Принцип работы биполярного транзистора.

Недавно мы рассмотрели устройство биполярного транзистора, принцип его работы (ссылка), но это все-таки была теория. Пришло время практики 😉 Сегодня придумаем небольшой пример, демонстрирующий как именно происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе.

Рассмотрим схемку…

Усилитель на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером.

Принцип работы биполярного транзистора


Ну и зададим какие-нибудь произвольные значения сопротивлений, параметров транзистора и входного сигнала. Все-таки это практический пример, тут без конкретики никак )

Пусть R_b у нас 50 КОм, R_k = 1 КОм. Напряжение источника питания E = 15 В. А сигнал на входе у нас будет представлять из себя синусоиду с амплитудой 1 В, вот такую:

Сигнал на входе

Осталось задать коэффициент усиления транзистора, пусть будет h_{21e} = 100.

Итак, сигнал на входе мы знаем, определим, что же будет на выходе при таком использовании транзистора.

Проведем расчет для того момента времени, когда напряжение на входе равно 5 В и для начала определим, чему равно напряжение на резисторе базы (R_b). А по схеме видно что равно оно разности входного напряжения и напряжения на переходе база-эмиттер (U_{be}). Вспоминаем из предыдущих статей, что U_{be}  составляет около 0.6 В, так что мы можем без проблем рассчитать:

U_b = U_{in} - U_{be} = 5 - 0.6 = 4.4 В

Готово!
Раз уж нашли напряжение на резисторе в цепи базы определим еще и ток базы. Тут все просто – закон Ома:

I_b = U_b / R_b = 4.4 / 50000 = 0.088 мА

А зная ток базы, мы можем без проблем определить и ток коллектора, ведь они связаны простым соотношением:

I_k = I_b * h_{21e}

Тогда: I_k = 0.088 * 100 = 8.8 мА

Пора переходить к цели нашего расчета, а именно к определению напряжения на выходе усилителя. Опять тут все видно из самой схемы – напряжение на выходе равно разности напряжения питания и напряжения на резисторе в коллекторной цепи транзистора. Питание нам известно, рассчитаем падение напряжения на R_k:

U_k = R_k * I_k = 1000 * 8.8 = 8.8 В

Ну и наконец:

U{out} = E - U_k = 15 - 8.8 = 6.2 В

Что же мы получили? При сигнале на входе, равном 5В, на выходе у нас U_{out} = 6.2 В. Но это еще не все! На входе то синусоида, так что весь расчет необходимо повторить для значений входного напряжения, равных 4 В и 6 В.

Расчет довольно прост 😉  Получаем:

U_{in} = 4 В U_{out} = 8.2 В
U_{in} = 5 В U_{out} = 6.2 В
U_{in} = 6 В U_{out} = 4.2 В

Вот какой получили сигнал на выходе:
Сигнал на выходе усилителя
Теперь мы отчетливо видим, в чем состояла работа усилителя ) Немного изменилась постоянная составляющая входного сигнала (5 В => 6.2 В), но больше нас интересует амплитуда колебания. А она выросла в два раза! Само собой, усиление всего лишь в два раза – это не серьезно, такой усилитель никто использовать бы не стал. Так получилось из-за того, что все параметры мы выбрали для примера первые пришедшие в голову ) Но суть процесса усиления мы тут видим очень хорошо. Кстати, теперь понятно и почему сигнал на выходе биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером получается инвертированный относительно входного.

Вот так вот небольшой примерчик может очень хорошо проиллюстрировать принцип работы такого полезного устройства как усилитель на биполярном транзисторе…. 😉

Понравилась статья? Поделись с друзьями!

Принцип работы биполярного транзистора.: 13 комментариев
  1. Мда, ну, что сказать? но я все равно не поняла фразу «..теперь понятно и почему сигнал на выходе биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером получается инвертированный относительно входного»
    особенно…инвентированный относительно входного…

  2. Интересно! Спасибо за понятно изложенный материал. Но, есть вопрос с коэфф усиления транзистора. В расчетет он 100 и постоянен, а как в реальной жизни?

    • Для разных транзисторов он разный, конечно, но в принципе примерно такого порядка величины — то есть 50-200 где-то

  3. Ясно, но верно ли допущение, что коэффициет усиления транзистора константа в не зависимости от входного напряжения, частоты, выходного тока коллектора (сопротивления нагрузки), температуры или еще каких-то параметров?

    • При такого рода расчетах можно его принять постоянным, но строго говоря, это не так, то есть не константа

  4. А можно по подробнее, о том почему они инверсные, а то в университете при защите лабы спросили, уже весь интернет облазил, толком ничего не нашёл. Требуют объяснить саму суть процесса из за которого происходит вот такая инверсия.

    • Ну вот на входном графике сначала кривая идет вверх, а потом вниз. А на выходном наоборот — инверсия)

    • Как говориться, лучше поздно, чем никогда, может оно кому и пригодится..
      Собственно причина инверсии в том, что чем меньше напряжение на базе, тем меньше ток коллектора, соответственно меньше и напряжение на резисторе в цепи коллектора. А так как этот резюк и переход коллектор-эмиттер (а с его концов и снимается выходное напряжение) делят напряжение питания между собой, то на выход достанется больше напряжения..
      Т.е. при меньших напряжениях на базе больший потенциал на переходе коллектор-эмиттер, а это и есть инверсия.
      Эт в принципе оч краткий пересказ данной статьи))
      З.Ы. Сам я новичок, так что если что не так, поправьте

  5. Ах да, и ещё, автор не уточнял, на всякий случай отпишусь.. инверсии по току внутри транзистора нет (по переходу коллектор-эмиттер), не путайте его с выходом

  6. Здравствуйте, очень заинтересовал расчет Uк= 1000Ом умножить на 8,8 миллиАмпер. Видимо все таки транзистор в режиме насыщения. Автор, без обид, респект за статью

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *