Режим насыщения: Режим насыщения транзистора — теория и практика

Содержание

Режим насыщения транзистора — теория и практика

Между простой переключающей схемой и линейным усилителем на транзисторе имеется очевидное различие. В нормально работающем линейном усилителе коллекторный ток всегда прямо пропорционален базовому току. В переключающей схеме, такой как на рис. 1., коллекторный ток определяется, главным образом, напряжением питания VCC и сопротивлением нагрузки RL. Режим насыщения транзистора является достаточно важным и заслуживает подробного обсуждения.


Рис. 1. Иллюстрация режима насыщения. Транзистор действует как ключ для включения лампы.

Рассмотрим, что происходит с коллекторным током в схеме на рис. 1, если базовый ток постепенно увеличивается, начиная от нуля. Когда ключ S1 разомкнут, базовый ток не течет и ток коллектора ничтожно мал. Замыкание S1 приводит к появлению тока базы IB = VCC/RB, где мы пренебрегли разностью потенциалов на переходе база-эмиттер. Ток коллектора, протекающий по нагрузке RL, равен IC=hFEVCC/RB. Для конкретной схемы, приведенной на рисунке, при hFE = 100 и при максимальном значении RB (50 кОм) получим:

IC=100×10/5000 А=20 мА

Падение напряжения на RL определяется произведением RLIC и в нашем случае равно 50 х 0,02 = 1 В. Транзистор при этом находится в линейном режиме; уменьшение RB приводит к увеличению тока базы, увеличению тока коллектора и, следовательно, к увеличению падения напряжения на RL. В этих условиях схема могла бы быть использована как усилитель напряжения.

Теперь рассмотрим случай, когда

RB=hFERL

и ток базы равен

IB=VCC/RB=VCC/(hFERL)

Следовательно, коллекторный ток равен

IC=(hFEVCC)/(hFERL)=VCC/RL

С точки зрения нагрузки транзистор ведет себя как пара контактов ключа. Из закона Ома следует, что ток нагрузки в этой ситуации не может превышать величины VCC/RL. Поэтому дальнейшее увеличение тока базы не может увеличить ток коллектора, который определяется теперь только сопротивлением нагрузки и напряжением питания. Транзистор находится в насыщении. На практике при насыщении транзистора между коллектором и эмиттером всегда остается небольшое напряжение, обычно обозначаемое VCE(sat). Как правило, оно меньше 1 В и может доходить до 0,1 B y транзисторов, специально предназначенных для работы в качестве ключей. Обычно VCE(sat) уменьшается по мере того, как через переход база-эмиттер течет все больший ток, то есть в случае, когда отношение тока коллектора IC к току базы IB становится значительно меньше, чем коэффициент усиления тока транзистора hFE.

Грубо говоря, глубокое насыщение (малое значение VCE(sat)) имеет место, когда

IC/IB < hFE/5

Для схемы типа той, какая показана на рис. 1, когда ток базы задается просто подключением резистора к источнику питания, мы выбираем

RB/RL < hFE/5

Следовательно, для схемы на рис. 1, принимая типичное для транзистора 2N3053 (аналог КТ630Б — см. аналоги отечественных и зарубежных транзисторов) значение коэффициента усиления тока hFE = 150, имеем

RB/RL < 150/5 = 30.

Следовательно, при RL = 50 Ом мы выбираем

RB < 30 х 50 Ом = 1,5 кОм.

Итак, если в качестве нагрузки используется лампа с сопротивлением 50 Ом, то для ее эффективного включения нам следует выбрать сопротивление базового резистора меньше 1,5 кОм. Если это невозможно, когда, например, в качестве RB используется фоторезистор с минимальным сопротивлением 10 кОм, то следует воспользоваться схемой Дарлингтона, чтобы увеличить коэффициент усиления тока.

Если биполярный транзистор работает с током коллектора, близким к максимальному, и нужно поддержать напряжение VCE(sat) на уровне долей вольта, то из-за уменьшения hFE может понадобиться базовый ток больше, чем Iс/10.





Возможно покажется неожиданным, что VCE(sat) может быть много меньше, чем напряжение VBE, которое у кремниевого транзистора равно примерно 0,6 В. Происходит это потому, что в режиме насыщения переход коллектор-база смещен в прямом направлении. Следовательно, мы имеем два р-n перехода, смещенных в прямом направлении, включенных навстречу друг другу так, что падения напряжения на них взаимно компенсируются. Эта способность биполярного транзистора иметь в режиме насыщения очень маленькое падение напряжения между коллектором и эмиттером, делает его весьма полезным переключающим прибором. Многие из наиболее важных применений электроники, включая обширную область цифровой электроники, используют переключающие схемы.

В режиме переключений транзистор работает либо с фактически нулевым током коллектора (транзистор выключен) или с фактически нулевым напряжением на коллекторе (транзистор включен). В обоих случаях мощность, рассеиваемая на транзисторе, очень мала. Значительная мощность рассеивается только в то время, когда происходит переключение: в это время и напряжение коллектор-эмиттер и ток коллектора имеют конечные значения.

Маломощный транзистор, такой как 2N3053, с максимально допустимой рассеиваемой мощностью менее одного ватта, может переключать мощность в нагрузке в несколько ватт. Следует обратить внимание на то, что максимальные значения коллекторного напряжения и тока не должны выходить за допустимые пределы; кроме того, желательно осуществлять переключения возможно быстрее, чтобы избежать рассеяния чрезмерно большой мощности.

Режим отсечки и насыщения транзистора

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы:

  • o Режим отсечки (cut off mode).
  • o Активный режим (active mode).
  • o Режим насыщения (saturation mode).
  • o Инверсный ражим (reverse mode ).

Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V-0.7V, PN-переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор как бы заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

В активном режиме напряжение на базе достаточное, для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером открылся. В этом состоянии у транзистора присутствуют токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Иногда ток базы может оказаться слишком большим. В результате 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, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.

В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен».

Кроме этих режимов существует ещё инверсный режим, который используется очень редко.

Когда напряжение между базой и эмиттером ниже, чем 0.6V – 0.7V, то p-n переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора практически отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

В активном режиме на базу подано напряжение, достаточное для того чтобы p-n переход между базой и эмиттером открылся. Возникают токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Если увеличивать ток базы, то может наступить такой момент, когда ток коллектора перестанет увеличиваться, т.к. транзистор полностью откроется, и ток будет определяться только напряжением источника питания и сопротивлением нагрузки в цепи коллектора. Транзистор достигает режима насыщения. В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечиваться источником питания при данном сопротивлении нагрузки, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы. В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен». Все эти режимы можно разъяснить с помощью выходных характеристик транзистора.

Рассмотрим каскад усиления на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (рис. 4.14). При изменении величины входного сигнала будет изменяться ток базы Iб . Ток коллектора Iк изменяется пропорционально току базы:

Рис. 4.14. Схема усилительного каскада (рисунок выполнен авторами)

Изменение тока коллектора можно проследить по выходным характеристикам транзистора (рис. 4.15). На оси абсцисс отложим отрезок, равный ЕК – напряжению источника питания коллекторной цепи, а на оси ординат отложим отрезок, соответствующий максимально возможному току в цепи этого источника:

Между этими точками проведем прямую линию, которая называется линией нагрузки и описывается уравнением:

Где UКЭ – напряжение между коллектором и эмиттером транзистора; RК – сопротивление нагрузки в коллекторной цепи.

Рис. 4.15. Режимы работы биполярного транзистора (рисунок выполнен авторами)

Из (4.5.3) следует, что

И, следовательно, наклон линии нагрузки определяется сопротивлением RК. Из рис. 4.15 следует, что в зависимости от тока базы Iб, протекающего во входной цепи транзистора, рабочая точка транзистора, определяющая его коллекторный ток и напряжение UКЭ, будет перемещаться вдоль линии нагрузки от самого нижнего положения (точки 1, определяемой пересечением линии нагрузки с выходной характеристикой при Iб=0), до точки 2, определяемой пересечением линии нагрузки с начальным крутовозрастающим участком выходных характеристик.

Зона, расположенная между осью абсцисс и начальной выходной характеристикой, соответствующей Iб=0, называется зоной отсечки и характеризуется тем, что оба перехода транзистора – эмиттерный и коллекторный смещены в обратном направлении. Коллекторный ток при этом представляет собой обратный ток коллекторного перехода – IК0, который очень мал и поэтому почти все напряжение источника питания EК падает между эмиттером и коллектором закрытого транзистора:

А падение напряжения на нагрузке очень мало и равно:

Говорят, что в этом случае транзистор работает в режиме отсечки. Поскольку в этом режиме ток, протекающий по нагрузке исчезающе мал, а почти все напряжение источника питания приложено к закрытому транзистору, то в этом режиме транзистор можно представить в виде разомкнутого ключа.

