почему сила тока в коллекторе почти равна силе тока в эмитере?
Патамушта напряжение источника, без учёта тока базы, приложено к последовательной цепи: переход эмитер — коллектор — сопротивление нагрузки.
Не зависимо от открыт транзистор полностью или полуоткрыт, ток коллектора = току эмитера.
Потому что база управляет транзюком, а коллектор и эмиттер это как разрыв цепи выключателем. На эмиттер подаётся напряжение, на коллекторе сидит динамик, второй конец которого заземлен на массе. А на базу поступает звук. Это типа как электронный выключатель.
что тут может быть непонятно?
ток эмиттера равен сумме тока коллектора и тока базы
Iэ=Iк+ Iб
или пробит переход К-Э. или смещение на базе гл
ючит
А Вы с какой целью интересуетесь? Надо уточнить, ибо тогда будет понятно, что отвечать — с теоретической (чтобы разобрать работу какой-либо схемы) , либо с целью ремонта чего-либо. А пока ХЗ.
По одной простой причине. База очень тонкая. У дискретных транзисторов — десятые доли микрона, у интегральных — сотые доли. Носители заряда практически свободно пролетают сквозь базу из эмиттера в коллектор, только очень малая их доля рекомбинирует в базе.
ток эмиттера = ток базы + ток коллектора
ток базы меньше тока коллектора в коэффициент усиления транзистора
т. е. в 50-400 раз меньше тока коллектора. Вот поэтому ток эмиттера мало отличается от тока коллектора
Почему сила тока в коллекторе почти равна силе тока в эмиттере
Почему сила тока в коллекторе почти равна силе тока в эмиттере
В современной электронной технике полупроводниковые приборы играют исключительную роль. За последние три десятилетия они почти полностью вытеснили электровакуумные приборы.
В любом полупроводниковом приборе имеется один или несколько электронно-дырочных переходов. Электронно-дырочный переход (или –-переход) – это область контакта двух полупроводников с разными типами проводимости.
В полупроводнике -типа основными носителями свободного заряда являются электроны; их концентрация значительно превышает концентрацию дырок (). В полупроводнике -типа основными носитялеми являются дырки (). При контакте двух полупроводников — и -типов начинается процесс диффузии: дырки из -области переходят в -область, а электроны, наоборот, из -области в -область. В результате в -области вблизи зоны контакта уменьшается концентрация электронов и возникает положительно заряженный слой. В -области уменьшается концентрация дырок и возникает отрицательно заряженный слой. Таким образом, на границе полупроводников образуется двойной электрический слой, поле которого препятствует процессу диффузии электронов и дырок навстречу друг другу (рис. 1.14.1). Пограничная область раздела полупроводников с разными типами проводимости (так называемый запирающий слой ) обычно достигает толщины порядка десятков и сотен межатомных расстояний. Объемные заряды этого слоя создают между — и -областями запирающее напряжение з, приблизительно равное 0,35В для германиевых –-переходов и 0,6В для кремниевых.
–-переход обладает удивительным свойством односторонней проводимости.
Если полупроводник с –-переходом подключен к источнику тока так, что положительный полюс источника соединен с -областью, а отрицательный – с -областью, то напряженность поля в запирающем слое возрастает. Дырки в -области и электроны в -области будут смещаться от –-перехода, увеличивая тем самым концентрации неосновных носителей в запирающем слое. Ток через –-переход практически не идет. Напряжение, поданное на –-переход в этом случае называют обратным . Весьма незначительный обратный ток обусловлен только собственной проводимостью полупроводниковых материалов, т. е. наличием небольшой концентрации свободных электронов в -области и дырок в -области.
Если –-переход соединить с источником так, чтобы положительный полюс источника был соединен с -областью, а отрицательный с -областью, то напряженность электрического поля в запирающем слое будет уменьшаться, что облегчает переход основных носителей через контактный слой. Дырки из -области и электроны из -области, двигаясь навстречу друг другу, будут пересекать –-переход, создавая ток в прямом направлении. Сила тока через –-переход в этом случае будет возрастать при увеличении напряжения источника.
Способность –-перехода пропускать ток практически только в одном направлении используется в приборах, которые называются полупроводниковыми диодами . Полупроводниковые диоды изготавливают из кристаллов кремния или германия. При их изготовлении в кристалл c каким-либо типом проводимости вплавляют примесь, обеспечивающую другой тип проводимости.
Полупроводниковые диоды используются в выпрямителях для преобразования переменного тока в постоянный. Типичная вольт-амперная характеристика кремниевого диода приведена на рис. 1.14.2.
Полупроводниковые диоды обладают многими преимуществами по сравнению с вакуумными – малыми размерами, длительными сроками службы, механической прочностью. Существенным недостатком полупроводниковых диодов является зависимость их параметров от температуры. Кремниевые диоды, например, могут удовлетворительно работать только в диапозоне температур от –70 °C до 80 °C. У германиевых диодов диапазон рабочих температур несколько шире.
