Биполярный транзистор. Коэффициент Бета
Ну вот мы и добрались до самой интересной темы - как собственно усиливает транзистор. Скажу честно - для меня эта тема сложная. Я даже не знаю с чего начинать. Прошу сильно не пинать и дополнять эту тему в комментах. Что помню, то и расскажу).
Давайте для начала разберем, что мы вообще подразумеваем под словом "усиление"? Ну... усиление это когда мы производим какое-то действие, чтобы было лучше, качественнее, комфортнее, удобнее, безопаснее. По-моему как-то так. Усиливаем подвеску на машине, чтобы езда была комфортнее. Усиливаем фундамент под дом, загоняя туда железную арматуру, чтобы дом стоял долго и не трещал. Усиливаем армию военной техникой, чтобы обеспечить себе и своему народу безопасность, усиливаем свое тело, чтобы выглядеть уверенно и дать отпор гопникам.
Но какое слово идем рядом в паре со словом "усиление"? Мне кажется - это слово "мощность".
Усиливаем подвеску на машине, то есть делаем ее мощнее. Усиливаем фундамент - делаем его мощнее. Усиливаем армию танками и самолетами - делаем ее мощнее :-), усиливаем свою тушку - значит делаем ее опять же мощнее. Значит, если усиливает транзистор, то он делает сигнал мощнее. Мощность в электронике это произведение силы тока на напряжение или формулой:
P=IxU
Следовательно, транзистор усиливает либо силу тока, либо напряжение, либо сразу два этих параметра. Мы об этом с вами говорили еще в прошлых статьях.
Итак, представим себе нашу сборную России по футболу. Ну да, ребята частенько лажают), но суть не в этом. Для того, чтобы наши футболисты играли хорошо, нужно к каждому футболисту приставить хорошего тренера, установить нормальный график труда и отдыха, кормить самой лучшей спортивной едой, пичкать допингами и тд. Как результат - команда может быть дотянет до полуфинала на чемпионате мира.
Но... есть и другой вариант. Почему бы в команду не пригласить таких футболеров, как Месси, Рональдиньо, Роналду, Бекхэма и других знаменитостей? То есть в этом варианте мы полностью заменили всю команду. Но для нас ведь главное - победа, и не волнует, кто играет в нашей команде. Главное, чтобы наша команда порвала всех на чемпионате.
И там и там мы усилили эти команды. Но как вы думаете, какой вариант будет лучше? Ну тут уже и ежу понятно, что второй вариант - стопроцентный! Если провести параллельную грань с электроникой, то можно сказать, что транзистор использует именно второй вариант. В нем нет ничего такого, чтобы он сам бы усиливал сигнал. Он его полностью заменяет другим сигналом. То есть усиливаемый сигнал, который выходит из транзистора, является копией входного слабенького сигнала, но это не тот же самый слабенький сигнал.
Тяжко для понимания? Ну давайте приведем тогда еще один пример.
Вернемся в детство. Вам купили маленького хомячка. Вы за ним ухаживаете, меняете водичку, убираете какашки, покупаете колесико, чтобы он бегал и радовался жизни. Через год из маленького хомячка вырастает здоровый пушистый хомяк. Вы очень рады, что у вас вырос такой здоровый хомячок. Но... как-то летом вы решили съездить в деревню к бабушке, за хомяком никто не ухаживал и он сдох. Ваши предки, конечно же, ничего вам не сказали. Они быстренько сбегали в зоомагазин и купили точно такого же хомяка! Один в один! Вы приезжаете к себе домой и продолжаете радоваться своему хомяку, даже не догадываясь, что это нифига не он))). Точно также себя ведет транзистор).
Вспомните в своей жизни моменты, когда вы или кто-то другой прилагали очень малую силушку, но наворотили делов.
Получается, какое-то слабенькое движение хвостиком привело к нехорошим последствиям, но энергия использовалась извне. Для мышки-норушки это будет гравитационная сила. Тот же самый принцип заложен и в транзисторе. Он не может сам по себе усиливать. Он использует энергию извне. А для энергии извне используется источник постоянного тока.
Можно сказать, транзистор представляет из себя именно такую же систему - слабенький управляющий базовый ток управляет огромным током коллектор-эмиттер. Справа это все показано на бачке с водой. То есть чуток открыв краник, чтобы из трубки "База"(Б) полилась водичка, мы открываем клапан, который держит закрытым бачок "Коллектор" (К). Вода сразу же из бачка "Коллектор" стремится в тазик "Эмиттер" (Э). Если же мы закрываем краник "База", то пружинка возвращает клапан и закрывает прохождение водички из бачка "Коллектор".
