Схема транзистор в ключевом режиме: Включение транзистора в ключевом режиме

Включение транзистора в ключевом режиме

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Биполярные транзисторы.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• 1 Работа полупроводниковых приборов в ключевом режиме
• 6.9. Работа транзистора в ключевом режиме
• Биполярные транзисторы.Часть 2. Ключевой каскад.
• Работа транзистора в ключевом режиме
• Ключевой режим работы биполярного транзистора
• Транзистор в ключевом режиме – Работа транзистора в режиме ключа
• Ключевой режим работы биполярных транзисторов
• Биполярный транзистор
• Схема проверки транзисторов структуры p-n-p и n-p-n на.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК РАССЧИТАТЬ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ

1 Работа полупроводниковых приборов в ключевом режиме

Одна из простейших схем транзисторного ключа приведена на рис. Схема с общим эмиттером используется в транзисторном ключе чаще всего потому, что по сравнению с другими схемами может быть получен максимальный коэффициент усиления по мощности. При отсутствии управляющего сигнала транзистор закрыт и находится в состоянии отсечки, так как на базу подано положительное значение напряжения смещения Ucм рис.

При подаче отрицательного управляющего сигнала рис. Для обеспечения режима насыщения необходимо, чтобы значение тока базы соответствовало следующему условию рис. При открытии транзистора ток эмиттера IЭ появляется практически мгновенно рис. Превышение тока эмиттера над номинальным называется избыточным током, а отношение. Ток в цепи коллектора рис. Это время незначительно и в случае приближенных расчетов им пренебрегают. Разность t4 — t3 — время продолжения переходного процесса в базе, так как концентрация инжектированных носителей зарядов при наличии избыточного тока эмиттера продолжает некоторое время возрастать.

Момент окончания переходного процесса в транзисторе соответствует моменту времени t4. Разность t4 — t1 — время установления, соответствует времени заряда диффузионной емкости эмиттерного перехода. Приложение к эмиттерному переходу обратного напряжения вызывает в начальный момент значительный обратный ток вследствие насыщения перехода свободными носителями зарядов. Этот ток протекает до момента времени t7.

После момента времени t5 — подачи запирающего напряжения в коллекторной цепи, и момента времени t7 в цепи эмиттера токи начинают снижаться, что связано с рассасыванием накопленного заряда в базе. Рассмотрим подробнее ключевой режим работы транзистора. На рис. Попробуем рассчитать необходимую величину резистора в базе. То есть налицо и усиление сигнала по напряжению! Выбираем ближайшее меньшее из стандартного ряда и получаем Ом.

Нет, не все. Схема еще не совсем доделана. Избежать такого эффекта просто: надо замкнуть базу и эмиттер еще одним резистором Кбэ. Простейшая ключевая схема есть вариант т. В наших примерах есть два момента, на которые стоит обратить внимание. Поговорим немного о дарлингтоновских транзисторах. Другие схемы подключения: а — транзистор Дарлингтона; б — параллельное включение транзисторов.

Так как транзисторы всегда немного отличаются друг от друга, то для выравнивания токов через них в этой схеме служат резисторы в эмиттерных цепях, которые нужно выбирать так, чтобы падение напряжения на них при максимальном токе составляло примерно 0,2 В.

Естественно, эти резисторы ухудшают КПД, поэтому для таких целей удобнее использовать мощные полевые транзисторы, для которых в аналогичном включении использования резисторов не требуется. Этот режим называется режимом насыщения. В нем транзистор теряет свои усилительные свойства и становится по коллекторной цепи малым сопротивлением. Сопротивление коллекторного перехода уменьшается до десятков ом у маломощных транзисторов до долей ома у мощных. Vбэ нас. Пусть Vкэ нас. Это приводит к существенному уменьшению сопротивления между эмиттером и коллектором транзистора.

Необходимо обеспечить надежное запирание транзистора с учетом возможного увеличения обратного тока коллектора Iк0 с ростом температуры. Транзистор будет заперт, если выполняется условие:. Надежный переход транзистора в насыщенное состояние при минимальном значении bмин. Cуществование режима насыщения транзистора приводит к появлению некоторых важных особенностей во временных характеристиках его переключения. Оказывается, процессы включения выключения имеют инерционных характер, что объясняется наличием накопленного заряда неосновных носителей Q в базе.

На этой частоте транзистор теряет свои усилительные свойства. Все предыдущие рассуждения касались тока транзистора. Если рассчитывается переходной процесс напряжения коллектора, то надо учитывать влияние коллекторной емкости, иначе ошибки будут большими. В реальной схеме ключа см рисунок во время переходного процесса при включении транзистора ток базы тратится на.

