Схема на транзисторах: Основные схемы включения транзисторов

Содержание

Схемы усилителей мощности на транзисторах, самодельные УНЧ и УМЗЧ

Радиоэлектроника, схемы, статьи и программы для радиолюбителей.
  • Схемы
    • Аудио аппаратура
      • Схемы транзисторных УНЧ
      • Схемы интегральных УНЧ
      • Схемы ламповых УНЧ
      • Предусилители
      • Регуляторы тембра и эквалайзеры
      • Коммутация и индикация
      • Эффекты и приставки
      • Акустические системы
    • Спецтехника
      • Радиомикрофоны и жучки
      • Обработка голоса
      • Защита информации
    • Связь и телефония
      • Радиоприёмники
      • Радиопередатчики
      • Радиостанции и трансиверы
      • Аппаратура радиоуправления
      • Антенны
      • Телефония
    • Источники питания
      • Блоки питания и ЗУ
      • Стабилизаторы и преобразователи
      • Защита и бесперебойное питание
    • Автоматика и микроконтроллеры
      • На микроконтроллерах
      • Управление и контроль
      • Схемы роботов
    • Для начинающих
      • Эксперименты
      • Простые схемки
    • Фабричная техника
      • Усилители мощности
      • Предварительные усилители
      • Музыкальные центры
      • Акустические системы
      • Пусковые и зарядные устройства
      • Измерительные приборы
      • Компьютеры и периферия
      • Аппаратура для связи
    • Измерение и индикация
    • Бытовая электроника
    • Автомобилисту
    • Охранные устройства
    • Компьютерная техника
    • Медицинская техника
    • Металлоискатели
    • Оборудование для сварки
    • Узлы радиаппаратуры
    • Разные схемы
  • Статьи
    • Справочная информация
    • Аудиотехника
    • Для начинающих
    • Микроконтроллеры
    • Автоматика и управление
    • Радиолюбительские рассчеты
    • Ремонт и модернизация
    • Связь
    • Электроника в быту
    • Альтернативная энергия
    • Полезные советы и знания
    • История радио, факты и личности
    • Радиоюмор
  • Программы
  • Полезности
    • Сайты
    • Словарь
    • Вопросы и ответы по сайту
    • Карта сайта
  • Форум

Простейшие усилители низкой частоты на транзисторах

Усилители низкой частоты (УНЧ) используют для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для непосредственного восприятия через электродинамические или иные излучатели звука.

Заметим, что высокочастотные усилители до частот 10… 100 МГц строят по аналогичным схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, во сколько частота высокочастотного сигнала превосходит частоту низкочастотного.

Простой усилитель на одном транзисторе

Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером, показан на рис. 1. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль. Допустимое напряжение питания для этого усилителя 3…12 В.

Величину резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, поскольку его оптимальная величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля, коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.

Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор.

Для выбора начального значения резистора R1 следует учесть, что его величина примерно в сто и более раз должна превышать сопротивление, включенное в цепь нагрузки.

Для подбора резистора смещения рекомендуется последовательно включить постоянный резистор сопротивлением 20…30 кОм и переменный сопротивлением 100… 1000 кОм, после чего, подав на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, вращением ручки переменного резистора добиться наилучшего качества сигнала при наибольшей его громкости.

Величина емкости переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в пределах от 1 до 100 мкФ: чем больше величина этой емкости, тем более низкие частоты может усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 — 4).

Улучшениые варианты однотранзисторного усилителя

Усложненные и улучшенные по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителей приведены на рис. 2 и 3. В схеме на рис. 2 каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотнозависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор С2), улучшающей качество сигнала.

Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.

 

Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.

 

Рис. 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы транзистора.

В схеме на рис. 3 смещение на базу транзистора задано более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество работы усилителя при изменении условий его эксплуатации. «Автоматическая» установка смещения на базе усилительного транзистора применена в схеме на рис. 4.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах

Соединив последовательно два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Усиление такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления отдельно взятых каскадов. Однако получить большое устойчивое усиление при последующем наращивании числа каскадов нелегко: усилитель скорее всего самовозбудится.

Рис. 5. Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ.

Новые разработки усилителей НЧ, схемы которых часто приводят на страницах журналов последних лет, преследуют цель достижения минимального коэффициента нелинейных искажений, повышения выходной мощности, расширения полосы усиливаемых частот и т.д.

В то же время, при наладке различных устройств и проведении экспериментов зачастую необходим несложный УНЧ, собрать который можно за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное число дефицитных элементов и работать в широком интервале изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Схема УНЧ на полевом и кремниевом транзисторах

Схема НЧ с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется номиналом потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. На выход усилителя можно подключать нагрузку сопротивлением от 2…4 до 64 Ом и выше.

При высокоомной нагрузке в качестве VT2 можно использовать транзистор КТ315. Усилитель работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 3 до 15 В, хотя приемлемая работоспособность его сохраняется и при снижении напряжения питания вплоть до 0,6 В.

Емкость конденсатора С1 может быть выбрана в пределах от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 =100 мкФ) УНЧ может работать в полосе частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.

Рис. 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.

Амплитуда входного сигнала УНЧ не должна превышать 0,5…0,7 В. Выходная мощность усилителя может изменяться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и величины питающего напряжения.

Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливают напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50…60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 должен быть установлен на теплоотводя-щей пластине (радиаторе).

Трекаскадный УНЧ с непосредственной связью

На рис. 7 показана схема другого внешне простого УНЧ с непосредственными связями между каскадами. Такого рода связь улучшает частотные характеристики усилителя в области нижних частот, схема в целом упрощается.

Рис. 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами.

В то же время настройка усилителя осложняется тем, что каждое сопротивление усилителя приходится подбирать в индивидуальном порядке. Ориентировочно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30…50) к 1. Резистор R1 должен быть 0,1…2 кОм. Расчет усилителя, приведенного на рис. 7, можно найти в литературе, например, [Р 9/70-60].

Схемы каскадных УНЧ на биполярных транзисторах

На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных УНЧ на биполярных транзисторах. Такие усилители имеют довольно высокий коэффициент усиления Ку. Усилитель на рис. 8 имеет Ку=5 в полосе частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 при коэффициенте гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [РЛ 3/99-10].

Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.

 

Рис. 9. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 100.

Экономичный УНЧ на трех транзисторах

Для портативной радиоэлектронной аппаратуры важным параметром является экономичность УНЧ. Схема такого УНЧ представлена на рис. 10 [РЛ 3/00-14]. Здесь использовано каскадное включение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включен таким образом, что стабилизирует рабочую точку VT1 и VT3.

При увеличении входного напряжения этот транзистор шунтирует переход эмиттер — база VT3 и уменьшает значение тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT3.

Рис. 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.

 

Как и в приведенной выше схеме (см. рис. 6), входное сопротивление этого УНЧ можно задавать в пределах от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль, например, ТК-67 или ТМ-2В. Телефонный капсюль, подключаемый при помощи штекера, может одновременно служить выключателем питания схемы.

Напряжение питания УНЧ составляет от 1,5 до 15 В, хотя работоспособность устройства сохраняется и при снижении питающего напряжения до 0,6 В. В диапазоне напряжения питания 2… 15 В потребляемый усилителем ток описывается выражением:

1(мкА) = 52 + 13*(Uпит)*(Uпит),

где Uпит — напряжение питания в Вольтах (В).

Если отключить транзистор VT2, потребляемый устройством ток увеличивается на порядок.

Двухкаскадные УНЧ с непосредственной связью между каскадами

Примерами УНЧ с непосредственными связями и минимальным подбором режима работы являются схемы, приведенные на рис. 11 — 14. Они имеют высокий коэффициент усиления и хорошую стабильность.

Рис. 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (низкий уровень шумов, высокий КУ).

Рис. 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.

 

Рис. 13. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315 — вариант 2.

Микрофонный усилитель (рис. 11) характеризуется низким уровнем собственных шумов и высоким коэффициентом усиления [МК 5/83-XIV]. В качестве микрофона ВМ1 использован микрофон электродинамического типа.

В роли микрофона может выступать и телефонный капсюль. Стабилизация рабочей точки (начального смещения на базе входного транзистора) усилителей на рис. 11 — 13 осуществляется за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении второго каскада усиления.

Рис. 14. Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.

Усилитель (рис. 14), имеющий высокое входное сопротивление (порядка 1 МОм), выполнен на полевом транзисторе VT1 (истоковый повторитель) и биполярном — VT2 (с общим).

Каскадный усилитель низкой частоты на полевых транзисторах, также имеющий высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.

Рис. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.

Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой

Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.

Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.

 

Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов СЗ, С4.

Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.

Если вам нужна то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.


Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.

РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКИЕ СХЕМЫ | www.UnTehDon.ru

Здесь размещены схемы, для начинающих, радиолюбителей, рекомендуемые для успешного старта.

 

При сборке предложенных схем, обращайте особое внимание на исправность применяемых радиоэлементов!!!

  1. Светодинамические устройства.

  2. Звуковые генераторы, имитаторы.

  3. Источники питания.

  4. Усилители.

СВЕТОДИНАМИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

Мигалка на одном светодиоде

Описание схемы

Эта схема представляет собой простейший несимметричный мультивибратор, что приводит к прерывистому свечению светодиода. Частота вспышек светодиода определяется частотой генерации мультивибратора. При включении источника питания ток коллектора транзистора VТ 2 скачком изменится от нуля, до начального значения, которое определяется резисторами R 1, R 2 и коэффициентом h 21э транзисторов VТ 1, VТ 2. Силу начального тока коллектора VТ 2, устанавливают подбором резистора R 2, при отключенном конденсаторе C 1. При этом светодиод еще не должен светиться. Подбор начинают со значений сопротивления R 1, при котором светодиод светится, затем увеличивают сопротивление R 1, до погасания светодиода. Подбором конденсатора C 1, добиваются требуемой частоты миганий. Номиналы резисторов, могут отличаться от указанных на схеме, на +, — 10%. Транзисторы маломощные группы МП, вместо МП41, можно ставить МП39, МП42, с любым буквенным индексом. В место МП37 можно ставить МП10, МП38. Светодиод можно применить любой имеющийся в продаже. Схема неоднократно проверенна на работоспособность и если она правильно собрана, начинает работать сразу. Применить данную схему можно как сигнальное устройство, или как эмитатор сигнализационного устройства в автомобиле и дома.

Мигалка на двух светодиодах

Описание схемы

Эта схема представляет собой симметричный мультивибратор, частота которого зависит от номиналов конденсаторов С1, С2, а так же от резисторов R 1, R 2. Частота поочередного мигания светодиодов соответственно, зависит от частоты мультивибратора которую в свою очередь можно менять подбором конденсаторов С1, С2 и резисторов R 1, R 2. Транзисторы VT 1, VT 2, группы МП и могут быть МП39, МП40, МП41, МП42, с любым буквенным индексом. Светодиоды могут быть любые, кроме инфракрасных. Схема проста в изготовлении, неоднократно проверена на работоспособность и при правильной сборке начинает работать сразу при подаче питания. Применяться данная схема может как элемент световой индикации в различных устройствах.

ЗВУКОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ, ИМИТАТОРЫ

Простой генератор звуковой частоты

Описание схемы

Генератор начинает работать при напряжении в несколько десятых долей вольта, даже с транзистором с малым статическим коэффициентом. Генерация возникает при нажатии кнопки S1, из — за действия сильной положительной обратной связи между коллектором и базой. R1 устанавливает нужную громкость и тональность звука. Трансформатор Т1 — от любого транзисторного малогабаритного радиоприемника. В качестве головных телефонов можно применить любые высокоомные телефоны типа ТМ — 2А, в крайнем случае подойдут и капсуля типа ДЭМ — 4М.

