Электроника для начинающих

8. Соединяем столбец 14 с красной положительной полосой для источника питания с помощью небольшой перемычки.

9. Подключаем провода батарейки к двум полосам для источника питания в зависимости от заряда.

При подключении батарейки на 9В, светодиод загорится, потому что мы подаем на базу транзистора ток, который «открывает кран». Ток, приходящий на базу, рассчитывается с помощью закона Ома:

Данное значение тока может показаться незначительным, но его достаточно для того, чтобы «открыть кран», то есть заставить транзистор работать в режиме насыщения. Следует записать более точную формулу для расчета тока:

Нам необходимо вычесть 0,5 В, так как транзистор образован из полупроводников переменного типа и между базой и эмиттером мы имеем нечто похожее на диод. Когда этот диод находится в прямом смещении (ток течет по направлению стрелки), на его выводах сосредоточенно напряжение 0,5 В, которое мы должны вычесть, чтобы получить правильное напряжение на резисторе.

Когда транзистор находится в режиме насыщения, ток может течь между коллектором и эмиттером и ограничиваться только компонентами, которые последовательно соединяются с эмиттером или коллектором: лучше всего всегда подключать резистор во избежание короткого замыкания и сгорания транзистора.

Рис. 4.13.

Между базой и эмиттером мы имеем PN-переход, на котором мы должны иметь по крайней мере 0,5 В для включения транзистора

Транзистор в инверсном режиме

Как закрыть кран? Если заземлить базу, то ток не будет циркулировать, а транзистор будет работать как разомкнутый переключатель. Диод (или р-n переход) между базой и эмиттером больше не находится в прямом смещении, потому как и на базе и на эмиттере напряжение составляет 0 В, поэтому транзистор будет выключен. Для включения транзистора, напряжение между базой и эмиттером должно составлять не менее 0,5 В.

Попробуем изменить собранную нами недавно пробную цепь: подключим сопротивление 1 кОм между базой транзистора и отрицательным выводом источника питания. Как и ожидалось, светодиод погаснет.

Рис. 4.14. База транзистора заземлена, переход база-эмиттер имеет нулевое напряжение: транзистор в инверсном режиме

Транзистор в активном режиме

Теперь заставим транзистор работать в промежуточном режиме, в котором цепь не является ни полностью разомкнутой, ни замкнутой. В этом случаепринято считать, что транзистор находится в активном режиме, и вы можете использовать его в качестве усилителя сигнала. Ток базы равен нескольким микроамперам, а ток между эмиттером и коллектором изменяется пропорционально изменению тока базы (I_Б). В техническом описании транзистора модели 2N2222 показывается график, в котором изображены кривые, описывающие изменение тока коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером. На том же графике построены несколько наложенных сверху кривых. Каждая кривая соответствует разному значению тока базы. Если мы решили работать с током базы, равным 0,5 мА, то из множества кривых нам понадобится только одна, соответствующая данному току.

Рис. 4.15. График рабочих кривых транзистора. Для каждого значения тока базы мы должны выбрать одну из кривых. Когда Vкэ превышает минимальное значение, равное 0,3 В, ток коллектора принимает постоянное значение

Используем схему на рис. 4.12, которую мы уже собирали на макетной плате. Но в этот раз изменим значение сопротивления, подключенного к базе, и назовем его R, ток базы будет равен 0,5 мА.

Рис. 4.16. С помощью резистора, подключенного между источником питания и базой, мы устанавливаем ток базы транзистора

Цепь питается от батарейки 9 В, поэтому падение напряжения на выводах резистора будет равно 8,5 В, то есть от 9 В батарейки мы вычитаем 0,5 В для соединения между базой и эмиттером.

Округлим значение сопротивления R до 18 кОм.

Теперь давайте посмотрим, как вычислить ток, протекающий в коллекторе (I_К). В биполярном транзисторе существует прямая связь между I и I: ток коллектора равен току базы, умноженному на число (коэффициент усиления). В техническом описании коэффициент носит название «бета» (или греческой буквой (β), это переменный коэффициент, и его значения могут меняться даже среди транзисторов одного и того же типа, поэтому она всегда записывается как диапазон значений (например, от 150 до 220). Можно записать правило:

I = β – I