Для дома, для семьи

Работа биполярного транзистора. Режим усиления.

Дата: 27.05.2014 | Раздел: Радио для дома

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем осваивать биполярный транзистор и сегодня мы рассмотрим его работу в режиме усиления на примере простого усилителя звуковой частоты, собранного на одном транзисторе.

В режиме усиления транзисторы работают в схемах радиовещательных приемников и усилителях звуковой частоты (УЗЧ). При работе используются малые токи в базовой цепи транзистора, управляющие большими токами в коллекторной цепи. Этим и отличается режим усиления от режима переключения, который лишь открывает или закрывает транзистор под действием напряжения на базе.

1. Схема усилителя.

В качестве эксперимента соберем простой усилитель на одном транзисторе и разберем его работу.

В коллекторную цепь транзистора VT1 включим высокоомный электромагнитный телефон BF2, между базой и минусом источника питания GB установим резистор , и развязывающий конденсатор Cсв, включенный в базовую цепь транзистора.

Принципиальная и монтажная схема усилителя на одном транзисторе

Конечно, сильного усиления от такого усилителя мы не услышим, да и чтобы услышать звук в телефоне BF1 его придется очень близко преподнести к уху. Так как для громкого воспроизведения звука нужен усилитель как минимум с двумя-тремя транзисторами или так называемый двухкаскадный усилитель. Но чтобы понять сам принцип усиления, нам будет достаточно и усилителя, собранного на одном транзисторе или однокаскадном усилителе.

Усилительным каскадом принято называть транзистор с резисторами, конденсаторами и другими элементами схемы, обеспечивающими транзистору условия работы как усилителя.

2. Работа схемы усилителя.

При подаче напряжения питания в схему, на базу транзистора через резистор поступает небольшое отрицательное напряжение 0,1 — 0,2В, называемое напряжением смещения. Это напряжение приоткрывает транзистор, и через эмиттерный и коллекторный переходы начинает течь незначительный ток, который как бы переводит усилитель в дежурный режим, из которого он мгновенно выйдет, как только на входе появится входной сигнал.

Начальные токи напряжения смещения

Без начального напряжения смещения эмиттерный p-n переход будет закрыт и, подобно диоду, «срезать» положительные полупериоды входного напряжения, отчего усиленный сигнал будет искаженным.

Если на вход усилителя подключить еще один телефон BF1 и использовать его как микрофон, то телефон будет преобразовывать звуковые колебания в переменное напряжение звуковой частоты, которое через конденсатор Ссв будет поступать на базу транзистора.

Здесь, конденсатор Ссв выполняет функцию связующего элемента между телефоном BF1 и базой транзистора. Он прекрасно пропускает напряжение звуковой частоты, но преграждает путь постоянному току из базовой цепи к телефону BF1. А так как телефон имеет свое внутреннее сопротивление (около 1600 Ом), то без этого конденсатора база транзистора через внутреннее сопротивление телефона была бы соединена с эмиттером по постоянному току. И естественно, ни о каком усилении сигнала речи и быть не могло.

Теперь, если начать говорить в телефон BF1, то в цепи эмиттер-база возникнут колебания электрического тока телефона Iтлф, которые и будут управлять большим током в коллекторной цепи транзистора. И уже этот усиленный сигнал, преобразованный телефоном BF2 в звук, мы и будем слышать.

Работа транзистора в режиме усиления

Сам процесс усиления сигнала можно описать следующим образом.
При отсутствии напряжения входного сигнала Uвх, в цепях базы и коллектора текут небольшие токи (прямые участки графиков а, б, в), определяемые напряжением источника питания, напряжением смещения на базе и усилительными свойствами транзистора.

Как только в цепи базы появляется входной сигнал (правая часть графика а), то соответственно ему начинают изменяться и токи в цепях транзистора (правая часть графиков б, в).

Графики работы усилителя на одном транзисторе

Во время отрицательных полупериодов, когда отрицательное входное Uвх и напряжение источника питания GB суммируются на базе — токи цепей увеличиваются.

Во время же положительных полупериодов, кода напряжение входного сигнала Uвх и источника питания GB положительны, отрицательное напряжение на базе уменьшается и, соответственно, токи в обеих цепях также уменьшаются. Вот таким образом и происходит усиление по напряжению и току.

Если же нагрузкой транзистора будет не телефон а резистор, то создающееся на нем напряжение переменной составляющей усиленного сигнала можно будет подать во входную цепь второго транзистора для дополнительного усиления.

Один транзистор может усилить сигнал в 30 – 50 раз.

На рисунке ниже показана зависимость тока коллектора от тока базы.

