Транзистор - усилительный элемент


Транзистор является трехэлектродным полупроводниковым прибором. Его основой (базой), как и у полупро-водникового диода, которому был посвящен третий практикум, служит пластинка полупроводника, но в объеме этого полупроводника искусственно созданы две противоположные ему по - электропроводности области (рис. 26). Пластинка полупроводника и две области в ней образуют два р-n перехода. Если две крайние области обладают электропроводностью R-типа, а пластинка электропроводностью n-типа, такой транзистор имеет структуру р-n(рис. 26, а). Если, наоборот, электропроводность крайних областей «-типа, а пластинки — р-типа, такой транзистор имеет структуру n-р-n (рис. 26, б).

Независимо от структуры транзистора, саму пластинку полупроводника называют базой (б), крайнюю область меньшего объема — эмиттером (э), другую крайнюю область большего объема — коллектором (к). Переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, между коллектором и базой — коллекторным.

Условные изображения на схемах транзисторов разных структур отличаются только тем, что стрелка, обозначающая эмиттер, у транзистора структуры р-nобращена в сторону базы, а у транзистора структуры n-р-n от базы. Стрелка эмиттера символизирует направление тока через транзистор.

У начинающих радиолюбителей наибольшей популярностью пользуются транзисторы структуры р-n-р. Такую структуру имеют, например, низкочастотные маломощные транзисторы серий МП39...МП42. Для этого практикума можно использовать любой из транзисторов этих серий.

Переходы транзистора — диоды. Транзистор можно представить себе как два включенных встречно диода, совмещенных в одной пластинке полупроводника и имеющих один общий катод, роль которого выполняет база транзистора. В этом нетрудно убедиться на опыте.

Между коллектором и базой транзистора включи соединенные последовательно батарею 3336Л и лампочку накаливания, рассчитанную на напряжение 2,5 В и ток 0,15 А. Если плюс источника напряжения соединен базой, а минус с коллектором, то лампочка гореть не будет (рис. 27), При другой полярности напряжения источника питания лампочка должна гореть.

В первом случае постоянное напряжение подается на коллекторный переход в обратном, то есть непропускном направлении. В это время коллекторный р-n переход закрыт, его сопротивление велико и через него, как и через закрытый диод, течет незначительный обратный ток, именуемый в данном случае обратным током коллектора Iкo. У исправного транзистора серий МП39...МП42 обратный ток коллектора не превышает, как правило, 20...30 мкА. Такой ток не может накалить нить лампочки. При втором включении батареи ее напряжение подано на коллекторный переход в прямом, то есть пропускном, на-правлении переход открыт и через него течет прямой ток коллектора Iк, сила которого определяется в основном сопротивлением нити лампочки и внутренним сопротивлением источника питания.

Проведи аналогичный опыт с эмиттерным р-n переходом. Результат будет таким же: при обратном напряжении переход будет закрыт, при прямом — открыт. Различают два основных режима работы транзистора: режим переключения, именуемый иногда ключевым, и режим усиления.

Транзистор в режиме переключения. Опыт, иллюстрирующий работу транзистора в таком режиме, проводи по схеме, показанной на рис. 28. Между эмиттером и коллектором транзистора V включи последовательно соединенные батарею GB (3336Л), выключатель 5 (тумблер) и ту же лампочку накаливания (2,5 ВХО,15 А). Они образуют коллекторную цепь транзистора. Положительный электрод батареи должен быть соединен с эмитте-ром, а отрицательный — с коллектором (через выключатель и лампочку). Замкни проволочной перемычкой базу с эмиттером (на схеме рис. 28 показано штриховой линией) и включи питание. Лампочка, включенная в коллекторную цепь транзистора, не горит. Удали перемычку и на некоторое время включи между этими электродами транзистора последовательно соединенные один гальванический элемент 332 (G) и резистор (Rб) сопротивлением 100...200 Ом, но так, чтобы минус элемента был обращен к базе, а плюс к эмиттеру. Лампочка горит, хотя, возможно, неярко. Поменяй местами полярность элемента. Теперь лампочка не горит. Повтори этот опыт несколько .раз, и ты убедишься в том, что лампочка в коллекторной цепи горит только тогда, когда на базе относительно эмиттера бывает отрицательное напряжение.

В первом из этих опытов, когда ты, соединив перемычкой базу с эмиттером, замкнул накоротко эмиттерный переход, транзистор стал просто диодом, на который подавалось обратное, закрывающее его напряжение. Через него шел лишь незначительный неуправляемый обратный ток коллекторного перехода. Транзистор находился в закрытом состоянии.

