7.1 Розрахунок робочої точки. Транзистор VT2

Рисунок 7.1 – Попередня схема підсилювача

Візьмемо Rк = 80 Ом.

Крім того при виборі транзистора слід врахувати: f =17,5 МГц.

Цим вимогам відповідає транзистор 2Т3129А9. Однак дані про його параметри при заданому струмі та напрузі недостатні, тому виберемо наступну робочу точку:

I до = 15мА,

Таблиця 7.1 – Параметри використовуваного транзистора

Найменування	Позначення	Значення
	Ємність колекторного переходу
	Місткість емітерного переходу
	Гранична частота транзистора
	Статичний коефіцієнт передачі струму у схемі з ОЕ
	Температура навколишнього середовища
	Постійний струм колектора
	Температура переходу
	Постійна потужність, що розсіюється (без тепловідведення)

Розрахуємо параметри еквівалентної схеми даного транзистора використовуючи формули 5.1 - 5.13.

rб = = 10 Ом; gб = = 0,1 Cм, де

rб-опір бази,

rе= ==2,5 Ом, де

rе-опір емітера.

gбе===3,96 мСм, де

gбе-провідність база-емітер,

Cе===2,86 пФ, де

Cе-ємність емітера,

Ri = = 400 Ом, де

7.1.1 Розрахунок емітерної корекції

де – глибина зворотного зв'язку;

f у каскаді дорівнює:

Приймемо тоді:

f у каскаді дорівнює:

7.1.2 Розрахунок схеми термостабілізації

Використовуємо емітерну стабілізацію оскільки був обраний малопотужний транзистор, крім того емітерна стабілізація вже застосовується в підсилювачі, що розраховується. Схема емітерної термостабілізації наведена малюнку 4.1.

Порядок розрахунку:

1. Виберемо напругу емітера, струм дільника та напругу живлення;

2. Потім розрахуємо.

Напруга емітера вибирається рівним порядку. Виберемо.

Струм дільника вибирається рівним, де - базовий струм транзистора і обчислюється за формулою:

Напруга живлення розраховується за формулою:

Розрахунок величин резисторів провадиться за такими формулами:

У діапазоні температур від 0 до 50 градусів для розрахованої подібним чином схеми, що результує догляд струму спокою транзистора, як правило, не перевищує (10-15)%, тобто схема має цілком прийнятну стабілізацію.

7.2 Транзистор VT1

Як транзистор VT1 використовуємо транзистор 2Т3129А9 з тією ж робочою точкою що і для транзистора VT2:

I до = 15мА,

Візьмемо Rк = 80 Ом.

Розрахуємо параметри еквівалентної схеми даного транзистора використовуючи формули 5.1 - 5.13 і 7.1 - 7.3.

Ск (треба) = Ск (пасп) * = 12 = 12 пФ, де

Ск(треб)-ємність колекторного переходу при заданому Uке0,

Ск(пасп)-довідкове значення ємності колектора при Uкэ(пасп).

rб = = 10 Ом; gб = = 0,1 Cм, де

rб-опір бази,

Довідкове значення постійного ланцюга зворотного зв'язку.

rе= ==2,5 Ом, де

rе-опір емітера.

gбе===3,96 мСм, де

gбе-провідність база-емітер,

Довідкове значення статичного коефіцієнта передачі струму у схемі із загальним емітером.

Cе===2,86 пФ, де

Cе-ємність емітера,

fт-довідкове значення граничної частоти транзистора, при якій =1

Ri-вихідний опір транзистора,

Uкэ0(доп), Iк0(доп)-відповідно паспортні значення допустимої напруги на колекторі та постійної складової струму колектора.

Вхідний опір і вхідна ємність каскаду, що навантажує.

Верхня гранична частота за умови, що на кожен каскад припадає по 0,75 дБ спотворень. Бажано запровадити корекцію.

7.2.1 Розрахунок емітерної корекції

Схема емітерної корекції представлена ​​малюнку 7.2.

Малюнок 7.2 - Схема емітерної корекції проміжного каскаду

Емітерна корекція вводиться для корекції спотворень АЧХ, що вносяться транзистором, збільшуючи амплітуду сигналу на переході база-емітер зі зростанням частоти сигналу, що посилюється.

Коефіцієнт посилення каскаду описується виразом:

де – глибина зворотного зв'язку;

і параметри розраховані за формулами 5.7, 5.8, 5.9.

При заданому значенні F значення визначається виразом:

f у каскаді дорівнює:

Приймемо тоді:

f у каскаді дорівнює:

Імпульсний підсилювач

Як зазначалося, до роботи у попередніх каскадах обрано транзистор ГТ320А. Значення параметрів, що наводяться в довідниках, виміряні при певних значеннях ЕКО та IKO.

Розрахунок підсилювального пристрою

Фіксація робочої точки здійснюється опорами R12 та R22. За вихідними характеристиками транзистора знаходиться IБа2 = 53,33 мкА. За вхідними характеристиками транзистора знаходиться UБЕа2 = 698 мВ.

Підсилювач імпульсний

Розрахуємо робочу точку двома способами: 1. При використанні активного опору Rк ланцюга колектора. 2. При використанні дроселя в колі колектора. 1...

Підсилювач імпульсний

Вихідні дані курсового проектування перебувають у технічному завданні. Середньо статистичний транзистор дає посилення в 20 дБ, за завданням у нас 40 дБ, звідси отримаємо, що наш підсилювач матиме як мінімум 2 каскади.

Підсилювач коректор

Розрахуємо робочу точку транзистора для резистивного та дросельного каскаду використовуючи формули: , (4.1) де амплітуда напруги на виході підсилювача, опір навантаження...

Як зазначалося вище як вихідний каскад будемо використовувати каскад з паралельним негативним зворотним зв'язком по напрузі, що володіє найбільшою широкосмуговістю, при роботі на ємнісне навантаження.

