. 1.(б) показана схема, в которой достигается требуемый результат. Маломощный кремниевый транзистор, такой как ВС 107, будет очень хорошо работать с коллекторным током в режиме покоя 1 мА.

В этом случае при правильном выборе рабочей (начальной) точки требуется, чтобы напряжение на коллекторе находилось посредине между 0 В и +9 В, то есть на резисторе RL должно падать 4,5 В. Таким образом, согласно закону Ома, RL = 4,5 В / 1 мА = 4500 Ом.

Ближайшее номинальное значение RL равно 4,7 кОм. Для рассматриваемой схемы имеем:

VCE=Vcc-IcRL=Vcc-hFEIBRL

где Vcc — напряжение питания.

Если мы примем для транзистора ВС 107 коэффициент усиления постоянного тока hFE равным 200, то для тока коллектора 1 мА требуется ток базы IB = 1/200 мА = 5 мкА. Сопротивление базового резистора RB, задающего ток базы, снова находится согласно закону Ома:

RB=Vcc/IB=9/(5×10-6)=1,8МОм

Напряжением база-эмиттер VBE (приблизительно равным 0,6 В) здесь пренебрегаем по сравнению с намного большим напряжением питания Vcc.

Разделительные конденсаторы С1 и С2 используются для изоляции внешних цепей от постоянных напряжений, имеющихся на базе и коллекторе в режиме покоя. Свойство конденсатора не пропускать постоянное напряжение и в то же время пропускать переменное очень ценно в электронике; оно является результатом стремления конденсатора сохранять свой заряд и поэтому разность потенциалов на его обкладках остается постоянной.

Следовательно, увеличение потенциала на одной обкладке вызывает соответствующее увеличение потенциала на другой. Поданный на одну из обкладок, переменный сигнал изменяет ее потенциал много раз в секунду и, таким образом, передается с одной обкладки на другую.

В то же время постоянное напряжение дает возможность конденсатору накопить заряд, соответствующий новой разности потенциалов на его обкладках, и поэтому оно не передается. Время, необходимое для установления новой разности потенциалов, зависит от постоянной времени цепи, которая должна быть больше периода передаваемого переменного напряжения самой низкой частоты. Более подробно этот вопрос обсуждается в главе 8.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Для чего нужен дроссель в сварочном инверторе

В рассматриваемом простом усилителе напряжения постоянные времени цепей с разделительными конденсаторами емкостью 10 мкФ обеспечивают передачу переменного напряжения без ослабления вплоть до 10 Гц.

Знак плюс на рисунке у одной из обкладок конденсатора является указанием, как подключать электролитические конденсаторы, у которых изолирующий диэлектрический слой представляет собой чрезвычайно тонкую пленку окиси алюминия, полученную электролитическим осаждением. Такие конденсаторы имеют большие емкости при малых размерах и низкой цене, но должны включаться в схему с учетом полярности, за исключением конденсаторов специального типа — неполярных конденсаторов.

Стабилизация рабочей точки транзистора

Серьезный недостаток схемы на рис. 1.(б) состоит в том, что напряжение коллектора в режиме покоя целиком зависит от величины hFE транзистора, в то время как численные значения этого параметра имеют большой разброс у различных экземпляров транзисторов одного типа. Например, при типичном значении hFE для транзистора ВС 107, равном 200, изготовители указывают, что оно может изменяться в пределах от 90 до 450. Изменение hFE сдвигает рабочую точку по постоянному току.

Например, если коэффициент hFE равен 100 вместо 200, то при этом потечет ток коллектора, равный 0,5 мА, а не 1 мА, и падение напряжения на RL составит только 2,35 В вместо 4,7 В. Увеличение напряжения на коллекторе в режиме покоя означает, что выходное напряжение в схеме может изменяться в сторону увеличения только на 2 В, а не на 4 В (возможно изменение выходного напряжения в сторону уменьшения до 6 В, но от этого мало пользы, когда положительные приращения ограничены).

Последствия использования транзистора с hFE = 400 еще более серьезны. В этом случае ток коллектора удвоится до 2 мА. Простое вычисление показывает, что все 9 В питания будут падать на резисторе RL. Говорят, что транзистор находится в насыщении. Практически между коллектором и эмиттером остается небольшое напряжение порядка 0,2 В.

Любое дальнейшее увеличение тока базы почти ни к чему не приводит; действительно, падение напряжения на RL не может превышать Vcc Поскольку при насыщении транзистора потенциал коллектора фактически равен потенциалу земли, схема теперь не пригодна для линейного усиления: невозможны изменения выходного напряжения в сторону уменьшения.

Возвращаясь к линейному усилителю на рис. 1.(б), можно сказать, что необходимо некоторое усовершенствование схемы, чтобы повысить ее устойчивость к изменениям hFE. Даже если бы у нас была возможность отбирать транзисторы с hFE = 200, а это очень дорого при массовом выпуске схем, hFE увеличивается с ростом температуры, так что схема все равно не была бы надежной. На рис. 2. показано очень простое, но эффективное улучшение.

Вместо того, чтобы подключать резистор RB непосредственно к Vcc, мы, уменьшив сопротивление вдвое, подключим его к коллектору (VCE≈Vcc/2). Теперь, благодаря этому, ток базы в режиме покоя зависит от коллекторного напряжения в режиме покоя. Даже при увеличении hFE транзистор не может попасть в насыщение: если коллекторное напряжение падает, то также падает ток базы, «придерживая» коллекторный ток.

И наоборот, если hFE уменьшается, коллекторное напряжение в режиме покоя возрастает, увеличивая ток IB.