Электронная сирена

Описание схемы

При нажатии кнопки S 1, заряжается конденсатор С1. Разряжается конденсатор С1 через делитель напряжения на резисторах R 2, R 3, подключенного в цепь базы транзистора VT 1. Поскольку напряжение на конденсаторе С1, падает по мере его разрядки, то происходит уменьшение напряжения смещения на базе транзистора VT 1, в результате чего изменяется частота звучания. Из динамической головки слышен звук напоминающий вой серены. Транзистор VT 1, можно заменить на КТ315, КТ3102 с любым буквенным индексом. Транзистор VT 2, можно заменить на КТ837 с любым буквенным индексом. При сборки схемы особое внимание уделить правильности подключения кнопки. Несмотря на простоту схемы, почему то, именно подключение кнопки часто путают, в результате имитации серены не происходит, а слышен только обычный звуковой тон определенной частоты. Схема неоднократно проверена на работоспособность, при номиналах радиодеталей указанных на схеме и безошибочной сборке начинает работать сразу.

Двухтональный звонок

Описание схемы

Звонок состоит из двух генераторов, генератора тона, выполненного на транзисторах V 3, V 4 и симметричного мультивибратора V 1, V 2. Как известно при работе мультивибратора его транзисторы поочередно закрываются и открываются. Это свойство и использовано для управления частотой генератора тона. Выход мультивибратора соединен с генератором тона через резистор R 5 поэтому он будет периодически подключаться к общему проводу (к плюсу источника питания), т.е. параллельно резистору R 7. При этом частота генератора будет изменяться скачком, при закрытом транзисторе из динамической головки B 1, будет слышен звук одного тона, при открытом – другого. Конденсаторы С2, С3, защищают мультивибратор от импульсов, проникающих от генератора тона. При отсутствии конденсаторов частота мультивибратора будет изменяться, что приведет к появлению неприятных тонов в звучании звонка. В место указанных на схеме, можно применить любые другие маломощные низкочастотные германиевые транзисторы соответствующей структуры. Конденсаторы могут отличаться от номинала указанного в схеме на +,- 10%. Динамическая головка В1 любая, мощностью 1-2 Вт. и сопротивлением звуковой катушки постоянному току 4-10 Ом. В место конденсаторов С2, С3, можно установить один электролитический неполярный конденсатор на 1, 2 Мкф. на номинальное напряжение не ниже 6в. Детали звонка можно смонтировать на печатной плате из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита. Схема неоднократно проверена на работоспособность, при номиналах радиоэлементов указанных на схеме и безошибочной сборки наладки не требует.

Рисунок печатной платы

Телеграфный тренажер на ИМС К155ЛА3

Описание схемы

Предлагаемый телеграфный тренажер достаточно прост в изготовлении, и предназначен для самостоятельного изучения телеграфной азбуки. Кнопкой S1 служит механический телеграфный ключ. Уст — во состоит из 4 — х элементов 2И — НЕ микросхемы К155ЛА3. Элементы DD1.1, DD1.2, DD1.3, образуют генератор импульсов, следующих с частотой 1000Гц. Элемент DD1.4, является буферным. С помощью резистора R1 подстраивают частоту генератора. В качестве источника питания может быть, маломощный блок питания напряжением 5в.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Простой регулируемый блок питания

Конструкции на транзисторах требуют для своего питания постоянное напряжение определенной величины, 1,5В, 3 В, 4,5 В, 9 В и 12 В. Чтобы во время проверки и налаживания собираемых схем, не расходовать напрасно средства на преобретение гальванических элементов и батарей, воспользуйтесь универсальным блоком питания работающим от сети переменного тока и позволяющим получить любое постоянное напряжение. Схема такого блока приведена на рисунке. Его выходное напряжение можно плавно изменять от 0,5 до 12 В. Причем оно будет оставаться стабильным не только при изменении сетевого напряжения, но и при изменении тока нагрузки от нескольких миллиампер до 0,3 А. Кроме того, блок питания не боится коротких замыканий в цепи нагрузки, которые нередки в практике радиолюбителя.

Познакомимся подробнее с работой блока питания. Включается он в сеть с помощью двухполюсной вилки ХР1. При замыкании контактов выключателя SA1 сетевое напряжение подается на первичную обмотку понижающего трансформатора Т1. На выводах вторичной обмотки появляется переменное напряжение, значительно меньшее, чем сетевое. Оно выпрямляется диодами VD1 — VD4, включенными по так называемой мостовой схеме. Чтобы выпрямленное напряжение было такое же стабильное, как напряжение батареи гальванических элементов, на выходе выпрямителя стоит электролитический конденсатор С1 большой емкости. Выпрямленное напряжение подается на несколько цепей: R1, VD5, VT1, R2, VD6, R3; VT2, VT3, R4, (R2, VD6) — это стабилитрон с балластным резистором. Они составляют параметрический стабилизатор. Как мы уже говорили выше, независимо от колебаний выпрямленного напряжения на стабилитроне VD6 будет строго определенное напряжение, равное напряжению стабилизации данного типа стабилитрона (в нашем случае от 11,5 до 14 В). Параллельно стабилитрону включен переменный резистор R 3, с помощью которого и устанавливают нужное выходное напряжение блока питания. Чем ближе к верхнему выводу находится движок резистора, тем больше выходное напряжение. С движка переменного резистора напряжение подается на усилительный каскад, собранный на транзисторах VT2 и VT3. Можно считать, что это усилитель мощности, обеспечивающий нужный ток через нагрузку при заданном выходном напряжении. Резистор R5 имитирует нагрузку блока питания, когда к зажимам ХТ1 и ХТ2 ничего не подключено. Напряжение на нем почти равно напряжению между движком переменного резистора и общим проводом (зажим ХТ2). Чтобы можно было контролировать выходное напряжение, в блок введен вольтметр, составленный из микроамперметра и добавочного резистора R 6.

Примечание: Выпрямительные диоды, диодного моста VD1 — VD4 можно заменить на более современные типа КД226 которые расчитаны на обратное напряжение более 250В или импортные аналоги. Транзисторы VT1, VT2 можно заменить на КТ361 или импортные аналоги. Транзистор VT3 можно заменить на КТ837 с любой буквой, что даже облегчит его монтаж на теплоотводе. В качестве теплоотвода подойдет дюралевая или алюминиевая пластина толщиной 2мм., ширина 40мм., высота 60мм. Монтаж радиоэлементов осуществляют на печатной плате из стеклотекстолита, хотя есть примеры что для начала монтажную плату изготавливали из плотного картона. Вся конструкция помещается в корпус из диэлектрического материала (пластмасс, пластик и т.д.).

Монтаж транзистора VT3 на теплоотводе.

При сборке нужно быть внимательным и осторожным т.к. здесь на первичной обмотке трансформатора, присутсвует напряжение опасное для жизни 220в.

УСИЛИТЕЛИ

Схема бестрансформаторного двухтактного УНЧ

Описание схемы

Простой бестрансформаторный двухтактный усилитель мощностью 1.5 Вт..Высокочастотный транзистор П416 применен здесь из соображения как можно больше снизить шумы входного каскада, потому как помимо того что он высокочастотный, он еще и малошумящий. Практически его можно заменить на МП39 — 42, с ухудшением шумовых характеристик соответственно или на кремниевые транзисторы КТ361 или КТ3107 с любой буквой.. Для предотвращения искажений типа «ступенька», между базами VT2, VT3, фазоинверсного каскада включен диод VD1 — Д9, с любой буквой, благодаря чему на базах транзисторов образуется напряжение смещения. Напряжение в средней точке (минусовой вывод конденсатора С2) будет равно 4,5в. Его устанавливают подбором резисторов R2, R4. Максимально допустимое рабочее напряжение конденсатора С2 может быть 6в.

Материал с сайта http://www.lessonradio.narod.ru

Составной транзистор. Транзисторная сборка Дарлингтона.

Особенности и области применения составных транзисторов

Если открыть любую книгу по электронной технике, сразу видно как много элементов названы по именам их создателей: диод Шоттки, диод Зенера (он же стабилитрон), диод Ганна, транзистор Дарлингтона.

Инженер-электрик Сидни Дарлингтон (Sidney Darlington) экспериментировал с коллекторными двигателями постоянного тока и схемами управления для них. В схемах использовались усилители тока.

Инженер Дарлингтон изобрёл и запатентовал транзистор, состоящий из двух биполярных и выполненный на одном кристалле кремния с диффундированными n (негатив) и p (позитив) переходами. Новый полупроводниковый прибор был назван его именем.

В отечественной технической литературе транзистор Дарлингтона называют составным. Итак, давайте познакомимся с ним поближе!

Устройство составного транзистора.

Как уже говорилось, это два или более транзисторов, изготовленных на одном полупроводниковом кристалле и запакованные в один общий корпус. Там же находится нагрузочный резистор в цепи эмиттера первого транзистора.

У транзистора Дарлингтона те же выводы, что и у всем знакомого биполярного: база (Base), эмиттер (Emitter) и коллектор (Collector).


Схема Дарлингтона

Как видим, такой транзистор представляет собой комбинацию нескольких. В зависимости от мощности в его составе может быть и более двух биполярных транзисторов. Стоит отметить, что в высоковольтной электронике также применяется транзистор, состоящий из биполярного и полевого. Это IGBT транзистор. Его также можно причислить к составным, гибридным полупроводниковым приборам.

Основные особенности транзистора Дарлингтона.

Основное достоинство составного транзистора это большой коэффициент усиления по току.

Следует вспомнить один из основных параметров биполярного транзистора. Это коэффициент усиления (h21). Он ещё обозначается буквой β («бета») греческого алфавита. Он всегда больше или равен 1. Если коэффициент усиления первого транзистора равен 120, а второго 60 то коэффициент усиления составного уже равен произведению этих величин, то есть 7200, а это очень даже неплохо. В результате достаточно очень небольшого тока базы, чтобы транзистор открылся.

Инженер Шиклаи (Sziklai) несколько видоизменил соединение Дарлингтона и получил транзистор, который назвали комплементарный транзистор Дарлингтона. Вспомним, что комплементарной парой называют два элемента с абсолютно одинаковыми электрическими параметрами, но разной проводимости. Такой парой в своё время были КТ315 и КТ361. В отличие от транзистора Дарлингтона, составной транзистор по схеме Шиклаи собран из биполярных разной проводимости: p-n-p и n-p-n. Вот пример составного транзистора по схеме Шиклаи, который работает как транзистор с n-p-n проводимостью, хотя и состоит из двух различной структуры.


схема Шиклаи

К недостаткам составных транзисторов следует отнести невысокое быстродействие, поэтому они нашли широкое применение только в низкочастотных схемах. Такие транзисторы прекрасно зарекомендовали себя в выходных каскадах мощных усилителей низкой частоты, в схемах управления электродвигателями, в коммутаторах электронных схем зажигания автомобилей.

Хорошо зарекомендовал себя для работы в электронных схемах зажигания мощный n-p-n транзистор Дарлингтона BU931.

Основные электрические параметры:

  • Напряжение коллектор – эмиттер 500 V;

  • Напряжение эмиттер – база 5 V;

  • Ток коллектора – 15 А;

  • Ток коллектора максимальный – 30 А;

  • Мощность рассеивания при 250С – 135 W;

  • Температура кристалла (перехода) – 1750С.

На принципиальных схемах нет какого-либо специального значка-символа для обозначения составных транзисторов. В подавляющем большинстве случаев он обозначается на схеме как обычный транзистор. Хотя бывают и исключения. Вот одно из его возможных обозначений на принципиальной схеме.

