Электроника:Полупроводники/Биполярные транзисторы/Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП)

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП)[1]

Хотя схемы, в которых транзисторы выполняют роль переключателя, работают без смещения, для аналоговых схем работать без смещения – нетипично. Один из редких примеров – «однотранзисторное радио» (описано в 9-й главе) с усиленным детектором AM (амплитудной модуляцией). Обратите внимание на отсутствие резистора смещения на базе в схеме того радио. Однако в этом разделе рассмотрим несколько основных схем смещения, которые могут устанавливать заданный IЭ эмиттерного тока. При желаемом IЭ, резисторы смещения каких номиналов потребуются (RБ, RЭ и т.д.)?

Резистор смещения базы

В простейшем случае для смещения между базой и батареей базы VББ применяется резистор смещения базы. Вместо нового источника смещения удобнее использовать существующий источник питания VКБ. Примером каскада аудиоусилителя, использующего смещение базы, является «Кристаллический радиоприёмник с одним транзистором», который тоже разбирается в главе 9. В том примере обратите внимание на резистор между базой и выводом аккумулятора. Аналогичная схема изображена на рисунке 1 ниже. Пропишите уравнение ПНК (правило напряжений Кирхгофа) для контура, содержащего батарею, RБ и диодное падение напряжение VБЭ транзистора, как показано на рисунке 1 ниже. Обратите внимание, что мы используем VББ для базового питания, хотя на самом деле это VКБ. Если β велико, допустимо приближение IК = IЭ. Для кремниевых транзисторов VБЭ ≅ 0,7В.

Рис. 1. Резистор смещения базы (RБ).
Рис. 1. Резистор смещения базы (RБ).

Кремниевые слаботочные транзисторы обычно имеют β в диапазоне 100–300.

Пример расчёта

Полагая, что у нас есть транзистор с β = 100, какое значение резистора смещения базы требуется, чтобы обеспечить ток эмиттера 1 мА? Решение уравнения базового смещения IЭ для RБ и замена β, VББ, VБЭ и IЭ даёт 930 кОм. Ближайшее стандартное значение - 910 кОм.

Рис. 2. Находим сопротивление резистора базы RБ.
Рис. 2. Находим сопротивление резистора базы RБ.

Какой ток эмиттера с резистором 910 кОм? Каков ток эмиттера, если мы случайно получим транзистор β = 300?

Рис. 3. Находим эмиттерный ток IЭ.
Рис. 3. Находим эмиттерный ток IЭ.

Ток эмиттера мало изменяется при использовании резистора стандартного номинала 910 кОм. Однако при изменении β от 100 до 300 эмиттерный ток утроился. Это неприемлемо для усилителя мощности, если мы ожидаем, что напряжение коллектора будет колебаться от около VКБ до заземления. Однако для слабых сигналов (от микровольт до примерно вольт) точка смещения может быть центрирована для среднеквадратичного β: √(100 × 300) ≈ 173. Точка смещения всё равно будет сильно смещаться. Однако низкоуровневые сигналы не будут обрезаться.

Базовое смещение не подходит для высоких эмиттерных токов, используемых в усилителях мощности. Смещённый к базе эмиттерный ток нестабилен по температуре. Температурный разгон – результат высокого эмиттерного тока, вызывающего повышение температуры, что вызывает увеличение эмиттерного тока, что ещё больше увеличивает температуру.

Смещение коллектора обратной связи (СКОБ)

Вариации смещения, вызванные температурой, а также бета-коэффициентом, можно уменьшить, переместив конец VББ резистора смещения базы к коллектору, как показано на рисунке ниже. Если ток эмиттера увеличился, падение напряжения на RK увеличилось, уменьшив VК, уменьшив IЭ, возвращаемое на базу. Это, в свою очередь, уменьшает эмиттерный ток, корректируя первоначальное увеличение.

Прописываем уравнение ПНК для контура, содержащего батарею, RK, RБ и падение напряжения VБЭ. Производим замену IК ≅ IЭ и IЭ ≅ IЭ / β. Решение для IЭ даёт уравнение для СКОБ.

Рис. 4. Смещение коллектора обратной связи.
Рис. 4. Смещение коллектора обратной связи.

Пример расчёта

Найдите требуемое сопротивление резистора СКОБ для тока эмиттера 1 мА, нагрузочного резистора коллектора 4,7 кОм и транзистора с β = 100. Найдите напряжение коллектора VК. Это должно быть примерно посередине между VКБ и «землёй».