Если теперь увеличивать базовый ток Iб, то рабочая точка будет перемещаться вдоль линии нагрузки, пока не достигнет точки 2. Базовый ток, соответствующий характеристике, проходящей через точку 2, называется током базы насыщения Iб нас. Здесь транзистор входит в режим насыщения и дальнейшее увеличение базового тока не приведет к увеличению коллекторного тока IК. Зона между осью ординат и круто изменяющимся участком выходных характеристик называется зоной насыщения. В этом случае оба перехода транзистора смещены в прямом направлении; ток коллектора достигает максимального значения и почти равен максимальному току источника коллекторного питания:

а напряжение между коллектором и эмиттером открытого транзистора оказывается очень маленьким. Поэтому в режиме насыщения транзистор можно представить в виде замкнутого ключа.

Промежуточное положение рабочей точки между зоной отсечки и зоной насыщения определяет работу транзистора в режиме усиления, а область, где она находится, называется активной областью. При работе в этой области эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном (Петрович В. П., 2008).

Биполярный транзистор — электронный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Транзистор называется биполярный, поскольку в работе прибора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки. Этим он отличается от униполярного (полевого) транзистора, в работе которого участвует только один тип носителей заряда.

Принцип работы обоих типов транзисторов похож на работу водяного крана, который регулирует водяной поток, только через транзистор проходит поток электронов. У биполярных транзисторов через прибор проходят два тока — основной «большой» ток, и управляющий «маленький» ток. Мощность основного тока зависит от мощности управляющего. У полевых транзисторов через прибор проходит только один ток, мощность которого зависит от электромагнитного поля. В данной статье рассмотрим подробнее работу биполярного транзистора.

Устройство биполярного транзистора.

Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника и двух PN-переходов. Различают PNP и NPN транзисторы по типу чередования дырочной и электронной проводимостей. Это похоже на два диода, соединенных лицом к лицу или наоборот.

У биполярного транзистора три контакта (электрода). Контакт, выходящий из центрального слоя, называется база (base). Крайние электроды носят названия коллектор и эмиттер (collector и emitter). Прослойка базы очень тонкая относительно коллектора и эмиттера. В дополнение к этому, области полупроводников по краям транзистора несимметричны. Слой полупроводника со стороны коллектора немного толще, чем со стороны эмиттера. Это необходимо для правильной работы транзистора.

Работа биполярного транзистора.

Рассмотрим физические процессы, происходящие во время работы биполярного транзистора. Для примера возьмем модель NPN. Принцип работы транзистора PNP аналогичен, только полярность напряжения между коллектором и эмиттером будет противоположной.

Как уже говорилось в статье о типах проводимости в полупроводниках, в веществе P-типа находятся положительно заряженные ионы — дырки. Вещество N-типа насыщено отрицательно заряженными электронами. В транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает концентрацию дырок в области P.

Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером VКЭ (VCE). Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора. Однако ток не сможет идти, потому что электрическое поле источника напряжения не достигает эмиттера. Этому мешает толстая прослойка полупроводника коллектора плюс прослойка полупроводника базы.

Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером VBE, но значительно ниже чем VCE (для кремниевых транзисторов минимальное необходимое VBE — 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения подключенного к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе. Часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать). Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами. Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше. Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая, все равно потечет в сторону плюса базы.

В итоге мы получаем два тока: маленький — от базы к эмиттеру IBE, и большой — от коллектора к эмиттеру ICE.

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и значительно усилится ток коллектора. Таким образом, при небольшом изменении тока базы I B , сильно меняется ток коллектора I С. Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе. Cоотношение тока коллектора IС к току базы IB называется коэффициентом усиления по току. Обозначается β, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзистором.

Простейший усилитель на биполярном транзисторе

Рассмотрим детальнее принцип усиления сигнала в электрической плоскости на примере схемы. Заранее оговорюсь, что такая схема не совсем правильная. Никто не подключает источник постоянного напряжения напрямую к источнику переменного. Но в данном случае, так будет проще и нагляднее для понимания самого механизма усиления с помощью биполярного транзистора. Так же, сама техника расчетов в приведенном ниже примере носит несколько упрощенный характер.

1.Описание основных элементов цепи

Итак, допустим в нашем распоряжении транзистор с коэффициентом усиления 200 (β = 200). Со стороны коллектора подключим относительно мощный источник питания в 20V, за счет энергии которого будет происходить усиление. Со стороны базы транзистора подсоединим слабый источник питания в 2V. К нему последовательно подсоединим источник переменного напряжения в форме синуса, с амплитудой колебаний в 0. 1V. Это будет сигнал, который нужно усилить. Резистор Rb возле базы необходим для того, чтобы ограничить ток, идущий от источника сигнала, обычно обладающего слабой мощностью.

2. Расчет входного тока базы I

b

Теперь посчитаем ток базы Ib. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (Vmax) и минимальном (Vmin). Назовем эти значения тока соответственно — Ibmax и Ibmin.

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер VBE. Между базой и эмиттером располагается один PN-переход. Получается, что ток базы «встречает» на своем пути полупроводниковый диод. Напряжение, при котором полупроводниковый диод начинает проводить — около 0.6V. Не будем вдаваться в подробности вольт-амперных характеристик диода, и для простоты расчетов возьмем приближенную модель, согласно которой напряжение на проводящем ток диоде всегда 0. 6V. Значит, напряжение между базой и эмиттером VBE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (VE = 0), то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (VB = 0.6V).

Посчитаем Ibmax и Ibmin с помощью закона Ома:

2. Расчет выходного тока коллектора I

С

Теперь, зная коэффициент усиления (β = 200), можно с легкостью посчитать максимальное и минимальное значения тока коллектора ( Icmax и Icmin).

3. Расчет выходного напряжения V

out

Осталось посчитать напряжение на выходе нашего усилителя Vout. В данной цепи — это напряжение на коллекторе VC.

Через резистор Rc течет ток коллектора, который мы уже посчитали. Осталось подставить значения:

4. Анализ результатов

Как видно из результатов, VCmax получился меньше чем VCmin. Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе VRc отнимается от напряжения питания VCC. Однако в большинстве случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала – амплитуда, которая увеличилась c 0.1V до 1V. Частота и синусоидальная форма сигнала не изменились. Конечно же, соотношение Vout/Vin в десять раз — далеко на самый лучший показатель для усилителя, однако для иллюстрации процесса усиления вполне подойдет.

Итак, подытожим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе. Через базу течет ток Ib, несущий в себе постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая нужна для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал проводить – «открылся». Переменная составляющая – это, собственно, сам сигнал (полезная информация). Сила тока коллектор-эмиттер внутри транзистора – это результат умножения тока базы на коэффициент усиления β. В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором – результат умножения усиленного тока коллектора на значение резистора.

Таким образом, на вывод Vout поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний, но с сохранившейся формой и частотой. Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор берет у источника питания VCC. Если напряжения питания будет недостаточно, транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получится с искажениями.

Режимы работы биполярного транзистора

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы:

  • Режим отсечки (cut off mode).
  • Активный режим (active mode).
  • Режим насыщения (saturation mode).
  • Инверсный ражим (reverse mode ).

Режим отсечки

Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V — 0.7V, PN-переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор как бы заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

Активный режим

В активном режиме напряжение на базе достаточное, для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером открылся. В этом состоянии у транзистора присутствуют токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Режим насыщения

Иногда ток базы может оказаться слишком большим. В результате 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, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.

В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен».

Инверсный режим

В данном режиме коллектор и эмиттер меняются ролями: коллекторный PN-переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. В результате ток из базы течет в коллектор. Область полупроводника коллектора несимметрична эмиттеру, и коэффициент усиления в инверсном режиме получается ниже, чем в нормальном активном режиме. Конструкция транзистора выполнена таким образом, чтобы он максимально эффективно работал в активном режиме. Поэтому в инверсном режиме транзистор практически не используют.

Основные параметры биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по току – соотношение тока коллектора IС к току базы IB. Обозначается β, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзисторов.

β — величина постоянная для одного транзистора, и зависит от физического строения прибора. Высокий коэффициент усиления исчисляется в сотнях единиц, низкий — в десятках. Для двух отдельных транзисторов одного типа, даже если во время производства они были “соседями по конвейеру”, β может немного отличаться. Эта характеристика биполярного транзистора является, пожалуй, самой важной. Если другими параметрами прибора довольно часто можно пренебречь в расчетах, то коэффициентом усиления по току практически невозможно.

Входное сопротивление – сопротивление в транзисторе, которое «встречает» ток базы. Обозначается Rin (Rвх). Чем оно больше — тем лучше для усилительных характеристик прибора, поскольку со стороны базы обычно находиться источник слабого сигнала, у которого нужно потреблять как можно меньше тока. Идеальный вариант – это когда входное сопротивление равняется бесконечность.