Влияние Ск приводит к увеличению времени включения на величину :. Случай ненасыщенного режима — рассчитывается так же, как и при отпирании, при этом надо также учитывать перезарядку емкостей переходов и монтажных емкостей. Пусть входной ток Iб1 скачком меняется от Iб1 до Iб2, имеющего отрицательную величину. Тогда накопленный заряд в базе будет рассасываться в результате:. После этого коллекторный ток начнет уменьшаться. Решение можно получить из дифференциального уравнения для запирания диода в предыдущей лекции.

Нестабильность источников питания тоже может вызывать тот же эффект. Сквозной ток приводит к разогреву транзисторов, потреблению дополнительной мощности, при высоких частотах переключения становится заметным появление наводок по питанию.

Для ускорения переключения используется ключ с корректирующей емкостью. Ключевыми схемами обеспечивается коммутация электрических цепей и с их помощью, в частности, могут формироваться импульсные сигналы.

Эти схемы могут пребывать в двух состояниях: включенном и выключенном. В двух состояниях пребывают также используемые в них полупроводниковые приборы: в одном состоянии их сопротивление очень мало, а в другом — весьма велико.

В таких схемах широкое применение получили как диоды, так и транзисторы. В диодном ключе переход из одного состояния в другое происходит под действием непосредственно коммутируемого анодного напряжения. Транзисторные ключи, в отличие от диодных, являются управляемыми.

Состояния, в которых они пребывают, определяются не коммутирующим напряжением, а напряжением управления. В зависимости от расположения в ключевой схеме полупроводникового прибора и нагрузки различаются последовательное и параллельное построения этих схем. Так, в выпрямителях используется последовательное построение ключевых диодных схем. Схема параллельного диодного ключа приведена на рис.

В такой схеме ток через нагрузку протекает при закрытом состоянии диода, а при открытом состоянии диод шунтирует нагрузку. При параллельном построении рис.

При открытом состоянии транзистора его сопротивление становится незначительным, и он шунтирует нагрузку. В результате снимаемое с нагрузки выходное напряжениеuвыхблизко к нулю. На схеме рис. При открытом транзисторе через нагрузку, включенной последовательно с источником входного напряжения, каким является ЕКпротекает ток. При закрытом транзисторе ток в этой цепи не протекает, таким образом нагрузка отключается от источника входного сигнала. Основными параметрами ключевой схемы, кроме сопротивления использованных в них приборов в открытом и закрытом состояниях, являются также быстродействие, определяемое временами переключения из одного состояния в другое, а также остаточное напряжение в открытом состоянии.

В идеальном ключе значения этих параметров равны нулю. Такая идеализация, в частности, принимается при построении временных диаграмм, иллюстрирующих работу выпрямителей и логических устройств. Широко используемая ключевая схема на биполярном транзисторе типа n-p-n, прерывающая протекание тока через нагрузку, приведена на рис. В отличие от схемы рис. Режим работы транзистора в этой схеме определяется уравнением состояния, имеющий вид, аналогичный 2. При этом напряжение коллектор-эмиттер является функцией коллекторного тока.

Графическое решение этого уравнения, проводимого также, как и уравнения 2. Закрытое состояние транзистора достигается подачей на его базу управляющего напряжения отрицательной полярности. Цепь протекания токаIк закпоказана на рис. Его направление в базовой цепи противоположно направлению базового тока открытого прибора. При токеIБ откчерез транзистор и резисторRнпротекает ток.

Для обеспечения надежного пребывания транзистора в открытом состоянии, при котором устраняется влияние помех в цепи управления и температурных уходов параметров транзистора, ток базы должен превышать величину IБ отк. Параметром, характеризующим величину превышения базового тока в таком состоянии над током IБ отк, является отношение. Его величина обычно находится в пределах от 1,5 до 2,5.

Ограничение сверху коэффициента s связано с увеличением мощности входной цепи транзистора. Тогда ток базы в открытом состоянии транзистора. Для работы в режиме электронного ключа наибольшее применение получили кремневые транзисторы типа n-p-n, характеризующиеся малой величиной нулевого тока. Характер переходных процессов в транзисторе зависит от схемы включения и внутреннего сопротивления источников сигнала. Наибольшее распространение нашла схема ОЭ, поскольку она позволяет получить усиление по току.

Имеются три характерные области работы транзистора:. В ключевых схемах транзистор находится в активном режиме лишь в переходном состоянии.

Рабочая точка на выходной характеристике находится в положении А, то есть в режиме отсечки — транзистор закрыт. В точке А напряжение на электродах практически совпадает с эдс источников питания:. При подаче в цепь базы отпирающего тока Iб1 рабочая точка перемещается в положение B, в цепи коллектора протекает ток Iкн и напряжение коллектора становится равным. Статические параметры ключа: остаточное напряжение Uкн во включенном состоянии рис.

