Транзистор как усилитель тока. Первая модель

Рассмотрим для определенности кремниевый транзистор n-p-n типа. Все наши рассуждения сохраняются и для p-n-p транзисторов, если полярности всех источников тока изменить на противоположные.

Рассмотрим схему, приведенную на рис.4. Если переключатель П разомкнут, то в соответствии с тем, что мы узнали из предыдущего раздела, измеритель тока А₂ ничего не покажет: I_К=0. Если замкнуть П, то пойдет ток I_Б. Полярность источника Е₁ такова, что переход база-эмиттер пропускает ток. Величина этого тока может регулироваться резистором R. При этом возникает ток I_К, его величина зависит от I_Б и значительно больше, чем I_Б. Меняя величину тока I_Б с помощью резистора R и варьируя напряжения источников Е₁ и Е₂, можно заметить следующее:

1. Ток в цепи коллектора возникает только в том случае, если ток базы не равен нулю.

2. Величина тока коллектора зависит от величины тока в цепи базы. Но чтобы этот ток возник, необходимо, чтобы напряжение источника в цепи базы превышало 0,6В.

3. Величина тока коллектора почти не зависит от напряжения источника питания в цепи коллектора.

Величина b=DI_К/DI_Б называется коэффициентом усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером. Часто ее обозначают как h_21Э. Это обозначение связано со стандартизированной системой параметров транзисторов. Более подробно это рассмотрено в общем курсе радиоэлектроники.

Величина b может лежать в пределах от нескольких единиц до нескольких тысяч. Ее конкретное значение зависит прежде всего от марки транзистора, кроме того различные транзисторы одной и той же марки могут значительно отличаться по величине b. Параметр b зависит от многих причин: величины тока коллектора, температуры, времени и т.д. Поэтому электрическая схема может считаться хорошей только в том случае, если она некритична к величине b (естественно, в разумных пределах). В хорошей схеме должен работать любой исправный транзистор нужной марки.

Напряжения, прикладываемые к транзистору, могут быть не любые. Для каждой конкретной марки транзистора существуют значения токов коллектора и базы I_Кmax и I_Бmax, которые нельзя превышать, так же как и значения U_Кэmax и мощность, рассеиваемую транзистором Р_max. Превышение любого из этих параметров, а также и некоторых других, указанных в справочниках, приводит к выходу транзистора из строя.

Усилительные свойства транзистора можно охарактеризовать и несколько иначе. Как видно из рис.4, ток эмиттера при такой схеме включения состоит из суммы токов базы и коллектора I_Э=I_Б+I_К. Ясно, что при фиксированном значении I_К разность I_Э-I_К будет тем меньше, чем больше b. Поэтому отношение токов I_К/I_Э=a также может служить мерой усилительных свойств транзистора. Коэффициент a есть коэффициент усиления транзистора в схеме с общей базой. Он иногда обозначается как h_21Б. Действительно,

(1)

и чем a ближе к 1, тем больше величина b. Легко получить связь между a и b

. (2)

Самая простая схема, реализующая усилительные свойства транзистора, аналогична реле (рис.5). Эта схема иллюстрирует работу транзистора в так называемом ключевом режиме. Пусть величина напряжения Е соответствует номинальному напряжению используемой лампочки накаливания. Тогда максимальный ток, который может течь в цепи коллектора, не будет превышать значение номинального тока лампы I_НЛ. Чтобы убедиться в этом, достаточно мысленно замкнуть эмиттер и коллектор транзистора между собой. Чтобы обеспечить такой ток коллектора, достаточно, чтобы в базе возник ток величиной больше, чем I_НЛ/b. Вычислим значение R, удовлетворяющее этому условию. Для этого по справочнику подберем транзистор, у которого U_КЭmax>Е и I_Кmax>I_НЛ. Определим по справочнику значение b для выбранного транзистора (в справочнике обычно указано так: h_21Э=….. и далее указаны минимальное и максимальное значения). Чтобы нам подошел любой конкретный экземпляр транзистора данной марки, мы должны ориентироваться на самый плохой случай ‑ b=b_min. Поэтому необходимо: I_Бb³I_НЛ.

Величину I_Б найдем по закону Ома . Воспользуемся теперь еще и тем, что переход база-эмиттер – это p-n переход, смещенный в прямом направлении. Падение напряжения на нем почти не зависит от тока и равно приблизительно 0,6В. Поэтому . Откуда легко найдем

. (3)

При этой величине резистора R ток в цепи базы достаточен для возникновения в цепи коллектора тока, большего, чем I_НЛ. Формула (3) ограничивает значение R сверху, однако, на практике стараются брать его значение как можно ближе к вычисленному по формуле (3), ибо чем больше R, тем меньше ток, текущий через выключатель.

Дата добавления: 2015-07-02