Рис. 5. Сопротивление резистора коллектора обратной связи.
Рис. 5. Сопротивление резистора коллектора обратной связи.

Ближайшее стандартное значение для резистора СКОБ 460 кОм составляет 470 кОм. Найдём ток эмиттера IЭ с резистором 470 кОм. Пересчитаем ток эмиттера для транзистора с β = 100 и β = 300.

Рис. 6. Находим эмиттерный ток IЭ.
Рис. 6. Находим эмиттерный ток IЭ.

Мы видим, что при изменении бета-коэффициента от 100 до 300 эмиттерный ток увеличивается с 0,989 мА до 1,48 мА. Это улучшение по сравнению с предыдущей схемой базового смещения, где увеличение с 1,02 мА до 3,07 мА. Смещение обратной связи коллектора в два раза стабильнее, чем базовое смещение, в отношении вариативного бета.

Смещение эмиттера

Вставка резистора RЭ в цепь эмиттера, как на рисунке 7 ниже, вызывает дегенерацию сигнала, также известную как отрицательная обратная связь (об этом рассказано в одном из следующих разделов этой главы). Это препятствует изменению тока эмиттера IЭ из-за изменений температуры, допусков резистора, вариативности бета-коэффициента или допуска источника питания. Типовые допуски следующие: резистор – 5%, бета – 100–300, блок питания – 5%. Почему эмиттерный резистор может стабилизировать изменение тока? Полярность падения напряжения на RЭ обусловлена напряжением коллекторной батареи VКБ. Вывод резистора, ближайший к (-) выводу батареи, тоже является (-), а вывод, ближайший к выводу (+) батареи, – это (+). Обратите внимание, что (-) вывод RЭ подключён через батарею VББ и RБ к базе. Любое увеличение тока, протекающего через RЭ, увеличит величину отрицательного напряжения, приложенного к цепи базы, уменьшив ток базы, уменьшив ток эмиттера. Этот уменьшающийся ток эмиттера частично компенсирует первоначальное увеличение.

Обратите внимание, что батарея с базовым смещением VББ используется вместо VКБ для смещения базы на этом рисунке. Позже мы покажем, что смещение эмиттера более эффективно при использовании батареи с более низким базовым смещением. Между тем, мы пишем уравнение ПНК для контура, проходящего через переход база/эмиттер, обращая внимание на полярность компонентов. Подставляем IЭ ≅ IЭ / β и решаем ток эмиттера IЭ. Это уравнение может быть решено для RБ в уравнении: «RБ эмиттера смещения», на рисунке 7 выше.

Перед применением уравнений «RБ эмиттера смещения» и «IЭ эмиттера смещения», на рисунке 7 выше, нам нужно выбрать значения для RK и RЭ. RK связан с питанием коллектора VКБ и желаемым током коллектора IК, который, как мы предполагаем, приблизительно равен току эмиттера IЭ.

Обычно точка смещения для VК устанавливается на половину VКБ. Однако его можно установить повыше, чтобы компенсировать падение напряжения на эмиттерном резисторе RЭ. Ток коллектора – это то, что нам требуется в зависимости от цели, его значение выбираем. Он может варьироваться от микроампер до ампер в зависимости от приложения и номинала транзистора. Выбираем IК = 1 мА, что типично для схемы на слаботочном транзисторе.

Пример расчёта

Рассчитываем значение RБ и выбираем близкое стандартное значение. Эмиттерный резистор, который составляет 10-50% резистора нагрузки коллектора, обычно работает хорошо.

Рис. 8. Находим RБ.
Рис. 8. Находим RБ.

Для RБ был рассчитан резистор на 883 кОм, выбрано 870 кОм. При β = 100, IЭ составляет 1,01 мА.

Рис. 9. Находим эмиттерный ток.
Рис. 9. Находим эмиттерный ток.

Для β = 300 токи эмиттера показаны в таблице ниже.

Сравнение эмиттерных токов для β = 100; 300:
Схема смещения IЭ β = 100 IЭ β = 300
Базовое смещение 1,02 мА 3,07 мА
Обратная связь с коллектором 0,989 мА 1,48 мА
Смещение эмиттера, VББ = 10 В 1.01 мА 2,76 мА

Согласно этой таблице, для VББ = 10 В смещение эмиттера не очень хорошо стабилизирует эмиттерный ток. Этот пример смещения эмиттера получше будет, чем предыдущий пример смещения базы, но ненамного. Ключом к эффективному смещению эмиттера является снижение базового VББ ближе к величине смещения эмиттера.

