Давайте для початку розберемо, що ми взагалі маємо на увазі під словом "посилення"? Ну. посилення це коли ми виробляємо якусь дію, щоб було краще, якісніше, комфортніше, зручніше, безпечніше. По-моєму якось так. Підсилюємо підвіску на машині, щоб їзда була комфортніше. Підсилюємо фундамент під будинок, заганяючи туди залізну арматуру, щоб будинок стояв довго і не тріщав. Підсилюємо армію військовою технікою, щоб забезпечити собі і своєму народові безпеку, підсилюємо своє тіло, щоб виглядати впевнено і дати відсіч гопникам.
Але що це за слово йдемо поруч в парі зі словом "посилення"? Мені здається - це слово "потужність".
Підсилюємо підвіску на машині, тобто робимо її потужнішим. Підсилюємо фундамент - робимо його могутніше. Підсилюємо армію танками і літаками - робимо її потужнішим :-), підсилюємо свою тушку - значить робимо її знову жемощнее. Значить, якщо посилює транзистор, то він робить сигнал потужніший. Потужність в електроніці цей твір сили струму на напругу або формулою:
Отже, уявімо собі нашу збірну Росії з футболу. Ну да, хлопці частенько лажають), але суть не в цьому. Для того, щоб наші футболісти грали добре, потрібно до кожного футболіста приставити хорошого тренера, встановити нормальний графік праці і відпочинку, годувати найкращою спортивною їжею, напихати допінгом і тд. Як результат - команда може бути дотягне до півфіналу на чемпіонаті світу.
Але. є й інший варіант. Чому б у команду не запросити таких футболеров, як Мессі, Рональдіньо, Роналду, Бекхема і інших знаменитостей? Тобто в цьому варіанті ми повністю замінили всю команду. Але для нас адже головне - перемога, і не хвилює, хто грає в нашій команді. Головне, щоб наша команда порвала всіх на чемпіонаті.
І там і там ми посилили ці команди. Але як ви думаєте, який варіант буде краще? Ну тут вже й їжаку зрозуміло, що другий варіант - стовідсотковий! Якщо провести паралельну грань з електронікою, то можна сказати, що транзистор використовує саме другий варіант. У ньому немає нічого такого, щоб він сам би посилював сигнал. Він його повністю замінює іншим сигналом. Тобто підсилюваний сигнал, який виходить з транзистора, є копією вхідного слабенького сигналу. але це не той же самий слабенький сигнал.
Тяжко для розуміння? Ну давайте наведемо тоді ще один приклад.
Повернемося в дитинство. Вам купили маленького хом'ячка. Ви за ним доглядаєте, міняєте воду, прибираєте какашки, купуєте коліщатко, щоб він бігав і радів життю. Через рік з маленького хом'ячка виростає здоровий пухнастий хом'як. Ви дуже раді, що у вас виріс такий здоровий хом'ячок. Але. як-то влітку ви вирішили з'їздити в село до бабусі, за хом'яком ніхто не доглядав і він здох. Ваші предки, звичайно ж, нічого вам не сказали. Вони швиденько збігали в зоомагазин і купили точно такого жехомяка. Один в один! Ви приїжджаєте до себе додому і продовжуєте радіти своєму хом'яка, навіть не здогадуючись, що це ніфіга не він))). Точно також поводиться транзистор).
Згадайте в своєму житті моменти, коли ви або хтось інший докладали дуже малу силушку, але накрутили делов.
Виходить, якийсь слабке рух хвостиком призвело до негативних наслідків, але енергія використовувалася ззовні. Для мишки-норушки це буде гравітаційна сила. Той же самий принцип закладений і в транзисторі. Він не може сам по собі посилювати. Він використовує енергію ззовні. А для енергії ззовні використовується джерело постійного струму.
Можна сказати, транзистор являє собою саме таку ж систему - слабенький керуючий базовий струм управляє величезним струмом колектор-емітер. Справа це все показано на бачку з водою. Тобто трохи відкривши краник, щоб з трубки "База" (Б) полилася вода, ми відкриваємо клапан, який тримає закритим бачок "Колектор" (К). Вода відразу ж з бачка "Колектор" прагне в тазик "Емітер" (Е). Якщо ж ми закриваємо краник "База", то пружинка повертає клапан і закриває проходження водички з бачка "Колектор".
