Как работает транзистор для начинающих: Как работает транзистор [ПРОСТО И КРАТКО]

Содержание

Биполярный транзистор – принцип работы для чайников!

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Так что, если вам интересно что такое транзистор, его принцип работы  и вообще с чем его едят, то берем  стул по удобнее и подходим поближе.

Продолжим, и у нас тут есть содержание,  будет удобнее ориентироваться в статье 🙂

[contents]

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы.  Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу  у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу  а уделим внимание каждому, индивидуально.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века.

Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Триоды за редким исключением применяют в аппаратуре для меломанов.

Биполярные транзисторы выглядеть могут  так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие,  выглядит как-то так.

Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит лишь в том что является «переносчиком» электрического заряда (электроны или «дырки» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой.    В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения. Или тупо поменять полярность источника питания.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто  прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа,  при прозвонке  создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора  n-p-n типа  диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

 

 Принцип работы биполярного транзистора

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор.  Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок.

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы  транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

  1. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
  2. Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
  3. Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
  4. В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как 

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

  1. Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате  ток базы  отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
  2. Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора.  В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.
  3. Режим насыщения транзистора — в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
  4. Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Транзистор в ключевом режиме

Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера.

Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку.

Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи.  Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.

В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Главное чтобы  эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Т.е. I=U/R

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.

Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи  того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.

В результате  мы вполне можем найти сопротивление резистора

Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе.

Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно? Что когда базовый резистор подключается к +5 В лампочка загорается, когда отключается -лампочка гаснет? Ответ может быть да а может и нет.

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Напряжение на базовом резисторе  может возникнуть чудесным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти 🙂

Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Между базой и эмиттером подключают еще один резистор  Rбэ. Этот резистор выбирают номиналом как минимум в 10 раз больше базового резистора Rб (В нашем случае  мы взяли резистор 4,3кОм).

Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока.

В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок.

Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению. Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель является частным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключем) является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,6-0,7В. Выходит что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6В.

Получилось 9,4В, одним словом почти сколько вошло столько и вышло. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит.

«В чем же смысл тогда таком включении транзистора?»- спросите вы. А вот оказывается эта схема обладает другим очень важным свойством.  Схема включения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Но если сравнивать ток базы и ток коллектора то ток базы очень мал по сравнению с током коллектора. Получается ток нагрузки равен току коллектора.  И в результате получилась вот такая формула.

Теперь я думаю понятно в чем суть  схемы эмиттерного повторителя, только это еще не все.

Эмиттерный повторитель обладает еще одним очень ценным качеством — высоким входным сопротивлением. Это означает, что эта транзисторная схема почти не потребляет ток входного сигнала и не создает нагрузки для схемы -источника сигнала.

Для понимания принципа работы транзистора этих двух транзисторных схем будет вполне достаточно. А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь теория теорией а практика и личный опыт ценнее в сотни раз!

Где транзисторы купить?

Как и все другие радиокомпоненты транзисторы можно купить в  любом ближайшем  магазине радиодеталей. Если вы живете где-нибудь на окраине и о подобных магазинах не слышали (как я раньше) то остается последний вариант — заказать транзисторы в интернет- магазине. Я сам частенько заказываю радиодетали через интернет-магазины ведь в обычном оффлайн магазине может чего-нибудь просто не оказаться.

Впрочем если вы собираете устройство чисто для себя то можно не париться а добыть из старой, отслужившей свое техники и так сказать вдохнуть в старый радиокомпонет новую жизнь.

Чтож друзья, а на этом у меня все. Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-либо вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение. Кстати не забывайте, что каждый кто впервые оставит комментарий получит подарок.

Также обязательно подпишитесь на новые статьи, потому что дальше вас ждет много интересного и полезного.

Желаю вам удачи, успехов  и солнечного настроения!

С н/п Владимир Васильев

P. S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!

Биполярные транзисторы. For dummies / Хабр

Предисловие

Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.

Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Транзисторы. Определение и история


Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.

Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.

Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.

В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.

Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.

И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики


Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.

Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.

Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».

Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.

Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.

Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.

Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.

Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.

Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.

Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.

Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной.

Также параметрами биполярного транзистора являются:

  • обратный ток коллектор-эмиттер
  • время включения
  • обратный ток колектора
  • максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Режимы работы биполярного транзистора

Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.


  1. Инверсный активный режим. Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
  2. Режим насыщения. Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
  3. Режим отсечки. Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
  4. Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.

Схемы включения биполярных транзисторов

Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.

Схема включения с общим эмиттером

Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.

Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.

Схема включения с общей базой

Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.

В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.

Схема включения с общим коллектором

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.

Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала

Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.

В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).

Два слова о каскадах

Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.


Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.

Тем не менее (спасибо

wrewolf

за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.

Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).

Другие области применения биполярных транзисторов

Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.

Маркировка

Поскольку статья уже разрослась до неприлично большого объема, то в этом пункте я просто дам две хорошие ссылки, по которым подробно расписаны основные системы маркировки полупроводниковых приборов (в том числе и транзисторов):

http://kazus.ru/guide/transistors/mark_all.html

и

файл .xls (35 кб)

.