Ток базы определяется теперь соотношением

IB=VCE/RB

и, как и прежде,

VCE=Vcc-hFEIBRL

Объединяя эти равенства, получим

VCE=Vcc/(1+hFERL/RB)

Если RL и RB имеют значения, указанные на рис. 2, и hFE = 100, то VCE≈6 В; если hFE = 400, то VCE≈3 В. Хотя здесь все еще положение рабочей точки меняется, это не существенно, пока для получения больших сигналов не требуется иметь возможно большие пределы изменения выходного напряжения. Схема, приведенная на рис. 2.

, будет работать при изменении параметров транзисторов в очень широком диапазоне и является полезным усилителем напряжения общего назначения. Принцип построения схемы с автокомпенсацией изменений hFE является просто примером отрицательной обратной связи, которая представляет собой одно из самых важных понятий в электронике.

Усилитель напряжения на транзисторе со стабилизацией рабочей точки

Рис. 2. Усилитель напряжения со стабилизацией рабочей точки.

Для некоторых применений даже относительно небольшие изменения положения рабочей точки, имеющиеся в схеме на рис. 2, недопустимы. Если режим по постоянному току должен практически не зависеть от hFE можно использовать схему стабилизированного усилителя, показанную на рис. 3. Первым характерным признаком этой схемы является наличие резистора R3 в цепи эмиттера, а это означает, что потенциал эмиттера больше не равняется потенциалу земли, а немного выше его и равен IER3 где IE — ток эмиттера.

Второе отличие состоит в том, что вместо единственного резистора для задания базового тока определенной величины применен делитель напряжения R1 R2 фиксирующий потенциал базы относительно земли. Ток делителя напряжения на порядок выше тока базы, так что последний слабо влияет на потенциал базы. Так как переход база — эмиттер смещен в прямом направлении, на нем падает небольшое напряжение (у кремниевого транзистора приблизительно 0,6 В), так что потенциал эмиттера ниже потенциала базы на 0,6 В.

Итак, если VB — потенциал базы относительно земли, а VE — потенциал эмиттера относительно земли, то

VE = VB — 0,6.

Но VE=IER3

поэтому IE=(VB-0,6)/R3

Рис. 3. Стабилизированный усилитель с эмиттерным резистором.

Следовательно, ток эмиттера IE определяется выбором величин VB и R3. При сопротивлениях резисторов R1 и R2, указанных на рис. 3., потенциал базы зафиксирован на уровне 1,6 В; поэтому потенциал эмиттера равен приблизительно 1,0 В, обеспечивая требуемый ток эмиттера 1 мА при сопротивлении эмиттерного резистора 1 кОм.

Поскольку

IE=IC+IB и IB

Источник: http://www.xn--b1agveejs.su/radiotehnika/205-usilitel-napryajeniya-na-tranzistore.html

Стабилизаторы напряжения с проходным транзистором

Как усилить напряжение с помощью транзистора

В схемотехнике блоков питания очень широкое применение находят стабилизаторы с проходным транзистором. В этой статье рассматриваются причины использования таких схемотехнических решений, их преимущества, возможные схемы реализации и принцип функционирования.

Трехвыводные интегральные стабилизаторы с фиксированным напряжением выпускаются на самые различные значения выходных токов, вплоть до 5 и более Ампер. В качестве пример, можно назвать 10-амперный стабилизатор LM396.

Вместе с тем работа с такими большими токами может оказаться нежелательной, поскольку максимальная рабочая температура для кристаллов подобных стабилизаторов меньше, чем для кристаллов мощных транзисторов, что приводит к необходимости использовать громоздкие радиаторы. Кроме того, мощные интегральные стабилизаторы достаточно дороги.

Альтернативное решение заключается в использовании внешних проходных транзисторов, которые можно добавить к трех- и четырехвыводным стабилизаторам, рассчитанным для работы с малыми токами (до 100 мА), например, к стабилизаторам типа 7805, 7812 и т.д. Базовая схема стабилизатора с проходным транзистором показана на рис.1.

Рис.1 Базовая схема стабилизатора с проходным транзистором

При токах менее 100 мА схема работает обычным образом, т.е. работает интегральный стабилизатор. При больших токах нагрузки, падение напряжения, возникающее на R1, приводит к открыванию транзистора Q1, и реальный ток через интегральный стабилизатор ограничивается величиной 100 мА.

Интегральный стабилизатор поддерживает требуемое значение напряжения на выходе, путем регулировки входного тока. А так как база транзистора Q1 соединена с входом интегрального стабилизатора, то, изменение входного тока микросхемы приводит к изменению режима работы Q1.

Если напряжение на выходе стабилизатора возрастает, то стабилизатор уменьшает свой входной ток и транзистор Q1 «призакрывается», уменьшается ток его перехода коллектор-эмиттер, что, в итоге, ведет к уменьшению выходного напряжения, т.е. осуществляется стабилизация. Если напряжение на выходе стабилизатора уменьшается, то происходит обратный процесс.

Интегральный стабилизатор в этом случае даже не «знает», что нагрузка потребляет ток более 100 мА. В этой схеме входное напряжение должно превышать выходное на величину перепада стабилизатора 78хх (2В) плюс напряжение перехода база-эмиттер транзистора Q1.

На практике эту схему часто модифицируют для того, чтобы обеспечить ограничение тока транзистора Q1, который в противном случае может отдавать ток в h21Э раз превышающий максимальный внутренний ток стабилизатора, т.е. 20 А и более! Этого достаточно для разрушения транзистора Q1 и подключенной нагрузки. Наиболее часто применяются способы ограничения тока, показанные на рис.2 и рис.3.