В точке В токи электродов определяются параметрами внешних цепей:. Силу неравенства 8 характеризуют особым параметром — степенью насыщения S:. Временные диаграммы напряжений, токов накопленного заряда базы при включении и выключении транзисторного ключа приведены на рис.

6.9. Работа транзистора в ключевом режиме

В точке А ключ замкнут, в точке Б ключ разомкнут. Ключ — элемент, осуществляющий под действием управляющих сигналов различные коммутации, включение и выключение источников питания. В статическом режиме ключ находится в одном из двух состояний: включенном или выключенном. Примером простейшей ключевой схемы является ключ, построенный на биполярном транзисторе. В статическом режиме транзистор закрыт точка Б на входной характеристике , либо открыт точка А. Входной и выходной сигналы являются цифровыми сигналами с напряжениями Высокого и Низкого уровня.

1 Работа полупроводниковых приборов в ключевом режиме. 1. управляющих сигналов различные коммутации, включение и выключение источников питания. В статическом режиме транзистор закрыт (точка Б на входной.

Биполярные транзисторы.Часть 2. Ключевой каскад.

Ключевым режимом работы транзистора называется такой режим, при котором рабочая точка транзистора скачкообразно переходит из режима отсечки в режим насыщения и наоборот, минуя линейный режим рис. Для этого необходимо включить транзистор по схеме, представленной на рис. Ключевой режим работы биполярного транзистора: а — схема включения; б — диаграмма работы. Резистор R Б ограничивает ток базы транзистора, чтобы он не превышал максимально допустимого значения. В промежуток времени от 0 до t 1 входное напряжение и ток базы близки к нулю, и транзистор находится в режиме отсечки. В промежуток времени от t 1 до t 2 входное напряжение и ток базы транзистора становятся максимальными, и транзистор перейдёт в режим насыщения. После момента времени t 2 транзистор переходит в режим отсечки. Следовательно, можно сделать вывод, что транзисторный ключ является инвертором, т. Дата добавления: ; просмотров: Нарушение авторских прав.

Работа транзистора в ключевом режиме

Транзисторный ключ коммутирует цепь нагрузки под воздействием управляющего импульсного входного сигнала. В качестве электронного ключа можно использовать транзистор, работающий в области отсечки и насыщении. Схема транзисторного ключа дана на рисунке При увеличении входного напряжения токи базы и коллектора увеличиваются и транзистор входит в состояние насыщения.

Транзисторная импульсная и цифровая техника базируется на работе транзистора в качестве ключа.

Ключевой режим работы биполярного транзистора

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Транзистор в ключевом режиме – Работа транзистора в режиме ключа

В данной статье расскажем про транзистор. Покажем схемы его подключения и расчёт транзисторного каскада с общим эмиттером. Изобретён в американцами У. Шокли, У. Браттейном и Дж. По физической структуре и механизму управления током различают транзисторы биполярные чаще называют просто транзисторами и униполярные чаще называют полевыми транзисторами.

КЛЮЧЕВОЙ РЕЖИМ ТРАНЗИСТОРА. Отличительной особенностью импульсных схем является широкое применение электронных ключей.

Ключевой режим работы биполярных транзисторов

Ключевой режим работы транзистора , наверное, один из самых простых с точки зрения поддержания параметров и в тоже время очень часто встречающихся из режимов работы транзистора. По своей сути транзистор большую часть времени находится лишь в двух состояниях: отсечки и насыщения. Ниже показана схема включения транзистора. Использование транзистора в ключевом режиме.

Биполярный транзистор

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК РАБОТАЕТ ТРАНЗИСТОР — ОБЪЯСНЯЮ НА ПАЛЬЦАХ

Отличительной особенностью импульсных схем является широкое применение электронных ключей. Через идеальный разомкнутый ключ ток не протекает. Напряжение на идеальном замкнутом ключе равно нулю. Наиболее широкое применение в качестве электронных ключевых элементов находят транзисторные каскады, в первую очередь каскад с общим эмиттером ОЭ.

Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов.

Схема проверки транзисторов структуры p-n-p и n-p-n на.

Транзисторная импульсная и цифровая техника базируются на работе транзистора в качестве ключа. Замыкание и размыкание цепи нагрузки — главное назначение транзистора, работающего в ключевом режиме. По аналогии с механическим ключом, качество транзисторного ключа определяется остаточным напряжением на транзисторе в замкнутом открытом состоянии и остаточным током через транзистор в выключенном закрытом состоянии. Кроме того, транзисторный ключ должен быть быстродействующим , обеспечивать усиление сигнала по напряжению и мощности, т. Поэтому схема включения транзистора с общим эмиттером ОЭ , обеспечивающая инверсию входного сигнала, является наиболее предпочтительной.