Список источников:
http://ru.wikipedia.org
http://www.physics.ru
http://radiocon-net.narod.ru
http://radio.cybernet.name
http://dvo.sut.ru

Полезные комментарии:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Транзисторы для начинающих часть 3 – Транзисторы – Фундаменты электроники – Каталог статей

Месяц назад, наконец, мы получили примерное представление о транзисторе.. Конечно, дрожа от нетерпения, и любопытства, вы ждете, что я объясню как, транзистор усиливает напряжение. Почему так много внимания уделялось усилению тока и почему важны падение напряжения и источник тока.

Подождите еще немного – все вы узнаете в свою очередь. Через месяц я тебе объясню подробно, то, что с таким нетерпением ждете: а именно, как транзистор усиливает напряжение.

Сегодня мы подробно рассмотрим вход транзистора, то есть цепь база-эмиттер. Вы откроете для себя ряд важных практических вопросов. Хотя вы можете считать, что это лишнее я убежден, что это потребуется на практике. Не стоит недооценивать указанный материал, так как он необходим для полного понимания транзистора.

В предыдущем эпизоде мы достаточно просто пришли к выводу, что переход база-эмиттер транзистора ведет себя ни больше, ни меньше, как диод. Это не случайно – это действительно так. Вы можете себе представить, что транзистор состоит из две независимых цепей, или элементов:

•база-эмиттер схема включает в себя самые обычные диоды,
•коллектор-эмиттер схема включает в себя источник тока.

В предыдущем разделе, я объяснил вам принцип действия транзистора на примере карбюратора мы рассматривали транзистор NPN. Конечно, не проблема понять, как он работает. Теперь пора отойти от модели карбюратора, запомните только, что транзистор на самом деле источник тока управляемый током базы. Если вы поймете это определение, вы не будете иметь никаких проблем с и PNP транзистором.

Он работает так же, как транзистор NPN, только с другим направлением тока.

Направления токов в двух транзисторах можете видеть на рисунке 12. Запомните раз и навсегда, стрелка в символе транзистора (эмиттера) указывает направление протекания тока (от положительного к отрицательному полюсу источника питания).

Если вы намерены изобразить PNP транзистор, правильное изображение показано на рисунке 13а, а не так, как показано на рисунке 13b.

Можете ответить, почему на различных схемах не изображают так, как показано на рисунке 13b?

В таком изображении нет ошибки. Я просто хочу, чтобы вы с самого начала, чтобы привыкали к основным правилам. Это всего лишь способ рисования схем. Вы наверняка заметили, что некоторые схемы, нарисованы так здорово, и понятно, что на первый взгляд, можно сказать, какие напряжения будут в различных точках системы.

Другие схемы рисуются запутанно, весьма хитроумно и непонятно, как работает схема, и не возможно сделать какие-либо выводы об напряжениях в разных точках схемы.

А разница только в способе рисования схемы.

Что бы схема была прозрачной и понятной, рассмотрим основные правила:
– “питающий ток схемы” должны течь сверху вниз
– “Сигналы на схеме” должны бежать слева направо.
– Если есть возможность точка, с большим положительным напряжением должна быть выше точки с низким напряжением.


На рисунке 14 показаны два способа рисования схема одной системы. Первый учитывает вышеуказанные принципы, второй нет. Которую легче анализировать?

Вопрос очень актуальный дело в том, что среди схем присылаемых в редакцию читателями, особенно в Школу конструкторов, я часто встречаю «цветочки» подобные изображенному на Рис 14b.

Так что привыкайте к установленным правилам и не игнорируйте их при составлении ваших схем. Тогда вы будете рисовать PNP транзистор, так что как показано на рисунке 13а, но не в соответствии с рисунком 13б.

Это было отступление на полях – так как рисование схем пока не влияет на работу транзистора. Только облегчает анализ системы.

Теперь про переход база-эмиттер транзистора. Вы уже знаете, что PNP и NPN транзисторы отличаются только направлением тока. Следующие разделы в равной степени относятся к обоим типам транзисторов.


Прежде всего, заметим, что переход база-эмиттер имеет свойства обычного полупроводникового диода. Чтобы полностью понять поведение транзистора в цепи, и быть в состоянии самостоятельно выбирать режимы работы транзистора, необходимо хорошее понимание работы и параметров диода.

Итак, позвольте мне напомнить вам свойства диода. Гидравлический аналог диода на рисунке 15. Запорная пружинка очень слабая. Поэтому чтобы открыть клапан «в правильном» направлении необходимо совсем небольшое усилие.

От сюда очень важный вывод: на этом элементе не может возникнуть большого перепада, потому что даже небольшое давление открывает заслонку полностью, позволяя течь потоку практически любого количества воды.

То же самое и с диодом. Диод проводит ток только в одном направлении. Это «правильное» направление называется прямым. Да же относительно не большое напряжение откроет диод, и через него потечет ток. При прямом включении, падение напряжения на нем мало. Обратите внимание, что это напряжение (падение напряжения) не может уменьшаться. Да же на полностью «отрытом» диоде, при большом токе, все равно имеется падение напряжения.