Рис.2 Стабилизатор с проходным транзистором и ограничением тока проходного транзистора

Транзистор Q2 в обеих схемах является сильноточным проходным транзистором, а резистор между его базой и эмиттером выбран таким образом, чтобы транзистор открывался при токе нагрузке 100 мА.

На рис.2 транзистор Q1 реагирует на ток нагрузки за счет падения напряжения на R3 и ограничивает запуск транзистора Q2 в том случае, если это падение превышает падение напряжения на диоде (напряжение перехода база-эмиттер). Схема на рис.2 имеет два недостатка:

— входное напряжение должно теперь превышать стабилизированное выходное напряжение на величину падения напряжения на стабилизаторе плюс падение на двух диодах (для токов нагрузки вблизи максимального тока);

— транзистор Q1 должен выдерживать большие токи (до максимального тока стабилизатора), так как из-за малого сопротивления резистора в базе Q1 трудно реализовать ограничивающую схему с обратным наклоном характеристики.

Рис.3 Стабилизатор с проходным транзистором и ограничением тока проходного транзистора

В схеме на рис.3 эти недостатки устранены за счет некоторого усложнения. В сильноточных стабилизаторах для уменьшения рассеиваемой мощности до приемлемого уровня, важно добиться малого перепада напряжений. Чтобы получить в этой схеме характеристику с обратным наклоном, можно просто подключить базу Q1 к делителю между коллектором и «землей», а не к коллектору Q2, как это и сделано в схеме на рис.4.

Рис.4 Стабилизатор с проходным транзистором и ограничением тока проходного транзистора с помощью делителя выходного напряжения

Источник: http://www.mirpu.ru/power/210-prohod.html

Измерение тока верхнего плеча в схемах с большим синфазным напряжением

28 января

Николя Опети (STMicroelectronics)

В типовой разработке компании STMicroelectronics показано, каким образом обычный операционный усилитель с однополярным питанием 5 В можно использовать для измерения тока верхнего плеча в схеме с большим синфазным напряжением.

Обычно для измерения тока верхнего плеча используют специализированные усилители, например, семейства TSC10x. Они способны усиливать дифференциальное входное напряжение при наличии значительного синфазного напряжения.

Несмотря на то, что усилители TSC10x могут работать с большими синфазными напряжениями, значительно превышающими напряжение питания, диапазон этих допустимых синфазных напряжений ограничен. Например, для TSC103 максимальное входное синфазное напряжение составляет 70 В.

Давайте рассмотрим, как можно решить эту проблему и измерить ток верхнего плеча с помощью обычного операционного усилителя.

Принципиальная схема и описание

На рисунке 1 представлена схема, построенная на базе обычных операционных усилителей, которая позволяет измерять ток верхнего плеча при наличии большого синфазного напряжения.

Рис. 1. Предлагаемая схема измерения тока верхнего плеча

В данной схеме выходное напряжение источника питания V1 составляет 150 В. Основная задача, стоящая перед схемой, заключается в измерении тока верхнего плеча с помощью измерительного шунта (Rsense). Чтобы ограничить мощность, рассеиваемую на шунте, следует использовать шунт с минимально возможным сопротивлением.

Если значение сопротивления Rsense мало, то напряжение Vsense, равное произведению Isense × Rsense, также будет небольшим. Чтобы обеспечить высокую точность измерений при небольших токах, необходимо использовать прецизионный операционный усилитель, такой как TSZ121.

TSZ121 представляет собой операционный усилитель с чрезвычайно малым входным смещением, не превышающим 8 мкВ во всем диапазоне рабочих температур. Ток смещения для TSZ121 также мал и составляет 40 мкА.

Напряжение с выхода схемы может быть оцифровано с помощью встроенного АЦП микроконтроллера STM32 (с питающим напряжением 3,3 В). Операционный усилитель TSZ121 требует однополярного питания 5 В. В то же время входное синфазное напряжение для данной схемы составляет 150 В.

Чтобы использовать TSZ121 и не повредить его высоким входным напряжением 150 В, в качестве положительного источника питания для первого ОУ (OP1) выступает V1 (Vcc_H). Отрицательное напряжение питания для этого же усилителя формируется с помощью дополнительного стабилитрона с напряжением ограничения 4,7 В (Vcc_L). Таким образом, поскольку Vcc_H = 150 В, а Vcc_L = 145,3 В, то размах питающего напряжения для OP1 составляет 4,7 В.

Резистор Rz ограничивает ток стабилитрона (~5 мА) и обеспечивает возвратный путь для тока смещения TSZ121 (~40 мкА).

Измеряемый ток преобразуется в напряжение Vsense с помощью измерительного шунта Rsense. Далее это напряжение усиливается с помощью измерительной схемы, содержащей операционные усилители и несколько резисторов.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Какой объем электролита в аккумуляторе

P-канальный МОП-транзистор M1 формирует выходной ток, пропорциональный току, протекающему в Rsense. Далее ток транзистора повторно преобразуется в напряжение с помощью резистора R4. Таким образом, на резисторе R4 будет присутствовать низковольтное напряжение, пропорциональное измеряемому току, но отсчитываемое относительно потенциала земли. Выходное напряжение Vo может быть рассчитано в соответствии с формулой 1:

$$V_{o}=\frac{V_{sense}}{R_{1}}\times \frac{R_{4}}{R_{3}}\times \left(R_{1}+R_{2}+R_{3} \right)\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

Второй операционный усилитель OP2 необходим для буферизации напряжения Vo перед его подачей на вход АЦП. Резистор R5 необходим для защиты встроенных защитных диодов OP2 в случае появления большого тока на входе схемы, например, при пусковых переходных процессах.