Rвх для среднестатистического биполярного транзистора составляет несколько сотен КΩ (килоом). Здесь биполярный транзистор очень сильно проигрывает полевому транзистору, где входное сопротивление доходит до сотен ГΩ (гигаом).

Выходная проводимость — проводимость транзистора между коллектором и эмиттером. Чем больше выходная проводимость, тем больше тока коллектор-эмиттер сможет проходить через транзистор при меньшей мощности.

Также с увеличением выходной проводимости (или уменьшением выходного сопротивления) увеличивается максимальная нагрузка, которую может выдержать усилитель при незначительных потерях общего коэффициента усиления. Например, если транзистор с низкой выходной проводимостью усиливает сигнал в 100 раз без нагрузки, то при подсоединении нагрузки в 1 КΩ, он уже будет усиливать всего в 50 раз. У транзистора, с таким же коэффициентом усиления, но с большей выходной проводимостью, падение усиления будет меньше. Идеальный вариант – это когда выходная проводимость равняется бесконечность (или выходное сопротивление Rout = 0 (Rвых = 0)).

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.

3.2.2 Режим насыщения

При работе в режиме насыщения и
коллекторный, и эмиттерный переходы
открыты. В результате инжекция идёт
двумя потоками. Суммарный ток через
транзистор – это разность между потоками.

В результате в базе происходит активное
накопление неосновных носителей заряда.

Ток базы может быть сравним с током
эмиттера, может быть и больше.

Этот режим неуправляемый.

3.2.3 Режим отсечки

Оба p-n-перехода
закрыты (обратное напряжение). Через
p-n-переходы
будет протекать ток, равный тепловой
составляющей тока через p-n-переход.
При больших обратных напряжениях может
возникнуть пробой. Т. к. зона эмиттера
легирована меньше, чем зона коллектора,
то напряжение пробоя эмиттерного
перехода меньше, чем коллекторного.

3.3 Статические характеристики транзистора

Если обозначить входные
напряжения и токи через
и,
а выходные − черези,
то взаимное влияние этих четырёх величин
друг на друга можно выразить 24-мя
семействами характеристик. Причём их
можно отнести к шести различным системам.
Из четырёх возможных характеристик
каждой системы две являются основными,
а две другие – вспомогательными.

К основным
характеристикам

относят семейство входных характеристик
(зависимость между входными величинами
при разных фиксированных выходных
величинах) и семейство выходных
характеристик.

Вспомогательные
характеристики

характеристики прямой передачи,
связывающие выходные напряжения и токи
с входными.

Характеристика обратной ветви
показывает, как влияют выходные напряжения
и токи на входные.

Семейство основных входных характеристик
для транзистора:

=
|.

Семейство основных выходных
характеристик для транзистора:

=
|.

Вспомогательные характеристики для
транзистора:

=
|;

=
|.

3.3.1 Статические характеристики транзисторов в схеме с общей базой

Входные
характеристики:

=
|.

|»|
> |’|.

Увеличение напряжения
на коллекторе должно привести к увеличению
тока на эмиттере.

При нулевом
напряжении на эмиттере и
0 через переход будет протекать ток.
Этот ток возникает за счёт изменения
концентрации носителей заряда в области
базы.

Выходные характеристики:

=
|.

Это
характеристики обратно смещённого
p-n-перехода.

При увеличении эмиттерного тока будет
увеличиваться ток коллектора.

0 <

<
»
<
»’.

Характеристика прямой
передачи – это зависимость

=
|.

=
.

Коэффициент
зависит как от тока эмиттера или
коллектора, так и от напряжения на
коллекторе.

При увеличении
толщина коллекторного перехода растёт,
что влечёт за собой уменьшениеи увеличение.

Характеристика обратной
связи – это зависимость
=|.


<
»
<
»’.

3.3.2 Статические характеристики транзисторов в схеме с общим эмиттером

=
|.

Выходные
характеристики в схеме с общим эмиттером:

»’
>
»
>
‘.

3.3.3 Отличия статических характеристик транзисторов в схеме с об от статических характеристик транзисторов в схеме с оэ

1.
Характеристики в активной области идут
с большим наклоном, чем в схеме с общей
базой. Больший наклон объясняется тем,
что при постоянном токе базы и напряжении
на коллекторе происходит увеличение
тока эмиттера, а соответственно и тока
коллектора.

2.
Характеристики в активной области идут
более неравномерно, чем в схеме с общей
базой. Это связано с сильной зависимостью
коэффициента усиления от тока базы.

>
.

3. Характеристика передачи
тока:

=
|.

»
>
‘.

По сравнению с ОБ эта характеристика
имеет большую неравномерность. Эти
характеристики более чувствительны к
изменению коллекторного напряжения.

4. Характеристика обратной
связи:

=
.

»’
>
»
>
‘.

Как работает биполярный транзистор | Volt-info

Если рассматривать механические аналоги, то работа транзисторов напоминает принцип действия гидравлического усилителя руля в автомобиле. Но, сходство справедливо только при первом приближении, поскольку в транзисторах нет клапанов. В этой статье мы отдельно рассмотрим работу биполярного транзистора.

Устройство биполярного транзистора

Основой устройства биполярного транзистора является полупроводниковый материал. Первые полупроводниковые кристаллы для транзисторов изготавливали из германия, сегодня чаще используется кремний и арсенид галлия. Сначала производят чистый полупроводниковый материал с хорошо упорядоченной кристаллической решеткой. Затем придают необходимую форму кристаллу и вводят в его состав специальную примесь (легируют материал), которая придаёт ему определённые свойства электрической проводимости. Если проводимость обуславливается движением избыточных электронов, она определяется как донорная (электронная) n-типа. Если проводимость полупроводника обусловлена последовательным замещением электронами вакантных мест, так называемых дырок, то такая проводимость называется акцепторной (дырочной) и обозначается проводимостью p-типа.

 Рисунок 1.

Кристалл транзистора состоит из трёх частей (слоёв) с последовательным чередованием типа проводимости (n-p-n или p-n-p). Переходы одного слоя в другой образуют потенциальные барьеры. Переход от базы к эмиттеру называется эмиттерным (ЭП), к коллектору – коллекторным (КП). На рисунке 1 структура транзистора показана симметричной, идеализированной. На практике при производстве размеры областей значительно ассиметричны, примерно как показано на рисунке 2. Площадь коллекторного перехода значительно превышает эмиттерный. Слой базы очень тонкий, порядка нескольких микрон.

 Рисунок 2.

Принцип действия биполярного транзистора

Любой p-n переход транзистора работает аналогично диоду. При приложении к его полюсам разности потенциалов происходит его «смещение». Если приложенная разность потенциалов условно положительна, при этом p-n переход открывается, говорят, что переход смещён в прямом направлении. При приложении условно отрицательной разности потенциалов происходит обратное смещение перехода, при котором он запирается. Особенностью работы транзистора является то, что при положительном смещении хотя бы одного перехода, общая область, называемая базой, насыщается электронами, или электронными вакансиями (в зависимости от типа проводимости материала базы), что обуславливает значительное снижение потенциального барьера второго перехода и как следствие, его проводимость при обратном смещении.

Режимы работы

Все схемы включения транзистора можно разделить на два вида: нормальную и инверсную.

 Рисунок 3.

Нормальная схема включения транзистора предполагает изменение электрической проводимости коллекторного перехода путём управления смещением эмиттерного перехода.

Инверсная схема, в противоположность нормальной, позволяет управлять проводимостью эмиттерного перехода посредством управления смещением коллекторного. Инверсная схема является симметричным аналогом нормальной, но в виду конструктивной асимметрии биполярного транзистора малоэффективна для применения, имеет более жёсткие ограничения по максимально допустимым параметрам и практически не используется.

При любой схеме включения транзистор может работать в трёх режимах: Режим отсечки, активный режим и режим насыщения.

Для описания работы направление электрического тока в данной статье условно принято за направление электронов, т.е. от отрицательного полюса источника питания к положительному. Воспользуемся для этого схемой на рисунке 4.

Рисунок 4.

Режим отсечки

Для p-n перехода существует значение минимального напряжения прямого смещения, при котором электроны способны преодолеть потенциальный барьер этого перехода. То есть, при напряжении прямого смещения до этой пороговой величины через переход не может протекать ток. Для кремниевых транзисторов величина такого порога равна примерно 0,6 В. Таким образом, при нормальной схеме включения, когда прямое смещение эмиттерного перехода не превышает 0,6 В (для кремниевых транзисторов), ток через базу не протекает, она не насыщается электронами, и как следствие отсутствует эмиссия электронов базы в область коллектора, т. е. ток коллектора отсутствует (равен нулю).