Підсилювач модулятора лазерного випромінювання

При розрахунку необхідного режиму транзистора проміжних та вхідного каскадів по постійному струму слід орієнтуватися на співвідношення, наведені у пункті 3.3.1 з урахуванням того, що замінюється на опір вхідного наступного каскаду. Але...Підсилювач потужності для 1-12 каналів TV

При розрахунку режиму передконечного каскаду умовимося, що живлення всіх каскадів здійснюється від джерела напруги з номінальним значенням Eп. Так як Eп = Uк0, то відповідно Uк0 у всіх каскадах береться однакове...

Візьмемо Uвих у 2 рази більше, ніж задане, тому що частина вихідної потужності втрачається на ООС. Uвих=2Uвих(заданого)=2 (В) Розрахуємо вихідний струм: Iвих===0,04 (А) Розрахуємо каскади з резистором та індуктивністю в колі колектора: Рисунок 2.2.1...

Підсилювач приймального блоку широкосмугового локатора

При розрахунку необхідного режиму транзистора проміжних та вхідного каскадів по постійному струму слід орієнтуватися на співвідношення, наведені у пункті 2.2.1 з урахуванням того, що замінюється на опір вхідного наступного каскаду. Але...

Підсилювач із зворотним зв'язком

Робочу точку вибираємо за формулами: ма. UкА=Umн+Umin= У PкА=UкАIкА=100 мВт Вибираємо транзистор із параметрами: Iкmax=22 мА, Uкmax=18 В, Pmax=400 мВт. Таким транзистором може бути КТ339А. Цій робочій точці відповідає струм бази 275 мкА, і напруга Uеб = 0...

Підсилювач із зворотним зв'язком

7.2 Транзистор VT1

Як транзистор VT1 використовуємо транзистор КТ339А з тією ж робочою точкою що і для транзистора VT2:

Візьмемо Rк = 100 (Ом).

Розрахуємо параметри еквівалентної схеми даного транзистора використовуючи формули 5.1 - 5.13 і 7.1 - 7.3.

Ск (треба) = Ск (пасп) * = 2 × = 1,41 (пФ), де

Ск(треб)-ємність колекторного переходу при заданому Uке0,

Ск(пасп)-довідкове значення ємності колектора при Uкэ(пасп).

rб = = 17,7 (Ом); gб==0,057 (Cм), де

rб-опір бази,

Довідкове значення постійного ланцюга зворотного зв'язку.

rе= ==6,54 (Ом), де

rе-опір емітера.

gбе===1,51(мСм), де

gбе-провідність база-емітер,

Довідкове значення статичного коефіцієнта передачі струму у схемі із загальним емітером.

Cе===0,803 (пФ), де

Cе-ємність емітера,

fт-довідкове значення граничної частоти транзистора, при якій =1

Ri = = 1000 (Ом), де

Ri-вихідний опір транзистора,

Uкэ0(доп), Iк0(доп)-відповідно паспортні значення допустимої напруги на колекторі та постійної складової струму колектора.

- Вхідний опір і вхідна ємність каскаду, що навантажує.

Верхня гранична частота за умови, що на кожен каскад припадає по 0,75 дБ спотворень. Дане значення f задовольняє технічним завданням. Немає потреби в корекції.

7.2.1 Розрахунок схеми термостабілізації

Як було сказано в пункті 7.1.1, у даному підсилювачі найбільш прийнятна емітерна термостабілізація оскільки транзистор КТ339А є малопотужним, крім того емітерна стабілізація проста в реалізації. Схема емітерної термостабілізації наведена малюнку 4.1.

Порядок розрахунку:

1. Виберемо напругу емітера, струм дільника та напругу живлення;

2. Потім розрахуємо.

Струм дільника вибирається рівним, де - базовий струм транзистора і обчислюється за формулою:

Напруга живлення розраховується за формулою: (В)

Розрахунок величин резисторів провадиться за такими формулами:

8. Спотворення, що вносяться вхідним ланцюгом

Принципова схема вхідного ланцюга каскаду наведено на рис. 8.1.

Рисунок 8.1 – Принципова схема вхідного ланцюга каскаду

За умови апроксимації вхідного опору каскаду паралельним RC-ланцюгом коефіцієнт передачі вхідного ланцюга в області верхніх частот описується виразом:

- Вхідний опір та вхідна ємність каскаду.

Значення вхідного ланцюга розраховується за формулою (5.13), де замість підставляється величина.

9. Розрахунок З ф, R ф, З р

У принциповій схемі підсилювача передбачено чотири розділові конденсатори і три конденсатори стабілізації. У технічному завданні сказано, що спотворення плоскої вершини імпульсу повинні становити не більше 5%. Отже, кожен розділовий конденсатор повинен спотворювати плоску вершину імпульсу не більше ніж на 0.71%.

Спотворення плоскої вершини обчислюються за формулою:

де і - тривалість імпульсу.

Обчислимо τ н:

τ н і С р пов'язані співвідношенням:

де R л, R п - опір ліворуч і праворуч від ємності.

Обчислимо З р. Опір входу першого каскаду дорівнює опору паралельно з'єднаних опорів: вхідного транзисторного, Rб1 і Rб2.

R п = R вх | | R б1 | | R б2 = 628 (Ом)

Опір виходу першого каскаду дорівнює паралельному з'єднанню Rк і вихідного опору транзистора Ri.

R л = Rк | | Ri = 90,3 (Ом)

R п = R вх | | R б1 | | R б2 = 620 (Ом)

R л =Rк||Ri=444(Ом)

R п = R вх | | R б1 | | R б2 = 48 (Ом)

R л = Rк | | Ri = 71 (Ом)

R п = R н = 75 (Ом)

де Р1 - розділовий конденсатор між Rг і першим каскадом, 12 - між першим і другим каскадом, 23 - між другим і третім, 3 - між кінцевим каскадом і навантаженням. Поставивши решту ємностей по 479∙10 -9 Ф, ми забезпечимо спад, менше необхідного.