Раньше, когда еще не было сверхмощных компьютеров и сверхскоростного интернета, сообщения передавали с помощью азбуки Морзе. В азбуке Морзе использовались три знака: точка, тире и… пауза. Чтобы передавать сообщения на далекие расстояния использовался так называемый телеграфный КЛЮЧ.

Транзисторы работающие как реле в ключевом режиме

Если нужно использовать транзистор в качестве «реле», то есть чтоб он или был полностью открыт, или полностью закрыт (не проводил ток совсем), лучше всего подключить его в конфигурации с общим эмиттером (если это биполярный транзистор) или с общим истоком, если используем полевой МОП-транзистор. В зависимости от того как требуется управлять нагрузкой и надо выбрать соответствующий транзистор:

• NPN (биполярный) или с каналом N-типа (MOSFET), если отрицательный кабель должен быть отключен, а положительный – подключен постоянно,
• PNP (биполярный) или с каналом P-типа (MOSFET), если положительный кабель должен быть отключен, а отрицательный подключен постоянно.

Все четыре варианта включения показаны на схемах ниже:

Чтобы включить такой транзистор, на его базу или затвор должно подаваться напряжение:

• выше, чем на эмиттер или исток (для транзисторов NPN или с каналом N)
• ниже, чем на эмиттер или исток (для транзисторов PNP или с каналом P).

Напряжение может поступать от микроконтроллера, оптрона или другой схемы управления, например компаратора. Вот как это делается на практике.

В случае биполярных транзисторов надо установить соответствующий высокий базовый ток. Только тогда транзистор может насыщаться и нормально функционировать как реле. А двухпозиционное транзисторное управление ограничит потери рассеиваемой мощности.

Если нужно использовать MOSFET, значение этого управляющего напряжения должно превышать пороговое напряжение UGSth транзистора в несколько раз. Затвор полевого МОП-транзистора не потребляет ток, когда он полностью открыт. Для перезарядки пропускной способности затвора требуется протекание тока. Также обратите внимание на максимальное напряжение затвор-исток, которое обычно составляет 12 – 20 В – подробности в даташите для данного транзистора. Превышение этого значения может привести к выходу из строя радиоэлемента.

Транзистор выключается путем приведения его напряжения база-эмиттер (или затвор-исток) к нулю. Самый простой способ сделать это – подключить управляющий вход к линии, к которой подключен эмиттер (или исток). Остерегайтесь PNP или P-канальных транзисторов – если схема управления запитана от напряжения ниже чем транзистор, его нельзя будет выключить. Тут необходимо использовать дополнительную схему управления или брать транзистор типа NPN (или с каналом N).

Резисторы R1 в каждом из решений отключают транзистор, когда управляющий сигнал не подан. Его сопротивление не критично, обычно принимают в пределах 10 – 100 кОм. Резисторы R2 ограничивают ток, протекающий через базы биполярных транзисторов, и их сопротивление можно рассчитать по формуле:

R2 = ((USTER – UBE) · bMIN) / (Icmax · k)

• Icmax – максимальный ток, который может потреблять нагрузка.
• bMIN – минимальное значение коэффициента усиления по току данного транзистора.
• USTER – базовое управляющее напряжение от цепи управления.
• UBE – напряжение в открытом состоянии база-эмиттер (около 0,7 В для обычных биполярных транзисторов, около 1,5 В для транзисторов Дарлингтона).
• k – коэффициент ограничения, определяющий степень насыщения транзистора. Предполагается, что должен быть 2 и более.

Резисторы R3 играют аналогичную роль – ограничивают ток затвора. Однако их значение не так критично, потому что они ограничивают ток только при переключении транзистора. Обычно можно использовать тоже 10 – 100 Ом.

Биполярный транзистор или полевой

Когда следует выбирать биполярный транзистор, а когда – полевой МОП-транзистор? В подавляющем большинстве устройств MOSFET победит – у него низкие потери мощности. Биполярный же транзистор стоит рассмотреть при низком управляющем напряжении (например, 1,8 В).

В схемах с биполярными транзисторами резисторы R1 подключались непосредственно рядом с управляющим выходом, а в случае полевых МОП-транзисторов – между затвором и истоком. В связи с этим они не принимают базовый ток биполярных транзисторов, необходимый для их надлежащего насыщения. С другой стороны, в случае полевых МОП-транзисторов резисторы R1 не оказывают такого большого влияния на их работу, потому что сопротивления R1 и R3 существенно различаются, R1 больше R3.

Далее приведены 4 примера управления Arduino нагрузкой, потребляющей ток до 0,5 А. Все питаются от 5 В.

Если данная нагрузка включает в себя катушку или двигатель, соответствующий защитный диод должен быть обязательно подключен параллельно к ней. Это защитит транзистор от повреждения во время его выключения при возникновении перенапряжения на индуктивности.