Таким образом, для режима отсечки необходимым условием являются тождества:

UБЭ<0,6 В

или

IБ=0

Активный режим

В активном режиме эмиттерный переход смещается в прямом направлении до момента отпирания (начала протекания тока) напряжением больше 0,6 В (для кремниевых транзисторов), а коллекторный – в обратном. Если база обладает проводимостью p-типа, происходит перенос (инжекция) электронов из эмиттера в базу, которые моментально распределяются в тонком слое базы и почти все достигают границы коллектора. Насыщение базы электронами приводит к значительному уменьшению размеров коллекторного перехода, через который электроны под действием отрицательного потенциала со стороны эмиттера и базы вытесняются в область коллектора, стекая через вывод коллектора, обуславливая тем самым ток коллектора. Очень тонкий слой базы ограничивает её максимальный ток, проходящий через очень малое сечение поперечного разреза в направлении вывода базы. Но эта малая толщина базы обуславливает её быстрое насыщение электронами. Площадь переходов имеет значительные размеры, что создаёт условия для протекания значительного тока эмиттер-коллектор, в десятки и сотни раз превышающий ток базы. Таким образом, пропуская через базу незначительные токи, мы можем создавать условия для прохождения через коллектор токов гораздо большей величины. Чем больше ток базы, тем больше её насыщение, и тем больше ток коллектора. Такой режим позволяет плавно управлять (регулировать) проводимостью коллекторного перехода соответствующим изменением (регулированием) тока базы. Это свойство активного режима транзистора используется в схемах различных усилителей.

В активном режиме ток эмиттера транзистора складывается из тока базы и коллектора:

IЭ=IК+IБ

Ток коллектора можно выразить соотношением:

IК=αIЭ

где α – коэффициент передачи тока эмиттера

Из приведённых равенств можно получить следующее:

где β – коэффициент усиления тока базы.

Режим насыщения

Предел увеличения тока базы до момента, когда ток коллектора остаётся неизменным определяет точку максимального насыщения базы электронами. Дальнейшее увеличение тока базы не будет изменять степень её насыщения, и ни как не будет влиять на ток коллектора, может привести к перегреву материала в области контакта базы и выходу транзистора из строя. В справочных данных на транзисторы могут быть указаны величины тока насыщения и максимально допустимого тока базы, либо напряжения насыщения эмиттер-база и максимально допустимого напряжения эмиттер-база. Эти пределы определяют режим насыщения транзистора при нормальных условиях его работы.

Режим отсечки и режим насыщения эффективны при работе транзисторов в качестве электронных ключей для коммутации сигнальных и силовых цепей.

 

Отличие в принципе работы транзисторов с различными структурами

Выше был рассмотрен случай работы транзистора n-p-n структуры. Транзисторы p-n-p структуры работают аналогично, но есть принципиальные отличия, которые следует знать. Полупроводниковый материал с акцепторной проводимостью p-типа обладает сравнительно низкой пропускной способностью электронов, так как основан на принципе перехода электрона от одного вакантного места (дырки) к другому. Когда все вакансии замещены электронами, то их движение возможно только по мере появления вакансий со стороны направления движения. При значительной протяжённости участка такого материала он будет обладать значительным электрическим сопротивлением, что приводит к большим проблемам при его использовании в качестве наиболее массивных коллекторе и эмиттере биполярных транзисторов p-n-p типа, чем при использовании в очень тонком слое базы транзисторов n-p-n типа. Полупроводниковый материал с донорной проводимостью n-типа обладает электрическими свойствами проводящих металлов, что делает его более выгодным для использования в качестве эмиттера и коллектора, как в транзисторах n-p-n типа.

Эта отличительная особенность различных структур биполярных транзисторов приводит к большим затруднениям при производстве пар компонент с различными структурами и аналогичными друг другу электрическими характеристиками. Если обратить внимание на справочные данные характеристик пар транзисторов, можно заметить, что при достижении одинаковых характеристик двух транзисторов различных типов, например КТ315А и КТ361А, несмотря на их одинаковую мощность коллектора (150 мВт) и примерно одинаковый коэффициент усиления по току (20-90), у них отличаются максимально допустимые токи коллектора, напряжения эмиттер-база и пр.

 

P.S. Данное описание принципа действия транзистора было интерпретировано с позиции Русской Теории, поэтому здесь нет описания действия электрических полей на вымышленные положительные и отрицательные заряды. Русская Физика даёт возможность пользоваться более простыми, понятными механическими моделями, наиболее приближенными к действительности, чем абстракции в виде электрических и магнитных полей, положительных и электрических зарядов, которые вероломно подсовывает нам традиционная школа. По этой причине не рекомендую без предварительного анализа и осмысления пользоваться изложенной теорией при подготовке к сдаче контрольных, курсовых и иных видов работ, Ваши преподаватели могут просто не принять инакомыслие, даже конкурентоспособное и вполне состоятельное с точки зрения здравого смысла и логики. Кроме того, с моей стороны это первая попытка описания работы полупроводникового прибора с позиции Русской Физики, может уточняться и дополняться в дальнейшем.

BISS-транзисторы в режиме насыщения

В 1983–1986 гг. в ряде работ [1–3] был предложен новый квалификационный параметр, гарантированно обеспечивающий для биполярных транзисторов режим насыщения (ключевой режим) — коэффициент передачи тока в режиме насыщения h31нас.

В силу ряда объективных и субъективных факторов в те годы данный параметр оказался, за редкими исключениями, не востребованным разработчиками биполярных ключевых транзисторов и не вошел в ГОСТ. Несмотря на это, определенная практическая работа в данном направлении была проведена. Был разработан прибор «Классификатор» [4], позволивший в полу­автоматическом режиме измерять h31нас как отдельных транзисторов, так и партий транзисторов. Испытания проводились на Брянском заводе полупроводниковых приборов (в настоящее время «Группа Кремний Эл»).

Для экспериментов использовался лучший в то время, с точки зрения ключевых свойств, транзистор 2Т836Б. Коэффициент h31нас стал основой системы оценки статических и динамических параметров транзисторов в ключевом режиме [5].

Силовые биполярные транзисторы, вопреки прогнозам конца 80-х годов, и в настоящее время не утратили своего значения. Они, в частности, востребованы в источниках питания с повышенным КПД (в мобильных устройствах, питаемых от источников ограниченной мощности, в устройствах космического назначения, для которых отвод тепла в условиях вакуума представляет серьезную проблему, и т.п).

Технический прогресс не стоит на месте. Появились транзисторы с низким напряжением насыщения — так называемые BISS-транзисторы [6–7].

Однако проведенные автором испытания различных типов указанных транзисторов показали, что, несмотря на улучшение количественных показателей, качественного изменения ключевых параметров не произошло. Технические данные, приводимые в справочных спецификациях (особенно применительно к ключевым параметрам и режимам измерений), противоречивы, как и 30 лет назад.

В связи с этим параметр h31нас для измерения и оценки ключевых свойств можно рекомендовать и для них. Представляется, что транзистор 2Т836Б можно считать одним из первых BISS-транзисторов.

На рис. 1 представлены результаты измерений ключевых параметров некоторых типов современных BISS-транзисторов (PBSS5540Z, PBSS5540Z) и транзистора 2Т836Б, сходных по техническим характеристикам. Можно отметить, что за эти годы коэффициент передачи тока в режиме насыщения вырос примерно вдвое, что существенно упрощает схемотехнику предварительных каскадов управления.

Рис. 1. Экспериментальные данные параметров режима насыщения биполярных и BISS-транзисторов

Следует также отметить, что на базе современных серийных BISS-транзисторов возможно изготовление специальных высоконадежных ключевых модулей в виде сборок параллельно включенных транзисторов с предохранителями в эмиттерных и базовых цепях. Такие модули ранее (в 1975–1985 гг.) широко использовались для создания ключевых устройств повышенной мощности (рис. 2).

Рис. 2. Примеры силовых транзисторных сборок на биполярных транзисторах 2Т808А, 1Т906А, 2Т836Б

В качестве предохранителей в таких модулях возможно использование технологических токоподводов к кристаллу транзистора.

 

Заключение

В заключение следует отметить, что в представленных материалах показано, что разработанный ранее [5] комплекс критериев ключевого режима насыщения биполярных транзисторов применим и для вновь появляющихся приборов, в частности BISS-транзисторов. Любые полупроводниковые приборы разрабатываются под конкретные задания реальных заказчиков, финансирующих разработку. Предоставление разработчикам понятных и однозначных критериев ключевого режима насыщения (возможно, в виде нового ГОСТ) не потеряло актуальности и позволит улучшить качество выпускаемой продукции.               