Обчислимо R ф і С ф (U RФ = 1В):

10. Висновок

В даному курсовому проекті розроблено імпульсний підсилювач з використанням транзисторів 2Т602А, КТ339А, що має наступні технічні характеристики:

Верхня гранична частота 14МГц;

Коефіцієнт посилення 64 дБ;

Опір генератора та навантаження 75 Ом;

Напруга живлення 18 ст.

Схема підсилювача представлена ​​малюнку 10.1.

Рисунок 10.1 – Схема підсилювача

При обчисленні показників підсилювача використовувалося таке програмне забезпечення: MathCad, Work Bench.

Література

1. Напівпровідникові прилади. Транзистори середньої та великої потужності: Довідник/А.А. Зайцев, А.І. Міркін, В.В. Мокряков та ін. За редакцією А.В. Голомедова.-М.: Радіо та Зв'язок, 1989.-640с.

2. Розрахунок елементів високочастотної корекції підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах. Навчально-методичний посібник з курсового проектування для студентів радіотехнічних спеціальностей / О.О. Тітов, Томськ: Том. держ. ун-т систем управління та радіоелектроніки, 2002. – 45с.

Робочої прямої. Робоча пряма проходить через точки Uкэ=Eк і Iк=Eк÷Rн і перетинає графіки вихідних характеристик (струми бази). Для досягнення найбільшої амплітуди при розрахунку імпульсного підсилювача робоча точка була обрана ближче до найменшої напруги, оскільки у кінцевого каскаду імпульс буде негативний. За графіком вихідних характеристик (рис.1) знайшли значення IКпост=4,5 мА, ...

Розрахунок Сф, Rф, Ср 10. Висновок Література ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ № 2 курсове проектування з дисципліни “Схемотехніка АЭУ” студенту гр.180 Курманову Б.А. Тема проекту Імпульсний підсилювач Опір генератора Rг = 75 Ом. Коефіцієнт посилення K = 25 дБ. Тривалість імпульсу 05 мкс. Полярність "позитивна". Добре 2. Час встановлення 25 нс. Викид...

Що для узгодження з опіром навантаження необхідно після підсилювального каскадів поставити емітерний повторювач, накреслимо схему підсилювача: 2.2 Розрахунок статичного режиму підсилювача Розраховуємо перший підсилювальний каскад. Вибираємо робочу точку для першого підсилювального каскаду. Її характеристики: ...

Опір джерела вхідного сигналу, тому зміна умови оптимальності при опроміненні не призводить до додаткового збільшення шуму. Радіаційні ефекти в ІОУ. Вплив ІІ на параметри ІОУ. Інтегральні операційні підсилювачі (ІОУ) є високоякісними прецизійними підсилювачами, які відносяться до класу універсальних і багатофункціональних аналогових...

Складовий транзистор (транзистор Дарлінгтона) - об'єднання двох або більше біполярних транзисторів з метою збільшення коефіцієнта посилення струму. Такий транзистор використовується у схемах, що працюють з великими струмами (наприклад, схемах стабілізаторів напруги, вихідних каскадів підсилювачів потужності) і у вхідних каскадах підсилювачів, якщо необхідно забезпечити великий вхідний імпеданс.

Умовне позначення складеного транзистора

Складовий транзистор має три висновки (база, емітер та колектор), які еквівалентні висновкам звичайного одиночного транзистора. Коефіцієнт посилення по струму типового складеного транзистора (іноді помилково званого «супербету»), у потужних транзисторів ≈ 1000 і малопотужних транзисторів ≈ 50000. Це означає, що невеликого струму бази достатньо для того, щоб складовий транзистор відкрився.

На відміну від біполярних, польові транзистори не використовують у складовому включенні. Об'єднувати польові транзистори немає необхідності, оскільки вони і без того мають надзвичайно малий вхідний струм. Однак існують схеми (наприклад, біполярний транзистор із ізольованим затвором), де спільно застосовуються польові та біполярні транзистори. У певному сенсі, такі схеми можна вважати складовими транзисторами. Також для складеного транзистораДосягти підвищення значення коефіцієнта посилення можна, зменшивши товщину бази, але це становить певні технологічні труднощі.

прикладом супербета (супер-β)транзисторів може бути серія КТ3102, КТ3107. Однак їх також можна поєднувати за схемою Дарлінгтона. При цьому базовий струм зміщення можна зробити рівним лише 50 пкА (прикладами таких схем служать операційні підсилювачі типу LM111 і LM316).

Фото типового підсилювача на складових транзисторах

Схема Дарлінгтона

Один із видів такого транзистора винайшов інженер-електрик Сідні Дарлінгтон (Sidney Darlington).

Принципова схема складеного транзистора

Складовий транзистор є каскадним з'єднанням кількох транзисторів, включених таким чином, що навантаженням в емітері попереднього каскаду є перехід база-емітер транзистора наступного каскаду, тобто транзистори з'єднуються колекторами, а вхідний емітер вихідного транзистора з'єднується. Крім того, у складі схеми для прискорення закривання може використовуватися резистивне навантаження першого транзистора. Таке з'єднання в цілому розглядають як один транзистор, коефіцієнт посилення струму якого при роботі транзисторів в активному режимі приблизно дорівнює добутку коефіцієнтів посилення першого і другого транзисторів:

β с = β 1 ∙ β 2

Покажемо, що складовий транзистор справді має коефіцієнтβ значно більший, ніж у його обох компонентів. Задаючи прирістdlб= dlб1, отримуємо:

dlе1 = (1 + β 1) ∙ dlб= dlб2

dlдо= dlк1+ dlк2= β 1 ∙ dlб+ β 2 ∙ ((1 + β 1) ∙ dlб)

Ділячи dl дона dlб, знаходимо результуючий диференціальний коефіцієнт передачі:

β Σ = β 1 + β 2 + β 1 ∙ β 2

Оскільки завждиβ >1 , можна вважати:

β Σ = β 1 ∙ β 1

Слід наголосити, що коефіцієнтиβ 1 і β 1 можуть відрізнятися навіть у разі однотипних транзисторів, оскільки струм емітераI е2в 1 + β 2разів більше струму емітераI е1(це випливає з очевидної рівностіI б2 = I е1).