Полупроводниковые приборы не с одним, а с двумя –-переходами называются транзисторами . Название происходит от сочетания английских слов: transfer – переносить и resistor – сопротивление. Обычно для создания транзисторов используют германий и кремний. Транзисторы бывают двух типов: ––-транзисторы и ––-транзисторы. Например, германиевый транзистор ––-типа представляет собой небольшую пластинку из германия с донорной примесью, т. е. из полупроводника -типа. В этой пластинке создаются две области с акцепторной примесью, т. е. области с дырочной проводимостью (рис. 1.14.3). В транзисторе ––-типа основная германиевая пластинка обладает проводимостью -типа, а созданные на ней две области – проводимостью -типа (рис. 1.14.4).
Пластинку транзистора называют базой (Б), одну из областей с противоположным типом проводимости – коллектором (К), а вторую – эмиттером (Э). Обычно объем коллектора превышает объем эмиттера. В условных обозначениях на схемах стрелка эмиттера показывает направление тока через транзистор.
Оба –-перехода транзистора соединяются с двумя источниками тока. На рис. 1.14.5 показано включение в цепь транзистора ––-структуры. Переход «эмиттер–база» включается в прямом (пропускном) направлении (цепь эмиттера), а переход «коллектор–база» – в запирающем направлении (цепь коллектора).
Пока цепь эмиттера разомкнута, ток в цепи коллектора очень мал, так как для основных носителей свободного заряда – электронов в базе и дырок в коллекторе – переход заперт.
При замыкании цепи эмиттера дырки – основные носители заряда в эмиттере – переходят из него в базу, создавая в этой цепи ток э. Но для дырок, попавших в базу из эмиттера, –-переход в цепи коллектора открыт. Большая часть дырок захватывается полем этого перехода и проникает в коллектор, создавая ток к. Для того, чтобы ток коллектора был практически равен току эмиттера, базу транзистора делают в виде очень тонкого слоя. При изменении тока в цепи эмиттера изменяется сила тока и в цепи коллектора.
Если в цепь эмиттера включен источник переменного напряжения (рис. 1.14.5), то на резисторе , включенном в цепь коллектора, также возникает переменное напряжение, амплитуда которого может во много раз превышать амплитуду входного сигнала. Следовательно, транзистор выполняет роль усилителя переменного напряжения.
Однако такая схема усилителя на транзисторе является неэффективной, так как в ней отсутствует усиление сигнала по току, и через источники входного сигнала протекает весь ток эмиттера э. В реальных схемах усилителей на транзисторах источник переменного напряжения включают так, чтобы через него протекал только небольшой ток базы б = э – к. Малые изменения тока базы вызывают значительные изменения тока коллектора. Усиление по току в таких схемах может составлять несколько сотен.
В настоящее время полупроводниковые приборы находят исключительно широкое применение в радиоэлектронике. Современная технология позволяет производить полупроводниковые приборы – диоды, транзисторы, полупроводниковые фотоприемники и т. д. – размером в несколько микрометров. Качественно новым этапом электронной техники явилось развитие микроэлектроники , которая занимается разработкой интегральных микросхем и принципов их применения.
Интегральной микросхемой называют совокупность большого числа взаимосвязанных элементов – сверхмалых диодов, транзисторов, конденсаторов, резисторов, соединительных проводов, изготовленных в едином технологическом процессе на одном кристалле. Микросхема размером в может содержать несколько сотен тысяч микроэлементов.
Применение микросхем привело к революционным изменениям во многих областях современной электронной техники. Это особенно ярко проявилось в электронной вычислительной технике. На смену громоздким ЭВМ, содержащим десятки тысяч электронных ламп и занимавшим целые здания, пришли персональные компьютеры.
§ 111. Электрический ток через контакт полупроводников с разным типом проводимости. Транзисторы (окончание)
Транзисторы. Ещё одно применение полупроводников с примесным типом проводимости — транзисторы — приборы, используемые для усиления электрических сигналов.
Рассмотрим один из видов транзисторов из германия или кремния с введёнными в них донорными и акцепторными примесями. Распределение примесей таково, что создаётся очень тонкая (толщиной порядка нескольких микрометров) прослойка полупроводника n-типа между двумя слоями полупроводника p-типа (рис. 16.17). Эту тонкую прослойку называют основанием или базой.
В кристалле образуются два р—n-перехода, прямые направления которых противоположны. Три вывода от областей с различными типами проводимости позволяют включать транзистор в схему, изображённую на рисунке 16.17. В данной схеме при подключении батареи Б1 левый р—n-переход является прямым. Левый полупроводник с проводимостью p-типа называют эмиттером. Если бы не было правого р—n-перехода, в цепи эмиттер — база существовал бы ток, зависящий от напряжения источников (батареи Б1 и источника переменного напряжения) и сопротивления цепи, включая малое сопротивление прямого перехода эмиттер — база.
Батарея Б2 включена так, что правый n—р-переход в схеме (см. рис. 16.17) является обратным. Правая область с проводимостью p-типа называется коллектором. Если бы не было левого р—n-перехода, сила тока в цепи коллектора была бы близка к нулю, так как сопротивление обратного перехода очень велико. При существовании же тока в левом р—n-переходе появляется ток и в цепи коллектора, причём сила тока в коллекторе лишь немного меньше силы тока в эмиттере. (Если на эмиттер подано отрицательное напряжение, то левый р—n-переход будет обратным, и ток в цепи эмиттера и в цепи коллектора будет практически отсутствовать.)
