Для того, чтобы правильнее понять процедуру расчета, необходимо понимать каких видов и типов бывают транзисторы и в каких режимах они могут работать.
Типы транзисторов и режимы работы
Различают два основных класса триодов (транзисторов):
1.Биполярные (управляются током на база-эмиттерном переходе, конструктивно имеют два различных перехода p-n и n-p, то есть могут быть n-p-n или p-n-p типа);
2.Униполярные или полевые (управляются напряжением на база-эмиттерном переходе, конструктивно состоят из двух однотипных переходов p-n или n-p, выделяют два типа полевых транзисторов – с изолированным затвором и с затвором из p-n-перехода).
Здесь для понимания обозначений:
- p-n – дырочно-электронный (основной носитель – пустые места в кристаллической решетке, понимаемые под положительным зарядом),
- n-p – электронно-дырочный переход (основной носитель – электроны).
Чтобы исключить путаницу, вводы и выводы различных классов транзисторов называются по-разному:
- В биполярных – база, эмиттер, коллектор;
- В полевых – исток, сток, затвор.
Так как речь идет о расчете тока базы, то далее рассмотрим режимы работы только полевых транзисторов:
1.Активный режим (напряжение эмиттер-база > 0, напряжение коллектор-база < 0 – для n-p-n транзисторов),
2.Инверсивный (обратная ситуация для активного режима, равносилен стандартной логике работы p-n-p транзисторов),
3.Насыщение (когда оба перехода эмиттер-база и база-коллектор открыты, между эмиттером и коллектором течет ток – ток насыщения),
4.Отсечка (напряжение коллектор-база < 0, на эмиттере напряжение менее порогового),
5.Барьерный (база соединяется с коллектором, транзистор работает как диод).
Таблица
Напряжения на эмиттере, базе, коллекторе (UE,VB,UC) | Смещение перехода база-эмиттер для типа n-р-n | Смещение перехода база-коллектор для типа n-р-n | Режим для типа n-р-n |
UE<UB<UC | прямое | обратное | нормальный активный режим |
UE<UB>UC | прямое | прямое | режим насыщения |
UE>UB<UC | обратное | обратное | режим отсечки |
UE>UB>UC | обратное | прямое | инверсный активный режим |
Напряжения на эмиттере, базе, коллекторе (UE ,VB , UC ) | Смещение перехода база-эмиттер для типа р-n-р | Смещение перехода база-коллектор для типа р-n-р | Режим для типа р-n-р |
UE<UB<UC | обратное | прямое | инверсный активный режим |
UE<UB>UC | обратное | обратное | режим отсечки |
UE>UB<UC | прямое | прямое | режим насыщения |
UE>UB>UC | прямое | обратное | нормальный активный режим |
Различные режимы работы используются для разных целей.
Наиболее частым способом включения биполярных транзисторов является схема с общим эмиттером ("ключевой режим", входной сигнал на базе, выходной на коллекторе), ее и рассмотрим ниже.
Рис. 1. Схема с общим эмиттером
Расчет тока базы биполярного транзистора в ключевом режиме
Схема включения обозначена выше. Для расчетов необходимо иметь значения:
1.V+ - напряжение питания;
2.Rc – сопротивление нагрузки;
3.Uce – напряжение насыщения коллектор-эмиттер (указывается в технических параметрах транзистора);
4.H21 (или β, или HFE)- коэффициент усиления транзистора по току (тоже должен быть в тех. параметрах).
Процедура расчета будет выглядеть следующим образом:
1.Рассчитывается ток коллектора,
2.Рассчитывается ток базы, который требуется для создания заданного тока коллектора.
В первом случае работает формула:
Ik = (V+ - Uce) / Rc
При типовых значениях для транзистора KT815 и абстрактной нагрузке в качестве примера получаем:
Ik = (12В-0,4В)/100 Ом = 0,116 А (116 мА)
Теперь ток базы рассчитывается на основе соотношения:
Ik = Ib · h21
То есть
Ib = Ik / h21
Для KT815 коэффициент равен 60. Таким образом:
Ib = 0,116/ 60 = 0,00193 А (1,93 мА)
В других режимах работы расчеты будут отличаться.
Например, в режиме насыщения ток коллектора и базы не зависят друг от друга. А в режиме отсечки ток базы равен нулю.