М.Х. Джонс - Электроника практический курс, страница 5

24 Усиление и транзосторы !.4.5 л-р-и и р-л-р транзисторы Описание работы транзистора, данное выше, относится к наиболее распространенным и-р-л транзисторам; также легко доступны р-л-р транзисторы, очень полезные для пелого ряда комплементарных схем, так как они обладают характеристиками, идентичными с п-р-л транзисторами, но требуют напряжения питания противоположной полярности.

Тогда как в л-р-л транзисторе ток коллектора состоит из электронов, в р-л-р транзисторе он состоит из дырок. Аналогично, ток базы является электронным током, а не дырочным. На рис. 1.16 показана структура р-л-р транзистора и его условное обозначение. Рис 1 16. Устройство р-и р транзисторе и его условное обозначение 1.4.б Оптоэлектронные проборы Обратный ток утечки в р-п переходе обусловлен, как мы видели, неосновными носителями.

Обычно пары электрон-дырка возникают только за счет тепловой энергии. Но если на р-и переход падает свет, то это приводит к значительному увеличению плотности неосновных носителей. Электроны и дырки, освобожденные энергией падаюшнх фотонов, вызывают значительное увеличение обратного тока утечки. Фотадиод — это простой р-п переход, помещенный в корпус с прозрачным окном.

Обычно такой диод работает со смешением в обратном направлении, и типичное значение его тока в темноте равно 1 нА; при освешении с интенсивностью 1 мВт/смз ток увеличивается до 1 мкА. Такую интенсивность дает лампа мошностью 60 Вт на расстоянии около 30 см (200 люкс). Фототранзистор — это просто обычный транзистор с прозрачным окном в корпусе. Некоторые фототранзисторы, такие как Т1 1.78, залиты в прозрачный пластик; верх его обычно выпуклый и действует как линза, фокусирующая свет на транзистор, это увеличивает эффективную чувствительность прибора и делает его направленным.

Тестирование транзисторов 25 Когда свет падает на транзистор, в обоих р-и переходах освобождаются неосновные носители, но увеличение фототока дают те из них, которые образуются у смещенного в обратном направлении перехода коллектор-база. Точно так же, как тепловой ток утечки Том перехода коллектор-база усиливается транзистором и дает больший ток утечки коллектор-эмиттер Тсе подобным образом усиливается и фототок, возникающий в переходе коллектор-база. Чувствительность фототранзисторов обычно в сто раз выше, чем у фотодиода. Базовый вывод, как правило, не используется; и в самом деле, дешевые фототранзисторы, такие как ТП 78, имеют выводы только коллектора и эмиттера.

Раздел, посвященный оптоэлектронике, будет неполным без упоминания о светодиодах ((збпт-Епиц1п8 О!оде, 1.ЕО). р-и переходы некоторых составных полупроводников, особенно фосфида галлия и арсенида галлия, излучают свет, когда смещены в прямом направлении. Обычно прямой ток составляет от 5 мА до 80 мА и для ограничения этого тока последовательно с диодом включают резистор. Имеются светодиоды с красным, зеленым, желтым и довольно слабым синим свечением, достаточно яркие, чтобы их использовать в качестве световых индикаторов с практически неограниченным сроком службы.

В схемах на рис. 1.3, 1.4 и 1.5 лампу с напряжением 6 В и током 0,04 А можно заменить светодиодом с последовательно включенным резистором 100 Ом, ограничивающим ток. Помните, что катод светодиода надо подключать к точке с более низким потенциалом, чтобы получить ирлмое смешение перехода. Объединение светодиода и фототранзистора дает полезный прибор, называемый оитоиарой (оитроном7.

Направив светодиод на фототранзистор, мы получаем возможность передавать сигналы из одной цепи в другую с полной электрической изоляцией. Развитием принципа оптической связи стала передача сигналов по оптоволоконным линиям. 1.5 Тестироваиие транзисторов В экспериментальной электронике полезно иметь простой метод тестирования транзисторов. Двумя параметрами, которые лучше всего указывают на исправность транзистора, являются ток утечки коллектор-эмитгер ! „и коэффициент усиления постоянного тока Ь Оба они измеряются в схеме, приведенной на рис. 1.17. Когда ключ Я разомкнут, ток базы не течет н миллиамперметр в коллекторной цепи показывает ток утечки У Когда ключ замкнут, базовый ток около 10 мкА течет через резистор Я (около 0,6 В падает на переходе база-эмиттер, так что Тв = (9 — 0,6) ( 820000 = 1О мкА).

Таким образом, усиленный ток в коллекторной цепи равен и /!00 милли- ампер. Чтобы упростить измерения, можно взять микроамперметр со шкалой 0 — 100 мкА и шунтом Я включаемым с помощью Я при замыкании ключа Я. 26 Усиление и транзисторы я 820 х 9В Рис. Ь17. Схема тестирования транзистора. Таким образом, маленький ток утечки измеряется в диапазоне 100 мкА, затем прибор шунтируется так, чтобы его полная шкала соответствовала 1О мА лля измерения и Для тестирования р-н-р транзисторов полярность батареи и измерительного прибора изменяют на противоположные. 1.6 Усилитель напряжения 1.б.