Это объясняется следующим образом. При создании напряжения между эмиттером и базой основные носители полупроводника p-типа (дырки) проникают в базу, где они являются уже неосновными носителями. Поскольку толщина базы очень мала и число основных носителей (электронов) в ней невелико, попавшие в неё дырки почти не объединяются (не рекомбинируют) с электронами базы и проникают в коллектор за счёт диффузии. Правый р—n-переход закрыт для основных носителей заряда базы — электронов, но не для дырок. В коллекторе дырки увлекаются электрическим полем и замыкают цепь. Сила тока, ответвляющегося в цепь эмиттера из базы, очень мала, так как площадь сечения базы в горизонтальной (см. рис. 16.17) плоскости много меньше сечения в вертикальной плоскости.
Сила тока в коллекторе, почти равная силе тока в эмиттере, изменяется вместе с током через эмиттер. Сопротивление резистора R мало влияет на ток в коллекторе, и это сопротивление можно сделать достаточно большим. Управляя током эмиттера с помощью источника переменного напряжения, включённого в его цепь, мы получим синхронное изменение напряжения на резисторе R.
При большом сопротивлении резистора изменение напряжения на нём может в десятки тысяч раз превышать изменение напряжения сигнала в цепи эмиттера. Это означает усиление напряжения. Поэтому на нагрузке R можно получить электрические сигналы, мощность которых во много раз превышает мощность, поступающую в цепь эмиттера.
Применение транзисторов. Современная электроника базируется на микросхемах и микропроцессорах, включающих в себя колоссальное число транзисторов.
Компьютеры, составленные из микросхем и микропроцессоров, фактически изменили окружающий человека мир. В настоящее время не существует ни одной области человеческой деятельности, где компьютеры не служили бы активными помощниками человека. Например, в космических исследованиях или высокотехнологичных производствах работают микропроцессоры, уровень организации которых соответствует искусственному интеллекту.
Транзисторы (рис. 16.18, 16.19) получили чрезвычайно широкое распространение в современной технике. Они заменили электронные лампы в электрических цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры. Портативные радиоприёмники, в которых используются такие приборы, в обиходе называются транзисторами. Преимуществом транзисторов (так же как и полупроводниковых диодов) по сравнению с электронными лампами является прежде всего отсутствие накалённого катода, потребляющего значительную мощность и требующего времени для его разогрева. Кроме того, эти приборы в десягки и сотни раз меньше по размерам и массе, чем электронные лампы.
Вопросы к параграфу
1. Что происходит в контакте двух проводников n- и р-типов?
2. Что такое запирающий слой?
3. Какой переход называют прямым?
4. Для чего служит полупроводниковый диод?
5. Почему база транзистора должна быть узкой?
6. Как надо включать в цепь транзистор, у которого база является полупроводником p-типа, а эмиттер и коллектор — полупроводниками n-типа?
Образцы заданий ЕГЭ Выберите фамилию нашего соотечественника, получившего Нобелевскую премию за исследование полупроводников, использующихся в лазерах, средствах мобильной связи.
1) Басов 2) Прохоров 3) Гинзбург 4) Алфёров
А2. Идеальный р—n-переход присоединён через металлические контакты к источнику тока так, что к р-полупроводнику присоединена отрицательная клемма источника. Если током неосновных носителей зарядов пренебречь, то ток
1) в p-области перехода обеспечивается в основном движением дырок, в n-области — электронов
2) в p-области перехода обеспечивается в основном движением электронов, в n-области — дырок
3) в p-области и n-области перехода обеспечивается в равной степени движением дырок и электронов
C3. Чему примерно равна концентрация носителей заряда в полупроводнике p-типа, если он получен добавлением трёхвалентного металла в германий (число атомов примеси составляет 0,01% от числа атомов германия в кристалле). Собственной проводимостью германия можно пренебречь, плотность его считайте равной 5400 кг/м 3 . Молярная масса германия 0,0725 кг/моль.
C4. В цепи, изображённой на рисунке, сопротивление диодов в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном многократно превышает сопротивление резисторов. При подключении к точке А положительного полюса, а к точке В отрицательного полюса батареи с ЭДС 12 В и пренебрежимо малым внутренним сопротивлением потребляемая мощность равна 7,2 Вт. При изменении полярности подключения батареи потребляемая мощность оказалась равной 14,4 Вт.
Т. Транзистор
Свойство односторонней проводимости n-р-перехода в полупроводниках может быть использовано для усиления и генерации электрических колебаний, для чего применяются полупроводниковые триоды или транзисторы.
Для изготовления транзистора из монокристалла германия с электронной проводимостью в него с двух противоположных сторон вводится примесь атомов индия. Две области монокристалла германия с примесью индия становятся полупроводниками с дырочной проводимостью, а на границе соприкосновения их с основным кристаллом возникают два n-р-перехода.