Итак, что у нас есть на данный момент? Умножаем ток эмиттера на сопротивление эмиттера и округляем: IЭ × RЭ = (1 мА) × (470) = 0,47 В. Вдобавок к этому нам нужно что-то сделать с VБЭ = 0.7 В. Таким образом, нам нужен VББ > (0,47 + 0,7) В или > 1,17 В. Если ток эмиттера изменяется, это число изменится по сравнению с постоянным базовым питанием VББ, вызывая корректировку базового тока IБ и тока эмиттера IЭ. Оптимальное значение для VБ – больше 1,17-2 В.

Рис. 10. Находим RБ.
Рис. 10. Находим RБ.

Расчётное сопротивление базового резистора на 83 кОм намного ниже, чем у предыдущего 883 кОм. Выбираем 82к из списка стандартных значений. Токи эмиттера с RБ 82 кОм для β = 100 и β = 300 составляют:

Рис. 11. Находим эмиттерный ток.
Рис. 11. Находим эмиттерный ток.

Сравнивая токи эмиттера для смещения эмиттера с VББ = 2 В при β = 100 и β = 300 с предыдущими примерами схемы со смещениями в таблице ниже, видим значительное улучшение при 1,75 мА, хотя и не так хорошо, как 1,48 мА коллектора обратной связи.

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300:
Схема смещения IЭ β = 100 IЭ β = 300
Базовое смещение 1,02 мА 3,07 мА
Обратная связь с коллектором 0,989 мА 1,48 мА
Смещение эмиттера, VББ = 10 В 1.01 мА 2,76 мА
Смещение эмиттера, VББ = 2 В 1.01 мА 1,75 мА

Чтобы улучшить характеристики смещения эмиттера, стоит либо увеличить сопротивление резистора эмиттера RЭ, либо уменьшить напряжение смещения базы VББ, либо и то, и другое.

Например, мы удваиваем сопротивление резистора эмиттера до ближайшего стандартного значения 910 Ом.

Рис. 12. Удвоим сопротивление эмиттерного резистора.
Рис. 12. Удвоим сопротивление эмиттерного резистора.

Вычисленное RБ = 39 кОм – резистор стандартного номинала. Нет необходимости пересчитывать IЭ для β = 100. Для β = 300 это:

Рис. 13. Находим эмиттерный ток для β = 300.
Рис. 13. Находим эмиттерный ток для β = 300.

Теперь характеристики цепи с эмиттерным смещением (сопротивление эмиттерного резистора 910 Ом) значительно улучшены:

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300:
Схема смещения IЭ β = 100 IЭ β = 300
Базовое смещение 1,02 мА 3,07 мА
Обратная связь с коллектором 0,989 мА 1,48 мА
Смещение эмиттера, VББ = 10 В 1.01 мА 2,76 мА
Смещение эмиттера, VББ = 2 В, RЭ = 470 1.01 мА 1,75 мА
Смещение эмиттера, VББ = 2 В, RЭ = 910 1,00 мА 1,25 мА

В качестве тренировки переделаем пример со смещения эмиттера с резистором эмиттера, взяв снова для него значение 470 Ом, а напряжение смещения базы уменьшив до 1,5 В. Базовый резистор 33 кОм – это стандартное значение, ток эмиттера при β = 100 тоже в порядке (нет надобности считать снова). Ток эмиттера при β = 300 составляет:

Рис. 14. Находим эмиттерный ток для β = 300.
Рис. 14. Находим эмиттерный ток для β = 300.

В таблице ниже сравниваются результаты для 1 мА и 1,38 мА с предыдущими примерами.

