Электроника для начинающих

Это ток, который циркулирует между коллектором и эмиттером при условии, что U больше, чем 0,3 В, в противном случае транзистор будет выключен. Напряжение U_кэ зависит от сопротивления, подключенного к эмиттеру или коллектору биполярного транзистора. В нашем случае имеется только R_к, поэтому выходная цепь состоит из U_кэ, из напряжения на R_к и источника питания на 9 В. Двигаясь по цепи, можем рассчитать:

U = U_кэ + i_к · R_к

Поэтому: U_кэ = U – i_к

· R_к

Если R равно 10 кОм, имеем:

Uкэ = 9 (В) – 12 (мА) · 10 (кОм) = 9 (В) – 120 (В) = −111 (В)

С источником питания на 9 В такое значение напряжения невозможно, это означает, что в действительности U_кэ будет равно 0 В, поэтому транзистор будет выключен. Попробуем уменьшить значение напряжения R_к до 1 кОм:

U = 9 (В) – 12 (мА) · 1 (кОм) = 9 (В) – 12 (В) = −3 (В)

И в этом случае ток не будет течь, но с R равным 100 Ом:

U = 9 (В) – 12 (мА) · 100 (Ом) = 9 (В) – 1,2 (В) = 7,8 (В)

Теперь транзистор будет работать должным образом. Мы также могли бы сначала установить требуемое значение U, чтобы затем определить R. Предположим, что значение U вдвое меньше напряжения на источнике питания и, следовательно, равно 4,5 В. Затем определяем наиболее подходящее значение сопротивления R. Исходя из формулы:

U = U i R

Рассчитаем R:

Подставляя значения U = 4.5 В, U = 9 В и I = 12 мА, находим:

Отсюда следует, что мы можем использовать резистор на 390 Ом, потому что из стандартных это сопротивление ближе всего к нашим расчетам. Таким образом, транзистор включен в центральном диапазоне его работы, поэтому если приложить сигнал к базе, он будет усиливаться. Сигналы не применяются непосредственно к цепи, а используются конденсаторы для блокировки постоянных напряжений, которые могут повлиять на работу транзистора. Конденсаторы изолируют цепь, пропуская только переменный ток.

Добавим два электролитических конденсатора на несколько десятков микрофарад, расположим один на входе, а другой на выходе нашей цепи.

Рис. 4.21. Схема усилителя на транзисторе с электролитическими конденсаторами на входе и выходе

На практике в такой электрической цепи также участвует сопротивление на эмиттере. Это сопротивление играет роль стабилизатора работы усилителя. Обычно параллельно с R подключается конденсатор на несколько десятков микрофарад, так что компонент работает только для смещения. В присутствии изменяющихся сигналов конденсатор ведет себя как короткое замыкание, так что сопротивление эмиттера исчезает, обеспечивая большую эффективность.

Схемы всегда поддерживают эти два режима работы: в первом случае контролируется напряжение источника питания и смещение компонентов, то есть обеспечиваются оптимальные условия работы, во втором случае контролируются сигналы, изменяющиеся с течением времени. Когда данное условие соблюдается, конденсаторы можно рассматривать как короткие замыкания, а источники питания могут быть проигнорированы. Данный режим также носит название «малые сигналы». На самом деле режимы работы на смещение и малые сигналы могут сосуществовать.

Существует принцип, который называется «наложение эффектов», предполагающий, что для понимания принципов работы статические и динамические явления могут рассматриваться отдельно, а затем заново соединяться без дальнейших значимых изменений.

Рис. 4.22. Конечная схема усилителя на транзисторе

Измерение транзисторов

Сложно определить с первого раза коэффициент β транзистора. Иногда, у вас в руках могут оказаться компоненты сомнительного происхождения или от старой электронной схемы. Многие современные мультиметры имеют функцию тестирования транзистора для определения типа, NPN или PNP, и его значения β. На мультиметре существует ряд отверстий, обозначенных буквами Е, В, С, в которые подключаются компоненты для тестирования.

Подключив выводы компонента в отверстия, поворачиваем центральный переключатель в положение NPN или PNP, на дисплее должно появиться значение β. Если ничего не происходит, если значение равно нулю или если дисплей мигает, убедитесь в правильном подключении транзистора или попробуйте другую конфигурацию. Методом проб и ошибок попытайтесь попробовать все комбинации, чтобы убедиться в работе биполярного транзистора.

Рис. 4.23. Тестирование транзистора с помощью функции тестирования на мультиметре

Полевой транзистор

Полевой транзистор представляет собой устройство с тремя выводами, полученное путем комбинирования полупроводниковых материалов, однако он отличается от биполярного транзистора. В полевых транзисторах имеется основной канал, в котором течет ток, и два электрода в центральной области, образованные из полупроводника, образующего p-n-переход и сходного по поведению с диодом. Когда p-n-переход смещен в обратном направлении, это может ограничить или предотвратить прохождение тока в основном канале.