Управление полевым транзистором от микроконтроллера

При управлении полевыми МОП-транзисторами непосредственно с выхода микроконтроллера следует помнить о нескольких вещах: пороговое напряжение транзистора UGSth, входная емкость транзистора, уровень напряжения, если стоит P-канальный.

Резистор R2 (схема выше) удерживает транзистор закрытым при выключении микроконтроллера. Его сопротивление не критично, обычно его принимают в пределах 10 кОм – 100 кОм. С другой стороны, резистор R1 снижает ток потребляемый с выхода микроконтроллера, при изменении логического состояния. Точное значение определить сложно, поэтому оно может быть в диапазоне от 10 Ом до 100 Ом. Схема для MOSFET-P будет работать только тогда, когда напряжение питания микроконтроллера и схемы, управляемой транзистором, одинаковы.

Для полного открытия полевого МОП-транзистора требуется напряжение затвор-исток, в 2 – 3 раза превышающее пороговое напряжение. Если производитель указывает, что например у BUZ11, пороговое напряжение UGSth не более 4 В, то полное открытие произойдет при UGS = 8 – 12 В. Так что управление им с микроконтроллера на 5 В точно будет некорректным. Понадобится использовать транзистор с более низким пороговым напряжением, например IRLML0030, где максимальное UGSth = 2,3 В.

Входная емкость полевого МОП-транзистора составляет от нескольких сотен пикофарад до нескольких нанофарад. Выход микроконтроллера может проводить ток в несколько десятков миллиампер. Это означает, что время перезарядки затвора значительно. Например, току 20 мА требуется 1 мкс, чтобы перезарядить емкость 4 нФ на 5 В.

Ещё одна проблема возникнет только с транзисторами с каналом P-типа. Для их выключения необходимо довести напряжение затвор-исток до нуля, что предполагает уравнивание потенциала затвора с потенциалом истока. Следовательно, в такой схеме транзисторный исток может быть подключен к тому же напряжению, от которого запитан микроконтроллер, то есть 5 В. Управление транзистором (отключение) будет некорректным, если напряжение затвор-исток слишком сильно отличается от нуля.

Так что если: транзистор с высоким пороговым напряжением UGSth должен быть активирован, напряжение питания микроконтроллера очень низкое (например 1,8 В), сигнал ШИМ имеет высокую частоту, или транзистор с каналом P подключен к гораздо более высокому напряжение (например, 24 В), тогда необходимо использовать драйвер MOSFET. На рынке есть множество таких типов микросхем. Они обеспечат соответствующую скорость переключения и регулируют уровни напряжения. Пример – TC4426. Он работает с напряжением до 18 В и хорошо поддерживает выходы микроконтроллеров даже от 3,3 В.

Транзисторы — SparkFun Learn

Авторы:
Джимблом

Избранное

Любимый

83

Одним из наиболее фундаментальных применений транзистора является его использование для управления потоком энергии к другой части цепи, т. е. использование его в качестве электрического переключателя. Управляя им либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения, транзистор может создавать двоичный эффект включения/выключения переключателя.

Транзисторные переключатели являются важными элементами схемы; они используются для изготовления логических вентилей, которые затем используются для создания микроконтроллеров, микропроцессоров и других интегральных схем. Ниже приведены несколько примеров схем.

Транзисторный переключатель

Давайте рассмотрим самую простую схему транзисторного переключателя: переключатель NPN. Здесь мы используем NPN для управления мощным светодиодом:

Наш управляющий вход течет в базу, выход привязан к коллектору, а на эмиттере поддерживается фиксированное напряжение.

В то время как обычный переключатель требует физического переключения привода, этот переключатель управляется напряжением на базовом контакте. Вывод ввода-вывода микроконтроллера, такой как в Arduino, можно запрограммировать на переход в высокий или низкий уровень для включения или выключения светодиода.

Когда напряжение на базе превышает 0,6 В (или любое другое значение V _th вашего транзистора), транзистор начинает насыщаться и выглядит как короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Когда напряжение на базе меньше 0,6 В, транзистор находится в режиме отсечки — ток не течет, потому что это выглядит как разомкнутая цепь между C и E.

Вышеприведенная схема называется переключателем нижнего плеча , потому что переключатель — наш транзистор — находится на низком (заземленном) конце цепи. В качестве альтернативы мы можем использовать PNP-транзистор для создания переключателя верхнего плеча:

Подобно схеме NPN, база является нашим входом, а эмиттер привязан к постоянному напряжению. Однако на этот раз эмиттер подключен к высокому уровню, а нагрузка подключена к транзистору на стороне земли.

