Исполнитель: Потемкин М.С., 641-об
Научный руководитель: Усенко В.И., доцент
ФГБОУ ВО «Амурский государственный университет»
ИНУН, ИНУТ, ИТУН, ИТУТ, УСИЛИТЕЛЬ, ЭЛЕКТРОННЫЙ КЛЮЧ
Транзистор как трехполюсный полупроводниковый прибор может выполнять две функции, фундаментальные для целей проектирования электронных цепей: усиление и коммутация. Усиление состоит в увеличении сигнала за счет энергии внешнего источника; тогда как транзисторный переключатель представляет собой устройство для управления относительно большим током или напряжением на двух зажимах посредством небольшого управляющего тока или напряжения на третьем зажиме.
Для составления схем замещения электрических цепей наряду с идеальными пассивными двухполюсниками (сопротивление, индуктивность и емкость) используются идеальные активные двухполюсники - идеальные источники напряжения и источники тока.
Идеальный источник напряжения обеспечивает заданное напряжение на своих зажимах независимо от того, какой ток происходит через него. Значение тока, создаваемого этим источником, определяется подключенной к нему схемой.
Идеальный источник тока обеспечивает заданный ток, посылаемый в схему, и не зависит от напряжения на его зажимах - оно определяется подключенной к источнику схемой.
Рис.1. Общие символы идеальных источников напряжения и тока
Напряжение на зажимах идеального источника напряжения может быть постоянным (DC source) или синусоидальным (AC source). Это же относится и к источнику тока.
Источники, описанные до сих пор, имеют возможность генерировать предписанное напряжение или ток независимо от любого другого элемента в цепи. Поэтому они называются независимыми источниками. Однако существует еще одна категория источников, выход которых (ток или напряжение) является функцией другого напряжения или тока в цепи. Они называются зависимыми (или контролируемыми) источниками. Другой символ в форме ромба используется для представления зависимых источников и
чтобы отличить их от независимых источников. Символы, обычно используемые для представления зависимых источников, изображены на рисунке 2.
Рис.2. Общие символы зависимых источников напряжения и тока
Работа транзистора как линейного усилителя может быть качественно объяснена эскизом на рис. 3, в котором четыре возможных режима работы транзистора проиллюстрированы с помощью схемных моделей с использованием контролируемых источников. На рисунке 3 показано, что контролируемые источники напряжения и тока генерируют выходной сигнал, пропорциональный входному току или напряжению; постоянная пропорциональности, μ, называется внутренним усилением транзистора. Как будет показано, биполярный транзистор действует в основном как управляемое током устройство, в то время как «полевик» ведет себя как управляемое напряжением устройство.
Рис.3. Модели режимов работы усилительного каскада на транзисторе с использованием зависимых источников напряжения и тока
Программа схемотехнического моделирования Multisim позволяет исследовать модели электрических и электронных цепей с зависимыми источниками. Изображения зависимых источников в программе Multisim представлены на рис.4.
Рис.4. Модели зависимых источников напряжения и тока в Multisim
В качестве примера соберем схему резистивного четырехполюсника с активной нагрузкой и независимым источником постоянной ЭДС (рис.5) и активно-емкостной нагрузкой с независимым источником синусоидальной ЭДС (рис.6)
Рис.5. Модель схемы активного четырехполюсника с зависимыми источниками напряжения и тока и источником постоянной ЭДС в Multisim
В схеме с постоянной ЭДС для измерения напряжений и токов используется инструмент Measurement Probe, находящийся в панели инструментов, с опцией Instantaneous voltage and current. В схеме с гармонической ЭДС использован вольтметр для измерения выходного напряжения, осциллограф для получения временных диаграмм выходных напряжения и тока и два ваттметра для измерения полезной и потребляемой четырехполюсником мощности.
Рис.6. Модель схемы активного четырехполюсника с зависимыми источниками напряжения и тока и источником гармонической ЭДС в Multisim
При описании свойств транзисторов было высказано предположение, что в дополнение к использованию в качестве усилителей три зажимные устройства могут использоваться в качестве электронных переключателей, в которых один зажим управляет потоком тока между двумя другими.
Транзисторы могут также работать в нелинейном режиме как ключи. Когда транзистор работает как коммутатор, для управления потоком тока между двумя транзисторными зажиммами в режиме «включено-выключено» используется небольшое напряжение или ток. На рис.7 изображена идеализированная работа транзистора в качестве переключателя, предполагая, что выключатель закрыт (включен) всякий раз, когда управляющее напряжение или ток больше нуля и открыт (выключен) в противном случае.
Рис.7. Модели идеальных транзисторных ключей
1. Розанов Ю.К. и др. Силовая электроника. - Уч. Для вузов.- 2-е изд. - М: Издательский дом МЭИ, 2009.