График зависимости тока коллектора от тока базы

Например. Между точками А и Б ток базы увеличился от 50 до 100 мкА (микроампер), то есть составил 50 мкА, или 0,05 mA. Ток коллектора между этими точками возрос от 3 до 5,5 mA, то есть вырос на 2,5 mA. Отсюда следует, что усиление по току составляет: 2,5 / 0,05 = 50 раз.

Точно также работают транзисторы структуры n-p-n. Но для них полярность включения источника питания, питающей цепи базы и коллектора меняется на противоположную. То есть на базу и коллектор подается положительное, а на эмиттер отрицательное напряжения.

Запомните: для работы транзистора в режиме усиления на его базу, относительно эмиттера, вместе с напряжением входного сигнала обязательно подается постоянное напряжение смещения, открывающее транзистор.

Для германиевых транзисторов отпирающее напряжение составляет не более 0,2 вольта, а для кремниевых не более 0,7 вольта.

Напряжение смещения на базу не подают лишь в том случае, когда эмиттерный переход транзистора используют для детектирования радиочастотного модулированного сигнала.

3. Классификация транзисторов по мощности и по частоте.

В зависимости от максимальной мощности рассеивания биполярные транзисторы делятся на:

1. малой мощности — Pmax ≤ 0,3 Вт;
2. средней мощности — 0,3 < Pmax ≤ 1,5 Вт;
3. большой мощности — Pmax > 1,5 Вт.

В зависимости от значения граничной частоты коэффициента передачи тока на транзисторы:

1. низкой частоты – fгр ≤ 3 МГц;
2. средней частоты – 3 МГц < fгр ≤ 30 МГц;
3. высокой частоты — 30 МГц < fгр ≤ 300 МГц;
4. сверхвысокой частоты (СВЧ-транзисторы) — fгр > 300 МГц.

Ну вот и все.
Теперь у Вас не должно возникнуть вопросов о работе биполярного транзистора в режиме усиления.
Удачи!

Литература:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Е. Айсберг — Транзистор?.. Это очень просто! 1964г.

Понравилась статья - поделитесь с друзьями:

  1. Алексей
    27. May. 2014 в 23:30
    1

    Если я правильно понял: ток на базу поступает через эмиттерный переход. Но как появляется ток на коллекторном переходе, если сопротивление между коллектором и эмиттером бесконечное?

  2. Сергей
    27. May. 2014 в 23:39
    2

    Добрый вечер Алексей!
    Если транзистор закрытый, то сопротивление между эмиттером и коллектором бесконечно. Но если его открыть, то сопротивление перехода составляет нескольких Ом. Я рекомендую начать читать со второй статьи, так Вам будет понятнее.
    Если возникнут вопросы — отвечу.

  3. Алексей
    28. May. 2014 в 09:44
    3

    Спасибо! Немного разобралься.

  4. Дмитрий
    30. May. 2014 в 20:37
    4

    Отличный материал. Спасибо автору за то что помогаете самоучкам и не только 😛

  5. Сергей
    30. May. 2014 в 20:43
    5

    Добрый вечер Дмитрий!
    Спасибо!
    Я сам самоучка 😉 .

  6. Александр
    13. Aug. 2014 в 10:02
    6

    Здравствуйте!

    Меня интересует усиление транзистора на постоянном токе. Интересует как все происходит при поступлении постоянного тока на базе.

  7. Сергей
    13. Aug. 2014 в 13:22
    7

    Здравствуйте Александр!
    В статье есть график зависимости тока коллектора от тока базы, а сразу под графиком дано описание определения зависимости.

  8. Александр
    20. Aug. 2014 в 08:56
    8

    Спасибо за ответ Сергей!
    У меня возникает вопрос, ток который в транзисторе проходит через эмиттер-коллектор имеет форму синусоиды или прямой линии на осциллографе?

  9. Александр
    20. Aug. 2014 в 09:02
    9

    Уточнение к вопросу 8:
    Если мы подключаем транзистор к постоянному току?

  10. Сергей
    20. Aug. 2014 в 13:09
    10

    Александр!
    Все зависит от формы сигнала, который Вы пропускаете через транзистор.
    Если это будет синусоида, то, естественно, синусоиду и увидите. Если сигнал будет прямоугольной формы, то на выходе получите прямоугольники.
    Сделайте два простых генератора звуковых частот синусоидальной и прямоугольной формы. Затем осциллографом измерьте сигнал на эмиттере и коллекторе выходного транзистора.
    Удачи!

  11. Андрей
    27. Aug. 2014 в 03:08
    11

    ребят подскажите схему усилителя,что бы увеличить напряжение с 1 вольта хотя бы до 5вольт.эта схема подойдет?