Средняя область кристалла называется базой транзистора, а две крайние области кристалла, обладающие проводимостью противоположного базе типа, называются коллектором и эмиттером (рис. 1). Транзисторы, в которых эмиттер и коллектор обладают дырочной проводимостью, а база — электронной, называются транзисторами р-n-р-перехода.
Транзисторы n-р-n-перехода имеют аналогичное устройство, только материал базы в них обладает дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер — электронной. Условное обозначение транзистора на схемах представлено на рисунках 2, а, б.
Таким образом, в транзисторе появляются два n-р-перехода, прямые направления которых противоположны. Три вывода от областей с различными типами проводимости позволяют включить его в цепь, схема которой изображена на рисунке 3. В соответствии с технологией производства концентрация атомов примеси (а значит, и концентрация основных носителей тока) у эмиттера и коллектора должна быть различной.
Область с самой высокой концентрацией носителей тока (в нашем случае дырок) называется эмиттером, область с меньшей концентрацией носителей тока (тоже дырок в нашем случае) — коллектором — — средняя часть (с проводимостью n-типа) — базой. Толщина базы составляет 10 — 50 мкм, а концентрация носителей тока в базе во много раз меньше, чем в коллекторе.
При данном включении левый р-n-переход является прямым и отделяет базу от области с проводимостью р-типа, называемой эмиттером. Если бы не было правого n-р-перехода, в цепи «эмиттер—база» существовал бы ток, зависящий от напряжения источников (батареи и источника тока переменного напряжения) и сопротивления цепи, включая малое сопротивление прямого перехода «эмиттер — база».
Батарея Б2 включена так, что правый n-р-переход в схеме (рис. 3) является обратным. Он отделяет базу от правой области с проводимостью р-типа, называемой коллектором. Если бы не было левого р-n-перехода, сила тока в цепи коллектора была бы близка к нулю, так как сопротивление обратного перехода очень велико. При существовании же тока в левом р-n-переходе появляется ток и в цепи коллектора, причем сила тока в коллекторе лишь немного меньше силы тока в эмиттере. Это можно объяснить тем, что при создании напряжения между эмиттером и базой основные носители полупроводника р-типа — дырки — проникают в базу, где они являются уже неосновными носителями. Поскольку толщина базы очень мала и число основных носителей (электронов) в ней не велико, попавшие в нее дырки почти не рекомбинируют с электронами базы и проникают в коллектор за счет диффузии. Правый n-р-переход закрыт для основных носителей заряда базы — электронов, но не для дырок. В коллекторе дырки увлекаются электрическим полем и замыкают цепь. Сила тока, ответвляющегося в цепь эмиттера из базы, очень мала, так как площадь сечения базы в горизонтальной (по рис. 3) плоскости много меньше площади сечения в вертикальной плоскости.
Сила тока в коллекторе, практически равная силе тока в эмиттере, изменяется вместе с током в эмиттере. Сопротивление резистора R мало влияет на ток в цепи коллектора, и это сопротивление можно сделать достаточно большим. Управляя током эмиттера с помощью источника тока переменного напряжения, включенного в его цепь, мы получим синхронное изменение напряжения на резисторе R. При большом сопротивлении резистора изменение напряжения на нем может в десятки тысяч раз превышать изменение напряжения сигнала в цепи эмиттера. Это означает усиление напряжения. Одновременно и мощность, выделяющаяся на нагрузке R, будет значительно превышать мощность, расходуемую в цепи эмиттера. Происходит усиление мощности. Транзисторы получили широкое применение в технике.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 308-310.
Почему сила тока в коллекторе почти равна силе тока в эмиттере?
Таково свойство транзистора в активном режиме. Из разность – ток базы, который составляет незначительную долю от тока эмиттера.
Транзистор действительно похож на водопроводный кран: легким усилием он перекрывает/открывает (причем ПЛАВНО) значительное давление воды (или тока) . Транзистор пропускает серьезный ток между коллектором (К) и эммитером (Э) в зависимости от приложеной силы к базе (Б) . Это сила не так значительна, как на К-Э.
Транзистор это “бутерброт” из двух материалов p и n проводимостей (позитивная и негативная) . Бывает типа p-n-p или n-p-n. Крайние слои это и естьвыводы коллектора и эммитера, в середине – база. Между К и Э нет тока, т. к. в слое принадлежащем базе нет носителей заряда. Сделаем “иньекцию” – пустим в базу небольшой ток. Носители, появившиеся в слое базы обеспечат проводимость между К и Э. И эта проводимость будет пропорциональна количеству тока в базе. Больше тока на базу подадим – ток в КЭ тоже возрастет, и т. д. влоть до короткого замыкания.. . 