Возможно, вы слышали, что при напряжении ниже 0,6 В. .. 0,7 В кремниевый диод не проводит ток, ток появляется только при напряжении выше 0,6 В. .. 0,7 В.

Так же возможно, вы слышали, что напряжение на диоде пропорционально логарифму тока, протекающего через него. Наверное, не многие из вас знают, что это значить, и мы могли бы опустить это. Но я хочу, ввести вас вглубь дела, поэтому мы рассмотрим этот вопрос более подробно.

Посмотрите на вольт-амперную характеристику диодов (то есть график напряжения и тока). Как правило, он составляется таким образом: горизонтальной ось – напряжение, а по оси ординат – ток. Предлагаю следующий способ его изображения, мы изменяем величину подаваемого напряжения и в зависимости от напряжения откладываем значение тока на графике. Но это возможно только в теории. На практике изменяют значение текущего через диод тока и измеряют падение напряжения на нем. Это напряжение называется прямым напряжением диода. Независимо от подхода, результат всегда один и тот же: значение тока соответствует определенному значению напряжения, и наоборот. Эта зависимость изображена на рисунке – это то, что являются характеристикой диода в прямом направлении.

В настоящий момент нас интересует, изменение напряжения на диоде (на самом деле на переходе база-эмиттер транзистора), в зависимости от тока (тока базы транзистора).


На рисунках 16 а и б показаны характеристики такого диода, нарисованные обоими способами. Обе шкалы на рисунке 16 а линейны, тогда как на рисунке 16 б вертикальная ось тока логарифмическая, а ось напряжения линейная. Посмотрите на рисунок 16 б, что бы узнать, значение тока удобней пользоваться линейной зависимостью, особенно для малого значения тока. Но это логарифмическая зависимость тока от напряжения. Даже если вы не знаете что такое натуральный логарифм. Вам достаточно этого графика, что бы узнать ток. В конце концов, у вас есть выбор каким графиком пользоваться. Обратите внимание, что на логарифмической шкале, следующее значение в десять раз больше предыдущего. Нет необходимости вдаваться в дальнейшие подробности, только помните, и примите к сведению, что специалисты, несмотря на широкое внедрение цифровых схем, продолжать использовать эту четкую зависимость на рисунке 16б для логарифмирования сигналов, а так же аналогового умножения, деления, возведения в степень и извлечение квадратного корня. Может это для вас будет сюрпризом, но диоды (или переход база-эмиттер) хорошо подходят для выполнения математических операций над аналоговыми сигналами. Например, логарифмирование часто используется для определения номинальной мощности усилителей, в цифровых измерителях. Но логарифмирование это очень обширная тема, для нас.

Давайте вернемся к рисунку 16а. Здесь действительно, видна сложная логарифмическая зависимость. Начинается она со значения напряжения 0,7.. 0.6 В а бывает и от 0.6.. 0.8В. В чем тут дело?

В самом деле, нет никакого существенного различая, но дело требует небольшого разъяснения.

Посмотрите на рисунок 17. Он похож на рисунок 16а, однако характеристика здесь до значения в 1мА, а не до 100 мА. Отметим что на рисунке 17, при напряжении до 0.5 В ток диода на самом деле присутствует, но имеет очень малое значение. Как это можно увидеть на рисунке 16 б. Помните, что 1 мкА (микроампер) является одной миллионной Ампера.

Вы видите, что во многих случаях мы можем с уверенностью сказать, что для напряжения ниже 0,5 В, диод практически не проводящий.

Но это выглядит немного по-другому для выпрямительного диода, чем для цепи базы транзистора. Для выпрямительного диод ток порядка 1 или даже 10 мкА, очень мал. А для транзистора?

В транзисторах, ток коллектора при нормальной работе обычно устанавливается в диапазоне от долей миллиампер, и не более сотни миллиампер (если мы опустим мощные транзисторы). Учитывая, что транзистор усиливает ток, то выходит что, ток базы составляет доли миллиампер.

Тогда, в некоторых из ваших схем ток базы может быть порядка 1 или менее микроампера! Таким образом, как показано на рисунке 16b, при таком токе базы, напряжение база-эмиттер транзистора будет иметь значение 0,5 … 0,7 В.

Обратите внимание, что при тысячекратно изменении тока (базы), изменение напряжения составляет лишь около 200 мВ.

Теперь вы, наверное, понимаете, что в менее точных расчетах мы принимаем некоторую среднею, постоянную величину, например, 0,6 В или 0,65 В. И вся тайна!

Просто? Да, но мы рассматривали все упрощенно, пренебрегая токами ниже 1 микроампера, говорят, что они пренебрежимо малы. Вообразить профессиональные схемы, которые логарифмируют в диапазоне токов 100 Па до 1 мА. 100 ПикоАмпер составляет 0,1 микроампер. Не пытайтесь думать о токах в пикоамперах, (и о работе с такими токами), оставьте это профессионалам.

Давайте вернемся к транзистору.