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300:
Схема смещения IЭ β = 100 IЭ β = 300
Базовое смещение 1,02 мА 3,07 мА
Обратная связь с коллектором 0,989 мА 1,48 мА
Смещение эмиттера, VББ = 10 В 1.01 мА 2,76 мА
Смещение эмиттера, VББ = 2 В, RЭ = 470 1.01 мА 1,75 мА
Смещение эмиттера, VББ = 2 В, RЭ = 910 1,00 мА 1,25 мА
Смещение эмиттера, VББ = 1,5 В, RЭ = 910 1,00 мА 1,38 мА

Уравнения смещения эмиттера повторены ниже с включённым внутренним сопротивлением эмиттера для большей точности. Внутреннее сопротивление эмиттера – это сопротивление в цепи эмиттера внутри корпуса транзистора. Это внутреннее сопротивление rЭ является значительным, когда (внешнее) сопротивление эмиттерного резистора RЭ мало или даже равно нулю. Значение внутреннего сопротивления rЭ функционально зависит от тока эмиттера IЭ:

Формула для rЭ:
rЭ = KT/IЭm

Где:

K = 1.38 × 10-23 Ватт сек./°C, постоянная Больцмана
T = температура в Кельвинах ≅ 300
IЭ = эмиттерный ток
m = значение от 1 до 2 для кремниевого транзистора

rЭ ≅ 0.026 В / IЭ = 26 мВ / IЭ

Для уточнения приближение 26 мВ указано в уравнение rЭ:

Рис. 15. Здесь также уравнения смещения эмиттера с внутренним сопротивлением эмиттера rЭ.
Рис. 15. Здесь также уравнения смещения эмиттера с внутренним сопротивлением эмиттера rЭ.

Более точные уравнения смещения эмиттера на этом рисунке могут быть получены путём записи уравнения ПНК. В качестве альтернативы, начните с уравнений IЭ и RБ для смещения эмиттера на рисунке 15 выше, заменив RЭ на rЭ + RЭ. В результате получим уравнения для IЭ и RБ для перехода база/эмиттер соответственно.

Повторим расчёт RБ в предыдущем примере, но с учётом rЭ и сравним результаты:

Рис. 16. Снова считаем RБ, но с учётом rЭ.
Рис. 16. Снова считаем RБ, но с учётом rЭ.

Включение rЭ в расчёт приводит к более низкому значению сопротивления базового резистора RБ, как показано в таблице ниже. Оно падает ниже стандартного значения резистора 82 кОм, а не поднимается выше него.

Влияние rЭ на расчётное знаечние RБ:
Чему равно rЭ? Значение RБ
Без rЭ 83 кОм
Вместе с rЭ 80,4 кОм

Обходный конденсатор для RЭ

Одна из проблем со смещением эмиттера заключается в том, что значительная часть выходного сигнала падает на эмиттерном резисторе RЭ (рисунок 17 ниже). Это падение напряжения на эмиттерном резисторе идёт последовательно с базой и имеет противоположную полярность по сравнению с входным сигналом. (Это похоже на обычную конфигурацию с общим коллектором с коэффициентом усиления < 1). Это ухудшение сильно снижает коэффициент усиления от базы к коллектору. Решением для усилителей сигналов переменного тока является обход эмиттерного резистора с помощью конденсатора. Это восстановит усиление переменного тока, поскольку конденсатор не подходит для AC. Постоянный ток эмиттера всё ещё испытывает вырождение в эмиттерном резисторе, таким образом стабилизируясь.

Рис. 17. CОбходн. необходим, чтобы предотвратить снижение усиления переменного тока.
Рис. 17. CОбходн. необходим, чтобы предотвратить снижение усиления переменного тока.

Ёмкость обходного конденсатора зависит от самой низкой частоты, которую нужно усилить.

Для радиочастот CОбходн. будет небольшим. Для аудиоусилителя с диапазоном частот до 20 Гц он будет большим. «Практическое правило» для обходного конденсатора заключается в том, что реактивное сопротивление должно составлять десятую (1/10) от сопротивления эмиттера или меньше. Конденсатор должен быть спроектирован таким образом, чтобы выдерживать самую низкую частоту усиления. Конденсатор для аудиоусилителя с диапазоном частот от 20 Гц до 20 кГц будет таким:

Рис. 18. Ёмкость обходного конденсатора для мощного аудиоусилителя.
Рис. 18. Ёмкость обходного конденсатора для мощного аудиоусилителя.

Обратите внимание, что внутреннее сопротивление эмиттера rЭ не обходится обходным конденсатором.

Смещение делителя напряжения

Для стабильного смещения эмиттера требуется источник смещения базы низкого напряжения, как показано на рисунке 19 ниже. Альтернативой базовому источнику питания VББ является делитель напряжения, основанный на питании коллектора VКБ.