Схема Шиклаї

Парі Дарлінгтона подібно до з'єднання транзисторів за схемою Шиклаї, назване так на честь його винахідника Джорджа Шиклаї, також іноді зване комплементарним транзистором Дарлінгтона. На відміну від схеми Дарлінгтона, що складається з двох транзистори одного типу провідності, схема Шиклаї містить транзистори різної полярності ( p - n - p і n - p - n ). Пара Шиклаї поводиться як n – p – n -Транзистор з великим коефіцієнтом посилення Вхідна напруга - це напруга між базою і емітером транзистора Q1, а напруга насичення дорівнює принаймні падіння напруги на діоді. Між базою та емітером транзистора Q2 рекомендується включати резистор з невеликим опором. Така схема застосовується у потужних двотактних вихідних каскадах під час використання вихідних транзисторів однієї полярності.

Каскад Шиклаї, подібний до транзистора з n – p – n переходом

Каскодна схема

Складовий транзистор, виконаний за так званою каскодною схемою, характеризується тим, що транзистор VT1 включений за схемою із загальним емітером, а транзистор VT2 - за схемою із загальною базою. Такий складовий транзистор еквівалентний одиночному транзистору, включеному за схемою із загальним емітером, але при цьому він має набагато кращі частотні властивості і велику неспотворену потужність у навантаженні, а також дозволяє значно зменшити ефект Міллера (збільшення еквівалентної ємності інвертуючого на вхід даного елемента при вимкненні).

Переваги та недоліки складених транзисторів

Високі значення коефіцієнта посилення у складових транзисторах реалізуються лише статичному режимі, тому складові транзистори знайшли широке застосування у вхідних каскадах операційних підсилювачів. У схемах на високих частотах складові транзистори вже не мають таких переваг - гранична частота посилення струму і швидкодія складових транзисторів менше, ніж ці параметри для кожного з транзисторів VT1 і VT2.

Переваги:

а)Високий коефіцієнт посилення струму.

б)Cхема Дарлінгтона виготовляється як інтегральних схем і за однаковому струмі робоча поверхня кремнію менше, ніж в біполярних транзисторів. Дані схеми становлять великий інтерес при високих напругах.

Недоліки:

а)Низька швидкодія, особливо переходу з відкритого стану до закритого. Тому складові транзистори використовуються переважно в низькочастотних ключових і підсилювальних схемах, на високих частотах їх параметри гірші, ніж у одиночного транзистора.

б)Пряме падіння напруги на переході база-емітер у схемі Дарлінгтона майже вдвічі більше, ніж у звичайному транзисторі, і становить для кремнієвих транзисторів близько 1,2 - 1,4 (не може бути менше, ніж подвоєне падіння напруги на p-n переході) .

в)Велика напруга насичення колектор-емітер для кремнієвого транзистора близько 0,9 В (порівняно з 0,2 В у звичайних транзисторів) для малопотужних транзисторів і близько 2 В для транзисторів великої потужності (не може бути менше ніж падіння напруги на p-n переході плюс падіння напруги на насиченому вхідному транзисторі).

Застосування резистора навантаження R1 дозволяє поліпшити деякі характеристики складеного транзистора. Величина резистора вибирається з таким розрахунком, щоб струм колектор-емітер транзистора VT1 у закритому стані створював на резисторі падіння напруги, недостатнє для відкриття транзистора VT2. Таким чином, струм витоку транзистора VT1 не посилюється транзистором VT2, тим самим зменшується загальний струм колектор-емітер складеного транзистора в закритому стані. Крім того, застосування резистора R1 сприяє збільшенню швидкодії складеного транзистора рахунок форсування закриття транзистора VT2. Зазвичай опір R1 становить сотні Ом у потужному транзисторі Дарлінгтона і кілька ком в малосигнальному транзисторі Дарлінгтона. Прикладом схеми з емітерним резистором служить потужний n-p-n - транзистор Дарлінгтон типу кт825, його коефіцієнт посилення по струму дорівнює 10000 (типове значення) для колекторного струму, що дорівнює 10 А.

У цій статті розповімо про мультивібратор, як він працює, методи підключення навантаження на мультивібратор і розрахунок транзисторного симетричного мультивібратора.

Мультивібратор- Це простий генератор прямокутних імпульсів, який працює в режимі автогенератора. Для його роботи необхідно лише живлення від батареї або іншого джерела живлення. Розглянемо найпростіший симетричний мультивібратор на транзисторах. Схема його представлена ​​малюнку. Мультивібратор може бути ускладнений в залежності від необхідних функцій, але всі елементи, представлені на малюнку, є обов'язковими, без них мультивібратор працювати не буде.

Робота симетричного мультивібратора ґрунтується на зарядно-розрядних процесах конденсаторів, що утворюють спільно з резисторами RC-ланцюжка.

Про те, як працюють RC-ланцюжки, я писав раніше у статті Конденсатор , яку ви можете почитати на моєму сайті. На просторах інтернету якщо і знаходиш матеріал про симетричний мультивібратор, то він викладається коротко, і не зрозуміло. Ця обставина не дозволяє радіоаматорам-початківцям щось зрозуміти, а тільки допомагає досвідченим електронникам що-небудь згадати. На прохання одного з відвідувачів мого сайту я вирішив виключити цю прогалину.

Як працює мультивібратор?

У початковий момент подачі живлення конденсатори С1 і С2 розряджені, тому опір току мало. Малий опір конденсаторів призводить до того, що відбувається «швидке» відкривання транзисторів, викликане протіканням струму:

- VT2 по дорозі (показано червоним кольором): «+ джерела живлення > резистор R1 > малий опір розрядженого С1 > базово-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення»;

— VT1 шляхом (показано синім кольором): «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір розрядженого С2 > базово-емітерний перехід VT1 > — джерела живлення».