З усього вище розказаного і показаного можна зробити деякі висновки:
- вихідний сигнал з транзистора - це посилена копія вхідного сигналу
- транзистор для посилення сигналу використовує енергію ззовні, а точніше, джерело постійного струму.
- малий керуючий базовий струм управляє набагато більшим колекторним струмом (малюнок вище)
- незалежно від схеми включення керуючий P-N перехід - емітерний, а керована ланцюг - емітер-колектор.
Отже, давайте заздалегідь домовимося, що в своїх прикладах ми будемо використовувати схему з ОЕ (загальним емітером):
Плюси цієї схеми такі, що ця схема підсилює і за напругою, і по току. Тому в радіоелектроніці використовується найчастіше.
Ну що ж, почнемо вивчення підсилювальних властивостей транзистора саме з цієї схеми. Є у цієї схемки дуже цікавий параметр. Називається він коефіцієнт посилення по струму в схемі з загальним емітером і позначається буквою β (бета). Цей коефіцієнт показує у скільки разів колекторний струм перевищує базовий.
Також частенько, особливо на мультиметри, його позначають як h21е або Hfe.
Що-небудь зрозуміли? Я теж не вкурил). Давайте зберемо схемку, за допомогою якої, думаю, все встане на свої місця. За допомогою цієї схеми ми буде приблизно заміряти коефіцієнт β.
Для NPN транзистора схема буде виглядати наступним чином:
Для PNP транзистора ось так:
Ну що, чи не скучили по нашому герою. -). А ось і він власною персоною! Транзистор КТ815Б:
Так як його провідність NPN, значить будемо використовувати ось цю схему:
Отже, що ми тут бачимо? Є транзистор, два блоки живлення і два амперметра. Один амперметр ставимо на вимір мікроамперах (мкА), а другий на вимір міліампер (мА). На блоці живлення Bat 2 виставимо напруга в 9 Вольт. Блок живлення Bat 1 у нас зі стрілочкою. Значить його значення будемо міняти від 0 і до 1-ого Вольта.
Схема у нас з ОЕ. Через базу-емітер і далі по контуру у нас протікає базовий струм IБ. а через колектор-емітер і далі по контуру мчить колекторний струм I К. Для того, щоб заміряти цей струм (силу струму), ми в розрив ланцюга цепанулі по амперметрі. Залишається справа за малим. Заміряти базовий струм (ІБ). заміряти колекторний струм (IК) і потім тупо розділити струм колектора на ток бази. І з цього моменту стосунки ми приблизно знайдемо коефіцієнт β. Все просто).
Виставляємо на Bat 2 напруга в 9 Вольт:
Вся схема виглядає приблизно ось так
Жовтий мультик у нас буде заміряти міліампер, а червоний - мікроамперах, тому на кому на червоному мультиметри не звертаємо уваги.
Додаємо напруга на Bat 1 від 0,6 Вольт і крутимо крутилку до 1 Вольта, не забуваючи при цьому фоткати результати. Вираховуємо коефіцієнт β для деяких вимірів:
Знаходимо середнє арифметичне:
У даташіте на КТ815Б коефіцієнт β може мати значення в діапазоні від 50 і до 350. Наш коефіцієнт цілком укладається в цей діапазон, значить все чікі-пуки.
Хочу додати, що справжнє значення коефіцієнта β вимірюється трохи по іншому. Для визначення справжнього значення треба вимірювати постійні струми, як ми це робили, а дуже малі збільшення цих струмів, тобто проводити вимірювання на змінному струмі і малому сигналі:
При малому постійному струмі виміряне значення коефіцієнта бета менше ніж реальне, а при великому постійному струмі більше, ніж реальне. Істина десь посередині. Радіоаматори - народ вибагливий і в польових умовах головне приблизно дізнатися значення β.