Транзистор реагирует на изменения тока в базе МГНОВЕННО, т. е. у него нет “инерции”
Эмиттерный повторитель – это схема с Общим Коллектором (ОК). Вроде бы название должно говорить само за себя, а вот нет. Так что, не забывайте об этом ��
Оглавление
1 Схема эмиттерного повторителя
2 Входное и выходное сопротивление
3 Для чего нужна эта схема
4 Расчет эмиттерного повторителя
5 Недостатки эмиттерного повторителя
6 Заключение
Схема эмиттерного повторителя
Давайте разберемся, что значит словосочетание “эмиттерный повторитель”? Если досконально разобрать эту фразу, то она означает, что на эмиттере что-то должно повторяться.
Упрощенная схема эмиттерного повторителя выглядит вот так:
На первый взгляд вроде бы схема как схема, но она обладает 4 важными свойствами:
1) Напряжение Uвых меньше Uвх на каких-то 0,6-0,7 Вольт (падение напряжения на базе-эмиттере)
2)Uвых в точности повторяет по форме и фазе Uвх
3) Сопротивление со стороны входа (входное сопротивление) большое
4) Сопротивление со стороны выхода (выходное сопротивление) маленькое
Входное и выходное сопротивление
Раз уж упомянули про входное и выходное сопротивление, то как же его рассчитать? Оказывается, сопротивление со стороны входа (входное сопротивление) рассчитывается очень просто:
Rвх = Rэ х ?,
где Rэ – это сопротивление резистора в цепи эмиттера
? – коэффициент усиления по току
Также не стоит забывать, что когда мы цепляем нагрузку, то меняется и входное сопротивление, так как параллельно Rэ мы цепляем какое-то сопротивление, являющееся нагрузкой.
Эмиттерный повторитель уменьшает выходное сопротивление источника сигнала в ? раз. Допустим, если у нас выходное сопротивление источника сигнала равняется 500 Ом, а ? в схеме эмиттерного повторителя равняется 100, то на выходе эмиттерного повторителя мы уже получим источник сигнала с выходным сопротивлением в 5 Ом.
Но опять же, раз выходной сигнал у нас стает меньше на 0,6-0,7 Вольт, получается, что он даже меньше входного!?
Значит схема не усиливает напряжение, а даже его чуток ослабляет). Вот тебе и транзистор – усилитель сигналов)) Но-но! Рано огорчаться. Так как входное сопротивление такой схемы большое, значит, мы можем нагрузить на вход эмиттерного повторителя какой-либо сигнал, не боясь, что он просядет, а на выход мы можем подключить низкоомную нагрузку. В этом и заключается вся прелесть ��
Так, а теперь давайте представим, что было бы, если бы мы напрямую, без эмиттерного повторителя, подали сигнал в низкоомную нагрузку с генератора сигнала с высоким выходным сопротивлением? Да сигнал у нас просел бы в несколько раз! Чтобы это понять, читаем статью про входное и выходное сопротивление.
Для чего нужна эта схема
Значит, эмиттерный повторитель в электронике выполняет роль миротворца между источником сигнала с высоким выходным сопротивлением и низкоомной нагрузкой. Еще более простыми словами: эмиттерный повторитель понижает выходное сопротивление источника сигнала. В этом и заключается его роль в электронике ��
Также запомните простое правило: эмиттерный повторитель дает усиление по току, а не по напряжению. А так как повышается сила тока, следовательно, и мощность, отдаваемая в нагрузку, тоже будет больше, так как P=IU , где P – это мощность, I – сила тока, U – напряжение.
Расчет эмиттерного повторителя
Наше техническое задание звучит так:
Ра НННННннванвыавпНннаНаНННГггываYfit YFutYfsdfYYYYyhfsdfYf Рассчитать схему эмиттерного повторителя для звукового сигнала. +Uпит=12 Вольт.
1) Так как звук у нас представляет колебание как в одну, так и в другую сторону, следовательно, наш сигнал должен колебаться как в положительную, так и в отрицательную сторону. Поэтому, чтобы сигнал имел как можно больший размах, мы должны сделать так, чтобы он находился в середине активного режима. Так как мы сигнал будем снимать с эмиттера, следовательно, в статическом режиме (то есть когда НЕ подаем сигнал на вход нашего эмиттерного повторителя) у нас напряжение на эмиттере должно быть равно половине напряжения питания. Или буквами:
Uэ = Uпит / 2 = 12/2=6 Вольт
2) Чтобы зря не рассеивать на транзисторе тепло, оптимальный ток покоя берут в 1 мА. Это значит, что по цепи +12В—–> коллектор——-> эмиттер—–>Rэ —–>земля должен течь ток с силой в 1 мА. Здесь мы не учитываем крохотный ток базы. Как этого добиться? Вспоминаем закон Ома для участка цепи и высчитываем номинал резистора:
Iэ=Uэ / Rэ
Rэ=Uэ / Iэ
Rэ=6 В/0,001 А=6 000 Ом = 6 КилоОм.
Берем ближайший из ряда на 6,2 КилоОма
3) Какая же сила тока должна течь через базу-эмиттер, чтобы обеспечить ток покоя в 1 мА? Так как в нашем примере ток эмиттера Iэ почти равен току коллектора Iк (если, конечно, не учитывать крохотный базовый ток) то вспоминаем формулу зависимости тока базы от тока коллектора:
Я взял транзистор КТ817Б, замерял его коэффициент усиления по току , то есть ?, и падение напряжения на переходе база-эмиттер с помощью транзистор-тестера:
Итого, ? (hFE на транзистор-тестере) равно около 300, падение напряжения 0,55 Вольт.