Как видно из анализируемых характеристик, напряжение между базой и эмиттером, обозначается Uбэ, во время нормальной работы транзистора не превышает 0,8 В. Если, в любой реальной схеме будет больше, то транзистор выйдет из строя. Например, как следует из рисунка 16, с напряжением Uбэ равным 1В, ток базы транзистора будет более чем 1 А, транзисторы с таким базовым токов не встречаются в природе.

Поэтому очень важная практическая информация: если напряжение Uбэ больше 0,8 В будьте уверены транзистор не исправен.

В нашей практике обычно мы используем маломощные транзисторы. Дело в том, что во время работы транзистора выделяется энергия в виде тепла – я назвал это потерей мощности. Малый транзисторы могут работать при низких токах, коллектора (до 100… 300 мА), выделяющиеся потери мощности не могут быть больше, чем 0,1 … 0,6 Вт, в зависимости от типа транзистора.

В некоторых случаях, мы должны работать с большими токами, при этом выделяется мощность значительно больше. Тогда мы используем мощные транзисторы. Они имеют больший корпус и предназначены для крепления к радиатору охлаждения.

Проблема потери мощности и тепловыделения будет обсуждаться в будущем. А сейчас только одна маленькая проблема. Для больших токов в цепи коллектора, мы должны работать с достаточно большими токами базы. Ток базы большой, из-за того что мощные транзисторы как правило, имеют меньший коэффициент усиления по току, чем у маломощных транзисторов. Если, например, усиление силового транзистора 50, ток коллектора 10А, базовый ток должен составлять 0,2 А.

Что вы думаете для мощных транзисторов, напряжение база-эмиттер должно быть больше чем в маломощных транзисторах?

Да так выходит из рисунка 16.

Отметим, что данный рисунок относиться к конкретному диоду или переходу база-эмиттер.

Как вы думаете, будет ли зависит падение напряжения от площади поверхности перехода?

Маломощный транзистор имеет маленькую площадь перехода, мощный гораздо больше.

Вы правы, падение напряжения будет определять плотностью тока на единицу площади перехода.

Вывод?

Напряжение база-эмиттер транзисторов высокой мощности, со значительном током базы может быть, даже меньше, чем у маломощных транзисторах.

Эта информация является, пожалуй, самой важной, из того что вы должны знать, когда измеряете, напряжение в цепях силовых транзисторов, не удивляйтесь.

На рисунке 16 указали, в какой степени изменяется напряжения между база-эмиттером при различных токах базы. Это не означает, однако, что зная характеристику конкретного транзистора и, зная ток базы, можно точно определить напряжение между базой и эмиттером.

Вы знаете почему?

Потому что мы не учли влияние температуры.

На рисунке 16 показаны характеристики для любой температуре – как правило, порядка комнатной температуры до 25 ° C. Тем не менее, с повышением температуры прямое напряжение диода и перехода транзистора снижается.

Для конкретного экземпляра транзистора и диода влияние температуры показано на рисунке 18а.

Вы можете быть удивлены, но не игнорируйте тот факт, что изменения напряжение база-эмиттер в результате изменения температуры могут быть значительно больше, чем изменения, вызванные изменениями величины базового тока!

Также помните, о нагреве транзисторов, в том числе малой мощности.

Вывод?

Зная напряжение база-эмиттер можно оценить ток базы. Но если быть честным, то это приблизительная оценка, так как не учитывается влияние температуры. Исключение если оно больше 0.8 В, тогда можно сделать вывод об неисправности транзистора.

Означает ли это, что точное значение напряжение база-эмиттер для нас не столь важно, и не несет никакой определенной информации?

Нет! Это важно, если ток имеет постоянное значение. То изменение напряжения связанное с температурой имеет линейный характер. Т.е. изменение напряжения прямо пропорционально изменению температуры. Кроме того эти изменения всегда постоянны и не меняются с течением времени.

Все это означает, что простой диод или переход база-эмиттер транзистора может быть успешно использован для измерения температуры. При правильном построении системы измерения и соответствующего масштабирования, вы можете получить очень хорошую точность порядка 0,1 … 0,2 ° C.

Этот метод часто используется для измерения температуры в диапазоне -40 .. +125 ° C.

Существует только одна небольшая загвоздка. На практике, в производстве полупроводников не может быть, достигнуто совершенно одинаковые параметры для всех копий диодов и транзисторов, даже из одной партии и одной той же кремниевой пластины.

Существуют определенные допуски параметров. И, наконец, в некоторых каталогах характеристик диодов и переходов напряжение база-эмиттер приводиться, как показано на рисунке 18b. Затемненной областью указывают на ожидаемое значение параметра между копиями.

Из этого видно, что при использовании полупроводникового перехода для измерения температуры, необходима индивидуальная калибровка в каждом случае. В книгах в настоящее время, указывается, что напряжение перехода изменяется на -2.2 mV на один градус Цельсия. Это значение -2,2 мВ следует рассматривать как ориентировочные, а не точное. Кроме того, другие источники говорят, что этот коэффициент -2 мВ / ° C.

Сейчас вас уже не удивит, но существуют схемы для измерения температуры, использующих это же свойства В-Е перехода. Они используется не только для конструирования электронных термометров. Они широко используется в производстве интегральных схем для реализации схемы тепловой защиты.