Приложение

В этом разделе мы рассмотрим использование предлагаемой схемы в составе системы управления промышленным двигателем с питанием 150 В (рисунок 2).

Рис. 2. Схема измерения тока промышленного двигателя

Максимальный ток, потребляемый двигателем, составляет 100 А. Таким образом, при использовании измерительного шунта с сопротивлением 0,1 мОм максимальное значение напряжения Vsense составит 10 мВ. Максимальное выходное напряжение Vo зависит от напряжения Vsense и выходного тока, протекающего через R4. Поскольку для оцифровки напряжения Vo используется встроенный АЦП микроконтроллера STM32 с питанием 3,3 В, то максимальное значение Vo не должно превышать 3,3 В.

Коэффициент усиления всей системы определяется по формуле 2:

$$Gain=\frac{V_{o}}{V_{sense}}=\frac{(R_{1}+R_{2}+R_{3})}{R_{1}}\times \frac{R_{4}}{R_{3}}\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

Для правильной работы системы необходимо тщательно выбирать номиналы резисторов.

Транзистор должен работать с низким |Vgs|, чтобы не насыщать выход OP1. При увеличении тока |Ids| напряжение |Vds| уменьшается, поэтому |Vgs| должен увеличиваться при уменьшении Vs. Таким образом, напряжение затвора ограничивается нижним порогом насыщения OP1 (Vcc_L) при высоком токе Ids (формула 3):

$$\left |V_{gs\:max} \right | < V_{s}-V_{cc\_L}\\\left|V_{gs\:max} \right| < V_{zener}-\left(1+\frac{R_{2}}{R_{1}} \right)\times V_{sense}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

Поскольку использование низкого тока Ids является более предпочтительным, то для получения приемлемого значения Vo лучше выбирать высокое значение сопротивления R4.

Чтобы избежать какого-либо насыщения выходного сигнала операционного усилителя OP1, коэффициент усиления, определяемый отношением R2/R1 (формула 3), не должен быть слишком большим.

Из всего вышесказанного становится ясно, что при выборе номиналов резисторов потребуется компромисс (формула 4):

$$\left |V_{gs\:max} \right | < V_{zener}-\frac{R_{3}\times (R_{1}+R_{2})}{R_{4}\times (R_{1}+R_{2}+R_{3})}\times V_{o\_max},\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

где Vgs max – это значение Vgs, необходимое для обеспечения тока транзистора Ids max = Vo_max/R4, а Vzener = Vcc_H – Vcc_L.

P-канальный МОП-транзистор M1 должен выдерживать максимальное напряжение схемы. В данном случае был выбран BSP2220 с рейтингом напряжения 200 В.

Схема, изображенная на рисунке 2, имеет коэффициент усиления 334.

Анализ погрешностей

Рассмотрим погрешности схемы, представленной на рисунке 2. Стоит отметить, что основными источниками погрешностей являются разброс номиналов резисторов и напряжение смещения операционных усилителей.

Влияние разброса номиналов резисторов

Формула 1 позволяет рассчитать выходное напряжение Vo для идеального случая, когда сопротивления резисторов в точности соответствуют номиналу. К сожалению, в реальной жизни добиться этого невозможно, так как сопротивления резисторов всегда имеют некоторый разброс.

Ошибка усиления, вызванная отклонением резисторов, определяется по формуле 5:

Источник: https://www.compel.ru/lib/134625

Работа биполярного транзистора. Режим усиления

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем осваивать биполярный транзистор и сегодня мы рассмотрим его работу в режиме усиления на примере простого усилителя звуковой частоты, собранного на одном транзисторе.

В режиме усиления транзисторы работают в схемах радиовещательных приемников и усилителях звуковой частоты (УЗЧ). При работе используются малые токи в базовой цепи транзистора, управляющие большими токами в коллекторной цепи. Этим и отличается режим усиления от режима переключения, который лишь открывает или закрывает транзистор под действием напряжения на базе.

1. Схема усилителя

В качестве эксперимента соберем простой усилитель на одном транзисторе и разберем его работу.

В коллекторную цепь транзистора VT1 включим высокоомный электромагнитный телефон BF2, между базой и минусом источника питания GB установим резистор , и развязывающий конденсатор Cсв, включенный в базовую цепь транзистора.

Конечно, сильного усиления от такого усилителя мы не услышим, да и чтобы услышать звук в телефоне BF1 его придется очень близко преподнести к уху. Так как для громкого воспроизведения звука нужен усилитель как минимум с двумя-тремя транзисторами или так называемый двухкаскадный усилитель. Но чтобы понять сам принцип усиления, нам будет достаточно и усилителя, собранного на одном транзисторе или однокаскадном усилителе.

Усилительным каскадом принято называть транзистор с резисторами, конденсаторами и другими элементами схемы, обеспечивающими транзистору условия работы как усилителя.

2. Работа схемы усилителя

При подаче напряжения питания в схему, на базу транзистора через резистор поступает небольшое отрицательное напряжение 0,1 — 0,2В, называемое напряжением смещения. Это напряжение приоткрывает транзистор, и через эмиттерный и коллекторный переходы начинает течь незначительный ток, который как бы переводит усилитель в дежурный режим, из которого он мгновенно выйдет, как только на входе появится входной сигнал.

Без начального напряжения смещения эмиттерный p-n переход будет закрыт и, подобно диоду, «срезать» положительные полупериоды входного напряжения, отчего усиленный сигнал будет искаженным.

Если на вход усилителя подключить еще один телефон BF1 и использовать его как микрофон, то телефон будет преобразовывать звуковые колебания в переменное напряжение звуковой частоты, которое через конденсатор Ссв будет поступать на базу транзистора.