Следовательно, Iб = Iк / ? = 1/300 = 3,3 мкА
4)Высчитываем ток делителя напряжения, который образуют два резистора: Rб и Rэ. Его берут в основном в 10 раз больше, чем ток базы:
Iдел = 10 х Iб = 10 х 3,3 = 33 мкА.
5)Считаем напряжение на базе. Оно равняется:
Uб = Uэ + Uбэ = 6 + 0,55 = 6,55 Вольт.
6)Теперь для простоты расчета чертим небольшую схемку: 
Из закона Ома получаем следующие расчеты:
Rбэ = 6,55 В / 33 мкА = 200 КилоОм. Берем ближайший из ряда на 200 КилоОм.
Так как сумма падений напряжений на резисторах равняется Uпит, следовательно, на Rб будет напряжение 12-6,55 = 5,45 Вольта.
Rб = 5,45 В / 33 мкА = 165 КилоОм. Берем ближайший из ряда на 150 КилоОм.
7)Конденсаторы в схеме нам служат для того, чтобы убрать постоянную составляющую, то есть постоянный ток, который присутствует на базе и эмиттере. Нам ведь нужен только переменный сигнал без примеси постоянного тока, так ведь? Для выбора конденсаторов правило простое: постоянная времени RС-цепи должна быть больше периода передаваемого сигнала самой низкой частоты примерно в 100 раз.
Не будем сейчас говорить от дифференциальных и интегральных цепях (блин, голова заболела от одного их упоминания ), а просто разберемся, как высчитывается постоянная времени RC- цепи. Назовем ее t . Вычисляется она по формуле:
t=Rвх х C1
Входное сопротивление эмиттерного повторителя высчитывается по формуле:
Rвх = Rэ х ? = 6000 х 300 = 1,8 МегаОм.
Для звукового сигнала самая низкая частота – это 20 Герц (предел слуха человека средних лет), находим период и значение конденсатора:
T=1/f
Rвх х C1=100 х 1/f
Rвх х С1 = 100 х 0,05
1,8 х 106 х С1 = 5
С1= 5 / 1,8 х 106 = 2,7 мкФ. То есть берем конденсатор от 2,7 мкФ. Думаю, 10 мкФ будет самое оно.
С2 – это вход какого-либо следующего каскада, следовательно, он рассчитывается аналогично. В нашем примере возьмем его на 100 мкФ, так как чем низкоомнее нагрузка, тем большая емкость должна быть на выходе каскада.
Следовательно, вся наша схема будет с такими параметрами:
Собираем схему в реале и проверяем в деле:
Итак, входной сигнал у нас будет красным цветом, выходной – желтым. Подаем сигнал с генератора частоты амплитудой в 0,5 Вольт. Не цепляем пока никакую нагрузку и смотрим, что у нас получилось: 
Как вы видите, у нас получилось два абсолютно одинаковых сигнала, которые даже по фазе повторяют друг друга. Короче говоря, что на входе, то и на выходе.
Но фишка немного в другом. Давайте я сейчас нагружу входной сигнал резистором в 500 Ом. Область, выделенную штрихпунктирной линией мы пока что НЕ рассматриваем.
Какое напряжение Uвх у нас сразу станет? Все зависит от выходного сопротивление генератора. Так как я подаю сигнал через делитель напряжения, сделанный на потенциометре, следовательно, у меня красный сигнал очень сильно просядет, что мы и видим на осциллограмме ниже. На желтый пока что не обращайте внимание. 
Но что будет, если я нагружу этот сигнал тем же самым резистором в 500 Ом через эмиттерный повторитель? Ставим резистор на выход эмиттерного повторителя:
Смотрим осциллограмму: 
Входной сигнал даже не просел, даже тогда, когда мы его нагрузили через эмиттерный повторитель ;-).
А где же та самая обещанная просадка напряжения в 0,6-0,7 Вольт? Если бы мы подавали сигнал сразу на базу, без делителя напряжения на резисторах Rб и Rбэ , то мы увидели бы просадку.
Недостатки эмиттерного повторителя
Есть, конечно, большой минус эмиттерного повторителя. Заключается он в том, что сигнал на выходе тупо срезается при отрицательной полуволне при сильной низкоомной нагрузке. Поставив резистор в 100 Ом, у нас получается вот такой ералаш: 
Но почему так произошло?
Не хочу приводить дотошные формулы и выводить их, просто скажу, что из-за слишком низкоомной нагрузки, у нас получается так, что на эмиттере напряжение стает больше, чем на базе, а следовательно, транзистор тупо “затыкается”, так как в этом случае PN-переход оказывается включен в обратном направлении.
Как же с этим бороться?
Можно уменьшить Rэ , но тогда и ток покоя будет больше, что приведет опять же к расточительству электроэнергии и нагреву транзистора.