Вы знаете, как они работают?

Просто установите напряжение база-эмиттер транзистора до величины, скажем, 0,5 В. Как видно из рисунков 16, 17 и 18, при комнатной температуре ток базы будет незначительным. Следовательно, ток коллектора также будет незначительным. Если температура будут расти, это также увеличится ток базы, и, следовательно, ток коллектора. Когда ток коллектора превышает заданное значение, сработает схема тепловой защиты.

Температурная зависимость параметров в некоторых системах является преимуществом, как вы уже могли догадаться, Но в системах точного измерения это проклятье, с которые вы должны бороться всеми силами. Однако, это отдельная, очень широкая тема, к которой мы вернемся. А на данный момент, мы станем еще одна фундаментальная проблема.

Упрощенная эквивалентная схема транзистора на рисунке 12, содержит диод и управляемый источник тока, что не в полной мере отражают свойства транзистора. Большая часть читателей проверяет транзисторы, с помощью омметра зная, что база-эмиттер и база-коллектор вызваниваются как диоды. Действительно, при определенных условиях, транзистор можно рассматривать как комбинацию двух диодов в соответствии с рисунком 19. Но, к сожалению, транзистор не может быть использован как два отдельных диода, например, что бы с помощью одного или двух транзисторов, сделать диодный мост (рис. 20). Транзистор это больше чем в два диода. Запомните это, и даже не пытайтесь проделать подобные трюки.

Рисунок 19 наводит на вопрос. А можно ли в электронных схемах поменять коллектор и эмиттер местами? Другими словами, если бы он мог ли коллектор играть роль эмиттера, и наоборот?

Речь идет о самой серьезной проблеме, а пожилые читатели могут помнить, некоторые советские транзисторы после перестановки эмиттера и коллектора, работали так же или даже лучше.

Это, правда, для старых транзисторов, выполненных по допотопной технологии, это было все равно, какой из электродов эмиттер, а какой коллектор. Но это было очень давно. Однако сейчас транзисторы изготавливаются для конкретной проводимости, и не будут работать после такой замены. Возможно вы так же слышали об «обратной» работе транзистора. Забудьте об этом. Во всех схемах, которые мы будем рассматривать, нормальные биполярные транзисторы работают в обычном режиме.

Так что не думайте менять местами коллектор и эмиттер.

Но это еще не все.

Может ли транзистор может работать при “обратном” напряжение между базой и эмиттером. Что происходит в схеме на рис. 21, напряжение на базе NPN транзистора меньше, чем напряжение на эмиттере?

Рисунки 12 и 19 не указывают на какие-либо ограничения.


Так напряжение на базе транзистора на рисунке 21 может быть сколь угодно большого отрицательного значения? Наверное, нет, мы знаем, что переход, как и любой другой диод, имеет определенное допустимое напряжение (несколько вольт).

Вот у меня есть для тебя сюрприз (если вы не знаете): база-эмиттер поляризованные в обратном направлении ведет себя как диод Зеннера с напряжением стабилизации около 6,2 Вольт (некоторые источники говорят, что 5 .. 7 В). Если вы не знаете что такое диод Зеннера, знайте что это стабилизатор напряжения.

Таким образом, после превышения обратного напряжения на базе, значения пробоя, через переход база эмиттер будет течь ток. Слово “пробой” звучит страшно, но здесь нечего бояться – пока ток не слишком большой (нет тепла для повреждения перехода), с транзистором ничего не происходит. Такой пробой, конечно, не повредить транзистор.

Короче говоря, транзистор может работать как стабилитрон или стабилизатор напряжения. На рисунке 22 показано, четыре примера использования транзисторов в этой роли. Обратите внимание, что в каждом случае всегда используется эмиттерный переход, при этом используются два вывода транзистора, и этот способ работы не имеет ничего общего с нормальным режимом работы транзистора.

Позвольте мне напомнить вам еще раз нормальные условия работы:

Напряжение на базе NPN транзистора (измеряется по отношению к эмиттеру) составляет примерно 0,6 В. .. 0,7 В,

При прямой проводимости ток эмиттера это сума коллекторного и базового токов.

Напряжение на коллекторе UC (также измеряется относительно эмиттера) является положительным и может быть от 0,1 В до полного напряжения U2.

Смотри рисунок 23.

А что сказать о ситуации на рисунке 24, схема в нормальном режиме работы транзистора (NPN) напряжение база-эмиттер отрицательное, и будет в пределах 0-5В? Что произойдет в цепи базы, и что в цепи коллектора?

При отрицательном напряжении на базе значение напряжения база-эмиттер максимально, но при этом упомянутый пробой не происходит. В базовой цепи тока не будет, а следовательно и в цепи коллектора, то же. Транзистор можно рассматривать как разомкнутый ключ.

А что произойдет, если напряжение U1 опуститься ниже 5 В, когда через базу потечет обратный ток (по цепи: батарея, общий провод, эмиттер, база, резистор, батарея)? Будет ли ток в коллекторной цепи?