Це є «невстановленим» режимом роботи мультивібратора. Триває він протягом дуже малого часу, який визначається лише швидкодією транзисторів. А двох абсолютно однакових за параметрами транзисторів немає. Який транзистор відкриється швидше, той залишиться відкритим — «переможцем». Припустимо, що у нашій схемі це виявився VT2. Тоді, через мале опір розрядженого конденсатора С2 і мале опір колекторно-емітерного переходу VT2, база транзистора VT1 виявиться замкнена на емітер VT1. В результаті транзистор VT1 буде змушений закритися - стати переможеним.

Оскільки транзистор VT1 закритий, відбувається «швидкий» заряд конденсатора С1 шляхом: «+ джерела живлення > резистор R1 > малий опір розрядженого С1 > базово-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення». Цей заряд відбувається майже до напруги джерела живлення.

Одночасно відбувається заряд конденсатора С2 струмом зворотної полярності шляхом: «+ джерела живлення > резистор R3 > малий опір розрядженого С2 > колекторно-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення». Тривалість заряду визначається номіналами R3 та С2. Вони визначають час, при якому VT1 знаходиться в закритому стані.

Коли конденсатор С2 зарядиться до напруги приблизно рівним напрузі 0,7-1,0 вольт, його опір збільшиться і транзистор VT1 відкриється напругою прикладеною шляхом: «+ джерела живлення > резистор R3 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». При цьому напруга зарядженого конденсатора С1 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT1 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT2 зворотною полярністю. В результаті VT2 закриється, а струм, який раніше проходив через відкритий колекторно-емітерний перехід VT2, побіжить по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір С2 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». З цього ланцюга відбудеться швидкий перезаряд конденсатора С2. З цього моменту починається режим автогенерації, що «встановився».

Робота симетричного мультивібратора в режимі генерації, що «встановився»

Починається перший напівперіод роботи (коливання) мультивібратора.

При відкритому транзисторі VT1 і закритому VT2, як я щойно написав, відбувається швидкий перезаряд конденсатора С2 (від напруги 0,7...1,0 вольта однієї полярності, до напруги джерела протилежної полярності) по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір С2 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». Крім того, відбувається повільний перезаряд конденсатора С1 (від напруги джерела живлення однієї полярності, до напруги 0,7 ... 1,0 вольта протилежної полярності) по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R2 > права обкладка С1 >ліва обкладка С1 > колекторно- емітерний перехід транзистора VT1 - джерела живлення».

Коли, в результаті перезаряду С1, напруга на базі VT2 досягне значення +0,6 вольта щодо емітера VT2 транзистор відкриється. Тому напруга зарядженого конденсатора С2 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT2 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT1 зворотною полярністю. VT1 закриється.

Починається другий напівперіод роботи (коливання) мультивібратора.

При відкритому транзисторі VT2 і закритому VT1 відбувається швидкий перезаряд конденсатора С1 (від напруги 0,7 ... 1,0 вольта однієї полярності, до напруги джерела живлення протилежної полярності) по ланцюгу: + джерела живлення > резистор R1 > малий опір С1 > базо- емітерний перехід VT2> - джерела живлення». Крім того, відбувається повільний перезаряд конденсатора С2 (від напруги джерела живлення однієї полярності до напруги 0,7...1,0 вольта протилежної полярності) по ланцюгу: «права обкладка С2 колекторно-емітерний перехід транзистора VT2 джерела живлення джерела живлення живлення > резистор R3 > ліва обкладка С2». Коли напруга з урахуванням VT1 досягне значення +0,6 вольта щодо емітера VT1, транзистор відкриється. Тому напруга зарядженого конденсатора С1 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT1 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT2 зворотною полярністю. VT2 закриється. На цьому другий напівперіод коливання мультивібратора закінчується, і знову починається перший напівперіод.

Процес повторюється до моменту вимкнення мультивібратора від джерела живлення.

Способи підключення навантаження до симетричного мультивібратора

Прямокутні імпульси знімаються з двох точок симетричного мультивібратора- Колекторів транзисторів. Коли одному колекторі присутній «високий» потенціал, то іншому колекторі – «низький» потенціал (він відсутній), і навпаки – коли одному виході «низький» потенціал, то іншому — «високий». Це показано на тимчасовому графіку, зображеному нижче.

Навантаження мультивібратора має підключатися паралельно до одного з колекторних резисторів, але в жодному разі не паралельно транзисторному переходу колектор-емітер. Не можна шунтувати транзистор навантаженням. Якщо цю умову не виконувати, то як мінімум – зміниться тривалість імпульсів, а як максимум – мультивібратор не працюватиме. На малюнку нижче показано, як правильно підключити навантаження, а як не треба це робити.

Для того щоб навантаження не впливало на сам мультивібратор, воно повинно мати достатній вхідний опір. Для цього зазвичай застосовують буферні транзисторні каскади.

На прикладі показано підключення низькоомної динамічної головки до мультивібратора. Додатковий резистор підвищує вхідний опір буферного каскаду, тим самим виключає вплив буферного каскаду на транзистор мультивібратора. Його значення має не менше ніж у 10 разів перевищувати значення колекторного резистора. Підключення двох транзисторів за схемою складового транзистора значно посилює вихідний струм. При цьому правильним є підключення базово-емітерного ланцюга буферного каскаду паралельно колекторному резистори мультивібратора, а не паралельно колекторно-емітерному переходу транзистора мультивібратора.

Для підключення до мультивібратора високоомної динамічної головкибуферний каскад не потрібний. Головка підключається замість одного із колекторних резисторів. Повинна виконуватися єдина умова - струм, що йде через динамічну голівку, не повинен перевищувати максимальний струм колектора транзистора.

Якщо ви хочете підключити до мультивібратора звичайні світлодіоди- зробити «мигалку», то для цього буферні каскади не потрібні. Їх можна підключити послідовно із колекторними резисторами. Пов'язано це з тим, що струм світлодіоду малий, і падіння напруги на ньому під час роботи не більше одного вольта. Тому вони не впливають на роботу мультивібратора. Правда це не стосується надяскравих світлодіодів, у яких і робочий струм вищий, і падіння напруги може бути від 3,5 до 10 вольт. Але в цьому випадку є вихід – збільшити напругу живлення та використовувати транзистори з великою потужністю, що забезпечує достатній струм колектора.