Напомню, что сборка Дарлингтона может иметь как p-n-p структуру, так n-p-n. В связи с этим, производители электронных компонентов выпускают комплементарные пары. К таким можно отнести серии TIP120-127 и MJ11028-33. Так, например, транзисторы TIP120, TIP121, TIP122 имеют структуру n-p-n, а TIP125, TIP126, TIP127 — p-n-p.

Также на принципиальных схемах можно встретить и вот такое обозначение.

Примеры применения составного транзистора.

Рассмотрим схему управления коллекторным двигателем с помощью транзистора Дарлингтона.

При подаче на базу первого транзистора тока порядка 1мА через его коллектор потечёт ток уже в 1000 раз больше, то есть 1000мА. Получается, что несложная схема обладает приличным коэффициентом усиления. Вместо двигателя можно подключить электрическую лампочку или реле, с помощью которого можно коммутировать мощные нагрузки.

Если вместо сборки Дарлингтона использовать сборку Шиклаи то нагрузка подключается в цепь эмиттера второго транзистора и соединяется не с плюсом, а с минусом питания.

Если совместить транзистор Дарлингтона и сборку Шиклаи, то получится двухтактный усилитель тока. Двухтактным он называется потому, что в конкретный момент времени открытым может быть только один из двух транзисторов, верхний или нижний. Данная схема инвертирует входной сигнал, то есть выходное напряжение будет обратно входному.

Это не всегда удобно и поэтому на входе двухтактного усилителя тока добавляют ещё один инвертор. В этом случае выходной сигнал в точности повторяет сигнал на входе.

Применение сборки Дарлингтона в микросхемах.

Широко используются интегральные микросхемы, содержащие несколько составных транзисторов. Одной из самых распространённых является интегральная сборка L293D. Её частенько применяют в своих самоделках любители робототехники. Микросхема L293D — это четыре усилителя тока в общем корпусе. Поскольку в рассмотренном выше двухтактном усилителе всегда открыт только один транзистор, то выход усилителя поочерёдно подключается или к плюсу или к минусу источника питания. Это зависит от величины входного напряжения. По сути дела мы имеем электронный ключ. То есть микросхему L293 можно определить как четыре электронных ключа.

Вот «кусочек» схемы выходного каскада микросхемы L293D, взятого из её даташита (справочного листа).

Как видим, выходной каскад состоит из комбинации схем Дарлингтона и Шиклаи. Верхняя часть схемы — это составной транзистор по схеме Шиклаи, а нижняя часть выполнена по схеме Дарлингтона.

Многие помнят те времена, когда вместо DVD-плееров были видеомагнитофоны. И с помощью микросхемы L293 осуществлялось управление двумя электродвигателями видеомагнитофона, причём в полнофункциональном режиме. У каждого двигателя можно было управлять не только направлением вращения, но подавая сигналы с ШИМ-контроллера можно было в больших пределах управлять скоростью вращения.

Весьма обширное применение получили и специализированные микросхемы на основе схемы Дарлингтона. Примером может служить микросхема ULN2003A (аналог К1109КТ22). Эта интегральная схема является матрицей из семи транзисторов Дарлингтона. Такие универсальные сборки можно легко применять в радиолюбительских схемах, например, радиоуправляемом реле. Об этом я поведал тут.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Cхемы на КТ315 | Простые схемы на популярном транзисторе для начинающих

Рубрика: Принципиальные схемы, Схемы для начинающих Опубликовано 28.08.2019   ·   Комментарии: 0   ·   На чтение: 3 мин   ·   Просмотры:

Post Views: 5 896

Транзистор КТ315 очень популярен у начинающих радиолюбителей старой закалки. Этот биполярный транзистор был разработан в 1967 году. Причина его популярности — массовое использование в бытовой радиоаппаратуре. Он использовался и в телевизорах, и в приемниках, генераторах звука. Его достаточно просто опознать среди тысячи других из-за своего необычного корпуса.

Мультивибратор на КТ315


Отличная схема для тех, кто только начинает пользоваться паяльником и уже хочет собрать свое первое устройство.
Читать далее

Транзисторный предохранитель


В паре с транзистором КТ815 поможет защитить другие собранные устройства от непредвиденной ситуации или короткого замыкания.
Читать далее

Простой усилитель звука на транзисторах КТ315


Усилитель на два канала с печатной платой. Поможет разобраться в азах сборки усилителей.
Читать далее

Генератор на КТ315


В паре со своим «братом» КТ361 можно собрать простенький генератор звука.
Читать далее

Имитатор звука


Еще один генератор звука на легендарном КТ315.
Читать далее

Цветомузыка на транзисторах


Цветомузыка на два светодиода в паре с транзисторами.
Читать далее

Схема метронома


Интересная схема для начинающих.
Читать далее

Датчик температуры


Используя полупроводниковые свойства, можно измерить температуру окружающей среды.
Читать далее

Распиновка КТ315


Полный аналог транзистора — BFP719.

Правила сборки схем

Для начала, нужно выбрать схему. Выбирайте по сложности и своему опыту. Далее, нужно составить список деталей, прочитать схему. Покупать детали лучше в специализированных магазинах, чем на общих площадках. Перед сборкой схемы обязательно нужно проверить каждую деталь на исправность, дабы избежать лишних ошибок. Самая простая проверка — с помощью мультиметра в режиме «прозвонка». Ни одна деталь из схем, представленных выше, не должна «звониться» накоротко.
Схемы можно собрать как навесным монтажом, так и изготовить плату самостоятельно. А золотая середина — монтажная плата. Они универсальны, и позволяют собрать большинство DIP схем без особого труда.

Во время сборки схемы лучше всего начинать пайку с мелких компонентов. При пайке не допускать перегрева, максимум пару секунд у контактов, затем нужно оценить результат пайки и действовать по ситуации. Особенно к перегреву чувствительны полупроводники. Так как транзисторы КТ315 имеют пластмассовый корпус, то им некуда отдавать тепло, и нужно максимально аккуратно их паять. Еще одна загвоздка — это их широкие и тонкие выводы, которые не терпят частых сгибаний и разгибаний.

После сборки необходимо почистить плату, внимательно посмотреть все контакты на предмет холодной пайки и нежелательных перемычек.

Почему не работает схема

Все схемы рабочие. Если устройство не работает, есть три основные причины:

  • Перегрев деталей;
  • Не правильная сборка схемы;
  • Плохая пайка.

Нужно проверить каждый шаг и каждый этап сборки.

Post Views: 5 896

Схемы для начинающих радиолюбителей — электронные схемы на любой вкус и сложность

Рубрика: Принципиальные схемы, Схемы для начинающих Опубликовано 27. 08.2019   ·   Комментарии: 0   ·   На чтение: 4 мин   ·   Просмотры:

Post Views: 2 052

Чтобы собрать какую-либо схему, достаточно придерживаться несколько простых правил:
  • Использовать только проверенные детали;
  • Не перегревать контакты;
  • Без ошибок делать платы.

Мультивибратор на двух транзисторах


Схема простого мультивибратора на двух транзисторах.
Читать далее

Моно усилитель звука


Усилитель звука на транзисторах. Мощность от 4 Вт.
Читать далее

Усилитель на микросхеме К174УН7


Простой в сборке унч. Прилагается печатная плата и список деталей. Мощность от 4 Вт.
Читать далее

Схема простого усилителя звука для начинающих

Никаких особых требований по сборке схемы нет, лишь бы их рабочее напряжение было не ниже напряжения питания микросхемы.

Читать далее

Усилители на TDA с небольшим описанием

Подборка усилителей на микросхемах серии TDA. Серия TDA знаменита своими микросхемами, которые позволяют собрать усилители любого класса и любой сложности.

Усилитель на TDA2005 или TDA2004

Усилитель звука выполнен по мостовой схеме.

Открыть в полном размере

В нем предусмотрена защита выходного каскада от короткого замыкания, термозащита (отключение при перегреве в результате больших нагрузок), защита от скачков напряжения до 40 В, а также защита от отключения общего провода.

В этом усилителе присутствует защита оконечного каскада от замыкания. А также предусмотрена термозащита, которая отключает усилитель при перегреве во время больших нагрузок. Еще есть защита от скачков до 40 вольт, и защита от случайного отсоединения общего провода.

Назначение выводов
Номер вывода Назначение
1 Неинвертирующий вход 1
2 Инвертирующий вход 1
3 Вывод фильтра
4 Инвертирующий вход 2
5 Неинвертирующий вход 2
6 Общий
7 Вход обратной связи 2
8 Выход 2
9 Напряжение питания
10 Выход 1
11 Вход обратной связи
Характеристики микросхемы
Параметр Значение
Uпит 8 — 18 В
Iвых 1 А
Iпокоя 50 мА
Pвых 20 Вт
Rвх 100 кОм
Коэффициент усиления 48 дБ
Полоса частот 20 — 20 000 Гц
Коэффициент гармоник 0,5
Rнагр 4 Ом

Мощный УНЧ на TDA8924

Высокая эффективность усилителя (около 90 %) и широкий диапазон рабочего напряжения (+-30 В).


Открыть в полном размере

У этой микросхемы много преимуществ:

  • Низкий ток потребления;
  • Малые искажениях;
  • Постоянный коэффициент усиления порядка 28 дБ;
  • Выходная мощность стерео 2х50 Вт;
  • Хорошее подавление пульсаций;
  • Есть возможность внешней синхронизации;
  • Отсутствие помех при включении/выключении;
  • Защита от короткого замыкания;
  • Можно ограничить выходную мощность;
  • Защита от перегрева;
  • И защита от электростатики на всех выводах.
Характеристики микросхемы
Параметр Обозначение Минимальное Среднее Максимальное Единица измерения
Напряжение питания Uпит +-12,5 +-24 +-30 В
Ток потребления в холостом режиме Iпотр 100 мА
КПД 83 %
Выходная мощность 120 Вт
Выходная мощность в режиме моста 240 Вт

Двухканальный усилитель звука на TDA8920

У этой схемы высокая эффективность (порядка 90%) и широкий диапазон напряжения (около +-30 В).


Открыть в полном размере

Преимущества схемы

Схема простая и ее основой служит микросхема TDA8920.

Эта микросхема обладает следующими особенностями:

  • Низкий ток потребления;
  • Небольшие искажения сигнала;
  • Постоянный коэффициент усиления схемы УНЧ с этой микросхемой будет равен 30 дБ;
  • Выходная мощность 2х50 Вт;
  • Можно сделать ограничитель на выходную мощность;
  • Хорошее подавление пульсаций;
  • Возможность включения микросхемы в режиме стерео или в мостовом режиме;
  • Дифференциальные аудиовходы;
  • Защита от замыкания;
  • Защита от высоких температур во время работы;
  • Обладает защитой от электростатических разрядов на всех выводах.
Характеристики микросхемы TDA8920
Параметр Обозначение Минимум Среднее Максимальное Единица измерения
Напряжение питания Uпит +-15 +-25 +-30 В
Ток потребления в холостом режиме Iпотр 50 60 мА
КПД 85 90 %
Выходная мощность 35 Вт
Коэффициент усиления (замкнутый контур) Кусил 29 30 31 Дб
Входное сопротивление Rвх 80 120 кОм
Напряжение шума Uшума 100 мкВ
Разделение каналов 50 дБ

Источник схем на TDA

С. Р. Баширов, А.С. Баширов Современные интегральные усилители

Post Views: 2 052

Конфигурации схем транзисторов

»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:
Проектирование схем транзисторов Конфигурации схемы Общий эмиттер Общая схема эмиттера Эмиттер-повторитель Общая база

См. Также: Типы транзисторных схем


При рассмотрении конструкции электронной схемы для транзисторной схемы можно использовать три различных основных 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 разные свойства с точки зрения 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, подключенные к разным точкам, при этом одна клемма является общей для входа и выхода.

В дополнение к выбору правильной конфигурации схемы или топологии на этапе проектирования электронной схемы для обеспечения требуемых основных характеристик вокруг транзистора размещаются дополнительные электронные компоненты: обычно резисторы и конденсаторы, и значения рассчитываются для получения точных необходимых характеристик .

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

Конфигурации транзисторных схем

Именование трех основных конфигураций транзисторов указывает на вывод транзистора, который является общим для входных и выходных цепей. Это дает начало трем терминам: общая база, общий коллектор и общий эмиттер.

2N3553 Транзистор в металлической банке TO39

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

Существуют конфигурации эквивалентных схем для полевых транзисторов, а также термоэмиссионных клапанов / вакуумных ламп. Эти конфигурации имеют одинаковые типы свойств, хотя и немного изменены в зависимости от 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

По алфавиту это первая конфигурация транзистора, но, вероятно, она будет использоваться с наименьшей вероятностью.

Эта конфигурация транзистора обеспечивает низкий входной импеданс при высоком выходном сопротивлении. Несмотря на высокое напряжение, коэффициент усиления по току невелик, а общий коэффициент усиления по мощности также невелик по сравнению с другими доступными конфигурациями транзисторов. Другой важной особенностью этой конфигурации является то, что вход и выход находятся в фазе.

Эта конфигурация транзистора, вероятно, используется меньше 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 схем.Это происходит потому, что база, которая физически является электродом между эмиттером и коллектором, заземлена, тем самым создавая барьер между ними.

В результате общая базовая конфигурация обычно используется для усилителей РЧ, где повышенная изоляция между входом и выходом дает больший уровень стабильности и снижает вероятность нежелательных колебаний. Как подтвердит любой, кто занимается проектированием радиочастот, это очень полезный атрибут.

Также низкий входной импеданс часто может обеспечить хорошее согласование с сопротивлением 50 Ом, что является полезным атрибутом для многих сценариев проектирования ВЧ.

Конфигурация схемы общей базы транзистора

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 и ниже по напряжению на величину, равную напряжению включения базы эмиттерного перехода.

Общий коллектор, эмиттерный повторитель обеспечивает высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Коэффициент усиления по напряжению равен единице, хотя коэффициент усиления по току велик.Входные и выходные сигналы синфазны.

Принимая во внимание эти характеристики, конфигурация эмиттерного повторителя широко используется в качестве буферной схемы, обеспечивающей высокий входной импеданс для предотвращения нагрузки предыдущего каскада и низкий выходной импеданс для управления следующими каскадами.

Конфигурация схемы общего коллектора транзистора

Как видно из схемы, в этой конфигурации транзистора коллекторный электрод является общим как для входных, так и для выходных цепей. 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 напряжение постоянного тока может быть подходящим для размещения цепью повторителя. Это означает, что требуется очень мало дополнительных электронных компонентов.


Конфигурация транзистора с общим эмиттером

Эта конфигурация транзисторов, вероятно, является наиболее широко используемой. Схема обеспечивает средние уровни входного и выходного сопротивления. Прирост как по току, так и по напряжению можно описать как средний, но выход является обратным входу, т.е.е. Изменение фазы на 180 °. Это обеспечивает хорошую общую производительность и поэтому часто является наиболее широко используемой конфигурацией.

Конфигурация схемы общего эмиттера транзистора

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


Сводная таблица конфигурации схемы транзистора

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


Сводная таблица конфигурации транзисторов
Конфигурация транзистора Общая база Общий коллектор
(эмиттерный повторитель)
Общий эмиттер
Коэффициент усиления по напряжению Высокая Низкий средний
Текущая прибыль Низкий Высокая средний
Прирост мощности Низкий средний Высокая
Соотношение фаз ввода / вывода 0 и 0 ° 180 °
Входное сопротивление Низкий Высокая средний
Выходное сопротивление Высокая Низкий средний

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 устанавливает основные условия схемы: среднее входное сопротивление, среднее выходное сопротивление, приемлемое напряжение усиление и тому подобное. Затем рассчитываются дополнительные электронные компоненты, чтобы обеспечить требуемые рабочие условия сверх указанных.

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

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

Наиболее часто используемая конфигурация схемы — это общий эмиттер — он используется для многих каскадов усилителя, обеспечивающих усиление по напряжению. Эмиттерный повторитель или общий коллектор также широко используется.Обеспечивая высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс, он действует как буфер и обеспечивает только усиление по току — его усиление по напряжению равно единице. Общая база используется в более специализированных приложениях и заметно меньше.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Понимание конструкции схем транзисторов »Электроника

Разработка электронной схемы с использованием биполярных транзисторов довольно проста, используя простые принципы проектирования и несколько уравнений.


Учебное пособие по проектированию схем транзисторов Включает:
Проектирование схем транзисторов Конфигурации схемы Общий эмиттер Общая схема эмиттера Эмиттер-повторитель Общая база

См. Также: Типы транзисторных схем


Транзисторные схемы лежат в самом центре современных технологий проектирования электронных схем.Хотя в наши дни интегральные схемы используются во многих схемах, базовая конструкция транзисторной схемы часто требуется в самых разных областях.

Хотя при использовании дискретных электронных компонентов с транзисторами используется больше компонентов, можно настроить схему для обеспечения именно той функциональности, которая требуется. Соответственно, схемы, использующие дискретные транзисторы и несколько дополнительных электронных компонентов, до сих пор составляют основу проектирования электронных схем.

Это означает, что понимание конструкции транзисторной схемы по-прежнему важно, поскольку оно не только позволяет проектировать базовые транзисторные схемы, но также обеспечивает лучшее понимание работы интегральных схем, основанных на технологии биполярных транзисторов.

BC547 Транзистор с пластиковыми выводами

Основы биполярного транзистора

Очевидно, что ключевым электронным компонентом в любой транзисторной схеме является сам транзистор. Эти электронные компоненты могут быть получены в дискретной форме или могут быть внутри интегральной схемы.

Транзисторы производятся в различных форматах, и их можно получить для выполнения различных функций — от слабого сигнала до высокой мощности, от аудио до ВЧ и коммутации.

Они также бывают как PNP-транзисторы и NPN-транзисторы — из этих NPN-транзисторов более широко используются, поскольку они, как правило, подходят к широко используемой системе отрицательного заземления, а также их характеристики лучше с точки зрения скорости.

Хотя транзисторы NPN более широко используются, это не означает, что транзисторы PNP не используются. Они часто находят применение в качестве дополнения к транзисторам NPN и некоторым другим схемам.

Базовая структура транзистора и условные обозначения схем
Примечание о биполярном транзисторе:

Биполярный транзистор представляет собой трехконтактное устройство, которое обеспечивает усиление по току, когда ток коллектора в Β раз больше тока базы. Биполярный транзистор широко доступен, и его характеристики оптимизируются в течение многих лет.

Подробнее о Устройство на биполярных транзисторах и принцип его работы

Биполярный транзистор доступен уже более семидесяти лет — его технология очень хорошо отработана, и хотя технология полевых транзисторов, вероятно, более широко используется в интегральных схемах, биполярные транзисторы все еще используются в огромных количествах в различных аналоговых и цифровых схемах, как в интегральных схемах и в виде дискретных электронных компонентов.

Биполярный транзистор был впервые изобретен в 1949 году группой ученых, работающих в Bell Labs в США. Его открытие представляет собой интересное чтение.

Примечание к истории транзисторов:

Биполярный транзистор был изобретен тремя исследователями, работающими в Bell Labroratories: Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли. Они работали над идеей, в которой для управления током в полупроводнике использовался эффект поля, но они не смогли реализовать эту идею. Они обратили свое внимание на другую возможность и создали устройство с тремя выводами, используя два близко расположенных точечных контакта на пластине из германия. Эта идея сработала, и они смогли продемонстрировать, что она принесла прибыль в конце 1949 года.

Подробнее о История биполярных транзисторов

Параметры схемы транзистора

Перед тем как приступить к проектированию электронной схемы для транзисторной схемы, необходимо определить требования к схемам: некоторые из основных параметров, связанных с транзисторными схемами.

Требования к конструкции схемы транзистора могут содержать ряд параметров:

  • Коэффициент усиления по напряжению: Коэффициент усиления по напряжению часто является ключевым требованием для проектирования электронных схем. Коэффициент усиления схемы — это увеличение напряжения от входа к выходу схемы. С точки зрения математики, коэффициент усиления по напряжению A v — это выходное напряжение, деленное на входное.

    Коэффициент усиления по напряжению — одна из ключевых целей многих схем, потому что она обеспечивает «размер»

  • Коэффициент усиления по току: Коэффициент усиления по току схемы часто важен при проектировании электронных схем, особенно если схема управляет нагрузкой с низким сопротивлением.Часто требуется схема без усиления по напряжению, а требуется только усиление по току, чтобы схема с относительно высоким выходным импедансом могла управлять другой схемой с более низким импедансом.

    Есть много примеров этого: генератору ВЧ часто требуется буферный каскад, чтобы гарантировать, что сам контур генератора не загружен чрезмерно, но выход необходим для управления другими цепями. Текущая прибыль также используется в схемах питания, где ряд проходящего элемента нужд регулятора напряжения, чтобы обеспечить значительные уровни тока, но при использовании опорного тока низкого напряжения.Есть много других примеров того, где требуется усиление тока.

    Как и шкала напряжения, коэффициент усиления схемы сравнивает входной и выходной уровни, но с точки зрения тока. Коэффициент усиления по току равен выходному току, деленному на входной ток.

  • Входное сопротивление: Входное сопротивление транзисторной схемы всегда важно. Он определяет нагрузку на предыдущем этапе, а также важен в ВЧ схемах, где согласование импеданса является важным параметром.

    Во многих конструкциях электронных схем желателен высокий входной импеданс, потому что это означает, что предыдущий каскад не нагружен чрезмерно. Если входной импеданс транзисторной схемы слишком низкий, тогда она будет загружать предыдущую, уменьшая уровень сигнала и, возможно, вызывая искажения в некоторых случаях. Настройка транзисторного каскада для обеспечения правильного входного импеданса является ключевым элементом процесса проектирования электронной схемы.

  • Выходное сопротивление: Выходное сопротивление также важно. Если транзисторная схема управляет схемой с низким импедансом, то ее выход должен иметь низкий импеданс, в противном случае на выходном каскаде транзистора произойдет большое падение напряжения, а в некоторых случаях может возникнуть искажение сигнала.

    Если полное сопротивление нагрузки низкое, то обычно требуется схема с высоким коэффициентом усиления по току, и подходящий формат схемы может быть выбран в процессе проектирования электронной схемы. Если допускается более высокий выходной импеданс, то часто более подходящей является схема с более высоким коэффициентом усиления по напряжению.

  • Частотная характеристика: Частотная характеристика — еще один важный фактор, влияющий на конструкцию схемы транзистора. Конструкции низкочастотных или звуковых транзисторов сильно отличаются от схем, используемых в ВЧ-приложениях. Также выбор электронных компонентов в схеме определяет отклик: транзисторы, а также номиналы конденсаторов и резисторов в конструкции электронной схемы — все влияют на частотную характеристику.

    На ранней стадии проектирования схемы необходимо иметь определенные требования к необходимой частотной характеристике, а затем схема может быть спроектирована в соответствии с требованиями.

  • Напряжение и ток питания: Одним из ключевых параметров любой цепи является требуемая мощность с точки зрения требуемого напряжения и тока. Таким образом, на этапе проектирования электронных схем можно гарантировать, что правильное напряжение будет обеспечено с требуемой допустимой токовой нагрузкой.

  • Рассеиваемая мощность: Еще одним параметром, во многом связанным с напряжением и током, подаваемым в схему, является рассеиваемая мощность.Если рассеиваемая мощность высока, то может потребоваться устройство для охлаждения и, как правило, отвода тепла от схемы, и, в частности, любых электронных компонентов, которые могут рассеивать большое количество тепла. Обычно это транзистор, но другие компоненты тоже могут рассеивать тепло.

