Приложение к лабораторной работе №12 (м211 – Автоматика) «Сравнение свойств сигналов транзистора и тиристора»

Основные теоретические положения

Транзистор - полупроводниковый элемент с тремя электродами, который служит для усиления или переключения сигнала.

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с двумя р-п переходами и тремя выводами, обеспечивающий усиление мощности электрических сигналов.

Основой транзистора является кристалл полупроводника, в кото­ром создано два р-n перехода (рис. 12.3.).

Рис. 12.3.

Т ранзистор состоит из двух противоположно включенных диодов, которые обладают одним общим n- или p-слоем. Электрод, связанный с ним называют базой Б. Два других электрода называются эмиттером Э и коллектором К (рис. 12.4).

Рис. 12.4.

Для нормальной работы между выводами транзистора должны быть включены источники питания. Их можно включить таким образом, чтобы оба перехода оказались под обратным напряжением. Этот режим работы транзистора называют отсечкой. Все токи транзистора практически равны нулю.

Если все переходы включить на прямое напряжение, то такой режим работы называют насыщением. Транзистор работает в активном режиме, если

эмиттерный переход находится под прямым напряжением (открыт), а

коллекторный переход находится под обратным напряжением (закрыт).

Для транзистора справедливо уравнение:

I_э = I_к + I_б

Режимы транзистора подробно описываются с помощью семейства его характеристик (рис. 12.5).

Рис. 12.5.

Основная особенность транзистора состоит в том, что коллекторный ток Iк является кратным базовому току Iб. Отношение их изменений

 = Iк /Iб

называют коэффициентом усиления по току.

Второй особенностью является тот факт, что коллекторный ток мало изменяется после достижения Uкэ определённого значения.

Третьей особенностью транзистора является то, что малого изменения входного напряжения оказывается достаточно для того, чтобы вызвать относительно большое изменение коллекторного тока.

Транзистор характеризуется максимальным током коллектора Iкmax, максимальным напряжением коллектор-эмиттер Uкэmax, максимальным напряжением база-эмиттер Uбэmax, максимальным напряжением коллектор-база Uкбmax.

Для транзистора КТ805А максимально-допустимые параметры:

- постоянное напряжение коллектор-база U_кбmax = 100 В,

- постоянное напряжение эмиттер-база U_эбmax = 5 В,

- постоянный ток коллектора I_кmax = 5 А,

- постоянный ток базы I_бmax = 2 А,

- рассеиваемая мощность без теплоотвода P_max = 3 Вт,

- рассеиваемая мощность с теплоотводом P_max = 30 Вт.

И меются три основные схемы включения транзистора в усилительные цепи. В зависимости от того, присоединён ли эмиттер, коллектор или база к общей точке, различают соответственно схемы с общим эмиттером, коллектором или базой. Рассмотрим схему с общим эмиттером (рис. 12.6).

Рис. 12.6.

Для анализа схемы с общим эмиттером приложим к ней входное напряжение Uвх = 0,6В (для кремниевых транзисторов) такое, чтобы через коллектор протекал ток. Если теперь входное напряжение повысить на некоторую величину Uвх, то коллекторный ток увеличится в соответствии с выражением:

Iк = S٠Uвх,

где S – крутизна изменения коллекторного тока, S =  I_к / U_бэ при U_кэ=const.

Так как коллекторный ток протекает через сопротивление Rк, то падение напряжения на Rк тоже повышается и выходное напряжение Uвых возрастает на величину

Uвых = -Iк٠Rк = -s٠Rк٠Uвх.

Таким образом, схема обеспечивает коэффициент усиления по напряжению

Кu = Uвых/Uвх = -s٠Rк.

Знак минус указывает, что выходное напряжение имеет полярность обратную входному напряжению.