Зверніть увагу, що оксидні (електролітичні) конденсатори підключаються до плюсів колекторів транзисторів. Пов'язано це з тим, що на базах біполярних транзисторів напруга не піднімається вище 0,7 вольта щодо емітера, а в нашому випадку емітери – мінус живлення. А ось на колекторах транзисторів напруга змінюється майже від нуля до напруги джерела живлення. Оксидні конденсатори не здатні виконувати свою функцію під час їх підключення зворотною полярністю. Звичайно, якщо ви будете використовувати транзистори іншої структури (не N-P-N, а P-N-P структури), то крім зміни полярності джерела живлення, необхідно розгорнути світлодіоди катодами «вгору за схемою», а конденсатори – плюсами до баз транзисторів.

Розберемося тепер, які параметри елементів мультивібратора задають вихідні струми та частоту генерації мультивібратора?

На що впливають номінали колекторних резисторів? Я зустрічав у деяких бездарних інтернет-статтях, що номінали колекторних резисторів незначно, але впливають на частоту мультивібратора. Все це повна нісенітниця! При правильному розрахунку мультивібратора відхилення значень цих резисторів більш ніж у п'ять разів від розрахункового не змінить частоти мультивібратора. Головне, щоб їх опір було менше базових резисторів, тому що колекторні резистори забезпечують швидкий заряд конденсаторів. Проте, номінали колекторних резисторів є головними для розрахунку споживаної потужності від джерела живлення, значення якої не повинно перевищувати потужність транзисторів. Якщо розібратися, то при правильному підключенні навіть на вихідну потужність мультивібратора прямого впливу не надають. А ось тривалість між перемикання (частота мультивібратора) визначається «повільним» перезарядом конденсаторів. Час перезаряду визначається номіналами RC ланцюжків – базових резисторів та конденсаторів (R2C1 та R3C2).

Мультивібратор, хоч і називається симетричним, це стосується лише схемотехніки його побудови, а виробляти він може як симетричні, так і не симетричні за тривалістю вихідні імпульси. Тривалість імпульсу (високого рівня) на колекторі VT1 визначається номіналами R3 та C2, а тривалість імпульсу (високого рівня) на колекторі VT2 визначається номіналами R2 та C1.

Тривалість перезаряджання конденсаторів визначається простою формулою, де Тау- Тривалість імпульсу в секундах, R- Опір резистора в Омах, З– ємність конденсатора у Фарадах:

Таким чином, якщо ви вже не забули написане у цій статті на пару абзаців раніше:

При рівності R2=R3і С1 = С2, на виходах мультивібратора буде "меандр" - прямокутні імпульси з тривалістю, що дорівнює паузам між імпульсами, який ви бачите на малюнку.

Повний період коливання мультивібратора – Tдорівнює сумі тривалостей імпульсу та паузи:

Частота коливань F(Гц) пов'язана з періодом Т(Сік) через співвідношення:

Як правило, в інтернеті якщо і є якісь розрахунки радіоланцюгів, то вони мізерні. Тому зробимо розрахунок елементів симетричного мультивібратора на прикладі .

Як і будь-які транзисторні каскади, розрахунок необхідно вести з кінця – виходу. А на виході у нас стоїть буферний каскад, потім стоять колекторні резистори. Колекторні резистори R1 та R4 виконують функцію навантаження транзисторів. На частоту генерації колекторні резистори ніякого впливу не мають. Вони розраховуються, виходячи з параметрів вибраних транзисторів. Отже, спочатку розраховуємо колекторні резистори, потім базові резистори, потім конденсатори, та був і буферний каскад.

Порядок та приклад розрахунку транзисторного симетричного мультивібратора

Вихідні дані:

Напруга живлення Uі.п. = 12 В.

Необхідна частота мультивібратора F = 0,2 Гц (Т = 5 секунд), причому тривалість імпульсу дорівнює 1 (однієї) секунді.

Як навантаження використовується автомобільна лампочка розжарювання на 12 вольт, 15 ват.

Як ви здогадалися, ми розраховуватимемо «мигалку», яка блиматиме один раз за п'ять секунд, а тривалість свічення – 1 секунда.

Вибираємо транзистори для мультивібратора. Наприклад, у нас є найпоширеніші за радянських часів транзистори КТ315Г.

Для них: Pmax = 150 мВт; Imax = 150 мА; h21>50.

Транзистори для буферного каскаду вибирають з струму навантаження.

Щоб не зображати схему двічі, я вже підписав номінали елементів на схемі. Їхній розрахунок наводиться далі в Рішенні.

Рішення:

1. Перш за все, необхідно розуміти, що робота транзистора при великих струмах у ключовому режимі є найбільш безпечною для самого транзистора, ніж робота в підсилювальному режимі. Тому розрахунок потужності для перехідного стану в моменти проходження змінного сигналу через робочу точку «В» статичного режиму транзистора — переходу з відкритого стану в закритий і назад проводити немає необхідності. Для імпульсних схем, побудованих на біполярних транзисторах, зазвичай розраховують потужність транзисторів, що у відкритому стані.

Спочатку визначимо максимальну потужність, що розсіюється транзисторів, яка повинна становити значення, на 20 відсотків менше (коефіцієнт 0,8) максимальної потужності транзистора, зазначеної в довіднику. Але навіщо нам заганяти мультивібратор у жорсткі рамки великих струмів? Та й від підвищеної потужності споживання енергії від джерела живлення буде більшим, а користі мало. Тому визначивши максимальну потужність розсіювання транзисторів зменшимо її в 3 рази. Подальше зниження потужності, що розсіюється, небажано тому, що робота мультивібратора на біполярних транзисторах в режимі слабких струмів – явище «не стійке». Якщо джерело живлення використовується не тільки для мультивібратора, або він не зовсім стабільний, буде плавати і частота мультивібратора.

