 |
Сопротивление резистора в цепи эмиттера.
|
|
|
|
Резистор в цепи эмиттера биполярного транзистора задает нагрузочную прямую усилителя наряду с резистором в цепи коллектора. Схема усилителя показана на рисунке1.
Рисунок 1 - Схема усилителя
На рисунке 2 а показано семейство выходных вольт амперных характеристик биполярного транзистора подключенного по схеме с общим эмиттером. На этой характеристике показаны две нагрузочные прямые. Верхняя - нагрузочная прямая для случая когда в схеме отсутствует резистор Rэ, нижняя когда присутствует. 
Рисунок 2 - а) семейство выходных характеристик, б) входная характеристика
Нагрузочная прямая показывает, как может изменяться ток коллектора и напряжение коллектор-эмиттер транзистора. В один момент времени, в зависимости от тока базы Iб, ток коллектора Iк (как и напряжение коллектор-эмиттер Uкэ) имеет одно значение. Это значение Iк и соответствующее ему значение Uкэ называется рабочей точкой. Рабочая точка может находится только на нагрузочной прямой и не выше той точки которой соответствует напряжение насыщения и не ниже той точки которой соответствует напряжение отсечки. Рабочая точка может быть задана разными способами.
1. Рабочая точка может быть задана делителем напряжения состоящим из резисторов Rд1 и Rд2. Положение рабочей точки может заметно меняться при изменении температуры транзистора так как сопротивление полупроводников, используемых в транзисторах, зависит от температуры. Стабильность положения рабочей точки может быть очень важна. Для повышения стабильности этой точки, в усилитель, может быть введена отрицательная обратная связь. Резистор Rэ создает отрицательную обратную связь.
При увеличении температуры увеличивается ток эмиттера Iэ. При увеличении тока эмиттера Iэ увеличивается напряжение на резисторе в цепи эмиттера URэ (т.к. URэ=Iэ·Rэ). Напряжение база-эмиттер Uбэ связано с напряжением на резисторе в цепи эмиттера URэ соотношением: Uбэ=Uвх-URэ. Это соотношение показывает что чем больше напряжение на резисторе в цепи эмиттера URэ тем меньше напряжение база-эмиттер при неизменном напряжении на входе Uвх. Ток базы Iб связан с напряжением Uбэ входной вольт амперной характеристикой (рисунок 2 б). Из характеристики на рисунке 2 б видно что ток базы Iб прямо пропорционален напряжению Uбэ. Следовательно чем больше напряжение Uбэ тем больше ток Iб и наоборот. Ток эмиттера прямо пропорционален току базы (Iэ=Iб·h21э). С учётом вышеизложенного получается что введение в цепь эмиттера резистора приводит к тому что при увеличении тока базы ток эмиттера (а следовательно и ток коллектора) увеличивается меньше чем в случае когда этого резистора нет.
|
|
|
Выбор сопротивления резистора в цепи коллектора.
Сопротивление резистора в цепи коллектора биполярного транзистора выбирается исходя из:
1) требуемого коэффициента усиления по напряжению,
2) максимального тока проходящего через транзистор.
Рассмотрим схему:
Рисунок 1 - Усилитель на биполярном транзисторе
Транзистору VT1 соответствует семейство выходных характеристик приведенных на рисунке 2:
Рисунок 2 - Семейство выходных характеристик транзистора VT1
Сопротивление резистора в цепи коллектора Rк определяет нагрузочную прямую. На рисунке 2 показаны две нагрузочные прямые. Прямая показанная оранжевым цветом будет при сопротивлении Rк = 666 Ом так как Iкmax = Uп/Rк = 20/666 = 0.03А = 30 мА. Прямая показанная красным цветом будет при сопротивлении Rк = 4000 Ом так как Iкmax = Uп/Rк = 20/4000 = 0.005А = 5 мА. Из рисунка 2 видно что при первой (красной) характеристике изменение напряжения на выходе ΔUкэ1 больше чем при второй (оранжевой) ΔUкэ2 при одинаковом изменении тока базы ΔIб. Учитывая также что ток базы прямо пропорционален напряжению база-эмиттер можно сказать что коэффициент усиления усилителя (рисунок 1) по напряжению при первой (красной) характеристики больше чем при второй т.е. чем больше сопротивление в цепи коллектора тем больше коэффициент усиления по напряжению. Но максимальный ток протекающий через коллектор Iкmax1 при первой характеристике (следовательно при большем сопротивлении Rк) меньше чем при второй. Чем больше сопротивление в цепи коллектора тем меньше максимальный ток протекающий через транзистор. В статье усилитель постоянного тока на кт315 приведен пример расчёта усилителя.
|
|
|
Усилитель постоянного тока на кт315.
На рисунке 1 представлена схема инвертирующего усилителя постоянного тока, транзистор включен по схеме с общим эмиттером:
Рисунок 5 - Схема усилителя постоянного тока на КТ315Б.
Рассмотрим расчёт элементов схемы. Допустим схема питается от источника с напряжением 5В (это может быть например сетевой адаптер), выберем ток коллектора Iк транзистора VT1 таким чтобы он не превышал предельно допустимого тока для выбранного транзистора (для КТ315Б максимальный ток коллектора Ikmax=100мА). Выберем Iк=5мА. Для расчёта сопротивления резистора Rк поделим напряжение питания Uп на ток коллектора:
Если сопротивление не попадает в стандартный ряд сопротивлений то нужно подобрать ближайшее значение и пересчитать ток коллектора.
