Применение биполярного транзистора для усиления

Транзистор - это элемент радиоэлектонной аппаратуры, позволяющий управлять большим током через отдельный вывод. Транзисторы применяются в схемах комутации, усиления и генерирования.

Общее строение транзистора - это три вывода, один управляющий и два комутирующих. В биполярном транзисторе управляющий вывод называется базой, в полевом транзисторе затвором. Комутирующие выводы в биполярном транзисторе называются эмиттер (emission - испускать) и коллектор (collect - собирать). В полевом транзисторе комутирующие выводы называются исток (источник заряда) и сток (сбор заряда).

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор имеет три вывода - один управляющий, база, и два коммутирующих - эмиттер и коллектор. Ток в транзисторе имеет два потока: один из них - ток база-эмиттер, второй - эмиттер-коллектор. Поскольку нет движения тока база-коллектор, то для краткости используют названия ток базы и ток коллектора.

При увеличении напряжения на базе относительно эмиттера, на базе образуются электроны, которые создают мостик, позволяющий идти электронам между эмиттером к коллектором. Соответственно, чем больше электронов на базе - тем больший ток проходит между коммутируемыми выводами.

Биполярные транзисторы бывают двух видов, NPN и PNP. В транзисторе N обозначает отрицательный (negative), P - положительный (positive). NPN образовывает "мостик" при положительном напряжении база-эмиттер, PNP при отрицательном, ток, соответственно, в этих транзисторах течёт в разные стороны.

Основная характеристика биполярного транзистора - это коэффициент усиления по току, hfe, показывающий отношение увеличения тока коллектора при увеличении тока базы. При этом, напряжение база-эмиттер имеет свои ограничения.

Расчет биполярного транзистора

Рассмотрим транзистор BC547. Любой импортный транзистор сопровождается технической спецификацией (datasheet): спецификация на транзистор BC547.

Для расчёта нам потребуется определить силу тока, которая будет протекать через элемент нагрузки. Возьмём светодиод и экспериментально уточним, что его сопротивление равно 33 Ом и необходимое напряжение равно 1,65 В. Из этих данных получаем силу тока, равную 50 мА:

Закон Ома:
I = U/R = 1.65/33 = 0.05 А = 50 мА

Поскольку транзистор занимается управлением тока коллектора током базы, нам необходимо определить ток базы для поддержания тока 50 мА через коллектор. Обратимся к технической документации, на графике №3 изображена зависимость hfe от тока коллектора. В нашем случае ток коллектора равен 50 и коэффициент усиления по току равен 110.

Ib = Ic/hfe = 50 / 110 = 0.46 мА = 460 мкА

В зависимости от тока базы, на коллекторном переходе создаётся падение напряжение, данные размещены на графике №1, статическая характеристика. При токе базы в 460 мкА, напряжение на коллекторе будет порядка 0.9 В, соответственно, для поддержания 1.65 В на светодиоде необходимо подключить источник питания 2,55 В

Исходя из графика №2, напряжение на базе должно составлять около 0.75 В, создадим требуемое напряжение и ток применив резистор. Поскольку напряжение питания составляет 2.55 В, имеет смысл использовать его же для питания базы:

R = U/I = (2.55-0.75) В / 0.45 мА = 4000 Ω

Проведём моделирование в программе qucs:

моделирование простейшего усилителя на транзисторе BC547

Изображение 1. Моделирование простейшего усилителя на транзисторе BC547

В моделировании мы видим отличие значений тока и напряжения от расчётных:

ПараметрРасчётное значениеСмоделированое значение
Ток базы460 мкА436 мкА
Ток коллектора50 мА72 мА
Напряжение на коллекторе0.9 В0.8 В

В реальной схеме значения также будут отличаться от смоделированных и расчитанных, но незначительно, для каждого конкретного случая производится подбор значений напряжений и номиналов производится экспериментально.

Скачать статью в формате PDF.

Вам понравилась статья? Да / Нет (не требуется регистрации или чего-либо ещё, просто нажать)

Порекомендуйте статью своим друзьям:




Если Вы что-то не поняли - спросите это у нас:

Электроника

1. Биполярный транзистор

Биполярный транзистор, устройство и применение в качестве усилителя

Статистика

Физика

Термодинамика

Метрология

Химия

Высшая математика

Автоматика

Экология

Новости




© 2015-2017 - K-Tree.ru
Копия материалов, размещённых на данном сайте, допускается только по письменному разрешению владельцев сайта.
По любым вопросам Вы можете связаться по почте info@k-tree.ru