Функция цепи транзистора

Транзисторные схемы могут выполнять множество различных функций. Обычно существуют стандартные блоки для общих функций, таких как усилитель, генератор, фильтр, источник тока, дифференциальный усилитель и множество других.

Эти стандартные форматы схем широко используются и могут быть приняты, а значения электронных компонентов определены в процессе проектирования электронных схем.

Схемы часто соответствуют проверенным схемам, которые использовались в течение многих лет. Эти схемы часто использовались со старой технологией вакуумных ламп или термоэмиссионных клапанов и одинаково хорошо работают с биполярными транзисторами, а также с полевыми транзисторами, полевыми транзисторами и иногда даже с операционными усилителями.

Принимается базовый формат и определяются значения для электронных компонентов, обеспечивающие требуемую производительность.

Часто для этого требуются небольшие эксперименты, но в наши дни программное обеспечение для моделирования схем может точно воспроизвести работу схемы, так что значения электронных компонентов могут быть оптимизированы для достижения требуемых характеристик и функциональности.

Конфигурация или топология транзисторной схемы

Какими бы ни были общие функции схемы, необходимо также учитывать топологию в начале процесса проектирования электронной схемы.

Цепи транзисторов

могут быть спроектированы с использованием различных топологий, каждая из которых имеет разные характеристики, особенно с точки зрения входного и выходного сопротивления.

Эти топологии конфигураций выбираются в соответствии с требованиями проектирования электронных схем и включают общий эмиттер, общий коллектор или эмиттерный повторитель и общую базу.


Процесс проектирования схемы транзистора

Процесс проектирования транзистора состоит из нескольких этапов. Как правило, они выполняются в логическом порядке, но часто необходимо пересмотреть различные этапы, чтобы оптимизировать значения различных электронных компонентов для обеспечения требуемой общей производительности.

  • Определите требования: Определение реальных требований является важным этапом, и правильное его выполнение будет означать, что концепция схемы не изменится в будущем.

  • Определите функцию и топологию схемы: После того, как общие требования для всего электронного устройства определены, необходимо выбрать фактическую схему транзистора. Например, существует множество схем генераторов, фильтров, усилителей и т. Д.для транзисторов и оптимальный тип может быть выбран для конкретных требований. Это часто также определяет фактическую топологию схемы, то есть использование общего эмиттера, общего коллектора, общей базы, но в противном случае это может быть частью общего процесса принятия решения в настоящее время, поскольку нагрузка на генераторы, усиление, выходное сопротивление и т. можно рассмотреть в это время.

  • Настройка условий смещения: В любой схеме одной из ключевых особенностей конструкции электронной схемы является обеспечение уровней смещения для активных устройств: в этом случае биполярные транзисторы настроены правильно.Если смещение неправильное, схема транзистора не будет работать. Определение значений электронных компонентов (в основном резисторов), которые задают смещение, является одним из ключевых этапов проектирования.

  • Определите функциональные значения электронных компонентов: Наряду с установкой условий смещения, необходимо определить значения для других электронных компонентов, чтобы обеспечить функциональность схемы. Эта часть процесса проектирования электронной схемы продолжается вместе с установкой условий смещения, поскольку значения для одного будут влиять на другое, и наоборот.

  • Пересмотрите значения электронных компонентов на предмет смещения и функции: После установки значений схемы всегда требуется небольшая итерация, чтобы сбалансировать требования к смещению и общей функциональности схемы. Скорее всего, этот процесс будет повторяться.

  • Тестовая цепь: Тестирование цепи — ключевой элемент любой конструкции. Часто во многих лабораториях есть программное обеспечение для моделирования схем, и поэтому схема может быть смоделирована до того, как она будет построена, чтобы устранить большинство проблем. Однако заключительным испытанием является создание и запуск схемы в условиях, максимально приближенных к рабочим условиям.

  • Переделка и модификация: Часто бывает необходимо изменить электронную схему. Если это необходимо, его переделывают и тестируют с новыми значениями электронных компонентов, компоновкой и т. Д.

Они представляют собой некоторые из основных параметров схемы, требуемых для конструкции транзисторной схемы. Знание этих параметров может повлиять на выбор конфигурации схемы и, безусловно, будет определять параметры компонентов и многие другие факторы.

Соответственно, необходимо знать параметры, управляющие работой транзисторной схемы, прежде чем можно будет приступить к проектированию.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Схемы транзисторов и типы схем »Электроника

Существует множество различных схем транзисторов, начиная от типов, таких как общий эмиттер и эмиттерный повторитель, до таких конструкций, как токовое зеркало, Дарлингтона, пара Шиклая, токовое зеркало, пара с длинным хвостом, источник тока и многие другие.


Типы транзисторных цепей включают:
Типы транзисторных цепей Общий эмиттер Эмиттер-повторитель Общая база Пара Дарлингтона Пара Шиклай Текущее зеркало Длиннохвостая пара Источник постоянного тока Множитель емкости Двухтранзисторный усилитель Фильтр высоких частот

См. Также: Конструкция транзисторной схемы


Транзистор позволяет разрабатывать множество схем с множеством различных функций.От усилителей до буферов и фильтров до генераторов, источников тока, длинно-хвостовых пар и многого, многого другого.

Вне зависимости от схемы основные условия смещения подчиняются одним и тем же основным правилам, но топология схемы позволяет использовать транзистор различными способами для обеспечения множества различных функций схемы.

Транзисторные схемы

Существует много различных типов транзисторных схем. Каждый тип имеет свою топологию и выполняет разные функции.

Выбор различных типов транзисторных схем приведен ниже:

  • Схема транзисторного усилителя с общим эмиттером: Усилитель с общим эмиттером является одним из наиболее широко используемых типов транзисторных схем. Он используется во многих приложениях, где допустимы средние уровни ввода / вывода и требуется среднее усиление по напряжению. . . . . Подробнее об усилителе на транзисторах с общим эмиттером
  • Транзисторная схема эмиттерного повторителя: Этот тип транзисторной схемы часто используется там, где требуется высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление.Он действует как буферная схема. Он также известен как обычная коллекторная цепь. . . . . Подробнее о транзисторном усилителе с общим коллектором / эмиттерным повторителем .
  • Транзисторная схема с общей базой: Транзисторная схема с общей базой не так широко используется, как типы с общим эмиттером и эмиттерным повторителем. Он действительно находит применение в некоторых микрофонных усилителях, а также в усилителях VHF / UHF RF. . . .. Подробнее о транзисторном усилителе с общей базой .
  • Пара Дарлингтона: Пара Дарлингтона представляет собой конфигурацию транзисторной схемы, которая используется для обеспечения очень высоких уровней усиления. Когда эмиттер первого транзистора подключен к базе второго, это эффективно дает бета-умножение. Эта транзисторная схема типа f может использоваться по-разному и может дать отличные характеристики. . . . . Узнайте больше о паре Darlington.
  • Пара Sziklai: Пара Sziklai имеет много общего с Darlington, но, используя немного иную конфигурацию, ее можно использовать с Darlington в выходных каскадах транзисторного усилителя. . . . . Узнайте больше о паре Sziklai.
  • Схема токового зеркала: Этот тип транзисторной схемы широко используется в интегральных схемах. У него два плеча, и ток, текущий в одном плече, отражается в другом.. . . . Подробнее о схеме зеркала тока .
  • Длиннохвостая пара: Транзисторная длиннохвостая пара является базовой формой дифференциального усилителя, который составляет основу многих схем операционных усилителей. . . . . Узнайте больше об усилителе Long Tailed Tailed Pair.
  • Источник постоянного тока: . . . . Подробнее об активном источнике постоянного тока .
  • Умножитель емкости: Схема умножителя емкости транзистора имеет эффект умножения эффективной емкости конденсатора на значение β транзистора. . . . . Узнайте больше о умножителе емкости .
  • Двухтранзисторный усилитель: Полезная небольшая схема, использующая транзисторы PNP и NPN, обеспечивающие определенный уровень усиления с возможностью большего усиления, чем обеспечивается одним транзистором. . . . . Подробнее о Двухтранзисторный усилитель
  • Фильтр верхних частот: Несмотря на то, что операционные усилители могут обеспечивать очень хорошие фильтры верхних частот, иногда возникает потребность в простой транзисторной схеме для обеспечения той же функции. . . . . Узнайте больше о фильтре высоких частот .

Это дает общее представление о некоторых различных типах транзисторных схем. Существует огромное количество различных типов схем, каждая со своими функциями и параметрами.Используя их, можно построить гораздо более крупные схемы, обеспечивающие более сложную общую функцию.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Что такое транзистор NPN? — Определение, строительство и работа

Определение: Транзистор, в котором один материал p-типа помещен между двумя материалами n-типа, известен как NPN-транзистор .NPN-транзистор усиливает слабый сигнал , поступающий на базу, и производит сильные сигналы усиления на конце коллектора. В NPN-транзисторе направление движения электрона — от эмиттера к области коллектора , благодаря которой в транзисторе образуется ток. Такой тип транзисторов чаще всего используется в схеме, поскольку их основными носителями заряда являются электроны, которые имеют большую подвижность по сравнению с дырками.

Конструкция NPN-транзистора

NPN-транзистор имеет два диода, соединенных спина к спине.Диод на левой стороне называется диодом эмиттер-база, а диоды на левой стороне — диодом коллектор-база. Эти названия даны согласно названиям терминалов.

NPN-транзистор имеет три вывода, а именно эмиттер, коллектор и базу. Средняя часть NPN-транзистора слегка легирована, и это самый важный фактор работы транзистора. Эмиттер умеренно легирован, а коллектор сильно легирован.

Схема

NPN транзистора

Принципиальная схема NPN-транзистора показана на рисунке ниже.Коллектор и база соединены с обратным смещением, в то время как эмиттер и база соединены с прямым смещением. Коллектор всегда подключен к положительному источнику питания, а база — к отрицательному источнику питания для управления состояниями ВКЛ / ВЫКЛ транзистора.

Работа NPN транзистора

Принципиальная схема NPN-транзистора показана на рисунке ниже. Прямое смещение применяется к переходу эмиттер-база, а обратное смещение применяется к переходу коллектор-база.Напряжение прямого смещения V EB мало по сравнению с напряжением обратного смещения V CB .

Эмиттер NPN-транзистора сильно легирован. Когда к эмиттеру прикладывается прямое смещение, большинство носителей заряда движутся к базе. Это вызывает ток эмиттера I E . Электроны входят в материал P-типа и соединяются с отверстиями.

База NPN-транзистора слегка легирована. Благодаря этому только несколько электронов объединяются, а оставшиеся составляют базовый ток I B .Этот базовый ток входит в область коллектора. Обратный потенциал смещения области коллектора прикладывает высокую силу притяжения к электронам, достигающим коллекторного перехода. Таким образом притягивают или собирают электроны на коллекторе.

Весь ток эмиттера вводится в базу. Таким образом, мы можем сказать, что ток эмиттера — это сумма тока коллектора или базы.

Глава 8: Транзисторы [Analog Devices Wiki]

В этой главе мы рассмотрим наши первые активные устройства.

8.1 Основные принципы

Активное устройство — это компонент любого типа, способный электрически управлять потоком тока (управлять одним электрическим сигналом другим электрическим сигналом). Чтобы схема называлась электронной, она должна содержать хотя бы одно активное устройство. Все активные устройства контролируют прохождение тока через них. Один тип активного устройства использует напряжение для управления током, в то время как другой тип активных устройств использует другой ток в качестве управляющего сигнала.Устройства, использующие напряжение в качестве управляющего сигнала, неудивительно, называются устройствами, управляемыми напряжением. Устройства, работающие по принципу контроля одного тока другим, известны как устройства с контролем тока. Первым успешно продемонстрированным типом транзисторов стало устройство с регулируемым током.