Эта схема работает так же хорошо, как коммутатор на основе NPN, но есть одно огромное отличие: чтобы включить нагрузку, база должна быть низкой. Это может вызвать осложнения, особенно если высокое напряжение нагрузки (V _CC (12 В, подключенный к эмиттеру V _E на этом рисунке) выше, чем высокое напряжение нашего управляющего входа. Например, эта схема не будет работать, если вы попытаетесь использовать Arduino с питанием 5 В для выключения двигателя с напряжением 12 В. В этом случае было бы невозможно выключить переключатель , потому что V _B (подключение к управляющему выводу) всегда будет меньше, чем V _E .

Базовые резисторы!

Вы заметите, что в каждой из этих схем используется последовательный резистор между управляющим входом и базой транзистора. Не забудьте добавить этот резистор! Транзистор без резистора на базе подобен светодиоду без токоограничивающего резистора.

Вспомним, что в каком-то смысле транзистор — это просто пара соединенных между собой диодов. Мы смещаем диод база-эмиттер в прямом направлении, чтобы включить нагрузку. Для включения диода требуется всего 0,6 В, большее напряжение означает больший ток. Некоторые транзисторы могут быть рассчитаны только на максимальный ток 10-100 мА, протекающий через них. Если вы подаете ток выше максимального номинала, транзистор может взорваться.

Последовательный резистор между нашим источником управления и базой ограничивает ток в базе . Узел база-эмиттер может получить счастливое падение напряжения 0,6 В, а резистор может снизить оставшееся напряжение. Значение резистора и напряжение на нем определяют ток.

Резистор должен быть достаточно большим, чтобы эффективно ограничивать ток, но достаточно мал, чтобы подавать на базу достаточный ток. Обычно бывает достаточно от 1 мА до 10 мА, но проверьте техническое описание вашего транзистора, чтобы убедиться в этом.

Цифровая логика

Транзисторы можно комбинировать для создания всех наших основных логических элементов: И, ИЛИ и НЕ.

(Примечание. В настоящее время МОП-транзисторы чаще используются для создания логических элементов, чем биполярные транзисторы. МОП-транзисторы более энергоэффективны, что делает их лучшим выбором.) , или вентиль НЕ:

Инвертор, построенный из транзисторов.

Здесь высокое напряжение на базе включит транзистор, который эффективно соединит коллектор с эмиттером. Так как эмиттер соединен с землей напрямую, коллектор тоже будет (правда, чуть выше, где-то около В _CE(сб) ~ 0,05-0,2 В). С другой стороны, если вход низкий, транзистор выглядит как разомкнутая цепь, а выход подтягивается до VCC

(На самом деле это фундаментальная конфигурация транзистора, называемая с общим эмиттером . Подробнее об этом позже.)

Логический элемент И

Вот пара транзисторов, используемых для создания 2-входового И-вентильного элемента :

2-входового И-вентильного элемента, построенного из транзисторов.

Если один из транзисторов выключен, то на выходе коллектора второго транзистора будет установлен низкий уровень. Если оба транзистора «включены» (базы обоих высокие), то выход схемы также высокий.

ИЛИ-вентиль

И, наконец, 2-входовой ИЛИ-вентиль :

2-входовой ИЛИ-вентиль, построенный на транзисторах.

В этой схеме, если один (или оба) A или B имеют высокий уровень, соответствующий транзистор включится и установит на выходе высокий уровень. Если оба транзистора закрыты, то через резистор на выходе подается низкий уровень.

Н-мост

Н-мост представляет собой схему на основе транзисторов, способную управлять двигателями как по часовой, так и против часовой стрелки . Это невероятно популярная схема — движущая сила бесчисленных роботов, которые должны быть в состоянии двигаться как вперед , так и назад.

По сути, Н-мост представляет собой комбинацию из четырех транзисторов с двумя входными линиями и двумя выходами:

Догадаетесь, почему он называется Н-мостом?

(Примечание: обычно хорошо спроектированный H-мост включает в себя обратные диоды, базовые резисторы и триггеры Шмидта. )

Если на оба входа подается одинаковое напряжение, выходы двигателя будут одинаковы напряжения, и двигатель не сможет вращаться. Но если два входа противоположны, двигатель будет вращаться в одном или другом направлении.

The H-bridge has a truth table that looks a little like this:

. Оборок. Обо Возбуждение — это цепь, что СИДЕР СИДЕР. Генераторы используются во всех видах схем: от простого мигания светодиода до создания тактового сигнала для управления микроконтроллером. Существует множество способов создания схемы генератора, включая кварцевые кристаллы, операционные усилители и, конечно же, транзисторы.

Вот пример колебательного контура, который мы называем нестабильным мультивибратором . Используя обратную связь , мы можем использовать пару транзисторов для создания двух взаимодополняющих колебательных сигналов.

Помимо двух транзисторов, ключом к этой схеме являются конденсаторы. Крышки попеременно заряжаются и разряжаются, в результате чего два транзистора попеременно включаются и выключаются.