Здесь, конденсатор Ссв выполняет функцию связующего элемента между телефоном BF1 и базой транзистора. Он прекрасно пропускает напряжение звуковой частоты, но преграждает путь постоянному току из базовой цепи к телефону BF1.

А так как телефон имеет свое внутреннее сопротивление (около 1600 Ом), то без этого конденсатора база транзистора через внутреннее сопротивление телефона была бы соединена с эмиттером по постоянному току.

И естественно, ни о каком усилении сигнала речи и быть не могло.

Теперь, если начать говорить в телефон BF1, то в цепи эмиттер-база возникнут колебания электрического тока телефона Iтлф, которые и будут управлять большим током в коллекторной цепи транзистора. И уже этот усиленный сигнал, преобразованный телефоном BF2 в звук, мы и будем слышать.

Сам процесс усиления сигнала можно описать следующим образом.
При отсутствии напряжения входного сигнала Uвх, в цепях базы и коллектора текут небольшие токи (прямые участки графиков а, б, в), определяемые напряжением источника питания, напряжением смещения на базе и усилительными свойствами транзистора.

Как только в цепи базы появляется входной сигнал (правая часть графика а), то соответственно ему начинают изменяться и токи в цепях транзистора (правая часть графиков б, в).

Во время отрицательных полупериодов, когда отрицательное входное Uвх и напряжение источника питания GB суммируются на базе — токи цепей увеличиваются.

Во время же положительных полупериодов, кода напряжение входного сигнала Uвх и источника питания GB положительны, отрицательное напряжение на базе уменьшается и, соответственно, токи в обеих цепях также уменьшаются. Вот таким образом и происходит усиление по напряжению и току.

Если же нагрузкой транзистора будет не телефон а резистор, то создающееся на нем напряжение переменной составляющей усиленного сигнала можно будет подать во входную цепь второго транзистора для дополнительного усиления.

Один транзистор может усилить сигнал в 30 – 50 раз.

На рисунке ниже показана зависимость тока коллектора от тока базы.

Например. Между точками А и Б ток базы увеличился от 50 до 100 мкА (микроампер), то есть составил 50 мкА, или 0,05 mA. Ток коллектора между этими точками возрос от 3 до 5,5 mA, то есть вырос на 2,5 mA. Отсюда следует, что усиление по току составляет: 2,5 / 0,05 = 50 раз.

Точно также работают транзисторы структуры n-p-n. Но для них полярность включения источника питания, питающей цепи базы и коллектора меняется на противоположную. То есть на базу и коллектор подается положительное, а на эмиттер отрицательное напряжения.

Запомните: для работы транзистора в режиме усиления на его базу, относительно эмиттера, вместе с напряжением входного сигнала обязательно подается постоянное напряжение смещения, открывающее транзистор.

Для германиевых транзисторов отпирающее напряжение составляет не более 0,2 вольта, а для кремниевых не более 0,7 вольта.

Напряжение смещения на базу не подают лишь в том случае, когда эмиттерный переход транзистора используют для детектирования радиочастотного модулированного сигнала.

3. Классификация транзисторов по мощности и по частоте

В зависимости от максимальной мощности рассеивания биполярные транзисторы делятся на:

1. малой мощности — Pmax ≤ 0,3 Вт;
2. средней мощности — 0,3 < Pmax ≤ 1,5 Вт;
3. большой мощности — Pmax > 1,5 Вт.

В зависимости от значения граничной частоты коэффициента передачи тока на транзисторы:

1. низкой частоты – fгр ≤ 3 МГц;
2. средней частоты – 3 МГц < fгр ≤ 30 МГц;
3. высокой частоты — 30 МГц < fгр ≤ 300 МГц;
4. сверхвысокой частоты (СВЧ-транзисторы) — fгр > 300 МГц.

Ну вот и все.
Теперь у Вас не должно возникнуть вопросов о работе биполярного транзистора в режиме усиления.
Удачи!

Литература:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Е. Айсберг — Транзистор?.. Это очень просто! 1964г.

Источник: https://sesaga.ru/rabota-bipolyarnogo-tranzistora-rezhim-usileniya.html

������ 2.2

» ������������ ��������� » ������ 2 » ������ 2.2

������������ ����� �������� ���������� ������������

2.2.1 ���� �������� ���������� ������������

��������� ���������� ������������ ������� �� ������ �������� (�����������, ���������� ������� � �. �.). ���������� ����� ���������� ��������� ������� ����� �����������.

��������� ����, � ������� ���������� ����������, ������ ������ � �������� ������� �������� ���������� � ���������� ���������� ��������� ������� ����� �� ������� ������������ ��������������, ��������������� ������ ��������.
�������� ���������� ����������� ���� �������� � ������������ ���� ��������.

�� ���������� ������� ����� �������, ����� �������������� ������� ��������� ������������ �������� ���� ���� ��� �������� . � ���� ������ ���������� ����� � ��� ����������, ���������
I� = (0.98�0.995)I�, � ����� ���������� .

���������� ���� �������� ���������� ������������, ������������ �� ��������.

2.2.2 ������������ ���� ��������

�� ���. 2.2.1 �������� �����, �������������� ���������� ��������� ������� ����� �����������. ������ �������� ����������� �������� �������������� ��������� ���������� , . ��� ��������� �������� ����� ���������� ������� . ������������� �� ��������� ������, ����� ���������� ����-������� ���� ������ 0.6�0.7 �. �������� ��������� ����� ������������� �������� �����. ����� ����� �������� ���������� � ����������, � ���� ���������� �������� �������� . ���������� ���������-�������

.