Это важный вопрос, вопреки видимости, потому, что на практике иногда можно найти такую ситуацию. Я не дам вам ответ – вы можете найти его самостоятельно, собрав схему в соответствии с рисунком 24 и сами увидите, какое значение будет показывать амперметр, при обратном токе в цепи в базы.

Пусть это будет вам домашнее задание.

Так же предлагаем вам самостоятельно измерить напряжение стабилизации по схеме на рисунке 22. Выясните для себя настолько это напряжение зависит от типа транзистора. И как отличается на нескольких экземплярах одного типа.

Сегодня статья была посвящена цепи база-эмиттер биполярного транзистора. В конце статьи мы получили наиболее важные выводы. В следующем месяце мы будем рассматривать цепи коллектора, его характеристики и типичные схемы включения транзистора.


Piotr Górecki

32 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98

Транзистор – принцип работы.Основные параметры.

Как устроен транзистор.

Вне зависимости от принципа работы, полупроводниковый транзистор содержит в себе монокристалл из основного полупроводникового материала, чаще всего это – кремний, германий, арсенид галлия. В основной материал добавлены, легирующие добавки для формирования p-n перехода(переходов), металлические выводы.


Кристалл помещается в металлический, пластиковый или керамический корпус, для защиты от внешних воздействий. Однако, существуют также и бескорпусные транзисторы.

Принцип работы биполярного транзистора.

Биполярный транзистор может быть либо p-n-p, либо n-p-n в зависимости от чередования слоев полупроводника в кристалле. В любом случае выводы называются – база, коллектор и эмиттер. Слой полупроводника, соответствующий базе заключен между слоями эмиттера и коллектора. Он имеет принципиально очень малую ширину. Носители заряда движутся от эмиттера через базу – к коллектору. Условием возникновения тока между коллектором и эмиттером является наличие свободных носителей в области базы. Эти носители проникают туда при возникновении тока эмиттер-база. причиной которого может являться разность напряжения между этими электродами.

Т.е. – для нормальной работы биполярного транзистора в качестве усилителя сигнала всегда необходимо присутствие напряжения некого минимального уровня, для смещения перехода эмиттер-база в прямом направлении. Прямое смещение перехода база-эмиттер приоткрывая транзистор, задает так называемую – рабочую точку режима. Для гармоничного усиления сигнала по напряжению и току используют режим – А. В этом режиме напряжение между коллектором и нагрузкой, примерно равно половине питающего напряжения – т. е выходное сопротивление транзистора и нагрузки примерно равны . Если подавать теперь на переход база – эмиттер сигнал переменного тока, СОПРОТИВЛЕНИЕ эмиттер – коллектор будет изменяться, графически повторяя форму входного сигнала. Соответственно, то же будет происходить и с током через эмиттер к коллектору протекающим. Причем амплитуда тока будет большей, нежели амплитуда входного сигнала – будет происходить усиление сигнала.

Если увеличивать напряжение смещения база – эмиттер дальше, это приведет к росту тока в этой цепи, и как результат – еще большему росту тока эмиттер – коллектор. В конце, концов ток перестает расти – транзистор переходит в полностью открытое состояние(насыщения). Если затем убрать напряжение смещения – транзистор закроется, ток эмиттер – коллектор уменьшится, почти исчезнет. Так транзистор может работать в качестве электронного ключа. Этот режим наиболее эффективен в отношении управления мощностями, при протекании тока через полностью открытый транзистор величина падения напряжения минимальна. Соответственно малы потери тока и нагрев переходов транзистора.

Существует три вида подключения биполярного транзистора. С общим эмиттером (ОЭ) — осуществляется усиление как по току, так и по напряжению — наиболее часто применяемая схема.
Усилительные каскады построенные подобным образом, легче согласуются между собой, так как значения их входного и выходного сопротивления относительно близки, если сравнивать с двумя остальными видами включения (хотя иногда и отличаются в десятки раз).

С общим коллектором (ОК) осуществляется усиление только по току — применяется для согласования источников сигнала с высоким внутренним сопротивлением(импендансом) и низкоомными сопротивлениями нагрузок. Например, в выходных каскадах усилителей и контроллеров.

С общей базой (ОБ) осуществляется усиление только по напряжению. Имеет низкое входное и высокое выходное сопротивление и более широкий частотный диапазон. Это позволяет использовать подобное включение для согласования источников сигнала с низким внутренним сопротивлением(импендансом) с последующим каскадом усиления. Например – в входных цепях радиоприемных устройств.

Принцип работы полевого транзистора.

Полевой транзистор, как и биполярный имеет три электрода. Они носят названия – сток, исток и затвор. Если на затворе отсутствует напряжение, а на сток подано положительное напряжение относительно истока, то между истоком и стоком через канал течет максимальный ток.

Т. е. – транзистор полностью открыт. Для того, что бы его изменить, на затвор подают отрицательное напряжение, относительно истока. Под действием электрического поля (отсюда и название транзистора) канал сужается, его сопротивление растет, а ток через него уменьшается. При определенном значении напряжения канал сужается до такой степени, что ток практически исчезает – транзистор закрывается.

На рисунке изображено устройство полевого транзистора с изолированным затвором(МДП).