Из всего выше рассказанного и показанного можно сделать некоторые выводы:
- выходной сигнал с транзистора - это усиленная копия входного сигнала
- транзистор для усиления сигнала использует энергию извне, а точнее, источник постоянного тока.
- малый управляющий базовый ток управляет намного большим коллекторным током (рисунок выше)
- независимо от схемы включения управляющий P-N переход - эмиттерный, а управляемая цепь - эмиттер-коллектор.
Итак, давайте заранее договоримся, что в своих примерах мы будем использовать схему с ОЭ (Общим Эмиттером):
Плюсы этой схемы таковы, что эта схема усиливает и по напряжению, и по току. Поэтому в радиоэлектронике используется чаще всего.
Ну что же, начнем изучение усилительных свойств транзистора именно с этой схемы. Есть у этой схемки очень интересный параметр. Называется он коэффициент усиления по току в схеме с Общим Эмиттером и обозначается буквой β (бета). Этот коэффициент показывает во сколько раз коллекторный ток превышает базовый.
Также частенько, особенно на мультиметрах, его обозначают как h21э или Hfe.
Что-нибудь поняли? Я тоже не вкурил). Давайте соберем схемку, с помощью которой, думаю, все встанет на свои места. С помощью этой схемы мы будет приблизительно замерять коэффициент β.
Для NPN транзистора схема будет выглядеть следующим образом:
Для PNP транзистора вот так:
Ну что, не соскучились по нашему герою? :-). А вот и он собственной персоной! Транзистор КТ815Б:
Так как его проводимость NPN, значит будем использовать вот эту схему:
Итак, что мы тут видим? Есть транзистор, два блока питания и два амперметра. Один амперметр ставим на измерение микроАмпер (мкА), а второй на измерение миллиАмпер (мА). На блоке питания Bat 2 выставим напряжение в 9 Вольт. Блок питания Bat 1 у нас со стрелочкой. Значит его значение будем менять от 0 и до 1-ого Вольта.
Схема у нас с ОЭ. Через базу-эмиттер и далее по контуру у нас протекает базовый ток IБ , а через коллектор-эмиттер и далее по контуру несется коллекторный ток IК. Для того, чтобы замерить этот ток (силу тока), мы в разрыв цепи цепанули по амперметру. Остается дело за малым. Замерить базовый ток (IБ), замерить коллекторный ток (IК) и потом тупо разделить ток коллектора на ток базы. И из этого отношения мы приблизительно найдем коэффициент β. Все просто).
Вот два Блока питания:
Выставляем на Bat 2 напряжение в 9 Вольт:
Вся схема выглядит примерно вот так
Желтый мультик у нас будет замерять миллиАмперы, а красный - микроАмперы, поэтому на запятую на красном мультиметре не обращаем внимания.
Добавляем напряжение на Bat 1 от 0,6 Вольт и крутим крутилку до 1 Вольта, не забывая при этом фоткать результаты. Высчитываем коэффициент β для некоторых замеров:
24,6мА/0,23мА=107
50,6мА/0,4мА=126,5
53,4мА/0,44мА=121,4
91,1мА/0,684мА=133,2
99,3мА/0,72мА=137,9
124,6мА/0,827мА=150,6
173,3мА/1,095мА=158
Находим среднее арифметическое:
β≈(107+126,5+121,4+133,2+137,9+150,6+158)/7=133
В даташите на КТ815Б коэффициент β может иметь значение в диапазоне от 50 и до 350. Наш коэффициент вполне укладывается в этот диапазон, значит все чики-пуки.
Хочу добавить, что истинное значение коэффициента β измеряется чуток по другому. Для определения истинного значения надо измерять не постоянные токи, как мы это делали, а очень малые приращения этих токов, то есть производить измерения на переменном токе и малом сигнале:
.png)
При малом постоянном токе измеренное значение коэффициента бета меньше чем реальное, а при большом постоянном токе больше, чем реальное. Истина где-то посередине. Радиолюбители - народ непривередливый и в полевых условиях главное приблизительно узнать значение β.
Также мне очень понравился видос про биполярник от Паяльник ТВ. Рекомендую к просмотру в обязательном порядке:
Читайте также