Литература

  1. Веденеев Г. М., Зенченко А. Н., Токарев А. Б. Коэффициент усиления транзистора в режиме насыщения. //Проблемы преобразовательной техники. Киев. ИЭД АН УССР. 1983. Т. 6.
  2. Веденеев Г. М., Ерёменко В. Г., Зенченко А. Н.,Токарев А. Б. Коэффициент передачи тока в режиме насыщения //Электронная техника в автоматике. М: Радио и связь, 1984. Вып. 15.
  3. АС № 1266319 (СССР) «Способ регулировки ключевых транзисторных усилителей» // Г. М. Веденеев, А. Н. Зенченко, А. Б. Токарев. 1985.
  4. АС № 1202399 (СССР) «Устройство для измерения коэффициента передачи тока транзистора в режиме насыщения // Г. М. Веденеев, А. Н. Воронцов, В. Г. Еременко, А. Н. Зенченко, А. Б. Токарев. 1985.
  5. Веденеев Г. М., Зенченко А. Н., Токарев А. Б. Силовые биполярные транзисторы при работе в ключевых режимах. М: МЭИ, 1992.
  6. Шелохнев А. Прорыв в технологии малосигнальных транзисторов // Компоненты и технологии. 2003. № 32.
  7. Егоров А. Преимущества применения биполярных транзисторов BISS // Компоненты и технологии. 2008. № 86.

Режим насыщения в полупроводниковых триодах при больших сигналах

Авторы

  • В. А. Кузьмин

    Московский ордена Ленина государственный университет им. М. В. Ломоносова

DOI:

https://doi.org/10.20535/S00213470195905003X

Аннотация

Даются пределы применимости теории малого сигнала для режима насыщения. Рассмотрена работа сплавных полупроводниковых триодов в режиме насыщения в случае произвольных уровней инжекции. Учтено влияние электронной составляющей тока через переходы на время рассасывания. Выводы теории проверены экспериментально.

Опубликован

2010-03-03

Выпуск

Раздел

Оригинальные статьи

Лицензия

Copyright (c) 1959 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. «Известия вузов. Радиоэлектроника»), Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя «© Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»; © автор(ы)».
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.

Насыщение сердечника трансформатора

Трансформаторы с тороидальными сердечниками гораздо более чувствительны к насыщению материала сердечника, что является
прямым результатом их конструкции, более приближающейся к идеальной. Вне зависимости от того, является ли трансформатор силовым
или низкочастотным, используемым в звуковом тракте, сердечники мощных трансформаторов обычно изготавливаются из кремнистой
электротехнической стали с ориентированными зернами (GOSS), которая обладает тем преимуществом, что в направлении, совпадающем
с плоскостью зерен, плотность магнитного потока может иметь более высокие значения. Традиционные трансформаторы, в которых
сердечники набраны из обычных Ш-образных пластин, лишены этого преимущества, так в таких сердечниках всегда существуют области,
в которых вектор магнитного потока направлен перпендикулярно плоскости зерна. Для тороидальных сердечников вектор магнитного потока
всегда параллелен плоскости зерна, поэтому эти сердечники могут работать при таких значениях плотности потока, которые значительно
ближе по своей величине к насыщению. А это, в свою очередь, позволяет уменьшать размеры трансформатора, так как работа при
более высоких значениях магнитного потока позволяет использовать сердечник меньшего размера. Соответственно, процесс насыщения
тороидальных сердечников происходит более резко, тогда как подобный переход для обычных Ш-образных сердечников происходит
более плавно.

Рис. 6.10 Осциллограммы тока и напряжения на накопительном конденсаторе при токе нагрузки 88 мА. Верхняя
осциллограмма (Сh. 1): форма тока (амплитудное значение Ipk = 340 мА). Нижняя осциллограмма (Сh. 2): напряжение
пульсаций (двойное амплитудное значение напряжения Vpk-pk= 13 В)

Насыщение сердечника трансформатора крайне нежелательно, так как при этом происходит интенсивное рассеяние магнитного
потока вне сердечника, что вызывает наведение токов индукции в близко расположенных цепях. Еще хуже то, что насыщение
возникает периодически (с частотой
100 или 120 Гц), поэтому вызывает всплески помех, частоты которых распространяются и на звуковых частотах и в радиочастотный
диапазон. Более резкий переход в режим насыщения способствует появлению большей доли высших гармоник в. Разумеется, нельзя
забывать и о том, что насыщение сердечника приводит к его перегреву, вплоть до его физического разрушения.

Рис. 6.11 Спектральный состав тока пульсаций накопительного конденсатора

И это не просто сомнительные россказни о гипотетических несчастиях. Автор «вырвал почти все волосы на своей голове»,
разыскивая источник видеопомех на мониторе для вывода графических данных, прежде чем обнаружил, что причиной оказалось насыщение
торроидального сердечника силового трансформатора, который индуцировал помехи непосредственно в горловине кинескопа монитора.

 

транзисторов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное

Любимый

77

Режимы работы

В отличие от резисторов, которые обеспечивают линейную зависимость между напряжением и током, транзисторы являются нелинейными устройствами. У них есть четыре различных режима работы, которые описывают протекающий через них ток. (Когда мы говорим о токе, протекающем через транзистор, мы обычно имеем в виду ток , протекающий от коллектора к эмиттеру NPN .)

Четыре режима работы транзистора:

  • Насыщение — Транзистор действует как короткое замыкание . Ток свободно течет от коллектора к эмиттеру.
  • Отсечка — Транзистор действует как разомкнутая цепь . Нет тока от коллектора к эмиттеру.
  • Активный — Ток от коллектора к эмиттеру составляет , пропорционально току, протекающему в базу.
  • Reverse-Active — Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении.Ток течет от эмиттера к коллектору (не совсем то, для чего были предназначены транзисторы).

Чтобы определить, в каком режиме находится транзистор, нам нужно посмотреть на напряжения на каждом из трех выводов и на то, как они соотносятся друг с другом. Напряжения от базы к эмиттеру (V BE ) и от базы к коллектору (V BC ) задают режим транзистора:

Упрощенный квадрантный график выше показывает, как положительное и отрицательное напряжение на этих клеммах влияет на режим.На самом деле все немного сложнее.

Давайте рассмотрим все четыре режима транзистора по отдельности; мы исследуем, как перевести устройство в этот режим и как он влияет на ток.

Примечание: Большая часть этой страницы посвящена NPN транзисторам . Чтобы понять, как работает транзистор PNP, просто поменяйте полярность или знаки> и <.

Режим насыщенности

Насыщенность — это в режиме транзистора.Транзистор в режиме насыщения действует как короткое замыкание между коллектором и эмиттером.

В режиме насыщения оба «диода» в транзисторе смещены в прямом направлении. Это означает, что V BE должен быть больше 0, и , поэтому V BC должен быть. Другими словами, V B должен быть выше, чем V E и V C .

Поскольку переход от базы к эмиттеру выглядит как диод, на самом деле V BE должно быть больше порогового напряжения , чтобы войти в насыщение.Для этого падения напряжения существует множество сокращений — V th , V γ и V d — несколько — и фактическое значение варьируется между транзисторами (и даже больше в зависимости от температуры). Для многих транзисторов (при комнатной температуре) мы можем оценить это падение примерно в 0,6 В.

Еще один облом реальности: между эмиттером и коллектором не будет идеальной проводимости. Между этими узлами образуется небольшое падение напряжения. В технических характеристиках транзисторов это напряжение определено как напряжение насыщения CE, В CE (насыщение) — напряжение от коллектора к эмиттеру, необходимое для насыщения.Это значение обычно составляет 0,05-0,2 В. Это значение означает, что V C должно быть немного больше, чем V E (но оба все еще меньше, чем V B ), чтобы транзистор перешел в режим насыщения.

Режим отсечки

Режим отсечки противоположен насыщению. Транзистор в режиме отсечки выключен — нет тока коллектора и, следовательно, нет тока эмиттера. Это почти похоже на обрыв цепи.

Чтобы перевести транзистор в режим отсечки, базовое напряжение должно быть меньше, чем напряжение эмиттера и коллектора.Оба V BC и V BE должны быть отрицательными.

На самом деле, V BE может быть где угодно между 0 В и th (~ 0,6 В) для достижения режима отсечки.

Активный режим

Для работы в активном режиме значение V BE транзистора должно быть больше нуля, а V BC должно быть отрицательным. Таким образом, базовое напряжение должно быть меньше, чем на коллекторе, но больше, чем на эмиттере. Это также означает, что коллектор должен быть больше эмиттера.

На самом деле нам нужно ненулевое прямое падение напряжения (сокращенно V th , V γ или V d ) от базы к эмиттеру (V BE ), чтобы «включить» транзистор. Обычно это напряжение обычно составляет около 0,6 В.

Усиление в активном режиме

Активный режим — самый мощный режим транзистора, потому что он превращает устройство в усилитель . Ток, идущий на вывод базы, усиливает ток, идущий в коллектор и выходящий из эмиттера.