В качестве примечания: происхождение термина «транзистор» — это сокращение от «варистор крутизны», поскольку предложенный Bell Telephone Laboratories. Иногда это ошибочно приписывают сокращению транс-сопротивления.

Простой и общий вид такого устройства показан на рисунке 8.1.1. Имеет три терминала; назовем их пока X, Y и Z. Предположим также, что управляемый ток течет на клемму X и выводит ее обратно на клемму Y. Третья клемма Z является клеммой управления. Чтобы описать функцию этого блока, нам сначала нужно определить токи на клеммах IX , IY и IZ , и клеммы напряжения VXY и VZY , как показано на рисунке.Поскольку ток течет на клемму X, мы обычно предполагаем, что напряжение на клемме X больше, чем на клемме Y, а напряжение VXY является положительным числом. То же самое можно сказать и о напряжении на выводе Z относительно вывода Y, а напряжение VZY является положительным числом.

Рисунок 8.1.1 Общая модель

В случае устройства, управляемого током, предположим, что управляющий ток IZ, протекает на клемму Z и выходит обратно на клемму Y.Сохранение заряда говорит нам, что сумма токов, текущих в коробку, должна равняться сумме вытекающих токов. Таким образом, IY = IX + IZ . Чтобы устройство было полезным, было бы желательно, чтобы управляющий ток IZ был очень мал по сравнению с гораздо большим управляемым током IX . Отношение IX к IZ является коэффициентом усиления устройства, и для обозначения этого коэффициента используется греческая буква β (бета).Отношение IX к IY , которое всегда меньше единицы, также является мерой усиления устройства и чаще всего обозначается греческой буквой α (альфа).

Для устройства, управляемого напряжением, давайте предположим, как мы делали раньше, что ток течет на клемму X и выходит на клемму Y. Напряжение на клемме Z теперь управляет величиной тока на клеммах X и Y. Теперь это напряжение необходимо соотнести с относительно одного из двух других терминалов, и здесь мы будем использовать терминал Y для наших целей.Кроме того, поскольку в этом случае управляющим сигналом является напряжение, мы будем предполагать, что ток не течет на клемму Z (или не выходит из нее). Сравнивая это с устройством, управляемым током, мы можем сказать, что α = 1 и β бесконечно. Отношение выходного тока к управляющему напряжению, выраженное в амперах / вольт, является размерно проводимостью, и для обозначения проводимости чаще всего используется буква g . Этот параметр транзистора называется крутизной, и обычно используется gm .

Мы также можем описать дополнительные устройства, изменив направление токов на обратное, так что теперь управляемый ток течет из клеммы X в клемму Y, как показано на рисунке 8.1.2. Поскольку направление тока теперь меняется на противоположное, мы обычно предполагаем, что напряжение на Y больше, чем на клемме X, а напряжение VXY является отрицательным числом. То же самое можно сказать и о напряжении на клемме Z относительно клеммы Y, а напряжение VZY — отрицательное число.Для случая с управлением по току мы также меняем направление управляющего тока I Z , который теперь вытекает из клеммы Z.

Рисунок 8.1.2 Дополнительная модель

Подводя итог, мы описали четыре типа активных устройств: источник тока, управляемый положительным током, и его дополнительную отрицательную форму, а также источник тока, управляемый положительным напряжением, и его дополнительную отрицательную форму.

8.1.1 Характеристики простой модели

Теперь мы рассмотрим передаточные характеристики этих простых моделей транзисторов и то, как их можно модифицировать или расширять, чтобы сделать их более реалистичными.Сначала мы исследуем зависимость выходного тока от выходного напряжения простого (идеального) источника тока, управляемого напряжением, при ступенчатом изменении напряжения на управляющем входе. Результаты для управляемого источника с крутизной 1 мА / В показаны на рисунке 8.1.3, поскольку В XY изменяется от 0 до 5 В, а управляющее напряжение В ZY ступенчато. с шагом 0,4 В от 0,1 В до 2,1 В . Идеальный источник тока, управляемый током, имел бы по существу те же характеристики, за исключением того, что каждая горизонтальная линия будет представлять другой управляющий ток (на клемме Z), а не другое управляющее напряжение.

Рисунок 8.1.3 Характеристики источника тока с идеальным управлением напряжением (или током)

Из этих характеристических кривых мы можем узнать следующее: Во-первых, ток действительно не зависит от напряжения на клеммах X и Y. Во-вторых, ток I XY равен 1 мА на вольт, приложенный к клемме Z по отношению к клемме X (рисунок 8.1.1). Однако очевидна одна вещь, которая не может произойти в реальном устройстве, и это то, что I XY имеет значение, отличное от нуля, когда напряжение V XY равно нулю.Это означает, что устройство содержит источник энергии, и мы знаем, что это невозможно. В противном случае у нас было бы решение мирового энергетического кризиса. Более реалистичный набор характеристик больше похож на показанный на рисунке 8.1.4.

Кривые, подобные тем, что показаны на рисунке 8.1.4, имеют больше физического смысла, но все же обладают некоторыми свойствами, которых не могут иметь реальные устройства. На графике видны резкие изломы кривых, где наклонная линия, проходящая через начало координат, пересекает горизонтальную линию при постоянном контролируемом значении тока.Этот переход никогда не может быть таким резким и должен каким-то образом плавно переходить от одной линии к другой.

Еще одним свойством этих простых кривых является идеально горизонтальный характер линий тока и напряжения. Реальное устройство покажет некоторые изменения, обычно увеличение из-за конечного реального сопротивления с напряжением на X и Y.

Рисунок 8.1.4 Ток VCCS должен быть равен нулю, если В XY = 0

Более полная сложная математическая модель реального физического транзистора показана на рисунке 8. 1.5. Мы исследуем эту более полную модель в следующих разделах этой главы.

Рисунок 8.1.5 Сложная математическая модель устройства

8.2 Обозначения транзисторов

Этим основным моделям активных устройств соответствуют четыре типа транзисторов. Их схематические символы показаны на рисунке 8.2.1. Управляемым током устройством n-типа является биполярный транзистор NPN (BJT). Управляемым по току устройством p-типа является PNP BJT.Устройством n-типа, управляемым напряжением, является NMOS FET (полевой транзистор на основе металлооксидного полупроводника). И, наконец, управляемое напряжением устройство p-типа — PMOS FET. Вместо того, чтобы давать клеммам устройства общие имена, такие как X, Y и Z, установленное соглашение для BJT — коллектор и эмиттер для клемм источника тока и база для клеммы управления током. Точно так же соглашение для MOS-устройства — сток и источник для клемм источника тока и затвор для клеммы управления напряжением,

Рисунок 8. 2.1 символы транзисторов

Примечание. Если читатель не занимается производством устройства, обычно менее важно понимать внутреннюю работу транзисторов. Описания, которые можно получить, углубляясь в внутренние свойства, не особенно подходят для схемотехники и могут быть трудными для понимания. Скорее для анализа и проектирования схем обычно достаточно понять внешние свойства транзисторов, рассматривая их более или менее как черный ящик. Добавление некоторого обсуждения тонкостей, которые возникают из-за физики, происходящей внутри черного ящика, конечно, необходимо для надежного проектирования схем.

8.3 Основы биполярного переходного транзистора

Транзистор с биполярным переходом (BJT) представляет собой электронное устройство с тремя выводами, построенное из легированного полупроводникового материала, и может использоваться в приложениях для усиления или переключения. Биполярные транзисторы названы так потому, что в их работе участвуют как электроны, так и дырки. Поток заряда в BJT происходит из-за двунаправленной диффузии носителей заряда через соединение между двумя областями с разной концентрацией заряда. По своей конструкции большая часть тока коллектора БЮТ обусловлена ​​потоком зарядов, вводимых от эмиттера с высокой концентрацией в базу, где они являются неосновными носителями, которые диффундируют к коллектору, и поэтому БЮТ классифицируются как устройства с неосновными носителями. отличается от транзисторов с большинством носителей, таких как полевые транзисторы, в которых только основные носители участвуют в протекании тока из-за дрейфа.

Типичное поперечное сечение планарного NPN-транзистора показано на рисунке 8.3.1. NPN-транзистор можно рассматривать как два диода с PN-переходом с очень тонким общим анодом, P-слоем. При типичной работе переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном направлении. В NPN-транзисторе, например, когда положительное напряжение приложено к переходу база-эмиттер, равновесие между термически генерируемыми носителями и отталкивающим электрическим полем обедненной области становится несбалансированным, позволяя термически возбужденным электронам инжектироваться в базовую область. Эти электроны блуждают (или «диффундируют») через очень тонкое основание из области высокой концентрации рядом с эмиттером в сторону области низкой концентрации возле коллектора. Электроны в базе называются неосновными носителями, потому что база легирована p-типом, что делает дырки основными носителями в базе.

Рисунок 8.3.1 Поперечное сечение планарного NPN-транзистора

Чтобы свести к минимуму процент носителей, которые рекомбинируют до достижения слоя истощения коллекторно-базового перехода, базовая область транзистора должна быть достаточно тонкой, чтобы носители могли диффундировать по ней за гораздо меньшее время, чем время жизни неосновных носителей полупроводника.В частности, толщина основания должна быть намного меньше диффузионной длины электронов. Коллектор-база-переход имеет обратное смещение, и поэтому инжекция электронов от коллектора к базе происходит незначительно, но электроны, которые диффундируют через базу в сторону коллектора, уносятся в коллектор электрическим полем в обедненной области коллектор-база. соединение. Тонкая общая база и асимметричное легирование коллектор-эмиттер — это то, что отличает биполярный транзистор от двух отдельных диодов с противоположным смещением, установленных последовательно.

8.3.1 Контроль напряжения, тока и заряда

Ток коллектора-эмиттера можно рассматривать как управляемый током база-эмиттер (управление током) или напряжением база-эмиттер (управление напряжением). Эти представления связаны между собой соотношением тока и напряжения в переходе база-эмиттер, которое представляет собой обычную экспоненциальную кривую вольт-амперной характеристики PN-перехода (диода).

Физическое объяснение тока коллектора — это количество заряда неосновных носителей заряда в базовой области.

Подробные модели действия транзистора, такие как модель Гаммеля-Пуна, явно объясняют распределение этого заряда, чтобы более точно объяснить поведение транзистора. Представление управления зарядом легко обрабатывает фототранзисторы, где неосновные носители в базовой области создаются за счет поглощения фотонов, и управляет динамикой выключения или временем восстановления, которое зависит от заряда в рекомбинации базовой области. Однако, поскольку базовый заряд не является сигналом, видимым на выводах, при проектировании и анализе схем обычно используются режимы управления током и напряжением.

При проектировании аналоговых схем иногда используется представление управления током, поскольку оно приблизительно линейно. То есть ток коллектора примерно? F раз больше тока базы. Некоторые базовые схемы могут быть спроектированы, исходя из предположения, что напряжение эмиттер-база приблизительно постоянное, а ток коллектора в бета умножен на ток базы. Однако для точного и надежного проектирования надежных цепей BJT чаще используется модель управления напряжением (например, Ebers-Moll).Модель управления напряжением требует учета экспоненциальной функции. Следующее уравнение для тока коллектора I C показывает экспоненциальную зависимость от V BE .

Достаточно стандартный транзистор, работающий при токе около 100 мкА, может иметь В BE около 650 мВ при комнатной температуре, где q / kT составляет около 0,039 / мВ (или тепловое напряжение kT / q составляет 25 мВ). Экспоненциальный множитель в уравнении будет порядка 10 11 .В этом случае мы можем без серьезной ошибки опустить член -1 в уравнении. Беря натуральный логарифм, мы получаем уравнение для V BE .