Визначаємо максимальну потужність, що розсіюється: Рас.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150мВт = 120мВт

Визначаємо номінальну розсіювальну потужність: Pрас.ном. = 120/3 = 40мВт

2. Визначимо струм колектора у відкритому стані: Iк0 = Pрас.ном. / Uі.п. = 40мВт/12В = 3,3мА

Приймемо його за максимальний струм колектора.

3. Знайдемо значення опору та потужності колекторного навантаження: Rк.заг = Uі.п./Iк0 = 12В/3,3мА = 3,6 кОм

Вибираємо в номінальному ряді резистори максимально близькі до 3,6 кОм. У номінальному ряді резисторів є номінал 3,6 ком, тому попередньо вважаємо значення колекторних резисторів R1 і R4 мультивібратора: Rк = R1 = R4 = 3,6 кОм.

Потужність колекторних резисторів R1 і R4 дорівнює номінальній розсіюваної потужності транзисторів Pрас.ном. = 40 мВт. Використовуємо резистори потужністю, що перевищує зазначену Pрас.ном. - Типу МЛТ-0,125.

4. Перейдемо до розрахунку базових резисторів R2 та R3. Їх номінал знаходять, виходячи з коефіцієнта посилення транзисторів h21. При цьому, для надійної роботи мультивібратора значення опору має бути в межах: в 5 разів більше опору колекторних резисторів, і менше твору Rк * h21. Rmin = 3,6 * 5 = 18 кОм, а Rmax = 3,6 * 50 = 180 кОм

Таким чином, значення опорів Rб (R2 та R3) можуть перебувати в межах 18...180 кОм. Попередньо вибираємо середнє значення = 100 кОм. Але воно не остаточне, тому що нам необхідно забезпечити необхідну частоту мультивібратора, а як я писав раніше, частота мультивібратора залежить від базових резисторів R2 і R3, а також від ємності конденсаторів.

5. Обчислимо ємності конденсаторів С1 та С2 і при необхідності перерахуємо значення R2 та R3.

Значення ємності конденсатора С1 та опору резистора R2 визначають тривалість вихідного імпульсу на колекторі VT2. Саме під час дії цього імпульсу наша лампочка має загорятися. А за умови було задано тривалість імпульсу 1 секунда.

визначимо ємність конденсатора: С1 = 1сек / 100кОм = 10 мкф

Конденсатор ємністю 10 мкФ є в номінальному ряді, тому він нас влаштовує.

Значення ємності конденсатора С2 та опору резистора R3 визначають тривалість вихідного імпульсу на колекторі VT1. Саме під час дії цього імпульсу на колекторі VT2 діє пауза і наша лампочка не повинна світитися. А за умови був заданий повний період 5 секунд із тривалістю імпульсу 1 секунда. Отже, тривалість паузи дорівнює 5-1сек = 4 секунди.

Перетворивши формулу тривалості перезаряджання, ми визначимо ємність конденсатора: С2 = 4сек / 100кОм = 40 мкф

Конденсатор, ємністю 40 мкф відсутній у номінальному ряді, тому він нас не влаштовує, і ми візьмемо максимально близький до нього конденсатор ємністю 47 мкф. Але як ви розумієте, зміниться час «паузи». Щоб цього не сталося, ми перерахуємо опір резистора R3виходячи з тривалості паузи та ємності конденсатора С2: R3 = 4сек / 47 мкФ = 85 кОм

За номінальним рядом, найближче значення опору резистора дорівнює 82 кОм.

Отже, ми отримали номінали елементів мультивібратора:

R1 = 3,6 кОм, R2 = 100 кОм, R3 = 82 кОм, R4 = 3,6 кОм, С1 = 10 мкФ, С2 = 47 мкФ.

6. Розрахуємо номінал резистора R5 буферного каскаду.

Опір додаткового обмежувального резистора R5 для виключення впливу на мультивібратор вибирається не менше ніж у 2 рази більше опору колекторного резистора R4 (а в деяких випадках і більше). Його опір разом із опором емітерно-базових переходів VT3 і VT4 в цьому випадку не впливатиме на параметри мультивібратора.

R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 кОм

За номінальним рядом найближчий резистор дорівнює 7,5 кОм.

При номіналі резистора R5 = 7,5 кОм струм управління буферним каскадом дорівнюватиме:

Iупр. = (Uі.п. - Uбе) / R5 = (12в - 1,2в) / 7,5 кОм = 1,44 мА

Крім того, як я писав раніше, номінал колекторного навантаження транзисторів мультивібратора не впливає на його частоту, тому якщо у вас немає такого резистора, ви можете його замінити на інший «близький» номінал (5 … 9 кОм). Краще, якщо це буде у бік зменшення, щоб не було падіння струму, що управляє, на буферному каскаді. Але врахуйте, що додатковий резистор є додатковим навантаженням транзистора VT2 мультивібратора, тому струм, що йде через цей резистор, складається зі струмом колекторного резистора R4 і навантажувальний для транзистора VT2: Iобщ = Iк + Iупр. = 3,3мА + 1,44мА = 4,74мА

Загальне навантаження на колектор транзистора VT2 у межах норми. У разі перевищення максимального струму колектора вказаного за довідником і помноженого на коефіцієнт 0,8 , збільште опір R4 до достатнього зниження струму навантаження, або використовуйте потужніший транзистор.

7. Нам необхідно забезпечити струм на лампочці Iн = Рн/Uі.п. = 15Вт / 12В = 1,25 А

Але струм управління буферним каскадом дорівнює 1,44 мА. Струм мультивібратора необхідно збільшити на значення, що дорівнює відношенню:

Iн/Iупр. = 1,25А / 0,00144А = 870 разів.