Рис. 19. Смещение делителя напряжения заменяет базовую батарею делителем напряжения.
Рис. 19. Смещение делителя напряжения заменяет базовую батарею делителем напряжения.

Методика проектирования состоит в том, чтобы сначала разработать схему смещения эмиттера, а затем преобразовать её в конфигурацию смещения делителя напряжения с помощью теоремы Тевенена. Требуемая последовательность действий показана на рисунке 20 ниже. Сначала изобразите делитель напряжения – пока без конкретных значений. Уберите черту-перегородку базы (теперь база транзистора – это нагрузка). Примените теорему Тевенена, чтобы получить одно эквивалентное сопротивление Тевенена RТевенен и один источник напряжения Тевенена VТевенен.

Рис. 20. Теорема Тевенена преобразует делитель напряжения в униполярное напряжение VТевенен и сопротивление RТевенен.
Рис. 20. Теорема Тевенена преобразует делитель напряжения в униполярное напряжение VТевенен и сопротивление RТевенен.

Эквивалентное сопротивление Тевенена – это сопротивление от точки нагрузки (показано стрелкой) с аккумулятором (VКБ), уменьшенным до 0 («земля»). Другими словами, R1||R2. Эквивалентное напряжение Тевенена – это напряжение холостого хода (нагрузка снята). Этот расчёт выполняется методом деления коэффициента делителя напряжения. R1 получается за счёт исключения R2 из пары уравнений для RТевенен и VТевенен. Уравнение R1 выражается в известных величинах RТевенен, VТевенен, VКБ. Обратите внимание, что RТевенен – это RБ, резистор смещения из конструкции эмиттерного смещения. Уравнение для R2 выражается через R1 и RТевенен.

Рис. 21. Находим R1.
Рис. 21. Находим R1.

Преобразуем предыдущий пример со смещением эмиттера для конфигурации со смещением делителя напряжения.

Рис. 22. Преобразования эмиттерного смещения в смещение делителя напряжения.
Рис. 22. Преобразования эмиттерного смещения в смещение делителя напряжения.

Эти значения были ранее выбраны или рассчитаны для примера смещения эмиттера.

Рис. 23. Пересчитываем с учётом того, что эмиттерное смещения преобразовано в смещение делителя напряжения
Рис. 23. Пересчитываем с учётом того, что эмиттерное смещения преобразовано в смещение делителя напряжения

Подставляем VКБ, VББ, RБ и находим R1 и R2 для конфигурации смещения делителя напряжения.

Рис. 24. Находим R1 и R2 для конфигурации смещения делителя напряжения
Рис. 24. Находим R1 и R2 для конфигурации смещения делителя напряжения

R1 – стандартное значение 220К. Ближайшее стандартное значение R2, соответствующее 38,8 кОм, составляет 39 кОм. Это не особо меняет IЭ, чтобы считать его снова. Давайте ещё потренируемся на примере. Рассчитаем резисторы смещения для каскодного усилителя, показанного на рисунке 25 ниже. VБ2 - напряжение смещения для каскада с общим эмиттером. VБ1 – это довольно высокое напряжение на уровне 11,5, потому что мы хотим, чтобы каскад с общей базой удерживал на эмиттере 11,5 - 0,7 = 10,8 В, т.е. около 11 В (это будет 10 В, если учесть падение напряжения на RБ1). То есть каскад с общей базой является нагрузкой, заменяющей резистор, для коллектора каскада с общим эмиттером. Нам нужен ток эмиттера в 1 мА.

Рис. 25. Смещение для каскодного усилителя.
Рис. 25. Смещение для каскодного усилителя.

А теперь преобразуем базовые резисторы смещения для каскодного усилителя в резисторы смещения делителя напряжения, управляемые напряжением VКБ 20 В.

Рис. 26. Окончательная принципиальная схема показана в главе 9 «Практические аналоговые схемы», где мы разбираем каскодный усилитель класса А.
Рис. 26. Окончательная принципиальная схема показана в главе 9 «Практические аналоговые схемы», где мы разбираем каскодный усилитель класса А.