Когда эта экспонента линеаризуется так, что транзистор может быть смоделирован как крутизна, как в модели Эберса-Молла, проектирование таких схем, как усилители, снова становится в основном линейной проблемой, поэтому часто предпочтительнее рассматривать управление напряжением. Для транслинейных схем, в которых экспоненциальная кривая I- V является ключевой для работы, транзисторы обычно моделируются как управляемые по напряжению с крутизной, пропорциональной току коллектора.Как правило, проектирование схем на уровне транзисторов выполняется с использованием SPICE или аналогичного имитатора аналоговых схем, поэтому математическая сложность модели обычно не имеет большого значения для разработчика.

8.3.2 Транзистор альфа и бета

Доля электронов, способных пересечь базу и достигнуть коллектора, является мерой эффективности БЮТ. Асимметричное сильное легирование эмиттерной области и легкое легирование базовой области вызывает инжекцию гораздо большего количества электронов из эмиттера в базу, чем дырок, инжектируемых из базы в эмиттер.Общий эмиттер ток Коэффициент усиления представлен как ß F или h fe и является приблизительно отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы в прямой активной области. Обычно оно больше 100 для малосигнальных транзисторов, но может быть меньше для транзисторов, предназначенных для мощных приложений. Другой важный параметр — коэффициент усиления по току общей базы, F . Коэффициент усиления по току с общей базой приблизительно равен коэффициенту усиления по току от эмиттера к коллектору в прямой активной области.Это отношение обычно имеет значение, близкое к единице; от 0,98 до 0,998. Альфа и бета более точно связаны следующими тождествами (транзистор NPN):

Биполярный транзистор состоит из трех областей полупроводника с различными легировками, области эмиттера, области базы и области коллектора. Этими областями являются, соответственно, тип p , тип n и тип p в PNP и тип n , тип p и тип n в транзисторе NPN.Каждая полупроводниковая область подключена к клемме, обозначенной соответствующим образом: эмиттер (E), база (B) и коллектор (C).

База физически расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена ​​из слегка легированного материала с высоким сопротивлением. Коллектор окружает эмиттерную и базовую области (рис. 8.3.1), что делает практически невозможным выход электронов, инжектированных в базовую область из эмиттерной области, в результате чего результирующее значение становится очень близким к единице, и поэтому , придавая транзистору большую ß.Вид в разрезе BJT, рисунок 8. 3.1, показывает, что переход коллектор-база имеет гораздо большую площадь, чем переход эмиттер-база.

Транзистор с биполярным переходом, в отличие от полевого МОП-транзистора, который мы вскоре подробно обсудим, обычно не является симметричным устройством. Это означает, что перестановка коллектора и эмиттера заставляет транзистор выйти из прямого активного режима и начать работать в так называемом обратном активном режиме.

Поскольку внутренняя структура транзистора обычно оптимизирована для работы в прямом режиме, перестановка коллектора и эмиттера делает значения a и ß в обратном режиме намного меньше, чем в прямом режиме; часто а обратного режима ниже 0.5. Отсутствие симметрии в первую очередь связано с относительными степенями легирования эмиттера и коллектора. Эмиттер сильно легирован, а коллектор слегка легирован, что позволяет приложить большое обратное напряжение смещения до того, как разомкнется переход коллектор-база. Коллектор-база при нормальной работе имеет обратное смещение. Причина, по которой эмиттер сильно легирован, состоит в том, чтобы увеличить эффективность инжекции эмиттера: соотношение носителей, введенных эмиттером, к тем, которые введены базой.Для высокого коэффициента усиления по току большая часть носителей, вводимых в переход эмиттер-база, должна исходить от эмиттера.

Низкопроизводительные «боковые» биполярные транзисторы, которые иногда используются в КМОП-процессах, иногда спроектированы симметрично, то есть без разницы между прямым и обратным режимом работы, рис. 8.3.2. Однако, поскольку ширина основания часто намного больше, чем у вертикальной структуры на рисунке 8.3.1, ß и а не так высоки. Метод компоновки для повышения эффективности сбора состоит в том, чтобы полностью окружить эмиттерную область со всех четырех сторон областью коллектора в форме кольца или пончика.Конечно, теперь эта структура больше не симметрична.

Рисунок 8.3.2 Боковое сечение NPN

Небольшие изменения напряжения, приложенного к клеммам база-эмиттер, приводят к значительному изменению тока, протекающего между эмиттером и коллектором. Этот эффект можно использовать для усиления входного напряжения или тока. BJT можно рассматривать как источники тока с управлением по напряжению, но их проще охарактеризовать как источники тока с регулируемым током или усилители тока из-за относительно низкого импеданса, наблюдаемого на базе.

Ранние транзисторы были сделаны из германия, но большинство современных BJT сделаны из кремния. Устройства специального назначения также изготавливаются из полупроводниковых соединений элементов III- V , таких как арсенид галлия, особенно для очень высоких частот.

8.3.3 НПН

NPN — это один из двух типов биполярных транзисторов, в которых буквы «N» (отрицательный) и «P» (положительный) относятся к основным носителям заряда внутри различных областей транзистора.Производимые сегодня биполярные транзисторы с более высокими эксплуатационными характеристиками — это NPN-транзисторы, поскольку подвижность электронов выше подвижности дырок в полупроводниках, что обеспечивает более высокие токи и более быструю работу.

Транзисторы NPN состоят из слоя полупроводника с примесью фосфора («основа»), помещенного между двумя слоями с примесью азота. Небольшой ток, поступающий на базу в режиме с общим эмиттером, усиливается на выходе коллектора. Другими словами, NPN-транзистор «включен», когда его база поднята высоко относительно эмиттера.Стрелка в символе транзистора NPN находится на плече эмиттера и указывает в направлении обычного тока, когда устройство находится в прямом активном рабочем режиме.

Одно мнемоническое устройство для идентификации символа для NPN-транзистора: « n ot p ointing i n , или« n ot p ointing, n ointing »

8.3.4 PNP

Другой тип BJT — это PNP с буквами «P» и «N», обозначающими основные носители заряда в различных областях транзистора.Транзисторы PNP состоят из слоя полупроводника с примесью азота, расположенного между двумя слоями материала с примесью фосфора. Небольшой ток, покидающий базу в режиме общего эмиттера, усиливается на выходе коллектора. Другими словами, PNP-транзистор включен, когда его база опущена относительно эмиттера.

Стрелка в символе транзистора PNP находится на плече эмиттера и указывает в направлении обычного тока, когда устройство находится в прямом активном режиме.

8.3.5 BJT Регионы присутствия

Биполярные транзисторы имеют пять различных областей работы, определяемых способом смещения переходов. Чтобы наглядно представить режимы работы, нарисуйте NPN-транзистор с коллектором вверху, базой в середине и эмиттером внизу. Теперь есть две разницы напряжения: между коллектором и базой и между базой и эмиттером. Обратите внимание на два момента: V CB = — V BC , а «соединение база-коллектор с обратным смещением» означает V BC <0 или V CB > 0. Проще говоря, это означает, что коллектор имеет более высокое напряжение, чем база (если зондировать). Механическим аналогом может быть труба и вентиль.

Клапан является базовым, а две стороны трубы — коллекторным и эмиттерным. Теперь количество протекающей воды (тока) зависит от того, насколько открыт клапан (напряжение от базы к эмиттеру) и сколько воды у вас наверху трубы (напряжение от коллектора до базы). Если вы запишите смещения в терминах приложенных напряжений ( V CB , V BE ) вместо смещения перехода, режимы работы можно описать как:

  1. Активное прямое: база выше эмиттера, коллектор выше базы (в этом режиме ток коллектора пропорционален току базы на β F ).

  2. Насыщенность: База выше эмиттера, но коллектор не выше базы.

  3. Cut-Off: База ниже эмиттера, но коллектор выше базы. Это означает, что транзистор не пропускает обычный ток через коллектор к эмиттеру.

  4. Reverse Active: База ниже эмиттера, коллектор ниже базы: обратный условный ток проходит через транзистор.

С точки зрения смещения перехода: («соединение база-коллектор с обратным смещением» означает V BC <0 или V CB > 0)

  1. Вперед активный (или просто активный): переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении.Большинство биполярных транзисторов спроектированы так, чтобы обеспечить максимальное усиление по току с общим эмиттером, β F , в прямом активном режиме. В этом случае ток коллектор-эмиттер приблизительно пропорционален току базы, но во много раз больше при небольших изменениях тока базы.

  2. Обратный активен (или инверсный активен или инвертирован): при изменении условий смещения прямой активной области биполярный транзистор переходит в обратный активный режим. В этом режиме области эмиттера и коллектора меняются ролями. Поскольку большинство биполярных транзисторов предназначены для максимального увеличения коэффициента усиления по току в прямом активном режиме, β F в инвертированном режиме в несколько (2-3 для обычного германиевого транзистора) раз меньше. Этот транзисторный режим используется редко, обычно рассматривается только для условий отказоустойчивости и некоторых типов биполярной логики. Напряжение пробоя обратного смещения к базе может быть на порядок ниже в этой области.

  3. Насыщение: с обоими переходами, смещенными в прямом направлении, BJT находится в режиме насыщения и обеспечивает проведение сильного тока от эмиттера к коллектору.Этот режим соответствует логическому «включению» или замкнутому переключателю.

  4. Отсечка: в отсечке присутствуют условия смещения, противоположные насыщению (оба перехода смещены в обратном направлении). Ток очень слабый, что соответствует логическому «выключению» или размыканию переключателя.

  5. Лавина обрыв район

Хотя эти области хорошо определены для достаточно большого приложенного напряжения, они частично перекрываются при малых (менее нескольких сотен милливольт) смещениях.Например, в типичной конфигурации с заземленным эмиттером NPN BJT, используемого в качестве понижающего переключателя в цифровой логике, состояние «выключено» никогда не включает в себя переход с обратным смещением, поскольку базовое напряжение никогда не опускается ниже земли; тем не менее прямое смещение достаточно близко к нулю, чтобы ток практически не протекал, поэтому этот крайний предел прямой активной области можно рассматривать как область отсечки.

8.4.1 Биполярный переходной транзистор с большим сигналом Модель

Как мы только что узнали, биполярный переходный транзистор (BJT) может работать в одной из трех областей:

  1. Область отсечки: транзистор выключен, и ток между коллектором и эмиттером не течет ( i.е. , сопротивление коллектор-эмиттер бесконечно).
  2. Активная область: Транзистор действует как источник тока с регулируемым током между коллектором и эмиттером, как в базовой модели.

  3. Область насыщения: когда напряжение между коллектором и эмиттером падает ниже определенного уровня (обычно, когда напряжение коллектора и базы равно нулю или меньше), ток базы увеличивается, и отношение I C к I B , или β намного меньше, чем в активной области.

В активной области транзистор регулирует ток коллектора на? умножить на базовый ток. Если базовый ток I B падает до 0, транзистор входит в область отсечки и закрывается. Когда напряжение коллектора становится меньше или равным базовому напряжению, ток базы увеличивается, а β падает. В этом случае транзистор переходит в область насыщения. Чтобы не допустить попадания транзистора в область насыщения, общее практическое правило состоит в том, что напряжение на коллекторе должно быть более положительным, чем напряжение на базе.То есть переход коллектор-база всегда имеет обратное смещение.

Простая модель работы NPN и PNP BJT транзисторов в активной области показана на рисунке 8.4.1. Это требует знания коэффициента усиления по току β, чтобы спроектировать схему. В обеих этих моделях

I C = βI B , I E = (β + 1) I B и

Эмиттер отделен от базы диодом. Чтобы этот диод проводил ток, в случае устройства на основе кремния, он должен быть смещен в прямом направлении на ~ 0.65В.