Если на затвор этого прибора не подано положительное напряжение, то канал между истоком и стоком отсутствует и ток равен нулю. Транзистор полностью закрыт. Канал возникает при некотором минимальном напряжении на затворе(напряжение порога). Затем сопротивление канала уменьшается, до полного открывания транзистора.

Полевые транзисторы, как с p-n переходом (канальные), так и МОП (МДП) имеют следующие схемы включения: с общим истоком (ОИ) — аналог ОЭ биполярного транзистора; с общим стоком (ОС) — аналог ОК биполярного транзистора; с общим затвором (ОЗ) — аналог ОБ биполярного транзистора.

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:
маломощные транзисторы – до 100 мВт ;
транзисторы средней мощности – от 0,1 до 1 Вт;
мощные транзисторы – больше 1 Вт.

Важные параметры биполярных транзисторов.

1. Коэффициент передачи тока(коэффициент усиления) – от 1 до 1000 при постоянном токе. С увеличением частоты постепенно снижается.
2. Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером(при разомкнутой базе) У специальных высоковольтных транзисторов, достигает десятков тысяч вольт.
3.Предельная частота, до которой коэффициент передачи тока выше 1. До 100000 гц. у низкочастотных транзисторов, свыше 100000 гц. – у высокочастотных.
4.Напряжение насыщения эмиттер-коллектор – величина падения напряжения между этими электродами у полностью открытого транзистора.

Важные параметры полевых транзисторов.

Усилительные свойства полевого транзистора определяются отношением приращения тока стока к вызвавшему его приращению напряжения затвор – исток, т. е.

ΔId /ΔUGS

Это отношение принято называть крутизной прибора, а по сути дела оно является передаточной проводимостью и измеряется в миллиамперах на вольт(мА /В).

Другие важнейшие параметры полевых транзисторов приведены ниже:
1. IDmax – максимальный ток стока.

2.UDSmax – максимальное напряжение сток-исток.

3.UGSmax – максимальное напряжение затвор-исток.

4.РDmax – максимальна мощность, которая может выделяться на приборе.

5.ton – типовое время нарастания тока стока при идеально прямоугольной форме входного сигнала.

6.toff – типовое время спада тока стока при идеально прямоугольной форме входного сигнала.

7.RDS(on)max – максимальное значение сопротивления исток – сток в включенном(открытом) состоянии.

На главную страницу

Использование каких – либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт “Электрика это просто”.

Основы на пальцах. Часть 3

Диод
Так работает диод

  Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого. Погляди в схему программатора (там где был пример с делителем). Видишь стоят диоды, как думаешь, зачем? А все просто. У микроконтроллера логические уровни это 0 и 5 вольт, а у СОМ порта единица это минус 12 вольт, а ноль плюс 12 вольт. Вот диод и отрезает этот минус 12, образуя 0 вольт. А поскольку у диода в прямом направлении проводимость не идеальная (она вообще зависит от приложенного прямого напряжения, чем оно больше, тем лучше диод проводит ток), то на его сопротивлении упадет примерно 0.5-0.7 вольта, остаток, будучи поделенным резисторами надвое, окажется примерно 5.5 вольт, что не выходит за пределы нормы контроллера.
Выводы диода называют анодом и катодом. Ток течет от анода к катоду. Запомнить где какой вывод очень просто: на условном обозначнеии стрелочка и палочка со стороны катода как бы рисуют букву К вот, смотри —К|—. К= Катод! А на детали катод обозначается полоской или точкой.

  Есть еще один интересный тип диода – стабилитрон. Его я юзал в одной из прошлых статей. Особенностью его является то, что в прямом направлении он работает как обычный диод, а вот в обратном его срывает на каком либо напряжении, например на 3.3 вольта. Подобно ограничительному клапану парового котла, открывающемуся при превышении давления и стравливающему излишки пара. Стабилитроны используют когда хотят получить напряжение заданной величины, вне зависимости от входных напряжений. Это может быть, например, опорная величина, относительно которой происходит сравнение входного сигнала. Им можно обрезать входящий сигнал до нужной величины или используют его как защиту. В своих схемах я часто ставлю на питание контроллера стабилитрон на 5.5 вольт, чтобы в случае чего, если напряжение резко скакнет, этот стабилитрон стравил через себя излишки. Также есть такой зверь как супрессор. Тот же стабилитрон, только куда более мощный и часто двунаправленный. Используется для защиты по питанию.

Транзистор.
Транзистор на пальцах

  Жуткая вещь, в детстве все не мог понять как он работает, а оказалось все просто.
В общем, транзистор можно сравнить с управляемым вентилем, где крохотным усилием мы управляем мощнейшим потоком. Чуть повернул рукоятку и тонны дерьма умчались по трубам, открыл посильней и вот уже все вокруг захлебнулось в нечистотах. Т.е. выход пропорционален входу умноженному на какую то величину. Этой величиной является коэффициент усиления.
Делятся эти девайсы на полевые и биполярные.
В биполярном транзисторе есть эмиттер, коллектор и база (смотри рисунок условного обозначения). Эмиттер он со стрелочкой, база обозначается как прямая площадка между эмиттером и коллектором. Между эмиттером и коллектором идет большой ток полезной нагрузки, направление тока определяется стрелочкой на эмиттере. А вот между базой и эмиттером идет маленький управляющий ток. Грубо говоря, величина управляющего тока влияет на сопротивление между коллектором и эмиттером. Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n принципиальная разница только лишь в направлении тока через них.