  12. Сергей
    27. Aug. 2014 в 11:38
    12

    Добрый день Андрей!
    Это учебная схема, демонстрирующая принцип работы транзистора. Она усилит сигнал, но не на столько.
    Вам надо искать схему усилителя напряжения.
    Удачи!

  13. Павел
    29. Dec. 2014 в 19:59
    13

    Андрей, усилитель делает сигнал на выходе по форме повторяющий входной за счёт энергии внешнего источника питания. То ест на входе переменный сигнал 1в, на выходе переменный сигнал 5в, а вот питание, приложенное к коллектору чтобы получить такой сигнал, дольжно быть больше чем хотим получить в нагрузке плюс ещё на переход коллектор\эммиттер надо запас. Допустим питание будет у нас 10 вольт.
    А если вы хотите получить 5в на выходе с напряжения батарейки 1в, то вам надо перобразователь напряжения искать (повышающий).

  14. владик
    26. Jan. 2015 в 14:22
    14

    потскажите какой транзистер надо? 😳

  15. Сергей
    26. Jan. 2015 в 14:28
    15

    Здравствуйте Владик!
    А для какой цели?

  16. Павел
    03. Feb. 2015 в 20:54
    16

    Доброго времени суток !
    Подскажите как подсчитано что напряжение смешения тр-ра будет именно 0.1 — 0.2 в.

  17. Сергей
    03. Feb. 2015 в 23:01
    17

    Здравствуйте Павел!
    Эти данные взяты из свойств полупроводника.
    Чтобы открыть p-n переход из германия (чтобы потек в нем ток), нужно подать напряжение питания около 0,2В, а для кремния около 0,7В.

  18. Павел
    03. Feb. 2015 в 23:20
    18

    Сергей, спасибо за ответ. Это более-менее понятно. Но ведь на источнике питания 4,5 вольта. Вот как образовалось 0,2 в на базе транзистора ? К примеру, с делителем напр. понятно как подсчитать напряжение смешения тр-ра. А тут всего один резистор…

  19. Сергей
    03. Feb. 2015 в 23:30
    19

    Павел!
    0,2В образовалось после резистора. «Лишнее» напряжение 4,3В потерялось на этом резисторе, а к базе добралось только 0,2В. А измеряется это напряжение на базе транзистора относительно минуса источника питания.

  20. Сергей
    03. Feb. 2015 в 23:34
    20

    Виктор!
    Вот и проблема отпала сама собой. Средний ноутбук потребляет не менее 200Вт.
    Я испытывал и пользовался адаптером от прикуривателя машины, причем с заведенным двигателем. На видео это видно.
    Так что испытывайте в машине.

  21. Павел
    03. Feb. 2015 в 23:56
    21

    Сегей !
    Понял. Т.е. если бы был p-n переход из кремния , то на резисторе упало бы 3,8 вольт !?

  22. Сергей
    04. Feb. 2015 в 00:02
    22

    Павел!
    Именно так.
    Но на практике на транзистор может подаваться и большее напряжение. Все зависит от того, что хотят получить от этого транзистора.
    Удачи!

  23. Владимир
    03. Jun. 2015 в 15:34
    23

    Сергей!
    Мне не совсем понятно,по рисунку,как связан ток Iтлф. с током Iб. Эти токи какой зависимостью связаны? и каким из этих токов восполняется количество электронов в базе, которые рекомбинировали с дырками эмиттера?

  24. Сергей
    03. Jun. 2015 в 16:38
    24

    Владимир!
    Я не совсем понял вопрос.
    Если правильно понял: ток в цепи течет один, но он разделяется на несколько частей — как русло реки.
    Небольшая часть тока течет через микрофон, так как он участвует в цепи. Если микрофон отключить, то течение тока через микрофон прекратиться (закроется створка дамбы), и весть ток потечет через эмиттерный переход. Но количество этого тока будет зависеть от того, на сколько приоткрыта база (небольшая дверка в створке дамбы — резистор Rб).
    Ток от микрофона в цепи для базы является основным рычагом, который приоткрывает или закрывает базу (створку дамбы) в зависимости от величины входного сигнала. Резистор Rб является небольшой приоткрытой дверкой для базы, через которую вода всегда течет небольшой струйкой.

  25. Владимир
    03. Jun. 2015 в 17:01
    25

    А ток микрофона Iтлф.откуда берётся? или это часть тока Iб из источника питания?

  26. Сергей
    03. Jun. 2015 в 17:47
    26

    Владимир!
    Ток микрофона берется из общего тока: плюс источника питания — нижний вывод микрофона — катушка микрофона — верхний вывод микрофона — левый вывод конденсатора — правый вывод конденсатора — нижний вывод резистора — верхний вывод резистора — минус источника питания.