Наше сокращенное обозначение для усиление (коэффициент усиления) транзистора — β (вы также можете увидеть его как β F или h FE ). β линейно связывает ток коллектора ( I C ) с базовым током ( I B ):

Фактическое значение β зависит от транзистора. Обычно это около 100 , но может варьироваться от 50 до 200 … даже 2000, в зависимости от того, какой транзистор вы используете и сколько тока проходит через него.Если, например, у вашего транзистора β = 100, это будет означать, что входной ток в 1 мА на базу может производить ток 100 мА через коллектор.

Модель активного режима. V BE = V th и I C = βI B .

А как насчет тока эмиттера, I E ? В активном режиме токи коллектора и базы идут в устройства, а выходит I E . Чтобы связать ток эмиттера с током коллектора, у нас есть другое постоянное значение: α .α — коэффициент усиления по току общей базы, он связывает эти токи как таковые:

α обычно очень близко к 1. Это означает, что I C очень близко, но меньше I E в активном режиме.

Вы можете использовать β для вычисления α, или наоборот:

Например, если β равно 100, это означает, что α равно 0,99. Так, если я C , например, 100 мА, то я E это 101 мА.

Реверс Активный

Так же, как насыщение противоположно отсечке, обратный активный режим противоположен активному режиму.Транзистор в обратном активном режиме проводит, даже усиливает, но ток течет в противоположном направлении, от эмиттера к коллектору. Обратной стороной активного режима является то, что β (β R в данном случае) на намного меньше.

Чтобы перевести транзистор в обратный активный режим, напряжение эмиттера должно быть больше, чем на базе, которое должно быть больше, чем на коллекторе (V BE <0 и V BC > 0).

Обратный активный режим обычно не является состоянием, в котором вы хотите управлять транзистором.Приятно знать, что он есть, но он редко превращается в приложение.

Относительно PNP

После всего, о чем мы говорили на этой странице, мы все еще покрыли только половину спектра BJT. А как насчет транзисторов PNP? PNP работает очень похоже на NPN — у них те же четыре режима, но все изменилось. Чтобы узнать, в каком режиме находится PNP-транзистор, поменяйте местами все знаки <и>.

Например, чтобы перевести PNP в насыщение, V C и V E должны быть выше, чем V B .Вы опускаете базу ниже, чтобы включить PNP, и поднимаете ее выше, чем коллектор и эмиттер, чтобы выключить. И, чтобы перевести PNP в активный режим, напряжение V E должно быть выше, чем напряжение V B , которое должно быть выше, чем V C .

Итого:

Соотношение напряжений Режим NPN Режим PNP
В E B C Активный Обратный
V E B > V C Насыщенность Отсечка
V E > V B C Отсечка Насыщенность
V E > V B > V C Задний ход Активный

Другой противоположной характеристикой NPN и PNP является направление тока. В активном режиме и режиме насыщения ток в PNP протекает от эмиттера к коллектору . Это означает, что эмиттер обычно должен иметь более высокое напряжение, чем коллектор.


Если вы перегорели концептуальными вещами, перейдите к следующему разделу. Лучший способ узнать, как работает транзистор, — это изучить его в реальных схемах. Давайте посмотрим на некоторые приложения!



← Предыдущая страница
Продолжение аналогии с водой

bjt — Как мне насытить транзистор NPN?

Транзистор переходит в насыщение, когда переходы база-эмиттер и база-коллектор в основном смещены в прямом направлении.Таким образом, если напряжение коллектора падает ниже напряжения базы, а напряжение эмиттера ниже напряжения базы, то транзистор находится в состоянии насыщения.

Рассмотрим эту схему усилителя с общим эмиттером. Если ток коллектора достаточно высок, то падение напряжения на резисторе будет достаточно большим, чтобы снизить напряжение коллектора ниже напряжения базы. Но обратите внимание, что напряжение коллектора не может быть слишком низким, потому что переход база-коллектор будет похож на диод с прямым смещением! Таким образом, у вас будет падение напряжения на переходе база-коллектор, но оно не будет обычным 0.7В, больше будет вроде 0,4В.

Как вывести из насыщенности? Вы можете уменьшить количество базового привода транзистора (либо уменьшить напряжение \ $ V_ {be} \ $, либо уменьшить ток \ $ I_b \ $), что затем уменьшит ток коллектора, что означает падение напряжения на резистор коллектора также будет уменьшен. Это должно увеличить напряжение на коллекторе и вывести транзистор из состояния насыщения. В «крайнем» случае это происходит при выключении транзистора.Базовый привод удален полностью. \ $ V_ {be} \ $ равно нулю, как и \ $ I_b \ $. Следовательно, \ $ I_c \ $ тоже равен нулю, а резистор коллектора похож на подтягивающий, доводя напряжение коллектора до \ $ V_ {CC} \ $.

Дополнительный комментарий к вашему заявлению

Насыщается ли BJT
поднятие Vbe выше определенного порога?
Я сомневаюсь в этом, потому что БЮТ, как я
понять их, являются
с управлением по току, не
с управлением по напряжению.

Есть несколько разных способов описания работы транзистора.{\ frac {V_ {be}} {V_T}} $$

С этой точки зрения ток коллектора контролируется напряжением базы .

Это определенно сбивает с толку. Это меня долго смущало. Дело в том, что вы не можете отделить напряжение база-эмиттер от тока базы, потому что они взаимосвязаны. Итак, обе точки зрения верны. Пытаясь понять конкретную схему или конфигурацию транзистора, я считаю, что обычно лучше просто выбрать ту модель, которая упрощает анализ.

Изменить:

Насыщается ли BJT
позволяя Иб пройти определенный
порог? Если да, то этот порог
зависят от подключенной «нагрузки»
коллекционеру? Транзистор
насыщен просто потому, что Ib высокий
достаточно, чтобы бета транзистора
больше не является ограничивающим фактором в
IC?

Жирная часть в основном правильная. Но порог \ $ I_b \ $ не присущ конкретному транзистору. Это будет зависеть не только от самого транзистора, но и от конфигурации: \ $ V_ {CC} \ $, \ $ R_C \ $, \ $ R_E \ $ и т. Д.

Что такое насыщение транзистора | Самодельные проекты схем

В предыдущем посте мы узнали о смещении BJT, в этой статье мы узнаем, что такое насыщение транзистора или BJT, и как быстро определить значение с помощью формул и практических оценок.

Что такое насыщение транзистора

Термин насыщение относится к любой системе, в которой уровни спецификации достигли максимального значения.

Можно сказать, что транзистор работает в пределах своей области насыщения, когда текущий параметр достигает максимального заданного значения.

Мы можем взять в качестве примера полностью влажную губку, которая может находиться в насыщенном состоянии, когда в ней нет места для дальнейшей жидкости.

Изменение конфигурации может привести к быстрому изменению уровня насыщения транзистора.

При этом максимальный уровень насыщения всегда будет соответствовать максимальному току коллектора устройства, как указано в техническом описании устройства.

В транзисторных конфигурациях обычно гарантируется, что устройство не достигнет точки насыщения, так как в этой ситуации коллектор базы перестает находиться в режиме обратного смещения, вызывая искажения в выходных сигналах.

Мы можем видеть рабочую точку в области насыщения на рисунке 4.8a. Обратите внимание, что это та конкретная область, где стык характеристических кривых с напряжением коллектор-эмиттер ниже, чем VCEsat, или находится на том же уровне.Кроме того, коллекторный ток на характеристических кривых сравнительно высок.

Как рассчитать уровень насыщения транзистора

Путем сравнения и усреднения характеристических кривых на рис. 4.8a и 4.8b, мы можем, возможно, получить быстрый метод определения уровня насыщения.

На рис. 4.8b мы видим, что уровень тока относительно выше, в то время как уровень напряжения равен 0 В. Если мы применим здесь закон Ома, мы сможем рассчитать сопротивление между выводами коллектора и эмиттера BJT следующим образом:

Практическое воплощение приведенной выше формулы можно увидеть на рис. 4.9 ниже:

Это означает, что всякий раз, когда требуется быстро оценить приблизительный ток коллектора насыщения для данного BJT в цепи, вы можете просто принять эквивалентное значение короткого замыкания на коллектор-эмиттер устройства, а затем применить его в формула для получения примерного тока насыщения коллектора. Проще говоря, назначьте VCE = 0V, и тогда вы сможете легко вычислить VCEsat.

В схемах с конфигурацией с фиксированным смещением, как показано на рис. 4.10, может возникнуть короткое замыкание, которое может привести к тому, что напряжение на RC будет равно напряжению Vcc.