1 Введение Точно так же, как в телеграфе Морзе роль сигналов играет последовательность импульсов напряжения, сигналами в электронных схемах обычно являются постоянные или переменные напряжения. Такие устройства, как головка звукоснимателя или микрофон, создают переменное напряжение, которое должно быть усилено прежде, чем им можно будет воспользоваться.

Некоторые источники сигналов, такие как фототранзистор и некоторые детекторы ядерного излучения, могут быть источниками тока, который, как правило, еще до усиления преобразуется в напряжение. Поэтому наиболее важны усилители напряжения и, несмотря на то, что биполярный транзистор работает как устройство, усиливаюшее ток, основное применение он находит в усилителях напряжения. Усилитель напряжения 27 1.б.2 Резистор нагрузки На рис. 1.18(а) показан очень простой усилитель напряжения; выходное иапряжеиие г'.„, возникает иа выходе в результате протекания коллекториого тока по резистору нагрузки Яс Этот пример иллюстрирует одно из наиболее важных применений резисторов в электронных цепях: преобразование тока в иапРЯжеиие. Входное напРЯжение Уче пРиложенное к пеРеходУ база-эмиттер, приводит к увеличению тока базы, зависящего от сопротивления перехода база-эмиттер.

Ток базы вызывает намного больший ток коллектора 1, создающий падение напряжения 1,2(, иа резисторе 7(с Эта разность потенциалов пропорциональна У'„, ио намного больше по величиие. Важной деталью таких схем является земляная шина, называемая также землей, «пулем вольт« (О В) или обшей шиной и обозначаемая символом, показанным иа рисунке.

Земляная шина является обшей для входного сигнала, выходного сигнала и источника постоянного напряжения, и обычно является точкой, относительно которой отсчитываются все напряжения в схеме. !.6.3 Рабочан точка и смещение Схема, приведенная иа рис. 1.18(а), как можно догадаться, является сильно упрощенной схемой усилителя напряжения. Оиа будет давать отклик только иа положительное входное напряжение и, кроме того, только иа напряжение, большее чем 0,5 В; последнее значение является той э.д.с., которая необходима для смешения перехода база-эмиттер в прямом направлении.

Ясно, что если схема предназначена для усиления малых сигналов без искажения, переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении даже в отсутствие сигнала. Обычно напряжение переменного сигнала принимает как положительное, так и отрицательное значение, так что выходное напряжение на коллекторе должно иметь воэможность двигаться вверх к напряжению источника питания (при отрицательном входном напряжении) и вниз к потенциалу земляной шины (при положительном входном напряжении). Из этого следует, что при равном нулю входном сигнале (это состояние обычно называется режимом покоя) в транзисторе должен протекать такой ток коллектора, чтобы напряжение иа коллекторе находилось посредине между землей и напряжением источника питания, готовое изменяться в любом направлении в соответствии с полярностью входного сигнала.

На рис. 1.18(Ь) показана схема, в которой достигается требуемый результат. Маломошиый кремниевый транзистор, такой как ВС107, будет очень хорошо работать с коллекториым током в режиме покоя ! мА. В этом случае при правильном выборе рабочей (иачальиой) точки требуется, чтобы напряжение на коллекторе находилось посредине между 0 В и ь9 В, то есть иа резисторе т(, должно падать 4,5 В. Таким образом, согласно закону Ома, Я, = 4,5 В / 1 мА = 4500 Ом. Ближайшее номинальное значение э(, равно 4,7 кОм (см.

приложение 1). Для рассматриваемой схемы имеем; 28 Усиление и шранзпстлоры ~св ~се 1с т ~се )ттв)в~с * где Р' — напряжение питания. Если мы примем для транзистора ВС107 коэффициент усиления постоянного тока й равным 200, то для тока коллектора 1 мА требуется ток базы 1в = 1/200 мА = 5 мкА. Сопротивление базового резистора Я, задающего ток базы, снова находится согласно закону Ома: Я вЂ” — — 18 МОм. 1я 5х10-' Напряжением база-эмиттер Р' (приблизительно равным 0,6 В) здесь пренебрегаем по сравнению с намного большим напряжением питания И Рис.

1.!8. Использование транзистора в усилителе напряжения: (а) простейшая схема, (Ь) схема со смешением. Усилитель напряжения 29 1.6.4 Разделительные конденсаторы Разделительные конденсаторы С, и С, используются для изоляции внешних цепей от постоянных напряжений, имеюшихся на базе и коллекторе в режиме покоя. Свойство конденсатора не пропускать постоянное напряжение и в то же время пропускать переменное очень ценно в электронике; оно является результатом стремления коиденсатора сохранять свой заряд и поэтому разность потенциалов на его обкладках остается постоянной. Следовательно, увеличение потенциала на одной обкладке вызывает соответствуюшее увеличение потенциала на другой.