���. 2.2.1�� ���

��������� ����� ��� ����������� ����� ���������� � �������� �������� �� ���.2.2.2. ���������� ������� ������� ��� ��������� ������. �������� ����������, ������������ ����������� , , ������� ������������� ������ ��������. �����

,�� .

���. 2.2.2

��� ����:

.

��� ����������:

������������������������������������������ . ��������������������������� ����(2.2.1)

�� ���������� ��������� �������, ��� ��������� ���� ���������� ��������������� ��������� . �������� ����������� ���������� ����������� �������� , ���������� � ������ �����������.� ������� ��������� ���������� ��� ��� ���������� ����� ��������, ���� ����������� �������

(2.2.2)

������ ���������� ���������� ���� �������� ���������� ������� ��������� � ���������� ������� ��������� ����������, ���� ����� ������������ � �������� ���������.
��� ���� ����� ��� ���������� ��� �������������� � ���������� , ������ ����������� �������

(2.2.3)

���������� ��������� ������� ��������� � ���� �������� �� ������������ ������� ����� �����������. �������� �� ����� �� ���. 2.2.1 �������� ����� ������������� �������� �����. �����������, ��� �� �����-���� ������� ��� �������� ����������.

��� �������� � ���������� ������� ���������� �� ��������� , ��� ��� . ���� ����������� ������� (2.2.2), ���������� ���� ��������� �������. �������������, ���������� ����������� �������� �����������, ��� �������� � ���������� .

����� �������, ������������� �������� ����� ������������� ��� ��������, ������ ��� ���������������� � ��������� ���������� �� ������������ .

2.2.3 ���� �������� � ������������ ��������

������������ ���� ��������, ������������� ����, ����� ���������, ���� ������������ ��� ������������� ��������� ������� (���. 2.2.3).
�� ��������� ��� ������ �������, ����������� ��������� , , ���������� ������� � �������� ��������, ��� ��� ����

,

��������������, ��� ����������

������������������������������������������ .������ �����������������������������������

������������������������� �����

���. 2.2.3� ���������������������������������������� ������. 2.2.4

��������� ��������� ���������� ��������� (2.2.1), ������ �������� ���������� . �������������, ��� ����������� ����������� ���� ���������� ������ ����������� ������� (2.2.2) � (2.2.3).

2.2.4 �������� � ������� ��������� ����

���� ��������, ������������ �� ���. 2.2.1 � 2.2.3, �������� ��� ������������ ����, ��� ��� ��������� ������������ ������� ��������� �������� �� ��������� ������� ������� �������. ������� ���� ��������, ����� ������� ��� ������������ ������������, ����� ��������, ������� � ���� �������� �������� ����������� ���� (���. 2.2.4).

������������ ����� ���� �������� ����������� � ���, ��� ��� ��������, �������������, � ��� ���������� �� ������� �� ������������ �� ������������� ��������� � ���� ����. ������� ������������� ������ ������� �������, � �� ���� ����� ��������� ������� ������������� ����.
�������� ������� ����� ����������� � ������� ���������� ���� ������ ���������� � ���������� ������������ ������������. � �������� ����� ���������� ����������� ����������� ������������� ����� � ���������� ����.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как правильно подсоединить кабель к сварочный

��� ��������� ��������� ������� ���������, ��� ��� ���������� ���� �������� ������� ������� �� ��������� ��, ��� �������� ��������� � ��������� ���.

2.2.5 ������� ������� ���� ��������

������ ��������� ���� �������� �� ���. 2.2.1 ���������� � ��������� �������. ��������� ������� ��� ������� �������� ��������� ������� ����� .

  1. ���������� ������� ����������� �� �����������:

    .

    ������������� �������� �����������, �������� ��������� ��������� �������.

  2. ����� ���������� ���������� �� ��������� �������� �����
  3. ��������� , ������������� ��������� ���������� �� �������

    .

  4. ������������ ��� ����

    .

  5. ��� �������� ���������� �- �(��������, ��� ���� ��������� �� ��������)

    .

  6. ��������� ������������� ��������

    .

  7. ���������� �� ��������� ������ ����� ���������� �� ��������� � ���� �������� � ���������� ����������� ��������:

    .

    ��� ���������� ������������ ���������� ���������� ������ 0.6 � 0.7 �.

  8. ������������� ���������� �� :

    ;� .

���������� ��������� ������� �������� ������������ � ���������� �� ���� �������� ��������. ��-������, ���������� ������� � 3-5 ��� ��������� ���������� ���������-�������. ��-������, ���������� �� ��������� � ���� �������� �������� ����� ���������� ���������-�������. �, �������, ��� ��������� ������� � 10-100 ��� ��������� ��� ����. � ���������� �������� ��������� ���������� �� ����������� ������������� ���������������� ����.

2.2.6 ������ ������� ���� �������� ����������� �����������

���������� ������� ����� ����������� , . ����������� �������� ���� ���� .

������� ���������� �������

.

���������� ��������� � ���� �������� ������ ������ ���������� ���������-�������: .
������������� ���������

.

������������ ��� ����

.

��� �������� ���������� �-

.

������������� ��������

.

���������� �� ��������� �

.

���������� ������������� ���������� �� :

;� .

2.2.7 ������������ �� ������ ����

��� ������ ���� ������������ ������ n-p-n ������������ Q2N3904 ��� Q2N2222 �� ���������� EVAL.slb. ������� ���� ����� ����� � ������ W2_2_1, W2_2_2 � ����� EMF\Labs.