  27. Владимир
    03. Jun. 2015 в 19:38
    27

    1.Так ток микрофона как тогда влияет на процессы в базе транзистора, если он в базу не заходит? а соединяется с током из базы на нижним выводе резистора.
    2.Если ток Iб увеличивается, тогда падение напряжения на резисторе увеличивается и Uбэ уменьшается?

  28. Владимир
    04. Jun. 2015 в 06:32
    28

    И ещё вопрос:
    А пусть резистора в схеме нет, пусть срезается положительный полупериод, и как тогда будет течь ток микрофона Iтл. в отрицательный полупериод??

  29. Елена
    22. Jun. 2015 в 00:50
    29

    Спасиииибо!!! Все разжеванно и понятно)

  30. Павел
    27. Sep. 2015 в 20:24
    30

    Попробую пояснить Владимиру как сам понимаю:
    В транзисторе есть два p-n перехода. Условная схема аналога — два встречно подключеных диода с выводом базы из середины. И пройдя через один диод, всё бы остановилось на втором.
    Однако в транзисторе область базы (оба p-n перехода) настолько близки друг к другу, что достаточно небольшого «смещения» чтобы ток начал протекать. Чем больше Смещение — тем больше течёт ток насквозь. Представьте, что палочка, символизирующая базу — это заслонка. Подав Определённое смещение на базу мы можем приоткрыть транзистор как бы наполовину. А дальше, если это смещение будет меняться, то и приоткрытость изменится — напряжения переменного сигнала добавятся к смещению или уменьшат его (в зависимости от полуволны). По сути смещение — это расталкивание электронов и дырок по своим местам приложенное извне к p-n переходам которые устаканили свои места в запертом транзисторе из-за напряжения, приложенного к колектору относительно эмиттера.

  31. Павел
    27. Sep. 2015 в 20:41
    31

    А что касается непонятного протекания токов…
    Закройте мысленно (или пальцем 🙂 транзистор и увидите делитель напряжения, состоящий из резистора и микрофона, разделённый конденсатором. При отсутствии сигнала микрофона получим заряд конденсатора до определённой величины — получим напряжение смещения. Когда микрофон начнёт колебаться — напряжение станет скакать в точке направленной к базе. Вот это и будет влиять на ток базы «в зависимости от тока через микрофон». В силу особенности p-n перехода падение напряжения на нём (б/э)будет одинаковым и будет меняться ток (всё больше сливаясь с конденсатора через базу или уменьшаясь).
    Тем самым открывая транзистор ещё больше или меньше и получим изменяющийся ток в цепи коллектора.
    А вот если бы не было конденсатора, то ток пошёл бы через микрофон как через резистор, и базе бы досталось лишь конкретное смещение, но об этом уже написано в статье.
    Если копнуть поглубже куда интереснее тема выбора точки первоначального смещения (режим работы транзистора), но это уже совсем другая история 🙂

  32. Павел
    27. Sep. 2015 в 20:45
    32

    p.s. уменьшаться ток с точки конденсатора в сторону базы будет когда конденсатор станет заряжаться.

    Ну повторюсь — это моё понимание процесса, а насколько правильным оно является, пусть учитель по электронике оценивает 🙂

  33. Павел
    27. Sep. 2015 в 21:00
    33

    P.p.s. Если смещения не будет, база не приоткроется. Напряжения (или тока), генерируемого микрофоном, недостаточно, чтобы открыть транзистор и обеспечить ток в базе за счёт индукции от магнита в катушку микрофона.

    Ещё интересна тема как фаза меняется у переменного сигнала на выходе. Есть разные схемы включения транзистора (с общим эмиттерок как тут, с общим коллектором и с общей базой). Ни и ещё в многокаскадных схемах смещение на следующий транзистор можно подавать от сопротивления предыдущего каскада. Также смещение можно подать от самого коллектора через сопротивление. Всё это столь сложно, сколь и увлекательно. Удачи в изучении, учении и в практике спаливания транзисторов 🙂 А вот кстати прилагаемое напряжение (К-Э) может пробить p-n переход (одного из диодов, смотря каким боком приложенно). Также как и ток базы может выжечь тот тонкий перешеек. Поэтому нужно прикидывать допустимые параметры транзистора, которые он может выдержать.
    И ещё: максимальные ток и напряжение в параметрах транзистора — это лишь крайние значения, за которые выходить не нужно, но уж точно не оба эти параметра сразу прилагать. Либо ток в край либо напряжение. Так как мощность, которую выдержит p-n переход тоже своя у каждого.

  34. Сергей
    27. Sep. 2015 в 21:29
    34

    Добрый вечер Павел!
    Спасибо за Ваше участие в объяснении работы транзистора!!!
    Это довольно таки очень трудно объяснить, как он работает, так как каждый человек по разному воспринимает информацию: один понимает сразу, второму надо с чем-то сравнить, третьему еще как-то надо и т.д.
    Лично я понял работу транзистора не сразу, а только тогда, когда смог понять дырочную систему, а после этого начал ставить опыты с транзистором по книге Борисова.

  35. ЖорикВартанов
    22. Nov. 2015 в 19:52
    35

    До этого читал — всё понял 😀
    А в этой статье ничего не понял 😀
    И к транзистору подключили не так 😀

  36. ЖорикВартанов
    22. Nov. 2015 в 21:25
    36

    Не понятно почему тут справились с одной батарейкой? В предыдущем опыте с двумя только заработало. Я не до конца понимаю новое подключение через КБ соединение.
    Оно позволило избавиться от батарейки?

  37. ЖорикВартанов2
    22. Nov. 2015 в 21:28
    37

    Ещё непонятно с цветами на графиках и конденсатором который на входе. Он же должен отрезать пол волны, почему она появляется на графике.?

  38. Сергей
    22. Nov. 2015 в 21:56
    38

    Добрый вечер, ЖорикВартанов2!
    Половину отрицательной волны срезает диод.
    Конденсатор пропускает переменное напряжение и ничего не срезает.
    Начните с этой статьи: http://sesaga.ru/rabota-bipolyarnogo-tranzistora.html

  39. ЖорикВартанов
    23. Nov. 2015 в 09:34
    39

    Я немного ошибся.
    Да. Зачем тут конденсатор стоит? Что он сглаживает?
    Я до этого всё понял, лучше чем со времён школы))
    Непонятно как тут заработал и открылся транзистор с исп. одной батарейки.До этого две было.
    Вы будете писать про полевые?

  40. Сергей
    23. Nov. 2015 в 10:35
    40

    ЖорикВартанов!
    1. Через конденсатор подается входящее напряжение на базу транзистора. Если бы его не было, то база через обмотку телефона была бы соединена с эмиттером и плюсом источника питания и никакого усиления мы бы не получили. На выходе был бы какой-то постоянный сигнал и больше ничего.
    2. Количество батарей значения не имеет. Все зависит от величины тока и напряжения. Транзистор приоткрылся, когда на базу через резистор подали некоторую величину отрицательного напряжения смещения. Величину напряжения смещения можно регулировать сопротивлением резистора. Чтобы открыть германиевый транзистор ему на базу достаточно подать 0,2В.

  41. ЖорикВартанов2
    24. Nov. 2015 в 22:04
    41

    Про второй момент понял. А вот про первый нет. На работе мне объяснили, что кондер поставлен для такого, чтобы не пропускать паразитное (так я его тут назову условно) напряжение от батарейки, иначе микрофон залипнет, а ему нужно вибрировать. А вот звук он пропускает, т.е. входящий сигнал.А с батарейки напряжение до микрофона не проходит. :/ Э… Ну вначале мы включили без сигнала просто питание, и кондёр уже зарядился. А как он дальше может пропускать сигнал с микрофона? Или он не до конца зарядился и ещё есть место чтобы заряжаться и разряжаться?

  42. ЖорикВартанов2
    24. Nov. 2015 в 22:08
    42

    Какая-то путаница. BF1 на первой картинке вверху, на второй он внизу а там BF2. И везде надпись телефон. Может стоит поменять на микрофон и динамик?))

  43. ЖорикВартанов2
    24. Nov. 2015 в 22:14
    43

    Литература:

    1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
    2. Е. Айсберг — Транзистор?.. Это очень просто! 1964г.

    Книжки распечатал)) Но транзистор это не просто, ведь там больше 150 страниц. Я радиоЛох простите, но любопытный.

  44. Сергей
    24. Nov. 2015 в 22:22
    44

    ЖорикВартанов2!
    Мой Вам совет: начните с этой книги, как когда-то с нее начинали радиолюбители моего поколения: Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.

  45. Алексей
    12. Dec. 2015 в 22:49
    45

    Дополнение к схеме
    1. Телефон в цепи базы — это источник переменного напряжения. Чем сильнее звук в телефон, тем больше переменное напряжение приходит на базу транзистора.
    1. Конденсатор в схеме пропускает переменное напряжение и не пропускает постоянное напряжение от источника питания

Оставить комментарий

Подписаться без комментирования

Наверх