Як це зробити? Для значного посилення вихідного струмувикористовують транзисторні каскади, побудовані за схемою «складеного транзистора». Перший транзистор зазвичай малопотужний (ми використовуватимемо КТ361Г), він має найбільший коефіцієнт посилення, а другий має забезпечувати достатній струм навантаження (візьмемо щонайменше поширений КТ814Б). Тоді їх коефіцієнти передачі h21 множаться. Так, у транзистора КТ361Г h21>50, а транзистора КТ814Б h21=40. А загальний коефіцієнт передачі цих транзисторів, включених за схемою складового транзистора: h21 = 50 * 40 = 2000. Ця цифра більша, ніж 870, тому цих транзисторів цілком достатньо для керування лампочкою.

Ну от, власне, і все!

При проектуванні схем радіоелектронних пристроїв часто бажано мати транзистори з параметрами краще за ті моделі, які пропонують фірми виробники радіоелектронних компонентів (або краще, ніж дозволяє реалізувати доступна технологія виготовлення транзисторів). Ця ситуація найчастіше зустрічається під час проектування інтегральних мікросхем. Нам зазвичай потрібні більший коефіцієнт посилення струму h 21 , більше значення вхідного опору h 11 або менше значення вихідної провідності h 22 .

Поліпшити параметри транзисторів дозволяють різні схеми складених транзисторів. Існує багато можливостей реалізувати складовий транзистор з польових або біполярних транзисторів різної провідності, покращуючи його параметри. Найбільшого поширення набула схема Дарлінгтона. У найпростішому випадку це поєднання двох транзисторів однакової полярності. Приклад схеми Дарлінгтона на npn транзисторах наведено малюнку 1.

Малюнок 1 Схема Дарлінгтона на npn транзисторах

Наведена схема еквівалентна одиночному npn транзистору. У цій схемі струм емітера транзистора VT1 є струмом бази транзистора VT2. Струм колектора складеного транзистора визначається в основному струмом транзистора VT2. Основною перевагою схеми Дарлінгтона є високе значення коефіцієнта посилення струму h 21 , яке можна визначити як твір h 21 транзисторів, що входять у схему:

(1)

Однак слід мати на увазі, що коефіцієнт h 21 досить сильно залежить від струму колектора. Тому за малих значень струму колектора транзистора VT1 його значення може значно зменшитися. Приклад залежності h 21 від струму колектора для різних транзисторів наведено малюнку 2

Рисунок 2 Залежність коефіцієнта посилення транзисторів від струму колектора

Як видно з цих графіків, коефіцієнт h 21е практично не змінюється лише у двох транзисторів: вітчизняний КТ361В та іноземний BC846A. В інших транзисторів коефіцієнт посилення струму значно залежить від струму колектора.

У разі коли базовий струм транзистора VT2 виходить досить малий, струм колектора транзистора VT1 може виявитися недостатнім для забезпечення необхідного значення коефіцієнта посилення струму h 21 . У цьому випадку збільшення коефіцієнта h 21 і, відповідно, зменшення струму бази складеного транзистора можна досягти збільшенням струму колектора транзистора VT1. Для цього між базою та емітером транзистора VT2 включають додатковий резистор, як показано на малюнку 3.

Рисунок 3 Складовий транзистор Дарлінгтона з додатковим резистором у ланцюзі емітера першого транзистора

Наприклад, визначимо елементи для схеми Дарлінгтона, зібраної на транзисторах BC846A Нехай струм транзистора VT2 дорівнюватиме 1 мА. Тоді його струм бази дорівнюватиме:

(2)

При такому струмі коефіцієнт посилення струму h 21 різко падає і загальний коефіцієнт посилення струму може виявитися значно менше розрахункового. Збільшивши струм колектора транзистора VT1 за допомогою резистора, можна значно виграти у значенні загального коефіцієнта посилення. h 21 . Оскільки напруга з урахуванням транзистора є константою (для кремнієвого транзистора uбе = 0,7 В), то розрахуємо за законом Ома:

(3)

У цьому випадку ми маємо право очікувати коефіцієнт посилення по струму до 40000. Саме таким чином виконані багато вітчизняних та іноземних супербетта транзистори, такі як КТ972, КТ973 або КТ825, TIP41C, TIP42C. Схема Дарлінгтон широко використовується у вихідних каскадах підсилювачів низької частоти (), операційних підсилювачів і навіть цифрових , наприклад, .

Слід зазначити, що схема Дарлінгтона має такий недолік, як підвищена напруга Uке. Якщо у звичайних транзисторах Uке становить 0,2 В, то в складовому транзисторі ця напруга зростає до 0,9 В. Це пов'язано з необхідністю відкривати транзистор VT1, а для цього на його базу слід подати напругу 0,7 (якщо ми розглядаємо кремнієві транзистори).

Для того, щоб усунути зазначений недолік, була розроблена схема складеного транзистора на комплементарних транзисторах. У російському Інтернеті вона дістала назву схеми Шіклаї. Ця назва прийшла з книги Тітце та Шенка, хоча ця схема раніше мала іншу назву. Наприклад, у радянській літературі вона називалася парадоксною парою. У книзі В.Е.Хелейн і В.Х.Холмс складовий транзистор на комплементарних транзисторах називається схемою Уайта, тому її називатимемо просто складеним транзистором. Схема складеного pnp транзистора на комплементарних транзисторах наведено малюнку 4.

Рисунок 4 Складовий pnp транзистор на комплементарних транзисторах

Так само утворюється npn транзистор. Схема складеного npn транзистора на комплементарних транзисторах наведено малюнку 5.

Рисунок 5 Складовий npn транзистор на комплементарних транзисторах

У списку літератури першому місці наведена книга 1974 року видання, але є КНИГИ та інші видання. Є основи, які не старіють тривалий час і безліч авторів, які просто повторюють ці основи. Розповісти зрозуміло треба вміти! За весь час професійної діяльності я зустрів менш ніж десять КНИГ. Я завжди рекомендую вивчати аналогову схемотехніку цієї книги.

Дата останнього оновлення файлу 18.06.2018

Література:

Разом із статтею "Складовий транзистор (схема Дарлінгтона)" читають:

http://сайт/Sxemoteh/ShVklTrz/kaskod/

http://сайт/Sxemoteh/ShVklTrz/OE/