Схемотехника: Типовые схемы включения Биполярных транзисторов (ОЭ, ОБ, ОК)

Я новичок в схемотехнике, сейчас вдумчиво изучаю цикл статей «Основы на пальцах». И мне также хочется разобраться с особенностями разных каскадов включения биполярных транзисторов (ОЭ, ОБ, ОК). Поэтому, для прояснения, решил промоделировать их в Proteus: «Bipolar transistor cascades modelling (Proteus 7.7).zip»

Тут 4 листа, на каждом рассмотрено по одной модели, снабжены графиками…
Прошу прощения, что надписи на листах на английском. Когда редактировал, то где-то вылезли кракозяблы — и мне показалось, что мой Proteus не принимает русскую кодовую страницу...


Уважаемые Знатоки, прошу обратить внимание на эти модели, проверить их на правильность, и возможно приложить к основному курсу / посту «Основы на пальцах. Часть 3» (в качестве «наглядных примеров»).

(Примечание: картинки кликабельны и ведут на полноразмерное изображение...)
Bipolar transistor cascade: Common Emitter circuit

Bipolar transistor cascade: Common Collector circuit (emitter follower)

Bipolar transistor cascade: Common Base (opposite polarity in circuits)

Bipolar transistor cascade: mixed Common Emitter and Common Collector circuit (experiment)

Читая статьи, встретил чей-то вопрос в комментариях:
>>> Пытаюсь разобраться со схемами включения биполярного транзистора: Существует 3 схемы включения транзистора — ОК, ОЭ, ОБ… Представим, что транзистор не соединен ни одним из своих выводов с землей… Вопрос: Каким образом при таком включении понять по какой схеме включен транзистор?

Отличный вопрос! Меня это тоже волнует и интересует. Ведь чтобы понять суть метода, границы и условия его применения — нужно выйти за рамки этого правила, и осознать его место и положение в общем Знании… Поэтому четвёртой моделью в Proteus я рассмотрел некий гибридный каскад: смесь ОК и ОЭ (т.е. подключил нагрузку и в цепь коллектора, и к эмиттору).
Примечание: Такой каскад иногда используется в усилителях для получения одинаковых противофазных сигналов (для раскачки выходного каскада, например). В этом варианте нагрузочные резисторы в коллекторе и эмиттере одинаковы.
Vga

Что у меня из этого вышло? Если вкратце, то в плане задачи «усиления мощности» — неудача, и это очень поучительно рассмотреть. Далее, мои размышления поподробнее (поправляйте/дополняйте меня, если что)...

Полученная схема вобрала недостатки обоих исходных усилительных каскадов (с ОК и ОЭ), но при этом не демонстрировала их достоинств! Получившийся каскад также давал значительное усиление по току (усиливал мощность в 100 раз, равное «коэффициенту усиления по току» транзистора), но получившаяся мощность распределялась между потребителями в выходной цепи (Нагрузка1-ТранзисторКЭ-Нагрузка2), пропорционально их сопротивлению (поскольку они соединены последовательно). С одной стороны, это немного похоже на обычный каскад (ОК или ОЭ), к выходу которого последовательных подключено несколько потребителей… Но это не совсем так: тут ключевой момент в том, что сам транзистор также входит в эту цепочку!

Минус 1: Транзистор всегда работает в линейном режиме и никогда не переходит в насышение — наследие схемы с ОК: очень сильна отрицательная обратная связь. А ток то течёт одинаковый через всех — и на транзисторе высаживается очень большая мощность (сравнимая с потреблением самой нагрузки), которая расходуется только на паразитный перегрев. Таким образом, большой ток в выходной цепи через эту схему не прогонишь — тогда спрашивается зачем было пихать дополнительную нагрузку в цепь коллектора? А обычно в коллекторную цепь ставят СИЛОВУЮ нагрузку, которой надо как можно большая мощность (т.е. ей повышение и напряжения, и тока — одинаково выгодны). А тут ВЫХОДНАЯ МОЩНОСТЬ НА НАГРУЗКЕ СИЛЬНО ОГРАНИЧЕНА.

Минус 2: «Эмитторный повторитель» (схема с ОК) хорош именно тем, что даёт на выходе напряжение практически равное тому что на входе усилительного каскада (т.е. усиливается только ток, причём значительно, в сотни раз) — этот каскад для специфических целевых применений.
Как например, для согласования низкоомного входа (мощного входа, которому требуется много тока для раскачки) <<== и сигнала снимаемого с высокоомного выхода (т.е. маломощного выхода, который может дать малый ток). Без усилительного каскада не обойтись — здесь «эмитторный повторитель» простое и дешёвое решение: ток усилит, а напряжение сохранит. Хотя конечно «эмитторный повторитель» при этом всё-таки немного уменьшит и напряжение сигнала (причём нелинейно, т.е. необратимо исказит) — поэтому в ответственных случаях используют другие схемы усилителей: на операционных усилителях...
А что я увидел на выходе этой гибридной схемы? Выходной сигнал снимаемый с эмиттера транзистора (output2 на модели Proteus) — уже нифига не повторяет входной сигнал, а стал меньше, пропорционально поделённый между сопротивлениями выходной цепи (Нагрузка1-ТранзисторКЭ-Нагрузка2). Таким образом, наличие нагрузки в коллекторной цепи убило «эмитторный повторитель» — ну и зачем тогда вообще нужна такая схема (риторический вопрос)?

Минус 3: Так как нагрузки в выходной цепи включены последовательно, то ток в них течёт одинаковый — следовательно, ОЧЕНЬ ЗАТРУДНЕНО ИХ СОГЛАСОВАНИЕ.
Нагрузки не могут слишком разниться по потребляемой мощности; и вообще, все должны быть рассчитаны на одинаковый рабочий ток; причём, изменения в потреблении одной из нагрузок (модуляции её сопротивления) радикально влияют на всю цепочку (помехи, вывод с режима)...
Короче, тут всё совсем плохо. Т.о. такая схема допустима только если все нагрузки статичны и одинаковые (например, гирлянда лампочек) — но тогда, вообще ВСЕ нагрузки гораздо лучше втулить только в одну цепь, либо коллектора (чаще всего), либо эмиттора.

Итак, вывод: смешивать схемы включения биполярных транзисторов (ОЭ, ОБ, ОК) никогда не стоит — иначе, получится нечто бестолковое и бесполезное.

Правило: Нужно всегда применять конкретную (одну из этих трёх) типовую схему, в зависимости от схемотехнической задачи. Поэтому и в практических (чужих) схемах иных случаев не встретится. Поэтому тут не стоит и голову ломать над вопросом: «а что если трензистор включён как-то странно?» — транзистор всегда включён в одну из типовых схем, реализующих конкретную идею, цель.

Однако не совсем так… На самом деле: «нечистые», комбинированные схемы есть и используются. Действительно, здесь каскады рассмотрены только со стороны усиления мощности, как единственной задачи. Но ещё ж бывают и другие задачи:
Встречаются каскады, работающие одновременно в нескольких режимах, обычно с несколькими сигналами. Например смесители, гетеродины-смесители, сверхрегенераторы, дифференциальные усилители, etc. Ну и классический ОЭ каскад имеет некоторые черты ОК и ОБ — на эмиттерном резисторе выделяется сигнал, выходной для ОК и входной для ОБ (сигнал ООС).
Vga

Замечание: Кстати, в схемах ОК, ОЭ, ОБ не обязательно одна из ножек транзистора должна непременно находится на нулевом потенциале — не это является характерным признаком каскадов. Признак, это отсутствие сопротивления (потребителя мощности) в цепи одной из ножек транзистора — где отсутствует, то и считается «Общим». Привязка какой-то точки схемы к «нулевому потенциалу» (соединение с «землёй») — это условность, для отсчёта напряжений и согласования разных частей «целевой схемы», в которой этот каскад будет использоваться.
Т.е. вообще говоря, вопрос «где будем делать талию (т.е. землю) ?» — трансцендентен, выходит за рамки самого каскада.
Сначала проектируют отдельный усилительный каскад («трёхполюсник»), который принимает некий диаппазон напряжений A..C вольт, и на выходе у него некий диаппазон напряжений B..C вольт (в точке C соединяются два контура «входной» и «выходной», сюда же напрямую без резисторов подключён один из выводов транзистора — что определяет название и тип схемы включения).
А уже потом этот каскад включают в некоторое место целевой схемы (для его подключения можно выделить три точки). И вот только теперь появляется привязка каскада к «земле», потому что «земля» присутствует только в целевой схеме...


Исключения из правила: На практике, в реальных схемах, в эти типовые каскады могут вноситься некоторые дополнительные элементы (резисторы или др.) — защитные цепи (от нештатных ситуаций), компенсирующие (температурный дрейф характеристик), или вызывающие какие-то «смещения» или «подпирания» напряжения (настройка контура на конкретные значения A,C,B вольт)…
В последнем примере явно видно как работает электронщик, усложняя схему поэтапно: сначала DI HALT взял уже совершенно рабочий каскад на биполярном транзисторе (схема с ОЭ), и затем привнёс в него дополнительные свойства, внеся дополнительные элементы…
Но глядя на конечную схему — эти дополнительные элементы будут усложнять вид схемы и смущать неопытных электронщиков. Разумеется, эти дополнительные элементы также будут влиять и на передаточную ВАХ схемы, но не принципиально (передаточные характеристики всякого реального каскада всегда будут похожи на характеристики одной из типовых моделей).
Совет: при разборе чужой схемы, чтобы узнать какой используется каскад — нужно сперва очистить схему от этих дополнительных вспомогательных элементов (отбросить, будто их и не было, принципиально на работу схемы это не повлияет). Тогда будет ясно виден сам каскад, а его свойства известны, и станет понятно как он работает в схеме…

Как узнать какие элементы являются «дополнительными», которые внесены поздже основных для улучшения характеристик, и которые можно отбросить?
Нужен опыт… Внесённые «дополнительные элементы» по своим характеристикам значительно отличаются от «основных» по влиянию на схему — это признаки:
  • Если вносимые элементы подключаются ПАРАЛЛЕЛЬНО к основным, то их сопротивление выбирается на порядок(!) больше — и т.о. ток через них протекает значительно меньший, которым можно даже пренебречь в большинстве случаев (обычно, их малое влияние сглаживает некоторые участки передаточной ВАХ каскада)… Такие элементы довольно заметны и их можно смело отбрасывать.
  • Если вносимые элементы подключаются ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО в цепь к основным, то их сопротивление выбирается, напротив, на порядок меньше — по тем же причинам, чтобы ОКАЗЫВАТЬ МАЛОЕ ВЛИЯНИЕ...
  • Есть вносимые элементы, которые работают не всегда, а только в некоторых режимах — это обычно «защитные цепи», и в них как правило ПРИСУТСТВУЕТ ДИОДный вентиль, чтобы различить эту самую «специфическую ситуацию», когда добавочная цепь включается в работу (самый простой критерий — это когда ток идёт в обратную сторону; и он же — самый опасный случай для электрических элементов: т.н. «переполюсовка»).
  • Если дополнительно вносятся вспомогательные ёмкость (КОНДЕНСАТОР) или индуктивность (ДРОССЕЛЬ) — то это наверняка для сглаживания помех по напряжению или по току. Номиналы таких «сглаживающих» C или L также на порядок меньше, чем у «основных» ёмкостей и индуктивностей. Подключаются: дополнительная ёмкость — параллельно; дополнительная индуктивность — последоватено (Причём не наоборот! Например, учтите: если маленький конденсатор включён наоборот ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО? то это уже никакой не «дополнительный», а самый что ни на есть «основной» — разделительный конденсатор, что исполняет совершенно другую функцию в цепи...)
  • Стабилитроны и Варисторы (используются в силовых цепях) — это однозначно защитные «дополнительные элементы» в цепи, ими как правило всегда можно пренебречь при анализе схемы. (Хотя в реальном устройстве ими пренебрегать конечно никак нельзя, потому что там есть стартовые токи и переходные процессы — паразитные скачки тока случаются огромные, сгорит...)
  • +5
  • 19 января 2013, 07:59
  • Celeron
  • 2

Комментарии (32)

RSS свернуть / развернуть
К сожалению на картинках в статье ничего не разобрать при таком разрешении, а движок сайта не даёт альтернатив. Поэтому, пожалуйста, скачивайте модель и открывайте в Proteus, чтобы посмотреть-попробовать.
(Исходные картинки загружал в большом разрешении, но движок их пожал. А размещать картинки на внешнем хостинге и постить их через ссылку не хочется, да и не надёжно.)
0
К топику приложил аттачменты (сайт дозволил максимум 4 файла). Обратите внимание на ссылки в подвале под статьёй, но до комментариев. Там модель Proteus и первые три картинки в высоком разрешении (для тех у кого не установлен Proteus).
0
Убрал полноразмерные картинки из аттачментов… Переделал: Теперь, картинки в статье кликабельны и ведут на полноразмерное изображение.
0
Поэтому четвёртой моделью в Proteus я рассмотрел некий гибридный каскад: смесь ОК и ОЭ (т.е. подключил нагрузку и в цепь коллектора, и к эмиттору). Что из этого вышло? Если вкратце, то неудача — и это очень поучительно. ;)
Такой каскад иногда используется в усилителях для получения одинаковых противофазных сигналов (для раскачки выходного каскада, например). В этом варианте нагрузочные резисторы в коллекторе и эмиттере одинаковы.
Итак, вывод: смешивать схемы включения биполярных транзисторов (ОЭ, ОБ, ОК) никогда не стоит — иначе, получится нечто бестолковое и бесполезное.
Необязательно. Встречаются каскады, работающие одновременно в нескольких режимах, обычно с несколькими сигналами. Например смесители, гетеродины-смесители, сверхрегенераторы, дифференциальные усилители, etc. Ну и классический ОЭ каскад имеет некоторые черты ОК и ОБ — на эмиттерном резисторе выделяется сигнал, выходной для ОК и входной для ОБ (сигнал ООС).
0
  • avatar
  • Vga
  • 19 января 2013, 09:08
УКВ сверхрегенератор на одном КТ312 из какого-то «МК» конца 80-х для мну до сих пор как… эммм… Дэвид Блэйн в кремнии… )))
0
Ну, брат, ты и накрутил… Видно, что новичек — и это не грех. Но вот безаппеляционность суждений зашкаливает. Настрогал выводов совершенно скоропалительных. Разбирать все — влом. Ну, о нецелесооьразности исполльзования «нечистых» схем, как пример. Чушь полная. Думаю, порождена только рассмотрением усиления мощности, как единственной задачи каскада. При этом вопрос линейности, например, тебя не волнует.
Тебе нужно просто поработать с электроникой. Постепенно станешь понимать. Вижу, что желание вникнуть есть, сообразительности хоть отбавляй, старательность и методичность радуют. Бери паядло в руки — и с Богом. На протеусе так и будешь выводы строчить :)
Успехов!
+1
Ок. Отзывы собираю, думаю, узнаю что ещё упустил… Если в этом топике много бреда — то после обсуждения, перенесу его из публичного в свой персональный хаб.
Безаппеляционность суждений — это скорее такой пример методический, чтоб границы «правильности» прощупать. Просто говорю контрастно что вижу, потому что ничего другого не вижу, — чтобы получить в ответ критику в лоб, также по конкретным выпирающим углам...
0
Вот это подход! Напористость и настойчивость хорошие.

Метод «расскажу как понял, пусть исправят» чудесно эффективен и крут, но не в таком объеме и не с таким сильным недопониманием.

Как я считаю, электронику нужно не только понять, но и прочувствовать, проникнуться. А для этого нужно возиться с ней, и если не получается, то возвращаться и пробовать снова. Попробуй рассмотреть схемы в динамике, изменение каких величин как на что в них влияют. Что-то вроде: «так, тут напряжение нарастает, транзистор открывается, это приводит к нарастанию тока тут, и тут на резисторе падение напряжения возрастет, значит в этой точке напряжение уменьшится, ага». Поразбирай типовые узлы, схемы. Собрать что-нибудь, отладить и понять как работает, хотя бы в общем — тоже не лишне.

И погляди книжку, если не читал, Ю.В. Ревич — Занимательная электроника. По моему для новичков — самое то, все основы на пальцах, такой легкий старт.
0
  • avatar
  • Ozze
  • 19 января 2013, 14:05
Признаться, в основном я просил проверить приложенную модель в Proteus — там как раз и рассмотрены схемы в динамике, и отображено изменение основных величин в на графиках — это может способствовать пониманию, чтобы прочувствовать и проникнуться. И что интересно, на каждой модели наглядно видно: какой каскад усиливает ток, какой напряжение, какой усиливает и ток и напряжение, какой каскад инвертирующий или нет… (profit?)
А в моделях я мог, по неопытности, что-то не так подключить: может какой резистор не туда вставил; или «выход» не оттуда вывел; или может для наглядности процесса стоило взять на вход каскадов не «пилу», а другой формы сигнал подавать (хотя ИМХО пила там хорошо отображает)?
Может чтобы облегчить понимание, мне стоило надписи в модели на русском делать? перевести с английского?

А своё ИМХО, здесь в статье, в основном высказывал по четвёртой «экспериментальной» модели в Proteus (некий гибридный каскад: смесь ОК и ОЭ)… Это наверное никому кроме меня не полезно? Тогда эту часть можете игнорировать. Хотя польза уже есть — я понял: «нечистые», комбинированные схемы есть и используются! Действительно, я рассматривал каскады только со стороны усиления мощности, как единственной задачи. А бывают ещё: смесители, гетеродины-смесители, сверхрегенераторы, дифференциальные усилители… ОК
0
«Чистые» и «нечистые» (или «кошерные»/«не кошерные», хотя последние уже расхакерили уже где надо и не надо, видимо анти7иты :) бывают… КУШАНЬЯ у ортодоксов. Например, свинина и баранЫна. И еще некоторые из них также считают, что нехорошо «варить козленка в молоке его матери» :D
-1
P.S. Не освещена также тема работы по постоянному и переменному току, а так же ОС (Обр.связь) + передаточная характеристика и ОС на высоких/низких частотах.
0
Столь отсебятины и неточностей: «Так как нагрузки в выходной цепи включены последовательно, то ток в них течёт одинаковый...» — Ужас, вы просто не разобрались. Оценка 2. Проделать домашнюю работу над ошибками. Предварительно прочитать. Титце У., Шенк К. — Полупроводниковая схемотехника.
0
Вот здесь: 230nsc1.phy-astr.gsu.edu/hbase/electronic/amp.html этакая микро-энциклопедия по вопросу. Помогает разобраться, а потом не забыть :) Вообще на том сайтике много интересного, например по ОУ: 230nsc1.phy-astr.gsu.edu/hbase/electronic/opampvar.html
0
а можно архивчик с файлами заиметь? с рапидшары не качает, отсюда тоже.
0
  • avatar
  • dimko
  • 29 октября 2013, 17:51
Отсюда вполне качается. Попробуй другой браузер.
0
Качает архив весом 356 байт.
0
Действительно. Да и не архив это, а сообщение об ошибке…
0
Я же говорил, что торренты рулят! :-)
0
торренты рулят только пока раздача популярна и все (ну хоть кто-нить один) ее держат на раздаче.
+1
Если раздачу никто не держит, значит она никому не нужна.
0
если файло пропало с файлохостинга — значит оно никому не нужно?
+1
Значит, оно не нужно файлхостингу.
0
значит оно никому не нужно.
а теперь подумаем о теме этой ветки… :-D
0
Скорее всем лень сидировать.
0
Я бы тебе даже поверил, если бы у меня в торренте в данный момент не было 31 торрента, которые качаются уже не первый месяц…
Хотя изредка бывает, что финишируется торрент, добавленный более двух-трех лет назад. Где-то 2-3 раза за то время, что я пользуюсь торрентами (не менее 5 лет) было.
0
P.S. Закрытый трекер с рейтингом не спасение. Пара раздач — с тапочек. И еще пару тапочных я удалил, так и не дождавшись источников. Не спасает даже кнопка «SOS! Спасите раздачу!».
0
Трекеры? Не нужны.
Что такое тапочки?
0
DHT совсем-совсем не панацея.
0
<Молча пожал плечами.>
0
<Молча кивнул>
0
Да, я тоже предпочитаю DHT. Но торренты с закрытых трекеров в большинстве случаев гораздо лучше сидируются, чем с открытых или вообще безтрекерные. Собственно, остальные 29 мертвых торрентов трекаются именно через DHT.
Тапочки, как нетрудно догадаться из контекста, закрытый трекер.
0
Спасибо за багрепорт. Файлы перезалил, ссылки восстановил. Бонусом добавил ещё несколько своих моделей… См. аттачменты: «Celeron — Bipolar transistor cascades modelling (Proteus 7.7).zip», «Celeron — Интересные учебные модели в Proteus (bonus).zip»

Залил только на хостинг этого сайта (файлы маленькие — дозволяет).
От рапидшары отказался — она глючная: хозяева сервиса её постоянно переделывают (раньше был просто «файлообменник», теперь пытаются сделать типа «файлохостинг», но очень неудобный, с мутным механизмом шаринга), старые фичи и ссылки перестают работать.
IMHO: Торренты рулят только для обмена очень большими файлами (мультимедией). Централизованные сервера бы легли из-за слишком большой нагрузки, и диского пространства надо много… (для этого и придумали торренты, изначально — не для надёжности, и не чтобы от копирастеров уходить)
0
Автор топика запретил добавлять комментарии