Основные понятия и определения электроники. Компонентная база электроники, страница 11

Транзисторный ключ работает следующим образом. При подаче необходимого значения входного напряжения U_вх начинает протекать ток базы и транзистор VT входит в режим насыщения, т. е. открывается. При этом напряжение между коллектором и эмиттером транзистора снижается практически до нуля, что соответствует замкнутому ключу. При уменьшении входного напряжения до нуля ток базы прекращается и транзистор входит в режим отсечки, т. е. закрывается. При этом напряжение между коллектором и эмиттером транзистора увеличивается до напряжения, близкого к напряжению питания Е_пит, что соответствует разомкнутому ключу. Резисторы R₁ и R₂ ограничивают токи через транзистор. Их выбирают в соответствии с соотношениями:

R₂ = Eпит ;

I_к

                                                                                                               (3.1)

R1 = (Uвх -Uбэ) 0,7 h2.1.э ,

Iк

где I_к – требуемый ток коллектора транзистора; U_бэ – напряжение база-эмиттер; коэффициент 0,7 обеспечивает режим насыщения транзистора.

Аналогично биполярному транзистору, электронный ключ можно реализовать на полевом транзисторе или IGBT. При этом не требуется ограничительный резистор в цепи управления.

Электронные ключи применяют как в информационной, так и в силовой электронике. Ключевой режим транзистора имеет место в подавляющем большинстве случаев в современных электронных устройствах, поскольку в этом режиме работают транзисторы, входящие в состав цифровых интегральных микросхем, в том числе и микропроцессоров.

3.2. Усилитель по схеме с общим эмиттером

Усилителем называют устройство, предназначенное для увеличения параметров электрического сигнала (напряжения, тока, мощности). Усилители потребляют электроэнергию от источника питания (постоянного стабилизированного напряжения).

Схема усилителя с общим эмиттером приведена на рис. 3.2.

Схема работает следующим образом. Источник постоянного напряжения Е_пит, а также резисторы R₁, R₂ , R₃ обеспечивают активный нормальный режим работы биполярного транзистора VT. Входное переменное напряжение U_вх через конденсатор C₁, препятствующий проникновению постоянной составляющей входного напряжения, подается на базу транзистора. В результате изменяется значение тока базы. Ток базы усиливается транзистором в h_2.1.э раз, что приводит к возрастанию падения напряжения на резисторе R₃ , и, соответственно, к увеличению значения выходного напряжения U_вых на нагрузке R_н. Конденсатор C₂ препятствует проникновению постоянной составляющей выходного напряжения в нагрузку.

Коэффициент усиления такого усилителя рассчитывается по формуле

                                                                                                  h_2.1     R3⁺Rн

                                         k_ус = Uвых =_-         R3       ^Rн ,                       (3.2)

                                                                           Uвх                         h1.1

где h_2.1 – коэффициент передачи тока коллектора транзистора; h_1.1 – входное сопротивление транзистора.

Знак «–» в выражении (3.2) означает, что усилитель с общим эмиттером является инвертирующим, т. е. осуществляет поворот по фазе на 180 выходного напряжения относительно входного. Принцип работы рассматриваемого усилителя показан на совмещенных ВАХ транзистора и осциллограммах тока коллектора I_к и напряжения коллектор-эмиттер U_кэ, приведенных на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Совмещенные ВАХ транзистора и осциллограммы тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер для усилителя с общим эмиттером

На рис. 3.3 также показана линия нагрузки, пересекающая ВАХ. Точки пересечения этой линии и линий ВАХ называются рабочими точками. Они определяют режим работы транзистора в текущий момент времени. Крайние рабочие точки показывают границы работы транзистора в активном нормальном режиме. Если ток базы превысит эти границы и будет изменяться скачком от минимального до максимального значения, то транзистор перейдет в ключевой режим работы.