Ток насыщения, развивающийся в вышеуказанном состоянии, можно интерпретировать следующим выражением:

Решение практического примера для определения тока насыщения BJT:

Если мы сравним приведенный выше результат с результатом, который мы получили в конце В этом посте мы обнаруживаем, что результат I CQ = 2,35 мА намного ниже, чем вышеупомянутые 5,45 мА, что предполагает, что обычно BJT никогда не работают на уровне насыщения в схемах, а при гораздо более низких значениях.

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

Работа оптопары

  • Изучив этот раздел, вы должны уметь:
  • Описание различных режимов смещения, используемых в оптронах:
  • • Режим насыщенности.
  • • Линейный режим.
  • • Аналоговый режим.
  • Перечислите преимущества и недостатки транзисторных оптопар по сравнению с диодными:

Оптопары / Оптоизоляторы

Оптопары или оптоизоляторы используются для передачи сигналов между двумя изолированными цепями с использованием разных методов, в основном в зависимости от типов связанных сигналов. Компьютерной системе и ее периферийным устройствам может потребоваться цифровой сигнал, такой как сигнал широтно-импульсной модуляции, приводящий в действие двигатель.В этом случае оптопара будет использоваться в режиме насыщения.

Импульсный источник питания может нуждаться в постоянном напряжении выборки переменного значения, которое должно подаваться обратно с выхода в систему управления напряжением во входной цепи источника питания, при этом сохраняется полная электрическая изоляция между входной и выходной цепями. В этом случае будет использоваться линейный режим, так как схема управления должна будет обнаруживать небольшие изменения постоянного напряжения.

Чтобы связать цепи, такие как усилители звука, где напряжение сигнала быстро меняется, но необходимо избегать насыщения и искажения, оптопары могут передавать сигналы с использованием аналогового режима, чтобы звук мог безопасно передаваться, например, с устройства ввода звука на мощное усилитель мощности.

Рис.

5.1.1 Режим насыщения

Режим насыщения

В режиме насыщения выходной транзистор оптопары либо полностью «включен» (условия насыщения), либо полностью «выключен» (непроводящий). Оптопары, работающие в режиме насыщения, широко используются, например, для защиты выходных контактов микроконтроллеров, где они могут использоваться для управления устройствами вывода, такими как двигатели, которым может потребоваться больший ток и / или более высокое напряжение, чем может подаваться непосредственно от микроконтроллера. порт.

Микроконтроллер в этом случае эффективно управляет только инфракрасным светодиодом либо с помощью таких сигналов, как широтно-импульсная модуляция, данные шагового двигателя или простые сигналы включения и выключения. Изоляция, обеспечиваемая оптопарой, означает, что микроконтроллер также защищен от любых внешних высоких напряжений, таких как обратная ЭДС, которая может возникнуть при отключении индуктивной нагрузки, такой как двигатель. Оптопары также находят применение в модемах, обеспечивающих изоляцию между компьютерами и внешними телефонными линиями.

Рис. 5.1.2 Линейный режим

Линейный режим

Оптопары

могут использоваться для обратной связи по напряжению в схемах, таких как импульсные источники питания, в которых светодиод освещается образцом выходного напряжения, так что любые изменения напряжения вызывают изменение в освещении светодиода оптопары и, следовательно, изменение в проводимость выходного транзистора оптопары, которая может использоваться для обозначения ошибки в схеме управления источником питания, позволяя ей компенсировать изменение выходного сигнала.Практический пример этой обратной связи и гальванической развязки, которую она обеспечивает с помощью оптопары в линейном режиме, можно увидеть в нашем модуле источников питания 3.4, где IC3 (4N25) предоставляет образец выходного напряжения, которое должно быть возвращено в усилитель ошибки, управляющий цепь регулятора напряжения в IC1, обеспечивающая автоматический контроль напряжения, обеспечивая при этом полную электрическую изоляцию между выходной цепью 5 В постоянного тока и входной цепью с более высоким напряжением.

Рис. 5.1.3 Аудиовход в аналоговом режиме

Аналоговый режим

Как и в линейном режиме, фототранзисторам, используемым в аналоговом режиме, не разрешается насыщаться, но постоянное напряжение смещения постоянного тока, составляющее примерно половину напряжения питания, модулируется звуком, как показано на рис.5.1.3 или какой-нибудь другой быстро меняющийся сигнал. Это создает переменный ток в светодиодах, который, в свою очередь, создает переменный ток в выходном компоненте оптопары. Это может быть фототранзистор или очень часто фотодиод. Фототранзисторы, используемые в оптронах для звуковых целей, также могут использовать базовое соединение, доступное на некоторых оптопарах, для приложения подходящего смещения к фототранзистору, чтобы можно было получить неискаженный выходной аудиосигнал. Специализированные аудиооптопары, такие как IL300, показанные на рис.5.1.4 может использовать один или несколько фотодиодов для обеспечения более линейного отклика, чем те, которые используют только фототранзисторы.

Рис. 5.1.4 Оптрон IL300 Audio

В дополнение к обеспечению более линейного (с меньшими искажениями) отклика второй диод используется для обеспечения (изолированной) обратной связи с входной схемой, так что IL300 может автоматически компенсировать изменения CTR из-за изменений температуры и / или старения входной светодиод.

Рис.5.1.5 Аудиовход в аналоговом режиме

Фототранзистор в сравнении с фотодиодными оптронами

Оптопары

, использующие выходы на фототранзисторах, могут передавать аналоговые аудиосигналы с частотой до нескольких десятков кГц. Изменение инфракрасного светового луча от светодиода на этих частотах затем приводит к изменению величины тока, генерируемого на базе выходного фототранзистора, при этом транзисторный выход следует за изменениями на входе и усиливает их.

Однако оптопары, использующие фототранзисторы, не имеют такой хорошей линейной зависимости между изменениями входного и выходного тока света, как типы фотодиодов, как показано на рис. 5.1.5 поэтому возможно некоторое искажение сигнала. Фотодиодные устройства вывода предпочтительнее для использования в большинстве аудио (и некоторых цифровых) приложений, даже если их амплитуды выходного сигнала намного меньше, чем это возможно с усилением, обеспечиваемым фототранзистором; Причина этого — искажение фототранзистора и плохая работа на высоких частотах.

Это происходит из-за того, что фототранзистор имеет значительно увеличенную площадь базы, которая, увеличивая светочувствительность, также значительно увеличивает емкость перехода база / эмиттер.Эта повышенная емкость также значительно ухудшается из-за «эффекта Миллера», который заставляет емкость база / эмиттер транзистора умножаться на коэффициент усиления по току (h fe ) транзистора. Следовательно, более высокие частоты постепенно уменьшаются по амплитуде, потому что реактивное сопротивление емкости база / эмиттер уменьшается, когда частота увеличивается намного выше звукового диапазона.

Цифровые сигналы также подвержены этому эффекту, потому что прямоугольные формы цифровых сигналов будут содержать много высокочастотных гармоник, которые способствуют быстрому нарастанию и спаду прямоугольной волны, так что нарастающие фронты сигнала становятся округленными, а время переключения между 0 и 1 становится длиннее.

Высокоскоростные цифровые оптопары, используемые на частотах в сотни кГц и используемые для работы со звуком, обычно используют фотодиоды в качестве чувствительного элемента, потому что, хотя должно быть предусмотрено некоторое дополнительное усиление, либо снаружи, либо внутри самого чипа оптопары, это компенсируется наличием быстрое время нарастания и спада для цифровой работы и более линейный отклик, производящий меньше искажений при использовании с аналоговым звуком.

Основная функция оптопары, независимо от типа используемого сигнала, заключается в обеспечении полной гальванической развязки между входными и выходными цепями.Важным преимуществом оптопар по сравнению с трансформаторами, которые также часто используются для изоляции, является то, что оптопары могут использоваться как с сигналами переменного, так и с постоянным током, тогда как трансформаторы могут работать только с переменным током.

Начало страницы

Как определить насыщение срабатывания оптопары или линейное значение

Существует несколько способов определения работы оптопары. Старый школьный метод состоит в том, чтобы построить реальную схему и измерить напряжение коллектор-эмиттер.Если показание достаточно низкое (равно напряжению насыщения устройства) или идеально равно нулю, оптопара работает в режиме насыщения. Если показание выше указанного напряжения насыщения, но ниже уровня питания коллектора, устройство работает в линейном режиме.

Другой метод определения работы оптопары — моделирование. Моделирование проще, чем первый упомянутый метод. Однако для этого вам понадобится программное обеспечение для моделирования. Другое дело, что вам также необходимо понимать, как работает симуляция и как моделировать схемы.Для некоторых дизайнеров и инженеров эта задача утомительна. Кроме того, моделирование не может напрямую дать худший результат. Вы можете получить худший случай, если примените в своей модели. У меня также есть статья, в которой рассказывается, как проводить анализ Монте-Карло (худший случай) с использованием LTSpice. Вы можете проверить это здесь.

