Біполярний транзистор
2- Електричні характеристики транзистора NPN
Електричні характеристики біполярного транзистора є односпрямованими. Тому ми можемо об’єднати їх на одній площині.
- Функція Ic = f (Vce) регулюється значенням струму бази. Це, по суті, має дві сфери; частина, де Ic не дуже змінна для значення Ib, - це лінійний режим, кутова частина, де транзистор перебуває в насиченому режимі.
- Функція Vbe = f (Ib) є функцією PN-з'єднання між базою та передавачем.
- Функція Ic = f (Ib) характеризує "ефект транзистора" в лінійному режимі. Це лінія нахилу b (порядок величини b »100)
- В лінійному режимі Ic »b .Ib та в насиченому режимі Ic b .Ib
- У насиченому режимі Vce 3- Комутаційний транзистор
Приклад структури
Якщо Ve = 0, транзистор заблокований.
Транзистор насичений, якщо Ic b .Ib, тобто якщо Vcc/Rc b (Ve - Vbe)/Rb
Приклад управління реле:
Транзистор дає можливість управляти реле у всьому або нічого з сигналу Ve. Реле R містить між своїми клемами котушку, яку можна порівняти з індуктивністю L послідовно з опором r. Діод D - це діод вільного ходу, який забезпечує безперервність струму в індуктивності реле, коли транзистор заблокований. Без діода D відбудеться руйнівна перенапруга для транзистора.
4- Транзистор в посиленні
Транзистор є односпрямованим компонентом, для посилення синусоїдальних сигналів необхідно додати компонент постійного струму, який називається "поляризацією", до кожної величини, яка вимагає транзистор. Тоді X = X0 + x, де x - сигнал, що підсилюється, а X0 - складова постійного струму. У всіх випадках для транзистора NPN X> 0. Тому складова постійного струму X0 повинна бути більшою за амплітуду x.
У лінійному режимі застосовується принцип суперпозиції, тому ми будемо розрізняти дослідження поляризації та посилення сигналів.
4.1- Модель транзистора в малих сигналах
Фіксована поляризація Vbe0, Ib0, Ic0, Vce0. Робоча точка транзистора рухається навколо поляризації, коли подаються малі сигнали, що підсилюються. Що стосується малих сигналів, властивості транзистора характеризуються нахилами дотичних у точках поляризації. Це параметри транзистора в малих сигналах. Вони змінюються залежно від вибору точки поляризації.
Виведемо рівняння для малих сигналів:
vbe = rbe.ib
ic = b .ib
ic = b .ib + vce/r
Згідно з цими рівняннями, в малих сигналах транзистор можна змоделювати за допомогою наступного електричного кола:
4.2- Поляризація транзистора
У структурі 1:
Ic0 = b. (Vcc - Vbe0)/R1
Точка відпочинку багато в чому залежить від b. Але b варіюється від одного транзистора до іншого, хоча посилання однакове і для того самого транзистора залежить від температури. Тому цей дуже простий монтаж складно використовувати.
У структурі 2:
Міст R1, R2 на Vcc можна замінити моделлю Thévenin:
Ic0 = b. (Vb - Vbe0)/(Rb + [b +1] .Re)
Вибравши Rb слабким перед [b +1] Re, тоді Ic0 ”(Vb - Vbe0)/Re стає практично нечутливим до b .
Тому в структурі 2 точка поляризації стабільна за температурою, і можлива взаємозамінність транзисторів.
4.3- Спільний підсилювач передавача
Структура 2 зберігається для створення поляризації. Малі сигнали, що підсилюються, вводяться через з'єднувальний конденсатор Ce. Таким чином, поляризація не змінюється підключенням генератора ve. Аналогічно, навантаження RL подається через з'єднувальний конденсатор Cs. Конденсатор С дозволяє своїм дуже низьким імпедансом порівняно з Re в смузі пропускання застосовувати ve на переході базовий емітер.
Джерело постійної напруги Vcc є нульовим джерелом напруги в малих сигналах.
Для малих сигналів і в смузі пропускання конденсатори зв'язку Ce і Cs, а також C мають незначні імпеданси порівняно з ланцюгами, і структура поводиться так, як показано на наступній схемі:
- Підсилення напруги в смузі пропускання:
Av = vs/ve = - b (r // Rc // RL)/rbe - Вхідний опір підсилювача в смузі пропускання:
Ze = (R1 // R2 // rbe) - Вихідний опір в смузі пропускання:
Zs = (Rc // r)
Ця структура поводиться як інвертуючий підсилювач.
4.4- Спільний колекторний підсилювач
Джерело постійної напруги Vcc є нульовим джерелом напруги в малих сигналах.
Для малих сигналів і в смузі пропускання конденсатори зв’язування Ce і Cs мають незначні імпеданси порівняно з ланцюгами, і структура поводиться так, як показано на наступній схемі:
- Підсилення напруги в смузі пропускання:
Av = vs/fr »1 - Вхідний опір підсилювача в смузі пропускання:
Ze = (R1 // R2 // [rbe + b < r //Re//RL>])) - Вихідний опір в смузі пропускання:
Zs = rbe/(b +1)
Ця структура поводиться як наступний каскад із відносно високим вхідним опором і низьким вихідним опором.
4.5 - Підсилювач загальної бази
Джерело постійної напруги Vcc є нульовим джерелом напруги в малих сигналах.
Для малих сигналів і в смузі частот конденсатори Ce і Cs мають незначний імпеданс порівняно з ланцюгом, і структура поводиться так, як показано на наступній схемі (якщо вважати r дуже великим):
- Підсилення напруги в смузі пропускання:
Av = vs/ve = b (Rc // RL)/rbe - Вхідний опір підсилювача в смузі пропускання:
Ze = (Re // rbe) - Вихідний опір в смузі пропускання:
Zs = Rc
Ця структура поводиться як неінвертуючий підсилювач.
5- Транзисторні структури
5.1 - Дарлінгтонський збірник
У лінійному режимі (Vce> 2В):
Ic = Ic1 + Ic2 = b 1.Ib1 + b 2.Ib2 = b 1.Ib1 + b 2 (b 1 + 1) Ib1 »b 1. b 2.Ib1
Структура працює як біполярний транзистор, що має дуже велике посилення струму.
Але рівень насиченості Vcesat високий, Vcesat = Vce1sat + Vbe2 »1,5 В
Поріг Vbe = Vbe1 + Vbe2 »1,4В
5.2- етап "push push"
T1 і T2 є додатковими транзисторами з однаковим посиленням b .
Якщо Is> 0, то T1 працює IC1 »Is і T2 блокується Ic2 = 0
Якщо Is »-Is і T1 заблоковано Ic1 = 0
У лінійному режимі ([Vcc-1Volt]> Vs> [-Vcc + 1Volt]), Is »b .Ib
Структура є підсилювачем каскаду струму.
Але Vbe = 0,7 В, якщо Is> 0 та -0,7 V, якщо Is спотворення сигналу Vs щодо Ve. З цією несправністю конструкція є послідовником напруги.
Якщо сцену розмістити в ланцюзі дії циклічної системи, спотворення на виході можна усунути. Наприклад: тут Vs = Ve і спотворення передається на вихід ALI.