Другой вариант, взять так называемый транзистор Дарлингтона, который имеет очень большое входное сопротивление порядка 10 Мегаом и обладает большим коэффициентом усиления ? . Все дело в том, что такой транзистор состоит из двух транзисторов, коэффициент усиления которого будет равен:
?общее = ?1 х ?2
где
?1 – коэффициент усиления первого транзистора
?2 – коэффициент усиления второго транзистора
Вот так выглядит транзистор Дарлингтона:
Заключение
Также в ретроусилителях мощности уже не парятся и используют эмиттерные повторители в так называемом режиме работы класса B, где усиливается по току только одна полуволна сигнала каждым транзистором. А если честно, лучше вообще забить на этот эмиттерный повторитель, так как есть радиоэлементы, которые не надо рассчитывать и которые выдают усиление во много раз превосходящее, чем у эмиттерного повторителя и без всяких заморочек.
Принцип работы транзистора заключается в том, что прямое напряжение эмиттерного перехода, т. е. участка база – эмиттер (Uб-э) , существенно влияет на токи эмиттера и коллектора. Чем больше это напряжение, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменения тока коллектора лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Таким образом, напряжение Uб-э, т. е. входное напряжение, управляет током коллектора. Усиление электрических колебаний с помощью транзистора основано именно на этом явлении.
Физические процессы в транзисторе происходят следующим образом. При увеличении прямого входного напряжения Uб-э понижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе и соответственно возрастает ток через этот переход – ток эмиттера iэ. Электроны этого тока инжектируются из эмиттера в базу и благодаря диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора. Т. к. коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в этом переходе возникают объемные заряды, показанные на рисунке кружками со знаками «+» и «-». Между ними возникает электрическое поле. Оно способствует продвижению (экстракции) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда из эмиттера, т. е. втягивают электроны в область коллекторного перехода.
Если толщина базы достаточно мала и концентрация дырок в ней невелика, то большинство электронов, пройдя через базу, не успевает рекомбинировать с дырками базы и достигает коллекторного перехода. Лишь небольшая часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. В результате рекомбинации возникает ток базы. В установившемся режиме число дырок в базе должно быть неизменным. Вследствие рекомбинации каждую секунду сколько-то дырок исчезает, но столько же новых дырок возникает за счет того, что из базы уходит в направлении к плюсу источника E1 такое же число электронов. Иначе говоря, в базе не может накапливаться много электронов. Если некоторое число инжектированных в базу из эмиттера электронов не доходит до коллектора, а остается в базе, рекомбинируя с дырками, то точно такое же число электронов должно уходить из базы в виде тока iб. Поскольку ток коллектора получается меньше тока эмиттера, то в соответствии с первым законом Кирхгофа всегда существует следующее соотношение между токами:
Ток базы является бесполезным и даже вредным. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Обычно iб составляет малую долю (проценты) тока эмиттера, т. е. , а следовательно, ток коллектора лишь незначительно меньше тока эмиттера и можно считать . Именно для того, чтобы ток iб был как можно меньше, базу делают очень тонкой и уменьшают в ней концентрацию примесей, которая определяет концентрацию дырок. Тогда меньшее число электронов будет рекомбинировать в базе с дырками.
Если бы база имела значительную толщину и концентрация дырок в ней была велика, то большая часть электронов эмиттерного тока, диффундируя через базу, рекомбинировала бы с дырками и не дошла бы до коллекторного перехода. Ток коллектора почти не увеличивался бы за счет электронов эмиттера, а наблюдалось бы лишь увеличение тока базы.
На этом уроке мы продолжим изучать биполярный транзистор. Познакомимся с некоторыми дополнительными параметрами.
Рассчитать каскад с общим эмиттером в ключевом режиме для PIC я предлагаю Вам самостоятельно. Ну а тем, у кого в процессе решения задачи появятся вопросы, кто не справится или просто не захочет заморачиваться найдут решение в видео-приложении к уроку.
Итак, биполярный транзистор в ключевом режиме может находиться в двух противоположных состояниях:
Режим отсечки
Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V – 0.7V, PN-переход база-эмиттер закрыт. Отсутствует ток базы и ток коллектора. Получается, что транзистор как бы закрыт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.
Режим насыщения
Когда ток базы достаточно велик, мощности питания просто не хватит для обеспечения такой величины тока коллектора, которая бы соответствовала коэффициенту усиления транзистора.
В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечить источник питания. Сопротивление перехода коллектор-эмиттер минимально.
С параметрами Iк, Uкэ, h21э мы познакомились на предыдущем уроке. Какие же еще параметры влияют на работу каскада в ключевом режиме??
Входное сопротивление
Входным сопротивлением называется сопротивление транзистора со стороны базы. Обозначается Rвх. Входное сопротивление выбирается в несколько раз больше (5 – 10 раз) чем сопротивление источника сигнала. Т.к. обычно на вход транзистора подают источник слабого сигнала, у которого нужно потреблять как можно меньше тока.
Частотная характеристика
Зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты входящего сигнала. С повышением частоты, способность транзистора усиливать сигнал постепенно падает. Причиной тому являются паразитные емкости, образовавшиеся в PN-переходах.
