Как найти ток базы

3.2.2. Схема с общей базой

Как видно из рис.3.4,а для схемы ОБ входным током является ток базы i_Б , входным напряжением – напряжение u_ЭБ , выходным током – ток коллектора i_К , а выходное напряжение u_КБ .Поскольку напряжение u_ЭБ отрицательно, то для удобства построения графиков ВАХ его заменяют положительным напряжением u_БЭ . На рис. 3.5 показан примерный вид входных ВАХ транзистора с ОБ.

Входные характеристики здесь в значительной степени определяются характеристикой открытого эмиттерного p — n -перехода, поэтому они аналогичны ВАХ диода, смещенного в прямом направлении. Сдвиг характеристик влево при увеличении напряжения u_КБ обусловлен так называемым эффектом Эрли (эффектом модуляции толщины базы), заключающимся в том, что при увеличении обратного напряжения u_КБ коллекторный переход расширяется, причем в основном за счет базы. При этом толщина базы как бы уменьшается, уменьшается ее сопротивление, что приводит к уменьшению падения напряжения u_БЭ при неизменном входном токе.

Модуляция толщины базы проявляется в большей степени при малых выходных напряжениях, и меньше при больших Иногда это явление уже заканчивается при u_КБ > 2 В, и входные ВАХ при больших напряжениях сливаются в один график.

Так же, как у диода, входные ВАХ при заданных постоянных напряжениях позволяют определить статические и дифференциальные (динамические) сопротивления :

Выходными ВАХ для схемы с ОБ являются зависимости выходного коллекторного тока от напряжения коллектор-база при постоянных токах эмиттера . На рис. 3.6 показаны примерные графики выходных ВАХ.

Из рисунка видно, что ток коллектора становится равным нулю только при u_КБ ,

где — статический коэффициент передачи тока эмиттера; он равен отношению тока коллектора к току эмиттера при постоянном напряжении на коллекторе относительно базы; I_К0 – обратный ток коллектора.

Отношение малых приращений этих же токов определяет дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного тока

Наклон выходных характеристик численно определяет дифференциальное сопротивление коллекторного перехода:

Природа обратного тока коллектора такая же, как и у обратного тока диода, включенного в обратном направлении. Он протекает и тогда, когда ток эмиттера равен нулю.

Учитывая малость величины обратного тока по сравнению с коллекторным током в активном режиме, можно считать, что ток коллектора в активном режиме прямо пропорционален току эмиттера:

При значительных эмитерных токах и напряжениях на коллекторном переходе линии ВАХ начинают изгибаться вверх из-за намечающегося пробоя коллекторного перехода.

Так как обратный ток коллектора возрастает при увеличении температуры , то и графики выходных ВАХ при увеличении температуры смещаются вверх.

В активном режиме выходное напряжение u_КБ и мощность , выделяющаяся в виде тепла в коллекторном переходе, могут быть большими. Чтобы транзистор не перегрелся, необходимо выполнение неравенства

где P_{K, max} — максимально допустимая мощность для данного типа транзистора.

Чтобы правильно выбрать параметры схемы, где будет работать транзистор, на выходных ВАХ строят так называемую линию допустимой мощности, определяемую заданной максимально допустимой мощностью. Уравнение этой линии

На рис. 3.6 эта линия показана пунктиром. Мгновенные значения выходных тока и напряжения не должны выходить за пределы линии максимально допустимой мощности. Область допустимой работы ограничивается также значениями максимально допустимых выходного тока и выходного напряжения I_{К, max} и U_{KБ, max} .

Транзистор, включенный по схеме с общей базой, используется в усилителях напряжения и мощности, так как несмотря на то, что выходной ток почти равен входному, выходное напряжение значительно больше входного. Из-за достаточно большого выходного сопротивления транзистор с ОБ используют в источниках стабильного тока.

Расчет тока базы транзистора

Для того, чтобы правильнее понять процедуру расчета, необходимо понимать каких видов и типов бывают транзисторы и в каких режимах они могут работать.

Типы транзисторов и режимы работы

Различают два основных класса триодов (транзисторов):

1. Биполярные (управляются током на база-эмиттерном переходе, конструктивно имеют два различных перехода p-n и n-p, то есть могут быть n-p-n или p-n-p типа);

2. Униполярные или полевые (управляются напряжением на база-эмиттерном переходе, конструктивно состоят из двух однотипных переходов p-n или n-p, выделяют два типа полевых транзисторов – с изолированным затвором и с затвором из p-n-перехода).

Здесь для понимания обозначений:

p-n – дырочно-электронный (основной носитель – пустые места в кристаллической решетке, понимаемые под положительным зарядом),
n-p – электронно-дырочный переход (основной носитель – электроны).