Удалив перемычку, ты восстановил эмиттерный переход. Первым включением элемента на базу было подано небольшое постоянное напряжение Uб в прямом для эмиттерного перехода направлении. Эмиттерный переход открылся, через него пошел прямой ток, который открыл второй переход транзистора — коллекторный. Транзистор оказался открытым, и по цепи эмиттер — база — коллектор пошел ток транзистора, который значительно больше тока в цепи эмиттер — база. Он и накалил нить лампочки.

Когда ты изменил полярность включения элемейта на обратную, положительное напряжение Uб закрыло эмиттерный переход, а вместе с ним закрылся и коллекторный переход. При этом ток через транзистор почти прекратился, и лампочка не горела.

В этих опытах транзистор был в одном из двух состояний: открытом или закрытом. Переключение транзистора из одного состояния в другое происходило под действием тока в цепи эмиттер — база, создаваемого напряжением на базе. Это и есть режим переключения. Такой режим работы транзистора широко используют, в частности, в аппаратуре электронной автоматики.

Измерь миллиамперметром токи базовой и коллекторной цепей транзистора. Ток в базовой цепи может быть несколько миллиампер, а в коллекторной достигать 80...100 мА. Значит, можно сделать вывод: относительно небольшой ток базы управляет значительным током коллекторной цепи транзистора. Транзистор, следовательно, усиливает ток.

Усилительные свойства транзистора характеризуются статическим коэффициентом передачи тока базы h21Э (читают так: аш-два-один-Э). Большая буква Э в обозначении говорит о том, что при измерении этого параметра транзистор включают по так называемой схеме с общим эмиттером. Практически можно считать, что коэффициент h21Э равен частному от деления тока коллектора Iк на ток базы Iб, то есть

Если, например, ток коллектора в 50 раз больше тока базы, то можно считать, что статический коэффициент передачи тока этого транзистора равен приблизительно 50. Обычно в радиолюбительских конструкциях усилителей или приемников используют транзисторы с коэффициентом Ii2ia от 30...40 до 80...100. Чем он больше, тем, естественно, транзистор может дать большее усиление сигнала.

Какова в проведенных опытах роль резистора R$? Ограничивать ток базы и тем самым предотвращать тепловой пробой эмиттерного перехода. Вообще же во время этих опытов транзистор работал при базовом и коллекторном токах, превышающих допустимые. Длительное использование маломощного транзистора при таких токах может привести к выходу его из строя.

Транзистор в режиме усиления. Для иллюстрации работы транзистора в этом режиме проведи следующую серию опытов с тем же транзистором. Первый опыт проиллюстрирован на рис. 29. Это простейший одно-транзисторный усилитель низкой частоты (НЧ). Зажимы слева («Вход»), куда подводится усиливаемый низкочастотный сигнал, являются входом, а участок коллекторной цепи транзистора, в которую включена нагрузка — телефоны BI — выходом усилителя НЧ.

Между базой транзистора и минусовым проводником батареи GB, питающей усилитель, включи резистор Re, сопротивление которого подбери опытным путем (что на схемах обозначают звездочкой). Через него на базу должно подаваться небольшое, около 0,1...0,15 В, начальное отрицательное напряжение, именуемое смещением. Напряжение смещения создает в базовой цепи ток, приоткрывающий транзистор. Резистором Rб устанавливают исходный ток коллектора IК| соответствующий работе транзистора в режиме усиления. Без смещения транзистор будет искажать усиливаемый сигнал.

Конденсатор Сраз на входе усилителя является разделительным элементом: не оказывая заметного сопротивления колебаниям НЧ, то есть электрическим колебаниям звукового диапазона, он в то же время должен препятствовать замыканию постоянной составляющей базовой цепи транзистора на плюсовой проводник батареи питания через источник усиливаемого сигнала. Роль разделительного, или связывающего элемента, может выполнять электролитический конденсатор любого типа (ЭМ, К50-3, К50-6) емкостью 5... 10 мкФ на номинальное напряжение 6...10 В.

Транзистор V, базовый резистор Rб и электролитический конденсатор Сраз смонтируй на пластинке из картона или сухой фанеры (см. рис, 29 внизу) размерами примерно 60X120 мм. На свободном месте этой монтажной платы позже можно будет смонтировать второй каскад усиления колебаний низкой частоты.

Желательно, чтобы головные телефоны В1, включаемые в коллекторную» цепь транзистора, были низкоомны-ми (например, ТА-56), с катушками электромагнитов сопротивлением постоянному току 60...120 Ом. Можно также использовать телефонный капсюль ДЭМ-4М, включив его, как и телефоны, непосредственно в коллекторную цепь транзистора.

