РАБОТА ТРАНЗИСТОРА В УСИЛИТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ.
УРОК 14
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР
Изобретение транзистора в ХХ веке по праву является одним из значимых событий, транзистор как электронный компонент пришел на смену электронным лампам. Электронные лампы на тот период времени, безраздельно служили во всех радиоэлектронных устройствах, при этом электронные лампы имели множество недостатков. Одним из самых значительных недостатков была их большая потребляемая мощность, так – же лампы имели очень большой вес и габариты, но при этом не отличались механической прочностью. Электронная аппаратура становилась все сложнее, большое количество электронных ламп требовало большего потребления энергии, возросло количество отказов техники - к примеру вычислительные машины (компьютеры того времени) собранные на лампах, могли работать без поломок лишь считанные минуты, а габариты этих “компьютеров” были таковы, что занимали целый многоэтажный дом.
Полупроводниковый транзистор лишен всех тех недостатков которые присущи электронным лампам и во многом превосходит их. Низкое энергопотребление, малый вес и размер, а механическая прочность такова, что если сбросить современный транзистор с высоты 10го этажа с ним ничего не случится.
Первый транзистор разработали ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен, в 1956 году они были удостоены нобелевской премии.
Биполярный транзистор - электронный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Транзистор называется биполярный, поскольку в работе прибора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки. Этим он отличается от униполярного (полевого) транзистора, в работе которого участвует только один тип носителей заряда.
|
|
|
Биполярные транзисторы бывают двух типов PNP транзистор и NPN транзистор еще их называют - “прямой” и “обратный” транзистор. P-N-P – это прямой транзистор (легко запомнить, первая буква Р - соответственно прямой), N-Р-N - обратный.
Биполярный транзистор представляет собой пластинку германия или кремния, в которой созданы три области с различной электропроводностью. У транзистора типа n-р-n средняя область имеет дырочную, а крайние области – электронную электропроводность. Транзисторы типа р-n-р имеют среднюю область с электронной, а крайние - с дырочной проводимостью. Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область – эмиттером, вторая – коллектором. Таким образом в транзисторе имеются два р-n- перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором. Эмиттером - это область транзистора для инжекции носителей заряда в базу. Коллектором - область, назначением которой является извлечение носителей заряда из базы. Базой называется область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда.
|
|
|
База расположена между коллектором и эмиттером и является преградой для прохождения напряжения. Для того чтобы транзистор мог выполнять возложенные на него обязанности необходимо “активировать” базу, после чего транзистор будет работать как ключевой элемент, как усилитель тока, или напряжения.
РАБОТА ТРАНЗИСТОРА В КЛЮЧЕВОМ РЕЖИМЕ.
Транзистор типа N-P-N, на коллектор транзистора подается (+V) напряжение источника для питания лампочки накаливания. Лампочка не будет светиться, так как ток через транзистор не проходит и в таком случае говорят - транзистор “закрыт”. Для того, чтобы транзистор “открылся” на базу транзистора так же необходимо подать напряжение источника (+Vбазы). Ток источника (зеленые стрелки), пройдет через выключатель К1, резистор R1, через базу на эмиттер и с эмиттера на минус источника питания. Транзистор откроется, ток источника (красные стрелки) пройдет через лампочку, коллектор и базу на эмиттер транзистора и с эмиттера на –V источника питания, цепь “замкнется” и лампочка будет светиться.
|
|
|
В этом примере транзистор работает как ключ, открывает и закрывает прохождение электрического тока через нагрузку.
Теперь рассмотрим работу в ключевом режиме транзистора типа P-N-P.
В этом случае, наша схема будет отличаться тем, что путь тока в нагрузке проходит от плюса источника питания через эмиттер, коллектор, лампу и приходит к минусу источника, а на базу нужно подавать отрицательное напряжение –Vб. Плюс источника питания (красные стрелки) через эмиттер, базу проходит на коллектор и через лапочку накаливания на минус питания, лампа будет светиться.
Обратный транзистор открывается подачей положительного напряжения на базу, а прямой - отрицательного. Обратный транзистор открывается плюсом, а прямой - минусом. Плюс источника питания у обратного транзистора подается на коллектор, а минус - на эмиттер. У прямого транзистора наоборот - минус на коллектор, а плюс на эмиттер. Соответственно ток в обратном транзисторе течет от коллектора к эмиттеру в прямом транзисторе от эмиттера к коллектору.
|
|
|
Главное достоинство транзистора заключается еще и в том, что подавая на базу совсем небольшое напряжение всего в несколько десятков вольта, можно коммутировать мощные исполнительные устройства, например, вместо лампочки можно поставить реле, и оно будет своими контактами включать мощный электромотор тем самым используя низкое напряжение управления мы обеспечиваем безопасность человека.
УПРАВЛЕНИЕ НАГРУЗКОЙ
На схеме изображен N-P-N транзистор в базу которого включен переменный резистор R1, при помощи этого резистора можно плавно изменять величину напряжения приложенного к базе транзистора. Перемещая ползунок резистора (вывод со стрелочкой) ближе к плюсу источника питания (в верх по схеме) мы тем самым будем увеличивать сопротивление резистора R1, соответственно величина напряжения на базе транзистора уменьшится, транзистор закроется, если ползунок перемещать в противоположную сторону, напряжение на базе увеличится. Лампа будет изменять интенсивность свечения. Чем больше напряжение на базе транзистора, тем ярче будет светиться лампочка.
РАБОТА ТРАНЗИСТОРА В УСИЛИТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ.
Транзистор может работать не только как ключевой элемент, но и как усилитель тока, напряжения или того и другого одновременно. Существует несколько способов включения транзистора – это с общим коллектором, общей базой, и общим эмиттером. Схема с общим эмиттером получила наибольшее применение.
В ключевом режиме транзистор находится в режиме отсечки (закрыт) или в режиме насыщения (открыт) для того чтобы транзистор работал как усилитель его нужно заставить работать в “пограничном” режиме между отсечкой и насыщением. В прошлой схеме мы регулировали свечение лампочки, изменяя напряжение на базе транзистора при помощи переменного сопротивления (потенциометра). Когда лампочка горела в пол накала это и был “пограничный” режим, или если говорить другими словами, мы задавали смещение на базу транзистора.
В схеме усилителя резистор R1 является самым главным, он задает ток смещения на базе Т1 чтобы отпереть транзистор, вывести его из режима отсечки в активный режим, или иными словами задать базовый ток. От того, какой номинал (величину сопротивления) резистора мы будем использовать, будет зависеть сила тока, который потечет через цепь +Uпит - R1 - база - эмиттер и на минус источника питания. Задавая нужный базовый ток резистором R1, мы выбираем режим работы нашего усилителя, при котором сигнал на входе усилителя не будет больше режима насыщения и отсечки, а будет примерно в середине активного режима транзистора.
Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!