  1. �����, �. �. ����������� � ����������������� �������: ����. ��� ����� / �. �. �����, �. �. �����. � 3-� ���. �������. � ���. � �.: ����. ��., 2004. � 790 �.
  2. �������, �. �. ����������� ���� � �����������������: ����. �. �. �������, �. �. ���������. � �.: ����. ��., 2002. � 384 �.: ��.
  3. ����������, �. �. ������ ����������������: ����. ������� ��� ����� / �.�. ����������. � 2-� ���., �������. � ���. � �.: ����������� ������� ������, 2003. � 488 �.: ��.
  4. �������, �. ��������� ������������ / �. �������, �. ����: ���. � ����. � 6-� ���. � �.: ���, 2003. � 704 �., ��.
  5. ������, �. �. �������������� � �����������: ����. �������: � 2-� �. �. 2 / �. �. ������. � ����������: ��� ����, 2006. � 252 �.

Источник: http://ikit.edu.sfu-kras.ru/CP_Electronics/pages/mm/2_2/index.html

Транзистор

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

На этом занятии Школы начинающего радиолюбителя мы продолжим изучение полупроводников. На прошлом занятии мы рассматривали диоды, а на этом занятии рассмотрим  более сложный полупроводниковый элемент – транзисторы.

Транзистор является более сложной полупроводниковой структурой, чем диод. Он состоит из трех слоев кремния (бывают еще и германиевые транзисторы) с разной проводимостью. Это могут быть структуры типа n-p-n или p-n-p. Функционирование транзисторов, также как и диодов, основывается на свойствах p-n переходов

Центральный, или средний слой, называют базой (Б), а два других соответственно – эмиттер (Э) и коллектор (К).

 Следует отметить, что существенной разницы между двумя типами транзисторов нет, и многие схемы могут быть собраны с тем или другим типом, при соблюдении соответствующей полярности источника питания.

На рисунке ниже приведено схемное изображение транзисторов, транзистор p-n-p отличается от транзистора n-p-n направлением стрелки эмиттера:

Выделяют два основных типа транзисторов: биполярные и униполярные, которые различаются по конструктивным особенностям. В рамках каждого типа существует много разновидностей. Главное различие этих двух типов транзисторов заключается в том, что управление процессами, происходящими в ходе работы прибора, в биполярном транзисторе осуществляется входным током, а в униполярном транзисторе – входным напряжением.

Биполярные транзисторы, как уже говорилось выше, представляют собой слоенный пирог из трех слоев. В упрощенном виде транзистор можно представить как два встречно включенных диодов:

(при этом, следует отметить, что переход база – эмиттер представляет собой обычный стабилитрон, напряжение стабилизации которого 710 вольт). Исправность транзистора можно проверить также как и исправность диода, обычным омметром, измеряя сопротивление между его выводами. Переходы, аналогичные имеющимся в диоде, существуют в транзисторе между базой и коллектором, а также между базой и эмиттером.

На практике такой способ для проверки транзисторов используется очень часто. Если омметр подключить между коллекторным и эмиттерным выводами, прибор покажет разрыв цепи (при исправном транзисторе), что естественно так как диоды включены встречно. А это означает, что при любой полярности приложенного напряжения один из диодов включен в прямом направлении, а второй в обратном, поэтому ток проходить не будет.

Объединение двух пар переходов приводит к проявлению чрезвычайно интересного свойства, именуемого транзисторным эффектом. Если к транзистору между коллектором и эмиттером приложить напряжение, тока практически не будет (о чем и говорилось чуть выше).

Если же произвести подключение в соответствии со схемой (как на рисунке ниже), где на базу через ограничивающее сопротивление (чтобы не повредить транзистор) подается напряжение, то через коллектор будет проходить ток более сильный чем ток базы.

При повышении тока базы ток коллектора тоже будет увеличиваться.

С помощью измерительного прибора можно определить соотношение токов базы, коллектора и эмиттера. Это можно проверить простым способом. Если сохранить напряжение питания, к примеру на уровне 4,5 В, изменив значение сопротивления в цепи базы с R до R/2, ток базы удвоится, пропорционально увеличится и ток коллектора, к примеру:

U=4,5 В; сопротивление =R U=4,5 В; сопротивление =R/2
Iб=1 мА Iб=2 мА
Iэ=100 мА Iэ=200 мА
Iк=99 мА Iк=198 мА

Следовательно, при любом напряжение на сопротивление R, ток коллектора будет в 99 раз больше тока базы, то есть транзистор имеет коэффициент усиления по току равный 99. Другими словами, транзистор усиливает ток базы в 99 раз. Этот коэффициент обозначают буквой ?. Коэффициент усиления равен отношению тока коллектора к току базы:

? = Iк/Iб

На базу транзистора можно подать и переменное напряжение. Но, необходимо, чтобы транзистор работал в линейном режиме. Для нормального функционирования в линейном режиме транзистору следует подать на базу постоянное напряжение смещения и подвести переменное напряжение, которое он будет усиливать. Таким образом транзисторы усиливают слабые напряжения, поступающие к примеру с микрофона, до уровня, который способен привести в действие громкоговоритель.

Если коэффициент усиления не достаточен, можно использовать несколько транзисторов или их последовательных каскадов. Чтобы при соединении каскадов не нарушать режимов работы каждого из них по постоянному току ( при которых обеспечивается линейность), используют разделительные конденсаторы. Биполярные транзисторы обладают электрическими характеристиками, обеспечивающими им определенные преимущества по сравнению с другими усилительными компонентами.