На изменения входного сигнала в базе транзистор реагирует не мгновенно, а с определенным замедлением, обусловленным затратой времени на наполнение зарядом этих емкостей. Поэтому, при очень высоких частотах, транзистор просто не успевает среагировать и полностью усилить сигнал.
Максимальная мощность рассеивания
Через коллектор транзистора в процессе работы протекает ток, а на переходе эмиттер-коллектор падает напряжение. Произведение тока Iк на напряжение Uкэ можно считать мощностью, рассеиваемой на транзисторе.
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер
Это напряжение между выводами коллектора и эмиттера в режиме полного открытия транзистора – насыщения.
К примеру напряжение насыщения коллектор-эмиттер равно: Uкэ.нас. = 1.2В. Через коллектор транзистора протекает ток, скажем 1,5А. Значит, мощность на транзисторе составит 1,2В * 1,5А = 1,8Вт. По даташиту рассеиваемая транзистором мощность 2Вт – значит, такой транзистор не сможет работать без радиатора. А наилучшим выходом будет выбор более мощного транзистора. Работа на пределе снижает отказоустойчивость!
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
(методическое пособие)
ЗАДАНИЕ: Определить требуемый ток линии порта для включения нагрузки. Определить, не превышает ли требуемый ток максимального тока линии порта!? Рассчитать Rб каскада на биполярном транзисторе, работающим в ключевом режиме. Определить падение напряжения на нагрузке (двигателе). Рассчитать рассеиваемую мощность транзистора в режиме насыщения. 
Заглянем в даташит транзистора SS8050 и определим исходные данные для расчёта: h21э (выбираем минимальное значение) и Uкэ.нас.
Из даташита МК, РАЗДЕЛ 15.0, Электрические характеристики определим максимальную нагрузку линии порта по току.
Зададимся значением тока нагрузки в коллекторе Iк = 500мА и падением на переходе база-эмиттер Uбэ = 0,7В.
Зная ток нагрузки, он же ток коллектора, вычислим ток базы. Для этого разделим максимально возможный ток нагрузки на коэффициент усиления по току: Iб = Iк/h21э. Ток базы равен току линии порта. Сравниваем с максимальным током линии порта! Делаем вывод о пригодности каскада управления двигателем;
Определим падение напряжения на базовом резисторе. Для этого вычтем из входного напряжения (входное напряжение – напряжение которое поступает с вывода линии порта МК и равно +5В) падение напряжения на переходе база-эмиттер: URб = Uвх – Uбэ;
Вычислим сопротивление базового резистора по закону Ома. Для этого разделим напряжение падения на базовом резисторе на ток базы: Rб = UR1/Iб.
Вычислим падение напряжения на нагрузке. Поскольку в режиме насыщения напряжение между выводами коллектора и эмиттера не равно нулю, напряжение нагрузки будет равно разнице между напряжением питания и напряжением насыщения коллектор эмиттер:
н = Vcc – Uкэ.нас;
Вычислим рассеиваемую мощность транзистора в режиме насыщения. Для этого необходимо умножить ток нагрузки на напряжение насыщения коллектор эмиттер: Pнас. = Iк*Uкэ.нас.
Ответы к самостоятельной работе Вы сможете найти в видео-приложении к данному уроку
Тема поддержки на форуме
Вот эти две фразы подряд – “изображенеи не смог загрузить но думаю не такая уж сложная цепь” и “Пожалуйста посмотрите на кртинку” – сразу вгоняют в ступор. Но это ещё фигня.. . Странное на самом деле в другом. Во-первых, почему напряжение эмиттер-коллектор считается постоянным? Мне как-то не приходит не ум НИ ОДНА схема включения транзистора, а воторой это напряжение было бы постоянным. Если там какое напряжение и постоянно – так это напряжение эметтер-база, а не эмиттер-коллектор. Штука в том, что эмиттерный переход при нормальном (активном) режиме работы транзистора смещён в прямом направлении, когда ток через переход экспоненциально зависит от напряжения на нём. Или, иными словами, напряжение на переходе пропорционально логарифму напряжения на нём. Это означает, что при изменении тока эмиттера в весьма широких пределах напряжение на эмиттерном переходе меняется весьма незначительно – десяток-другой милливольт при величине самого напряжения примерно 0,55-0,65 В (т. е. относительное изменени порядка 2-4%).Разомкнутая база – это ещё одна странность. Биполярный транзистор чисто по принципу работы – прибор, управляемый ТОКОМ, а не напряжением (кк полевой транзистор) . Обрыв в цепи базы автоматом означает нулевой ток базы. Ноль, на что его ни умножай, нулём и останется, так что при разомкнутой базе биполярный транзистор просто не будет работать. Ну и третий момент. “Сопротивление” эмитте-коллектор есть фиктивная величина, не имеющая никакого смысла. Из того, что некоторое напряжение можно разделить на некоторый ток, вовсе не следует, что при этом получится некоторое сопротивление. Закон Ома для напряжения коллектор-эмиттер не выполняется.