(Подробнее о выборе Rк)
На семействе выходных вольт амперных характеристик построим нагрузочную прямую по точкам Uп и Iк (показана красным цветом). На нагрузочной прямой выберем рабочую точку (показана синим цветом) по середине.
Рисунок 2 - Выходные ВАХ, нагрузочная прямая и рабочая точка
На рисунке 2 рабочая точка не попадает ни на одну из имеющихся характеристик но находится чуть ниже характеристики для тока базы Iб=0.05мА поэтому ток базы выберем чуть меньше например Iб=0.03мА. По выбранному току базы Iб и входной характеристике для температуры 25Сo и напряжения Uкэ=0 найдём напряжение Uбэ:
Рисунок 3 - Входная характеристика транзистора для выбора напряжения Uбэ
|
|
|
Для тока базы Iб=0.03мА найдем напряжение Uбэ но выберем чуть больше так как Uкэ>0 и характеристика будет располагаться правее, например выберем Uбэ=0.8В. Далее выберем ток резистора Rд1, этот ток должен быть больше тока базы но не настолько большим чтобы в нем терялась большая часть мощности, выберем этот ток в три раза большим чем ток базы:
По первому закону Кирхгофа найдем ток резистора Rд2:
Обозначим на схеме найденные токи и напряжения:
Рисунок 4 - Схема усилителя с найденными токами ветвей и напряжениями узлов
Рассчитаем сопротивление резистора Rд1 и подберем ближайшее его значение из стандартного ряда сопротивлений:
Рассчитаем сопротивление резистора Rд2 и подберем ближайшее его значение из стандартного ряда сопротивлений:
Обозначим сопротивления резисторов на схеме:
Рисунок 5 - Усилитель постоянного тока на КТ315Б.
Так как расчёт приближённый может потребоваться подбор элементов после сборки схемы и проверки напряжения на выходе, элементы Rд1 и/или Rд2 в этом случае нужно подобрать так чтобы напряжение на выходе было близко к выбранному напряжению Uбэ.
Для усиления переменного тока на вход и на выход надо поставить конденсаторы для пропускания только переменной составляющей усиливаемого сигнала так как постоянная составляющая изменяет режим работы транзистора. Конденсаторы на входе и выходе не должны создавать большого сопротивления для протекания переменного тока. Для термостабилизации в цепь эмиттера можно поставить резистор с небольшим сопротивлением и параллельно ему конденсатор для ослабления обратной связи по переменному току. Резистор в цепи эмиттера наряду с резисторами делителя будет задавать режим работы транзистора.
На фотографии ниже собранный по схеме на рисунке 2 усилитель:
На вход усилителя не подано напряжение, вольтметр подключенный к выходу показывает 2.6В что близко к выбранному значению. Если подать на вход напряжение прямой полярности (такой как на рисунке 5) то напряжение на выходе уменьшится (усилитель инвертирует сигнал):
|
|
|
Если подать на вход напряжение обратной полярности то напряжение на выходе увеличится но не больше напряжения питания:
Уменьшение напряжения на входе, при подключении ко входу источника, меньше чем увеличение напряжения на выходе что говорит о том что происходит усиление входного сигнала с инверсией. Схема с общим эмиттером производит большее усиление по мощности чем схемы с общей базой и общим эмиттером но она, в отличии от двух других, производит инверсию сигнала. Если необходимо произвести усиление по мощности постоянного тока без инверсии то каскадно можно соединить две схемы на рисунке 5 но при этом необходимо учесть что первый каскад будет изменять режим работы транзистора второго каскада поэтому сопротивления резисторов во втором каскаде необходимо будет подобрать так чтобы это изменение было как можно меньше. Также при каскадном соединении увеличится коэффициент усиления всего усилителя (он будет равен произведению коэффициента усиления первого каскада на коэффициент усиления второго).
Задание.
Вопросы:
- Какую роль выполняет делитель напряжения, состоящий из резисторов Rд1 и Rд2 в схеме усилителя постоянного тока на КТ315Б?
- Как стабилизировать рабочую точку в схеме усилителя постоянного тока на КТ315Б?
- Чем вызвано увеличение тока в эмиттерной цепи в схеме усилителя постоянного тока на КТ315Б и как это отразится на участке цепи Rэ?
http://electe.blogspot.ru/2012/05/blog-post.html?m=1
Транзистор биполярный
Описание транзисторов
Описание транзисторов удобно начать с описания функции, которую они выполняют. Основная функция биполярного транзистора - усиливать ток и напряжение. Например, они могут усиливать слаботочные выходные сигналы интегральных микросхем таким образом, чтобы ими можно было управлять лампой, реле и т.д. Во многих схемах транзистор служит для преобразования изменяющегося тока в изменяющееся напряжение. Т.е. транзистор работает как усилитель напряжения.
Транзистор может работать как ключ (либо полностью открыт и через него течёт максимальный ток, либо полностью закрыт и ток через него не течёт) или как усилитель (всегда частично открыт)
|
|
|