Как мы уже знаем, существуют еще (кроме биполярных) и униполярные транзисторы. Коротко рассмотрим два их них – полевые и однопереходные транзисторы. Как и биполярные они бывают двух типов и имеют по три вывода:

Электродами полевых транзисторов являются: затвор – З, сток – С, соответствующий коллектору и исток – И, отождествляемый с эмиттером. Полевые транзисторы с n- и p- каналом различаются по направлению стрелки затвора. Однопереходные транзисторы, которые иногда называют двухбазовыми диодами, в основном используются в схемах генераторов импульсных периодических сигналов.

Имеется три фундаментальных схемы включения транзисторов в усилительном каскаде:

? с общей базой (в)

Биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, в зависимости от выходного сопротивления источника питания R1 и сопротивления нагрузки Rн усиливает входной сигнал и по напряжению, и по току. Коэффициент усиления биполярного транзистора обозначается как h21э (читается: аш-два-один-э, где э – схема с общим эмиттером), и у каждого транзистора он разный.

Величина коэффициента h21э (его полное название – статический коэффициент передачи тока базы h21э) зависит только от толщины базы транзистора (ее изменить нельзя) и от напряжения между коллектором и эмиттером, поэтому при небольшом напряжении (менее 20 В) его коэффициент передачи тока при любом токе коллектора практически неизменен и незначительно увеличивается при увеличении напряжения на коллекторе.

Коэффициент усиления по току – Кус.i и коэффициент усиления по напряжению – Кус.u биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, зависит от отношения сопротивления нагрузки (на схеме обозначено как Rн) и источника сигнала (на схеме обозначено как R1).

Если сопротивление источника сигнала в h21э раза меньше сопротивления нагрузки, то коэффициент усиления по напряжению чуть меньше единицы (0,950,99), а коэффициент усиления по току равен h21э.

Когда сопротивление источника сигнала более чем в h21э раза меньше сопротивления нагрузки, то коэффициент усиления по току остается неизменным (равным h21э), а коэффициент усиления по напряжению уменьшается.

Если же, наоборот, входное сопротивление уменьшить, то коэффициент усиления по напряжению становится больше единицы, а коэффициент усиления по току, при ограничении протекающего через переход база-эмиттер транзистора тока, не изменяется. Схема с общим эмиттером – единственная схема включения биполярного транзистора, которая требует ограничения входного (управляющего) тока.

Можно сделать несколько выводов: – базовый ток транзистора нужно ограничивать, иначе сгорит или транзистор, или управляющая им схема; – с помощью транзистора, включенного по схеме ОЭ, очень легко управлять высоковольтной нагрузкой низковольтным источником сигнала. Через базовый, а следовательно и коллекторный переходы протекает значительный ток при напряжении база-эмиттер всего 0,81,5 В. Если амплитуда (напряжение) больше этого значения – нужно поставить между базой транзистора и выходом управляющей схемы токоограничивающий резистор (R1). Рассчитать его сопротивление можно по формулам:

Ir1=Irн/h21э            R1=Uупр/Ir1    где:

Irн – ток через нагрузку, А; Uупр – напряжение источника сигнала, В; R1 – сопротивление резистора, Ом.

Еще одна особенность схемы с ОЭ – падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора можно практически уменьшить до нуля. Но для этого надо значительно увеличивать базовый ток, что не очень выгодно. Поэтому такой режим работы транзисторов используют только в импульсных, цифровых схемах.

Транзистор, работающий в схеме усилителя аналогового сигнала, должен обеспечивать примерно одинаковое усиление сигналов с разной амплитудой относительно некоторого “среднего” напряжения. Для этого его нужно немножко “приоткрыть”, постаравшись не “переборщить”. Как видно из рисунка ниже (левый):

ток коллектора и падение напряжения на транзисторе при плавном увеличении тока базы вначале изменяются почти линейно, и лишь потом, с наступлением насыщения транзистора, прижимаются к осям графика. Нас интересуют только прямые части линий (до насыщения) – очевидно, что они символизируют линейное усиление сигнала, то есть, при изменении управляющего тока в несколько раз во столько же раз изменится и ток коллектора (напряжение в нагрузке).

Форма аналогового сигнала показана на рисунке выше (справа). Как видно из графика, амплитуда сигнала постоянно пульсирует относительно некоего среднего напряжения Uср, причем она может как увеличиваться, так и уменьшаться. Но биполярный транзистор реагирует только на увеличение входного напряжения (вернее тока).

Вывод: нужно сделать так, чтобы транзистор даже при минимальной амплитуде входного сигнала был немножко приоткрыт. При средней амплитуде Uср он откроется чуть сильнее, а при максимальной Umax откроется максимально. Но при этом он не должен входить в режим насыщения (см.рис.

выше) – в этом режиме выходной ток перестает линейно зависеть от входного, в следствии чего происходит сильное искажение сигнала.

Обратимся снова к форме аналогового сигнала.

Так как и максимальная и минимальная амплитуды входного сигнала относительно средней примерно одинаковы по величине (и противоположны по знаку), то нам нужно подать на базу транзистора такой постоянный ток (ток смещения – Iсм), чтобы при “среднем” напряжении на входе транзистор был открыт ровно наполовину. Тогда при уменьшении входного тока транзистор будет закрываться и ток коллектора будет уменьшатся, а при увеличении входного тока он будет открываться еще сильнее.

Источник: http://radio-stv.ru/nachinayushhim-radiolyubitelyam/tranzistor

Биполярный транзистор

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Так что, если вам интересно что такое транзистор, его принцип работы  и вообще с чем его едят, то берем  стул по удобнее и подходим поближе.

Продолжим, и у нас тут есть содержание,  будет удобнее ориентироваться в статье

Источник: http://popayaem.ru/bipolyarnyj-tranzistor-princip-raboty-dlya-chajnikov.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электро Дело
Как рассчитать силу тока в трехфазной сети

Закрыть