Чтобы исключить путаницу, вводы и выводы различных классов транзисторов называются по-разному:

В биполярных – база, эмиттер, коллектор;
В полевых – исток, сток, затвор.

Так как речь идет о расчете тока базы, то далее рассмотрим режимы работы только полевых транзисторов:

1. Активный режим (напряжение эмиттер-база > 0, напряжение коллектор-база < 0 – для n-p-n транзисторов),

2. Инверсивный (обратная ситуация для активного режима, равносилен стандартной логике работы p-n-p транзисторов),

3. Насыщение (когда оба перехода эмиттер-база и база-коллектор открыты, между эмиттером и коллектором течет ток – ток насыщения),

5. Барьерный (база соединяется с коллектором, транзистор работает как диод).

Напряжения на эмиттере, базе, коллекторе

Смещение перехода база-эмиттер для типа n-р-n

Смещение перехода база-коллектор для типа n-р-n

Режим для типа n-р-n

нормальный активный режим

Измерение основных параметров радиоэлементов и проверка их работоспособности

Для изготовления аппаратуры высокого качеств, измерительных и высокоточных схем, часто требуется подобрать радиоэлементы с одинаковыми или возможно более близкими параметрами. Ниже приведены простые схемы измерения основных параметров часто используемых элементов радиосхем, с помощью которых можно измерить:
— вольт-амперные характеристики диодов, в том числе фото-, свето-, туннельных- и обращенных диодов ( в интервале напряжений 0… 4,5 В и токов 1мкА … 0,5 А );
— обратный и прямой токи коллектора и ток базы биполярных транзисторов;
— ток стока, начальный ток стока, напряжение «затвор-исток» и напряжение отсечки полевых транзисторов;
— ток через тиристор в открытом и закрытом состоянии, ток через управляющий переход и напряжение на нем, открывающее тиристор при напряжении на аноде 4,5В;
— межбазовый ток и напряжение на эмиттере однопереходных транзисторов. В качестве измерительных приборов используются стрелочные или цифровые измерительные приборы (микроамперметр и вольтметр), можно использовать обычный тестер. Элемент питания – батарея напряжением 4,5 В или стабилизированный блок питания с таким напряжением. На рис.1 показан способ измерения обратного тока коллекторного перехода (Iкбо) транзистора структуры n-p-n. Для транзисторов обратной структуры следует изменить полярность питания и включения микроамперметра. Резистор R1 нужен для ограничения тока при пробитом переходе, чтобы защитить измерительный прибор от больших токов. Эта схема позволяет также проверить обратный ток диода, световые характеристики фотодиода, обратный ток p-n –перехода полевого транзистора и измерить ток утечки конденсатора:
Рис 1. Измерение Iкбо На рис.2 показана схема измерения тока базы, прямого тока через p-n- переход и напряжения на нем у диодов и тиристоров. Резистором R3 задается требуемый ток базы (грубо) и с помощью R4 – точно. Если в вашем распоряжении есть только один измерительный прибор (тестер), то после установления необходимого тока базы вместо микроамперметра включается его эквивалент (резистор R1, показан пунктиром), а тестер включается в качестве второго прибора – вольтметра. Резистор R2, также как в первой схеме, ограничивает ток через прибор при пробитом переходе измеряемого элемента.
Рис 2. Измерение Iб На рис.3 дана схема измерения коллекторного тока транзистора. Если необходимо при этом измерить напряжение между коллектором и эмиттером транзистора или анодом и катодом тиристора, то вместо микроамперметра включают эквивалентное сопротивление R2, а измерительный прибор включат согласно схеме как вольтметр.
Рис 3. Измерение Iк На рис.4 показаны способы измерения характеристик полевых транзисторов. В нижнем по схеме положении движка резистора R1 можно измерить начальный ток стока полевого транзистора или межбазовый ток однопереходного транзистора в закрытом состоянии. Межбазовое сопротивление при необходимости можно вычислить, разделив значение напряжения батареи (4,5 В в данном случае) на измеренное значение межбазового тока. В некотором положении движка R1 ток стока полевого транзистора станет равным нулю (мерить нужно на самом нижнем пределе измерения применяемого тестера или вольтметра!). При этом вольтметр «2» покажет напряжение отсечки транзистора.
Рис 4. Полевые и однопереходные транзисторы

Простой способ проверки работоспособности тиристора

Схема проверки тиристоров

С помощью простой схемы можно проверить работоспособность тиристора на переменном и постоянном токе.
Рис 5. Схема проверки тиристоров S1 – кнопка на замыкание без фиксации. В качестве диода VD1 можно применить любой выпрямительный диод средней мощности (Д226, КД105, КД202, КД205 и др.). Лампа – от фонарика или любая малогабаритная на напряжение 6 – 9 В. Вместо лампы можно, конечно, включить тестер (в режиме измерения тока до 1 А). Трансформатор маломощный с напряжением на вторичной обмотке от 5 до 9 В.
Проверка переменным током: S2 установить в положение «1». При каждом нажатии S1 лампа должна загораться, при отпускании гаснуть;
Проверка постоянным током: S2 установить в положение «3». При нажатии S1 лампа загорается и горит при отпускании кнопки. Чтобы ее выключить, то есть «закрыть» тиристор, нужно снять напряжение питания, переключив S2 в положение «2». Если тиристор неисправен, то лампа будет гореть постоянно либо не будет загораться вообще.

Барышев Андрей Опубликована: 2012 г. 0 0

Вознаградить Я собрал 0 0

Оценить статью

Техническая грамотность

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор является одним из старейших, но самым известным типом транзисторов, и до сих пор находит применение в современной электронике. Транзистор незаменим, когда требуется управлять достаточно мощной нагрузкой, для которой устройство управления не может обеспечить достаточный ток. Они бывают разного типа и мощности, в зависимости от исполняемых задач. Базовые знания и формулы о транзисторах вы можете найти в этой статье. Введение Прежде чем начать урок, давайте договоримся, что мы обсуждаем только один тип способ включения транзистора. Транзистор может быть использован в усилителе или приемнике, и, как правило, каждая модель транзисторов производится с определенными характеристиками, чтобы сделать его более узкоспециализированым для лучшей работы в определённом включении. Транзистор имеет 3 вывода: база, коллектор и эмиттер. Нельзя однозначно сказать какой из них вход, а какой выход, так как все они связаны и влияют друг на друга так или иначе. При включении транзистора в режиме коммутатора (управление нагрузкой) он действует так: ток базы контролирует ток от коллектора к эмиттеру или наоборот, в зависимости от типа транзистора. Есть два основных типа транзисторов: NPN и PNP. Чтобы это понять, можно сказать, что основное различие между этими двумя типами это направления электрического тока. Это можно видеть на рисунке 1.А, где указано направление тока. В транзисторе NPN, один ток течет от основания внутрь транзистора, а другой ток течет от коллектора к эмиттеру, а в PNP транзисторе всё наоборот. С функциональной точки зрения, разница между этими двумя типами транзисторов это напряжение на нагрузке. Как вы можете видеть на рисунке, транзистор NPN обеспечивает 0В когда он открыт, а PNP обеспечивает 12В. Вы позже поймете, почему это влияет на выбор транзистора. Для простоты мы будем изучать только NPN транзисторы, но всё это применимо к PNP, принимая во внимание, что все токи меняются на противоположные. Рисунок ниже показывает аналогию между переключателем (S1) и транзисторным ключом, где видно, что ток базы закрывает или открывает путь для тока от коллектора к эмиттеру: Аналогия транзистора с переключателем Точно зная характеристики транзистора, от него можно получить максимальную отдачу. Основным параметром является коэффициент усиления транзистора по постоянному току, который обычно обозначается H_fe или β. Также важно знать максимальный ток, мощность и напряжение транзистора. Эти параметры можно найти в документации на транзистор, и они помогут нам определить значение резистора на базе, о чем рассказано дальше. Использование NPN транзистора как коммутатора Включение транзистора На рисунке показано включение NPN транзистора в качестве коммутатора. Вы встретите это включение очень часто при анализе различных электронных схем. Мы будем изучать, как запустить транзистор в выбранном режиме, рассчитать резистор базы, коэффициент усиления транзистора по току и сопротивление нагрузки. Я предлагаю самый простой и самый точный способ для этого. 1. Предположим, что транзистор находится в режиме насыщения: При этом математическая модель транзистора становится очень простой, и нам известно напряжение на точке V_c. Мы найдем значение резистора базы, при котором всё будет правильно. 2. Определение тока насыщения коллектора: Напряжение между коллектором и эмиттером (V_ce) взято из документации транзистора. Эмиттер подключен к GND, соответственно V_ce= V_c — 0 = V_c. Когда мы узнали эту величину, мы можем рассчитать ток насыщения коллектора по формуле:
Иногда, сопротивления нагрузки R_L неизвестно или не может быть точным, как сопротивление обмотки реле; В таком случае, достаточно знать, необходимый для запуска реле ток.
Убедитесь, что ток нагрузки не превышает максимальный ток коллектора транзистора. 3. Расчет необходимого тока базы: Зная ток коллектора, можно вычислить минимально необходимый ток базы для достижения этого тока коллектора, используя следующую формулу:

Из неё следует что:
4. Превышение допустимых значений: После того как вы рассчитали ток базы, и если он оказался ниже указанного в документации, то можно перегрузить транзистор, путем умножения расчетного тока базы например в 10 раз. Таким образом, транзисторный ключ будет намного более устойчивым. Другими словами, производительность транзистора уменьшится, если нагрузка увеличится. Будьте осторожны, старайтесь не превышать максимальный ток базы, указанный в документации. 5. Расчёт необходимого значения R_b: Учитывая перегрузку в 10 раз, сопротивление R_b может быть рассчитано по следующей формуле:

где V₁ является напряжением управления транзистором (см. рис 2.а) Но если эмиттер подключен к земле, и напряжение база-эмиттер известно (около 0,7В у большинстве транзисторов), а также предполагая, что V₁ = 5V, формула может быть упрощена до следующего вида:
Видно, что ток базы умножается на 10 с учётом перегрузки.
Когда значение R_b известно, транзистор «настроен» на работу в качестве переключателя, что также называется «режим насыщения и отсечки «, где «насыщение» — когда транзистор полностью открыт и проводит ток, а «отсечение» – когда закрыт и ток не проводит. Примечание: Когда мы говорим , мы не говорим, что ток коллектора должен быть равным . Это просто означает, что ток коллектора транзистора может подниматься до этого уровня. Ток будет следовать законам Ома, как и любой электрический ток. Расчет нагрузки Когда мы считали, что транзистор находится в режиме насыщения, мы предполагали что некоторые его параметры не менялись. Это не совсем так. На самом деле эти параметры менялись в основном за счет увеличения тока коллектора, и поэтому он является более безопасным для перегрузки. В документации указано изменение параметров транзистора при перегрузке. Например, в таблице на рисунке 2.В показано два параметра которые значительно меняются: H_FE (β) меняется в зависимости от тока коллектора и напряжения V_CEsat. Но V_CEsat само меняется в зависимости от тока коллектора и базы, что показано в таблице дальше. Таблица Расчет может быть очень сложным, так как все параметры тесно и сложно взаимосвязаны, поэтому лучше взять худшие значения. Т.е. наименьший H_FE, крупнейший V_CEsat и V_CEsat. Типичное применение транзисторного ключа 1. Управление реле В современной электронике транзисторный ключ используется для контроля электромагнитных реле, которое потребляют до 200 мА. Если вы хотите управлять реле логической микросхемой или микроконтроллером то транзистор незаменим. На рисунке 3.A, сопротивления резистора базы рассчитывается в зависимости от необходимого для реле тока. Диод D1 защищает транзистор от импульсов, которые катушка генерирует при выключении. 2. Подключение транзистора с открытым коллектором: Включение транзистора Многие устройства, такие как семейство микроконтроллеров 8051 имеют порты с открытым коллектором. Сопротивление резистора базы внешнего транзистора рассчитывается, как описано в этой статье. Заметим, что порты могут быть более сложными, и часто используют полевые транзисторы вместо биполярных и называются выходами с открытым стоком, но всё остаётся точно таким же как на рисунке 3.B 3. Создание логического элемента ИЛИ-НЕ (NOR): Включение транзистора Иногда в схеме необходимо использовать один логический элемент, и вы не хотите использовать 14-контактную микросхему с 4 элементами либо из-за стоимости или местом на плате. Её можно заменить парой транзисторов. Отметим, что частотные характеристики таких элементов зависят от характеристик и типа транзисторов, но обычно ниже 100 кГц. Уменьшение выходного сопротивления (Ro) приведет к увеличению потребления энергии, но увеличит выходной ток.
Вам надо найти компромисс между этими параметрами. На рисунке выше показан логический элемент ИЛИ-НЕ построенный с использованием 2х транзисторов 2N2222. Это может быть сделано на транзисторах PNP 2N2907, с незначительными изменениями. Вы просто должны учитывать, что все электрические токи тогда текут в противоположном направлении. Поиск ошибок в транзисторных схемах При возникновении проблемы в цепях, содержащих много транзисторов, может быть весьма проблематично узнать, какой из них неисправен, особенно когда они все впаяны. Я даю вам несколько советов, которые помогут вам найти проблему в такой схеме достаточно быстро: 1. Температура: Если транзистор сильно греется, вероятно, где-то есть проблема. Необязательно что проблема в горячем транзисторе. Обычно дефектный транзистор даже не нагревается. Это повышение температуры может быть вызвано другим транзистором, подключенным к нему. 2. Измерение V_CE транзисторов: Если они все одного типа и все работают, то они должны иметь приблизительно одинаковое VCE. Поиск транзисторов, имеющих различные V_CE это быстрый способ обнаружения дефектных транзисторов. 3. Измерение напряжения на резисторе базы: Напряжение на резисторе базы достаточно важно (если транзистор включен). Для 5 В устройства управления транзистором NPN, падения напряжения на резисторе должно быть более 3В. Если нет падения напряжения на резисторе, то либо транзистор, либо устройство управления транзистора имеют дефект. В обоих случаях ток базы равен 0. Оригинал статьи