Если мы собираемся полагаться на фактические измерения для определения работы оптопары, у нас проблемы. Это не совсем хорошая идея! Представьте себе, что если у вас есть несколько оптических схем в вашем проекте, вы собираетесь построить образец схемы для всех из них и провести тест? Ничего страшного, если уже есть прототипы, но если вы все еще находитесь на стадии проектирования, фактические измерения не подходят.Несмотря на то, что у вас уже есть прототипы, все же не рекомендуется измерять VCE всех оптических схем, поскольку это отнимает ваше время.

Как дизайнер или инженер, вы должны найти способы упростить жизнь и ускорить

сроки проектирования. В этой статье я научу вас определять работу оптопары с помощью вычислений.

Способы определения работы оптопары

Метод 1. Сравнение CTR схемы и CTR устройства

CTR цепи — это отношение коллектора цепи к прямому току.С другой стороны, CTR устройства — это текущий коэффициент передачи, определенный в таблице данных.

Для того, чтобы схема работала в режиме насыщения, должны выполняться следующие критерии. В противном случае схема работает в линейном режиме.

В этом подходе к определению работы оптопары предполагается, что цепь оптопары находится в состоянии насыщения. При насыщении ток коллектора максимален, которому противодействует только резистор коллектора.

Пример 1

Чтобы прояснить это, давайте рассмотрим схему ниже в качестве примера.Считайте, что Vcc и Vdd равны 5V. CTR устройства составляет 120%, в то время как прямое падение напряжения оптопары составляет 1 В.

Найти прямой ток

Решите для тока коллектора

Как уже упоминалось, мы предполагаем, что схема работает в режиме насыщения. Коллекторный ток

Решить для схемы CTR

CTR устройства составляет 120%, как указано выше.Следовательно, вышеуказанные критерии верны, и это означает, что схема работает в режиме насыщения.

Метод 2: Найдите напряжение коллектор-эмиттер VCE цепи и сравните с напряжением насыщения устройства

В этом методе предполагается, что оптическая схема работает в линейной области. Чтобы это было правдой, должны быть верны следующие критерии. В противном случае схема работает в режиме насыщения.

Решение для схемы VCE

Вычисленное значение VCE равно минус 14.2В. Почему отрицательный уровень напряжения питания

отрицательный?… Это указывает на насыщение цепи. Вернемся к критериям выше

Расчетный CTR схемы выше, чем CTR устройства. Схема работает в линейном режиме.

Использование метода 2

Вычисленное значение VCE выше обычного напряжения насыщения. Устройство работает в линейной области.

С двумя методами вычисления

, показанными выше, определение работы оптоокоплера больше не является проблемой. Следуя этим методам, вы можете гарантировать, что схема будет работать, как задумано. Если вам нужен полный курс смещения оптопары, щелкните здесь. Чтобы создать схему оптопары с нуля, прочтите это.

Связанные

Расширенное руководство GIMP — 5.6.5 Режимы наложения оттенка, насыщенности, значения и цвета

5.6.5 Режимы наложения оттенка, насыщенности, значения и цвета

Режимы наложения «Цветовой тон», «Насыщенность», «Значение» и «Цвет» работают одинаково. Для каждого режима по одному
Компонент HSV берется из пикселя переднего плана, а два других
компоненты из фонового пикселя. Например, если оттенок
выбран режим наложения, результат — оттенок переднего плана
пикселей в сочетании с насыщенностью и значением фона
пикселей. Тот же процесс используется для режимов наложения «Насыщенность» и «Значение».Однако режим наложения цветов
немного отличается. Для этого режима оттенок и насыщенность
пиксели переднего плана используются вместе с
яркость пикселей фона. Легкость,
определено в разделе
5.3, менее яркий, чем
ценность, и одновременно более верен человеческому восприятию
яркость.

Таким образом, действие режима наложения Hue можно выразить как

R = [ h ( F ), s ( B ), v ( B )]



где h ( F ) означает оттенок переднего плана, s ( B ) представляет
насыщенность фона, а v ( B ) — значение
фон.Пример применения режима наложения оттенка:
показано на рисунке
5.20.

Рисунок 5.20:
Пример режима оттенка

Изображение цветка с рисунка
5.15 (а) показан
на рисунке
5.20 (а). Это изображение
передний план в режим оттенка, а фон — синий слой
показано на рисунке
5.20 (б). Этот синий слой
изменяется по горизонтали по значению и по вертикали по насыщенности. Результат
применения режима Hue показано на
Фигура
5.20 (в). Здесь хорошо видно
что вариации насыщенности и значения синего слоя
совмещая с оттенком цветочного слоя.

Подобно Hue, режим наложения Saturation дает
результирующие пиксели, которые представляют собой комбинацию насыщенности
передний план и оттенок и значение фона. Выражение
для этого

R = [ h ( B ), s ( F ), v ( B )]



где s ( F ) — насыщенность переднего плана, h ( B ) — оттенок
фон, а v ( B ) представляет значение фона.An
проиллюстрирован пример применения режима наложения Saturation
на рисунке
5.21.

Рисунок 5.21:
Пример режима насыщенности

Мы снова видим изображение нашего цветка в
Фигура
5.21 (а) играя роль
слой переднего плана. Однако теперь фоновый слой, показанный на
Фигура
5.21 (b), был построен для
различаются только оттенком и стоимостью. На этом слое оттенок меняется по
горизонтальное направление и значение по вертикали.Результат
применение режима насыщенности показано на
Фигура
5.21 (с).

В режиме наложения Value результирующие пиксели являются
сочетание значения переднего плана и оттенка и насыщенности
фона. Выражение для этого:

R = [ h ( B ), s ( B ), v ( F )]



Здесь v ( F ) представляет значение переднего плана, h ( B ) — оттенок фона,
и s ( B ) насыщенность фона.Пример такого смешивания
режим показан на рисунке
5.22.

Рисунок 5.22:
Пример режима значений

Фоновый слой, показанный на
Фигура
5.22 (б), варьируется по оттенку в
горизонтальное направление и насыщенность по вертикали. В
результат этого режима показан на
Фигура
5.22 (с).

Последний пример в этом разделе иллюстрирует смешение цветов.
режим. Этот режим сочетает в себе оттенок и насыщенность переднего плана с
фоновая легкость.Легкость была определена ранее в
Раздел
5.3; легкости всегда немного меньше
ярче, чем значение. Выражение для этого режима наложения:

R = [ h ( F ), s ( F ), l ( B )]



где h ( F ) и s ( F ) — оттенок и насыщенность переднего плана,
и l ( B ) — яркость фона. Пример этого
режим наложения показан на рисунке.
5.23.

Рисунок 5.23:
Пример цветового режима

Здесь фон, показанный на
Фигура
5.23 (b), варьируется только по стоимости. В
результат показан на рисунке
5.23 (с).


© 2000 Gimp-Savvy.com

Saturation — Nectar 3 Help Documentation

Обзор

Saturation можно использовать для добавления к вокальной дорожке тонкой теплоты или интенсивного искажения. Модуль насыщенности
имеет семь различных режимов для подчеркивания гармоник и добавления уникального цвета и характера к
вокал.

Руководство по интерфейсу модуля

На изображении ниже показаны элементы управления и измерители, доступные в модуле «Насыщенность».


Элементы управления

В панели модуля Насыщенность доступны следующие параметры:


Режим

Определяет тип насыщенности, применяемой к сигналу.

В следующей таблице приведены звуковые характеристики различных режимов насыщения.

Сумма

Определяет количество привода, применяемого к выбранному режиму насыщения.

Постфильтр

Позволяет уменьшить нежелательную высокочастотную составляющую в обрабатываемом сигнале.

Примечания к фильтру сообщений

  • Фильтр верхней полки в модуле насыщенности — , только применяется к влажному (обработанному) выходу
    модуль.
  • Щелкните и перетащите узел фильтра вверх и вниз, чтобы настроить усиление.
  • Щелкните и перетащите узел фильтра влево и вправо, чтобы настроить частоту.

Глобальное управление модулями

Цепочка модулей имеет общие элементы управления для каждого модуля, включая обход, соло, удаление, изменение порядка и
Влажная / сухая смесь.

Global Controls Глава

Чтобы узнать больше о цепочке модулей и других глобальных элементах управления в Nectar 3, посетите Глобальный
Глава управления.


Метры

Модуль насыщенности включает два анализатора спектра и дисплей выделения гармоник для мониторинга
эффект обработки.

Анализатор спектра

Отображает величину (уровень) сигнала по частотному спектру в реальном времени. Вертикальная линейка на
левый край панели модуля измеряет амплитуду сигнала в децибелах (дБ).Горизонтальная линейка
вдоль нижнего края панели модуля измеряет частоту в герцах (Гц).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *