Недавно мы рассмотрели устройство биполярного транзистора и принцип его работы (ссылка), но это все-таки была теория. Пришло время практики! Сегодня рассмотрим небольшой пример, демонстрирующий как именно происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе.
Рассмотрим схему…
Ну и зададим какие-нибудь произвольные значения сопротивлений, параметров транзистора и входного сигнала. Все-таки это практический пример, тут без конкретики никак 🙂
Пусть R_б у нас 50\medspace КОм, R_к = 1\medspace КОм. Напряжение источника питания E = 15\medspace В. А сигнал на входе у нас будет представлять из себя синусоиду с амплитудой 1\medspace В, вот такую:
Осталось задать коэффициент усиления транзистора, пусть будет h_{21э} = 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_б). А по схеме видно что равно оно разности входного напряжения и напряжения на переходе база-эмиттер (U_{бэ}). Вспоминаем из предыдущих статей, что U_{бэ} составляет около 0.6 В, так что мы можем без проблем рассчитать:
Готово! Раз уж нашли напряжение на резисторе в цепи базы определим еще и ток базы. Тут все просто – закон Ома:
А зная ток базы, мы можем без проблем определить и ток коллектора, ведь они связаны простым соотношением: I_к = I_б\medspace h_{21э}.
Тогда: I_к = 0.088\medspace мА\cdot 100 = 8.8 \medspace 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_к:
Ну и наконец:
Что же мы получили? При сигнале на входе, равном 5В, на выходе у нас U_{вых} = 6.2\medspaceВ. 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. И в итоге мы получаем:
Тогда сигнал на выходе:
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 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… 🙂