Обрати особое внимание на полярность включения электролитического конденсатора Сраз: отрицательной обкладкой он должен быть соединен с базой, где относительно эмиттера действует наибольшее (0,1...0,2 В) отрицательное напряжение смещения, открывающее транзистор, а положительной обкладкой — с эмиттером (через источник усиливаемого сигнала).

Проверь монтаж — нет ли ошибок. Если монтаж выполнен точно по принципиальной схеме усилителя, то включи в коллекторную цепь транзистора миллиамперметр (на схеме эта точка обозначена крестом), подключи батарею и, подбирая резистор Rб, установи в коллекторной цели ток покоя, равный 1...2 мА. Если ток меньше рекомендуемого, то в базовую цепь включай резистор меньшего сопротивления, если, наоборот, больше, — резистор большего сопротивления. Вообще же, чем больше коэффициент H21Э транзистора, тем больше должно быть сопротивление базового резистора.

Затем подай на вход усилителя низкочастотный сигнал, источником которого может быть, например, абонентский громкоговоритель .(на рис. 29 — В2), который можно использовать как электродинамический микрофон. Если говорить перед таким «микрофоном», то создаваемые им колебания звуковой частоты будут усиливаться транзистором, а телефоны, включенные в коллекторную цепь, преобразовывать их в звук.

Чтобы лучше ощутить эффект усиления, подключи этот источник низкочастотного сигнала сначала непосредственно к телефонам, выключив предварительно питание, а затем вновь ко входу усилителя. Разница в громкости звучания телефонов должна быть значительной.

На вход усилителя можно включить звукосниматель (прибор, преобразующий механические колебания иглы в электрические колебания) и проиграть грампластинку — в телефонах на выходе усилителя будут слышны достаточно громкие звуки мелодии или голос певца, записанные на грампластинку.

Отключи временно резистор Re, от базы или минусового проводника источника питания. Как теперь звучат телефоны? Тише и, кроме того, со значительными искажениями звука. Так и должно быть, так как транзистор работает без смещения. В этом случае эмиттерный переход транзистора открывается только при отрицательных полупериодах входного сигнала, а при положительных полупериодах он остается закрытым. Отсюда и искажения.

На предыдущем практикуме, посвященном колебательному контуру, ты сделал детекторный приемник. Теперь, пользуясь рис. 30, добавь к нему усилитель низкой частоты. Здесь резистор RH сопротивлением 10...12 кОм, заменивший головные телефоны детекторного приемника, выполняет роль нагрузки детектора VI. Создающиеся на нем колебания низкой частоты через разделительный конденсатор Сраз поступают на вход усилителя.

Обрати внимание на включение диода VI, выполняющего роль детектора: катодом он соединен с колебательным контуром, а анодом — с нагрузочным резистором.

Теперь телефоны звучат значительно громче, чем в детекторном приемнике.

В этих опытах на вход усилителя подавалось переменное напряжение низкой частоты, источником которого были: в первом опыте — электродинамическая головка абонентского громкоговорителя, преобразующая звуковые колебания в электрические, во втором — выходная цепь детекторного приемника. Эта переменное напряжение Uб (см. графики на рис. 29) создавало в цепи эмиттер — база слабый переменный ток, управляющий значительно большим током коллектора IК: при отрицательных полупериодах на базе коллекторный ток увеличивался, при положительных — уменьшался. Происходило усиление, а усиленный сигнал преобразовывался телефонами в звуковые колебания. Транзистор работал в режиме усиления.

В опытах этого практикума использовался транзистор структуры р-n-р. Аналогичные опыты можно провести и с маломощными транзисторами структуры n-р-n, например, серий МП35...МП38, КТ315. В этом случае надо только изменить полярность включения источника питания и электролитического конденсатора. Запомни; коллектор транзистора структуры n-р-n должен соединяться через нагрузку с плюсом, а эмиттер — с минусом источника питания.

В заключение — коротко о способах включения транзистора. Во всех опытах этого практикума, кроме самого первого, транзистор был включен по схеме с общим эмиттером. Усиливаемый сигнал подводился к выводам базы и эмиттера, а усиленный сигнал снимался с участка цепи между выводами эмиттера и коллектора. Эмиттер, таким образом, был общим для входной и выходной цепей транзистооа. Отсюда и название способа включения транзистора: с общим эмиттером, оно особенно распространено в радиолюбительской практике.

Литература:  Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. — М.: ДОСААФ, 1984. 144 с., ил. 55к.


2 3240 Разное
транзистор начинающим
Написать комментарий:

cashback