Итоговый алгоритм

  • См. сравнительную таблицу ниже.
  • Выберите требуемую конфигурацию цепи смещения.
  • Выберите RK и IЭ для предполагаемого приложения. Значения RK и IЭ обычно должны устанавливать напряжение коллектора VК равным ½ от VКБ.
  • Рассчитайте сопротивление базового резистора RБ, чтобы получить желаемый ток эмиттера.
  • При необходимости пересчитайте ток эмиттера IЭ для резисторов стандартного номинала.
  • Для смещения делителя напряжения сначала выполните расчёты смещения эмиттера, а затем определите R1 и R2.
  • Для усилителей переменного тока обходный конденсатор, включённый параллельно с RЭ, улучшает усиление переменного тока. Установите XC ≤ 0,10 × RЭ для минимальной частоты.
  • Сводим вместе результаты всех уравнений смещения.
    Рис. 27. Сводная таблица для всех уравнений смещения.
    Рис. 27. Сводная таблица для всех уравнений смещения.

См.также

Внешние ссылки

  1. ↑ www.allaboutcircuits.com - Transistor Biasing Calculations
Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное
Теория по электронике
Постоянный ток
Основные концепты электричества • Статическое электричество • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи • Напряжение и электроток • Сопротивление • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов
Закон Ома • Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • Резисторы • Нелинейная проводимость • Построение цепи • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей
Правила электробезопасности • Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • Техника безопасности • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека
Экспоненциальная запись и метрические приставки • Экспоненциальная запись • Арифметические операции для экспоненциальной записи • Метрические обозначения • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE
Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • Электропроводность • Рассчитываем мощность • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)
Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей
Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • Высоковольтный омметр • Мультиметры • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • Мостовые схемы • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор
Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • Тахогенераторы • Теромопары • Измерения pH • Тензодатчики
Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • Теорема Миллмана • Теорема о суперпозиции • Теорема Тевенена • Теорема Нортона • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования
Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • Батарейные конструкции • Рейтинг батарей • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей
Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • Размеры проводов• Допустимые токовые нагрузки на провода • Предохранители • Удельное сопротивление • Температурный коэффициент сопротивления • Сверхпроводимость • Пробивное напряжение диэлектрика
Конденсаторы • Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения - Конденсаторы
Магнетизм и электромагнетизм • Постоянные магниты • Электромангетизм • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • Электромагнитная индукция • Взаимная индукция
Катушки индуктивности • Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности
Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • Сложные схемы • Расчёт неизвестного времени
Переменный ток
Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока • Принципы радио
Комплексные числа • Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока
Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?
Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи • Особенности конденсаторов
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • Последовательные R/L/C-цепи • Параллельные R/L/C-цепи • Последовательно-параллельные R/L/C-цепи • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?
Резонанс • Электрический маятник • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • Применение резонанса • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи
Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты - Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях
Фильтры • Что такое фильтр? • Низкочастотные фильтры • Высокочастотные фильтры • Полосовые фильтры • Полосно-заграждающие фильтры • Резонансные фильтры • Подводя итоги по фильтрам
Трансформаторы • Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • Электрическая изоляция • Фазировка • Конфигурации обмотки • Регулировка напряжения • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы
Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • Чередование фаз • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности
Коэффициент мощности • Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности
Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • Измерение мощности • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока
Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • Синхронные двигатели • Синхронный конденсатор • Двигатель с магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока
Линии передачи • Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • Характеристический импеданс • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • Преобразование импеданса • Волноводы
Полупроводники
Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • Усилители • Коэффициент усиления • Децибелы • Абсолютные дБ-шкалы • Аттенюаторы
Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • Квантовая физика • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • P-N-переход • Полупроводниковые диоды • Транзисторы с биполярным переходом • Полевые транзисторы • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • Тиристоры • Методы производства полупроводников • Сверхпроводящие устройства • Квантовые устройства • Полупроводниковые приборы в SPICE
Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • Схемы выпрямителей • Пиковый детектор • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE
Биполярные транзисторы • Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • Каскодный усилитель • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Импеданс усилителя • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)
Полевые транзисторы • Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)
Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором
Тиристоры • Гистерезис • Газоразрядные лампы • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • Оптотиристоры • Однопереходной транзистор • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением
Операционные усилители • Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • «Операционный» усилитель • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей
Практические аналоговые полупроводниковые схемы • Электростатический разряд • Схемы источников питания • Схемы усилителей • Осцилляторные схемы • Радиосхемы • Вычислительные схемы • Измерительные схемы
Приводы двигателей постоянного тока • Широтно-импульсная модуляция
Электронные лампы • Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • Триод • Тетрод • Силовой лучевой тетрод • Пентод • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники
Цифровая электроника
Системы счисления • Числа и способы их выражения • Системы счисления • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления
Двоичная арифметика • Числа и системы счисления • Двоичное сложение • Отрицательные двоичные числа • Двоичное вычитание • Двоичное переполнение • Наборы битов
Логические вентили • Цифровые сигналы и вентили • Вентили «НЕ» • «Буферные» вентили • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • Схемы КМОП-вентилей • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы
Переключатели • Типы переключателей • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание • «Дребезжание» контактов
Электромеханические реле • Устройство реле • Контакторы • Реле с задержкой времени • Защитные реле • Твердотельные реле
Релейная логика • «Лестничные» диаграммы • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • Отказоустойчивость • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
Булева алгебра • Булева алгебра – Введение • Логическая арифметика • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения
Карты Карно • Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными
Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • Неполный сумматор • Полный сумматор • Декодер • Кодер • Демультиплексоры • Мультиплексоры • Совместное использование множественных комбинационных схем
Мультивибраторы • Цифровая логика с обратной связью • SR-защёлка • Вентильная SR-защёлка • D-защёлка • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • JK-триггер • Триггеры с асинхронными входами • Моностабильные мультивибраторы
Схемы последовательностей • Двоичная счётная последовательность • Асинхронные счётчики • Синхронные счётчики • Конечные автоматы
Сдвиговые регистры • Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) • Кольцевые счётчики
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • Параллельные АЦП • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • Отслеживающий АЦП • Скатные (интегрирующие) АЦП • Дельта-сигма АЦП • Практические аспекты схем АЦП
Цифровая связь • Цифровая связь – Введение • Сети и шины • Потоки данных • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • Топология сети • Сетевые протоколы • Практические аспекты цифровой связи
Цифровое хранилище (память) • Почему «цифровое»? • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»
Принципы цифровых вычислений • Двоичный сумматор • Таблицы поиска • Конечные автоматы • Микропроцессоры • Микропроцессорное программирование
Справочные материалы
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения
Цветовая маркировка • Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки
Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов
Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • Свойства степеней • Извлечение корней • Важные константы • Логарифмы • Формулы сокращённого умножения • Квадратное уравнение • Прогрессии • Факториалы • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения
Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • Тригонометрические формулы • Гиперболические функции
Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • Производная числа • Общие производные • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • Общие первообразные • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления • Дифференциальные уравнения
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей
Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки
Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • Источники питания • Типы резисторов • Типы конденсаторов • Катушки индуктивности • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • Соединители • Диоды • Биполярные транзисторы • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • Гибридные транзисторы • Тиристоры • Интегральные схемы • Электронные лампы
Периодическая таблица химических элементов • Таблица Менделеева
Эксперименты
Введение • Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию
Основные концепции и испытательное оборудование • Использование вольтметра • Использование омметра • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • Закон Ома • Нелинейное сопротивление • Рассеяние мощности • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией
Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • Делитель напряжения • Делитель тока • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • Прецизионный потенциометр • Ограничение диапазона реостата • Термоэлектричество • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • Потенциометрический вольтметр • 4-проводное измерение сопротивления • Простейший компьютер • Картошка-батарейка • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения
Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • Сборка трансформатора • Переменный индуктор • Чувствительный аудиодетектор • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • Асинхронный двигатель • Асинхронный двигатель побольше • Фазовый сдвиг • Погашение звука • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • ПК-осциллограф • Анализ волновых сигналов • Колебательный контур • Сигнальная связь
Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • Коммутирующий диод • Полупериодный выпрямитель • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • Цепь «выпрямитель/фильтр» • Регулятор напряжения • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • Повторитель напряжения • Усилитель с общим эмиттером • Многокаскадный усилитель • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • Дифференциальный усилитель • Простой операционный усилитель • Аудио осциллограф • Ламповый аудио усилитель
Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • Компаратор напряжения • Прецизионный повторитель напряжения • Неинвертирующий усилитель • Высокоимпедансный вольтметр • Интегратор • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • ШИМ-контроллер мощности • Аудиоусилитель класса B
Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • Светодиодный секвенсор • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик • 7-сегментный дисплей
Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Электроника:Полупроводники/Биполярные_транзисторы/Расчёт_смещения_для_транзисторов_с_биполярным_переходом_(ТБП)&oldid=7737489