Рисунок 8.4.1 (a) Активная область NPN (b) Активная область PNP

Диод база-эмиттер: всегда помните о рисунке 8.4.1. Модель Эберса-Молла BJT рассматривает соотношение тока и напряжения в переходе база-эмиттер точно так же, как идеальный диод Шокли, ток которого отражается в коллекторе с усилением. Когда V B и V E неочевидны, вспомните о диоде база-эмиттер.

8.4.2 Ранний эффект (Модуляция базовой ширины)

Ранний эффект был впервые обнаружен и объяснен Джеймсом Эрли, когда он работал в Bell Labs. В нашем идеальном устройстве ток коллектора должен быть равен току базы, умноженному на постоянный коэффициент усиления β. Но, как мы видели выше, каждый p-n-переход имеет два обедненных слоя. Для перехода коллектор-база один истощающий слой простирается в коллектор, другой — в основание. База почти всегда более сильно легирована, чем коллектор, поэтому ее обедненный слой довольно неглубокий.Однако основание также очень тонкое, поэтому даже неглубокий обедненный слой занимает значительную часть ширины основания. С увеличением напряжения на коллекторе обедненные слои расширяются. В области коллектора это имеет небольшой эффект (до тех пор, пока он не попадает в другую сторону коллектора), но в области основания он сужает ширину основания. Поскольку коэффициент усиления биполярного транзистора очень сильно зависит от ширины базы, коэффициент усиления просто увеличивается при уменьшении эффективной ширины базы. Если вы проведете прямую линию, увеличивающую наклон в передней активной области (от 0.От 4 до 15 вольт, например) в отрицательный квадрант и дайте ему пересечься с линией нулевого тока, вы получите раннее напряжение В A . В преувеличенном случае, показанном на рисунке 8.4.2, раннее напряжение будет -15 В (но обычно выражается как 15 В). В зависимости от ширины основания, предусмотренной в производственном процессе, она может быть больше или меньше указанной, с соответственно меньшим или большим наклоном.

Рисунок 8.4.2 Раннее напряжение

8.5.1 Базовая конструкция и принцип работы

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник n-типа (MOSFET) состоит из истока и стока, двух высокопроводящих полупроводниковых областей n-типа, которые изолированы от подложки p-типа PN-диодами с обратным смещением. Затвор из поликристаллического кремния покрывает область между истоком и стоком, но отделен от полупроводника изолирующим слоем оксида. Базовая структура полевого МОП-транзистора n-типа и соответствующее обозначение схемы показаны на рисунке 8.5.1.

Рисунок 8.5.1 Поперечное сечение и обозначение цепи полевого транзистора металл-оксид-полупроводник n-типа (MOSFET)

Как видно на рисунке, области истока и стока идентичны. Именно приложенные напряжения определяют, какая область n-типа обеспечивает электроны и становится источником, в то время как другая область n-типа собирает электроны и становится стоком. Напряжения, приложенные к электроду стока и затвора, а также к подложке посредством обратного контакта, относятся к потенциалу истока, как также показано на рисунке.

Вид сверху того же полевого МОП-транзистора показан на рисунке. 8.5.2, где указаны длина ворот L и ширина ворот W. Обратите внимание, что длина затвора не равна физическому размеру затвора, а скорее равна расстоянию между областями истока и стока под затвором. Перекрытие между затвором и областью истока и стока требуется, чтобы гарантировать, что инверсионный слой образует непрерывный проводящий путь между областью истока и стока. Обычно это перекрытие делается как можно меньше, чтобы минимизировать его паразитную емкость.

Рисунок 8.5.2 Вид сверху металл-оксид-полупроводник-полевой транзистор n-типа (MOSFET)

Поток электронов от истока к стоку контролируется напряжением, приложенным к затвору. Положительное напряжение, приложенное к затвору, притягивает электроны к границе раздела между диэлектриком затвора и полупроводником. Эти электроны образуют проводящий канал между истоком и стоком, называемый инверсионным слоем. Ток затвора не требуется для поддержания инверсионного слоя на границе раздела, поскольку оксид затвора блокирует любой поток носителей.В итоге ток между стоком и истоком регулируется напряжением, приложенным к затвору.

Типичные характеристики тока в зависимости от напряжения (I- В ) полевого МОП-транзистора показаны на рисунке ниже. Реализована квадратичная модель полевого МОП-транзистора.

8,6 МОП-транзистор Модель большого сигнала

8.6.1 Режимы работы

Работа полевого МОП-транзистора может быть разделена на три различных режима в зависимости от напряжений на клеммах.В следующем обсуждении используется упрощенная алгебраическая модель, которая верна только для старых технологий. Современные характеристики MOSFET требуют компьютерных моделей, которые имеют более сложное поведение.

Для расширения режим , n-channel MOSFET, три рабочих режима:

Режим отсечки, подпорога или слабой инверсии
Когда:
Где В th — пороговое напряжение устройства.

Согласно базовой пороговой модели, транзистор выключен, и между стоком и истоком нет проводимости.В действительности, распределение энергии электронов Больцмана позволяет некоторым более энергичным электронам в источнике проникать в канал и течь в сток, в результате чего возникает подпороговый ток, который является экспоненциальной функцией напряжения затвор-исток. В то время как ток между стоком и истоком в идеале должен быть равен нулю, когда транзистор используется в качестве выключателя, существует слабый ток инверсии, иногда называемый подпороговой утечкой. При слабой инверсии ток изменяется экспоненциально в зависимости от смещения затвор-исток В GS , что приблизительно равно:

Где:
I D0 = ток при В GS = В th

а коэффициент наклона n определяется как

С участием:

C D = емкость обедненного слоя

И

C OX = емкость оксидного слоя.

В устройстве с длинным каналом отсутствует зависимость тока от напряжения стока В DS » В T , но по мере уменьшения длины канала уменьшение индуцированного стоком барьера приводит к зависимости напряжения стока, которая зависит от сложным образом от геометрии устройства (например, легирование канала, легирование перехода и т. д.). Часто пороговое напряжение В th для этого режима определяется как напряжение затвора, при котором возникает выбранное значение тока I D0 , например, I D0 = 1 мкА, что может не совпадать с V th — значение, используемое в уравнениях для следующих режимов.

Некоторые аналоговые схемы микромощностей предназначены для использования преимущества подпороговой проводимости. Работая в области слабой инверсии, полевые МОП-транзисторы в этих схемах обеспечивают максимально возможное отношение крутизны к току, а именно:

Что почти то же самое, что и биполярный транзистор.

Подпороговая кривая I- V экспоненциально зависит от порогового напряжения, вводя сильную зависимость от любых производственных изменений, которые влияют на пороговое напряжение; например: изменения толщины оксида, глубины перехода или легирования тела, которые изменяют степень снижения барьера, вызванного стоком.Возникающая в результате чувствительность к вариациям изготовления усложняет оптимизацию утечек и производительности.

Триодный режим или линейная область (также известный как резистивный режим)

когда

и

Транзистор включается, и создается канал, который позволяет току течь между стоком и истоком. МОП-транзистор работает как резистор, управляемый напряжением затвора относительно напряжений истока и стока.Ток от стока к истоку моделируется как:

Где:
μ n — эффективная подвижность носителей заряда,
W — ширина затвора,
L — длина затвора
C ox — емкость оксида затвора на единицу площади.

Переход от экспоненциальной подпороговой области к триодной области не такой резкий, как предполагают уравнения.

Насыщенность или активный режим,

когда

и

Переключатель включен, и был создан канал, который позволяет току течь между стоком и истоком.Поскольку напряжение стока выше, чем напряжение затвора, электроны распространяются, и проводимость происходит не через узкий канал, а через более широкое, двух- или трехмерное распределение тока, простирающееся от границы раздела в глубину подложки. Начало этой области также известно как pinch- off, чтобы указать на отсутствие области канала около стока. Ток стока теперь слабо зависит от напряжения стока и регулируется в основном напряжением затвор-исток и моделируется очень приблизительно как:

Дополнительный фактор, включающий λ, параметр модуляции длины канала, моделирует зависимость тока от напряжения стока из-за эффекта Раннего или модуляции длины канала.Согласно этому уравнению, ключевым параметром конструкции, крутизной MOSFET является:

Комбинация называется напряжением перегрузки. Другим ключевым параметром конструкции является выходное сопротивление полевого МОП-транзистора r O , которое определяется по формуле:

r out является обратным g ds где

V DS — выражение в области насыщения.

Если ? принимается равным нулю, результатом является бесконечное выходное сопротивление устройства, что приводит к нереалистичным предсказаниям схемы, особенно в аналоговых схемах.Поскольку длина канала становится очень короткой, эти уравнения становятся неточными. Возникают новые физические эффекты. Например, перенос носителей в активном режиме может быть ограничен насыщением скорости. Когда преобладает насыщение по скорости, ток стока насыщения более близок к линейному, чем к квадратичному в V GS . На еще меньших длинах носители транспортируются с почти нулевым рассеянием, известным как квазибаллистический транспорт. Кроме того, на выходной ток влияет снижение порогового напряжения, вызванное стоком.

8.7 Малосигнальные модели Hybrid-pi

Модель гибридного Пи — это популярная схемная модель, используемая для анализа поведения слабого сигнала биполярных переходных и полевых транзисторов. Модель может быть достаточно точной для низкочастотных цепей и может быть легко адаптирована для более высокочастотных цепей с добавлением соответствующих межэлектродных емкостей и других паразитных элементов.

8.7.1 Параметры биполярного перехода (BJT)

Модель hybrid-pi представляет собой приближение линеаризованной двухпортовой сети к BJT с использованием напряжения база-эмиттер слабого сигнала v = и напряжения коллектор-эмиттер v ce в качестве независимых переменных и тока базы слабого сигнала i b и ток коллектора i c в качестве зависимых переменных.Базовая низкочастотная гибридная пи-модель биполярного транзистора (NPN) показана на рисунке 8.7.1.

Рисунок 8.7.1 Модель BJT Hybrid-pi

Вот различные параметры:

Крутизна, г м , в сименсах, определяется следующим уравнением:

где:

I C — ток покоя коллектора (также называемый током смещения коллектора или постоянным током коллектора) — тепловое напряжение, рассчитанное из постоянной Больцмана k , заряда электрона q и температуры транзистора в кельвинах T .При 300 K (приблизительно комнатная температура) V T составляет около 26 мВ .

где:
— текущий коэффициент усиления на низких частотах (также обозначается как h FE ).

Здесь I B — базовый ток точки покоя. Это параметр, специфичный для каждого транзистора, его можно найти в таблице данных; ß — это функция выбора тока коллектора.

Выходное сопротивление из-за раннего эффекта ( В A — раннее напряжение).

Связанные термины:

Величина, обратная выходному сопротивлению, называется выходной проводимостью.

Величина, обратная величине г м , называется внутренним сопротивлением r E

8.7.2 Параметры MOSFET

Базовая низкочастотная гибридная пи-модель для полевого МОП-транзистора (n-типа) показана на рисунке 8.7.2.

Рисунок 8.7.2 Модель MOSFET Hybrid-pi

Вот различные параметры:

gm — крутизна в сименсах, оцениваемая по току стока I D . где:

I D — это ток стока покоя (также называемый смещением стока или постоянным током стока) В th = пороговое напряжение и В GS = напряжение затвор-исток.

Комбинация: часто называется напряжением перегрузки.

r o — выходное сопротивление из-за модуляции длины канала с использованием аппроксимации для параметра модуляции длины канала λ.

Здесь V E — параметр, связанный с технологией (около 4 V / мкм для технологического узла 65 нм), а L — длина

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.