Анализ работы этой схемы является прекрасным исследованием работы как конденсаторов, так и транзисторов. Для начала предположим, что C1 полностью заряжен (сохраняет напряжение около В _CC ), C2 разряжен, Q1 включен, а Q2 выключен. Вот что происходит после этого:

• Если Q1 включен, то левая пластина C1 (на схеме) подключена примерно к 0В. Это позволит C1 разрядиться через коллектор Q1.
• Пока C1 разряжается, C2 быстро заряжается через резистор с меньшим номиналом — R4.
• Как только C1 полностью разрядится, его правая пластина поднимется примерно до 0,6 В, что включит Q2.
• На данный момент мы поменяли местами состояния: C1 разряжен, C2 заряжен, Q1 выключен, а Q2 включен. Теперь мы делаем тот же танец в другую сторону.
• Включение Q2 позволяет C2 разряжаться через коллектор Q2.
• Пока Q1 выключен, C1 может относительно быстро заряжаться через R1.
• Как только C2 полностью разрядится, Q1 снова включится, и мы вернемся в исходное состояние.

Это может быть трудно понять. Вы можете найти другую отличную демонстрацию этой схемы здесь.

Выбрав определенные значения для C1, C2, R2 и R3 (и оставив R1 и R4 относительно низкими), мы можем установить скорость нашей схемы мультивибратора:

Таким образом, при значениях конденсаторов и резисторов, установленных на 10 мкФ и 47 кОм соответственно, частота нашего генератора составляет около 1,5 Гц. Это означает, что каждый светодиод будет мигать примерно 1,5 раза в секунду.

Как вы уже, наверное, видите, существует тонна схем, в которых используются транзисторы. Но мы едва поцарапали поверхность. Эти примеры в основном показывают, как транзистор можно использовать в режимах насыщения и отсечки в качестве переключателя, но как насчет усиления? Время для большего количества примеров!

Конфигурации транзисторных схем » Примечания по электронике

В схемах транзисторов

используется одна из трех конфигураций транзисторов: общая база, общий коллектор (эмиттерный повторитель) и общий эмиттер — одна из них выбирается в процессе проектирования электронной схемы.

Учебное пособие по проектированию схем транзисторов Включает:
Расчет схем транзисторов
Конфигурации цепи
Общий эмиттер
Схема с общим эмиттером
Повторитель эмиттера
Общая база

См. также:
Типы транзисторных схем

При рассмотрении конструкции электронной схемы для транзисторной схемы можно использовать три различные базовые конфигурации схемы.

Три различных конфигурации схемы транзистора: общий эмиттер, общая база и общий коллектор (эмиттерный повторитель). Эти три конфигурации схемы имеют разные характеристики, и для схемы будет выбран один тип в зависимости от того, что требуется.

Каждый из них имеет различные свойства с точки зрения коэффициента усиления, входного и выходного импеданса и т. д., и в результате в процессе проектирования электронной схемы будет выбрана конкретная конфигурация.

Каждая из различных топологий транзисторов имеет входы и выходы, применяемые к разным точкам, с одной клеммой, общей для входа и выхода.

В дополнение к выбору правильной конфигурации схемы или топологии на этапе проектирования электронной схемы, чтобы обеспечить требуемую базовую производительность, вокруг транзистора размещаются дополнительные электронные компоненты: обычно это резисторы и конденсаторы, а значения рассчитываются для получения точной требуемой производительности. .

Как выбор топологии, так и расчет номиналов электронных компонентов являются ключевыми элементами процесса проектирования электронных схем.

Конфигурация схемы транзистора

Название трех основных конфигураций транзисторов указывает на клемму транзистора, которая является общей как для входной, так и для выходной схемы. Это приводит к трем терминам: общая база, общий коллектор и общий эмиттер.

Транзистор 2N3553 в металлическом корпусе ТО39

Термин «заземленный», то есть заземленная база, заземленный коллектор и заземленный эмиттер, также может использоваться в некоторых случаях, поскольку сигнал общего элемента обычно заземлен.

Существуют конфигурации эквивалентных схем для полевых транзисторов, а также термоэлектронных клапанов/вакуумных ламп. Эти конфигурации имеют одинаковые типы свойств, хотя и немного модифицированные для типа используемого электронного устройства.

Для полевых транзисторов используются такие термины, как общий сток, общий исток и общий затвор, а для клапанов/трубок терминология включает общий катод, общий анод и общую сетку.

Конфигурация транзистора с общей базой

В алфавитном порядке это первая конфигурация транзистора, но, вероятно, она используется реже всего.

Эта конфигурация транзистора обеспечивает низкий входной импеданс при высоком выходном импедансе. Несмотря на высокое напряжение, коэффициент усиления по току низкий, а общий коэффициент усиления по мощности также низок по сравнению с другими доступными конфигурациями транзисторов. Другая существенная особенность этой конфигурации заключается в том, что вход и выход находятся в фазе.

Эта конфигурация транзистора, вероятно, используется реже всего, но она дает преимущества, заключающиеся в том, что база, общая для входа и выхода, заземлена, и это дает преимущества в уменьшении нежелательной обратной связи между выходом и входом для различных приложений проектирования радиочастотных цепей. Это происходит потому, что база, которая физически является электродом между эмиттером и коллектором, заземлена, тем самым обеспечивая барьер между ними.

В результате конфигурация с общей базой обычно используется для ВЧ-усилителей, где повышенная изоляция между входом и выходом обеспечивает более высокий уровень стабильности и снижает вероятность нежелательных колебаний. Как подтвердит любой, кто занимается радиочастотным проектированием, это очень полезный атрибут.

Кроме того, низкий входной импеданс часто может обеспечить хорошее согласование с 50 Ом, что является полезным свойством для многих сценариев проектирования ВЧ.

Схема общей базы транзисторов

Узнайте больше о . . . . Транзисторный усилитель с общей базой.

Общий коллектор (эмиттерный повторитель)

Конфигурация схемы с общим коллектором, возможно, более широко известна как эмиттерный повторитель, потому что напряжение эмиттера следует за напряжением базы, хотя оно ниже по напряжению на величину, равную напряжению включения перехода база-эмиттер.

Повторитель с общим коллектором и эмиттером имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Коэффициент усиления по напряжению равен единице, хотя коэффициент усиления по току высок. Входной и выходной сигналы совпадают по фазе.

Ввиду этих характеристик конфигурация эмиттерного повторителя широко используется в качестве буферной схемы, обеспечивающей высокий входной импеданс для предотвращения нагрузки предыдущего каскада и низкий выходной импеданс для управления последующими каскадами.

Конфигурация цепи транзистора с общим коллектором

Как видно из диаграммы, в этой конфигурации транзистора электрод коллектора является общим как для входной, так и для выходной цепи. Несколько дополнительных электронных компонентов используются с резистором для эмиттера, возможно, конденсаторами на входе и выходе и резисторами смещения на базе, если это необходимо. В некоторых случаях эмиттерный повторитель может быть напрямую соединен с предыдущим каскадом, поскольку выходное постоянное напряжение может подходить для схемы повторителя. Это означает, что требуется очень мало дополнительных электронных компонентов.

Подробнее о . . . . Усилитель на транзисторах с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Конфигурация транзистора с общим эмиттером

Эта конфигурация транзистора, вероятно, наиболее широко используется. Схема обеспечивает средний уровень входного и выходного импеданса. Усиление как по току, так и по напряжению можно охарактеризовать как среднее, но выходной сигнал является обратным входному, то есть изменение фазы на 180°. Это обеспечивает хорошую общую производительность и часто является наиболее широко используемой конфигурацией.

Конфигурация схемы транзистора с общим эмиттером

Как видно из схемы, в этой конфигурации транзистора эмиттерный электрод является общим как для входной, так и для выходной цепи.

Подробнее о . . . . Усилитель на транзисторах с общим эмиттером.

Сводная таблица конфигурации схемы транзистора

В таблице ниже приведены основные характеристики различных конфигураций транзисторов. При проектировании транзисторной схемы важным аспектом является не только коэффициент усиления, но и такие параметры, как входное и выходное сопротивление.

Дополнительные электронные компоненты

Какая бы форма подтверждения транзистора ни была выбрана на этапе проектирования электронной схемы, вокруг транзистора потребуются дополнительные компоненты: резисторы для установки точек смещения и конденсаторы для обеспечения связи и развязки.

Схема транзистора с общим эмиттером, показывающая дополнительные компоненты, необходимые для обеспечения смещения, связи и развязки и т. д.

В этой схеме усилителя с общим эмиттером базовая конфигурация задает базовые условия схемы: средний входной импеданс, средний выходной импеданс, приемлемое напряжение выигрыш и тому подобное. Затем рассчитываются дополнительные электронные компоненты, чтобы обеспечить требуемые рабочие условия помимо этого.

Каждый из электронных компонентов должен быть рассчитан на этапе проектирования электронной схемы, чтобы обеспечить требуемую производительность.

Хотя общий эмиттер, вероятно, чаще всего будет встречаться с электронными компонентами, такими как резисторы и конденсаторы, при использовании для проектирования радиочастотных цепей такие компоненты, как катушки индуктивности и трансформаторы, также могут быть включены в схему. То же самое верно и для других конфигураций транзисторных схем.

Наиболее часто используемой схемой является схема с общим эмиттером, которая используется во многих каскадах усилителя, обеспечивающих усиление по напряжению.