  Полевой транзистор отличается от биполярного тем, что в нем сопротивление канала между истоком и стоком определяется уже не током, а напряжением на затворе. Последнее время полевые транзисторы получили громадную популярность (на них построены все микропроцессоры), т.к. токи в них протекают микроскопические, решающую роль играет напряжение, а значит потери и тепловыделение минимальны.

Обозначение транзисторов или камень преткновения всех студентов. Как запомнить тип биполярного транзистора по его условной схеме? Представь что стрелочка это направление твоего движения на машине… Если едем в стенку то дружный вопль «Писец Нам Писец

  Короче, транзистор позволит тебе слабеньким сигналом, например с ноги микроконтроллера, управлять мощной нагрузкой типа реле, двигателя или лампочки. Если не хватит усиления одного транзистора, то их можно соединять каскадами – один за другим, все мощней и мощней. А порой хватает и одного могучего полевого MOSFET транзистора. Посмотри, например, как в схемах сотовых телефонов управляется виброзвонок. Там выход с процессора идет на затвор силового MOSFET ключа.

Основы электроники для чайников: что такое транзистор и как он работает | Антиплагиату.НЕТ

Несмотря на то, что электроника окружает человека повсюду, мало кто задумывается о том, что это такое, и как именно это работает. Все достаточно просто и понятно, если вникнуть в основы.

Электроника – наука, основанная при взаимодействии таких отраслей, как физика и техника. Основное направление – подробное изучение взаимодействия электронов и магнитного поля. На основе полученных знаний создаются электротехнические устройства, оборудование, приборы и техника.

Транзистор: что это такое и зачем он нужен?

Транзистор – прибор, исполняющий роль полупроводника при управлении электрическим током. Прибор используется в каждой современной схеме: в электронно-вычислительной технике, медиа-аппаратуре, бытовых приборах.

внешний вид транзисторов

внешний вид транзисторов

Пора, когда микросхемы советского производства были признанными самыми большими в мире, подошла к завершению: размер самого маленького современного транзистора – нанометр.

Однако, есть и габаритные модели, использования которых требуют области промышленности и энергетики.

Транзисторы делятся на две группы:

1. Биполярные и полярные.

2. Прямой или обратной проводимости. Транзисторы прямой проводимости имеют обозначение p-n-p, приборы обратной проводимости обозначаются n-p-n.

Следует обратить внимание, что в основе работы прибора, независимо от его типа, лежит общий принцип.

Носителями заряда в полупроводниковом приборе являются дырки (positive) и электроны (negative).

Основные характеристики транзистора

При изучении принципов работы транзистора следует обратить внимание на такие технические характеристики, как:

  • · Исходный полупроводниковый материал: германиевые, кремниевые, из арсенида галлия.
  • · Структура: прямой или обратной проводимости.
  • · Мощность: малой, средней мощности и мощные транзисторы.
  • · Максимальное напряжение: общего применения, высоковольтные.
  • · Частоты: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные.

Принципы работы транзистора

Для того чтобы разобраться, как именно строится работа транзистора, рекомендуется изучить особенности биполярного прибора, который пользуется наибольшей популярностью среди пользователей.

Биполярный транзистор – кристалл полупроводника. Как правило, используются или кремний, или германий. Он делится на три зоны, у каждой из которых – разный уровень теплопроводности: коллектор, база, эмиттер.

У прибора есть несколько режимов работы, каждый из которых напоминает работу водопроводного вентиля или крана. Отличие лишь в том, что в роли воды выступает электрический ток.

Транзистор может пребывать в одном из двух состояний: рабочее, когда прибор открыт, и состояние покоя, когда прибор закрыт.

Ток не поступает через транзистор при условии, что прибор закрыт и находится в состоянии покоя. Если же на базу подается малый управляющий ток, транзистор открывается, и через эмиттер-коллектор поступает большой ток.

Физические процессы в транзисторе

Разобраться в том, почему транзистор открывается и закрывается, достаточно просто.

За основу берется биполярный транзистор обратной проводимости.

Если источник питания будет подключен между коллектором и эмиттером, к плюсу начнут притягиваться электроны коллектора. Однако, в таком случае между коллектором и эмиттером не будет электрического тока. Помехой является слой базы и эмиттера.

При условии, что между базой и эмиттером будет подключен дополнительный источник питания, поступающие из области эмиттера n-электроны смогут проникнуть в область баз. В результате такого действия область базы обогатится свободными электронами: определенная их часть будет комбинироваться с дырками, другая часть будет двигаться по направлению к плюсу базы, а третья, наибольшая часть, переместится в сторону коллектора.

Именно по такому принципу открывается транзистор, в результате чего в нем протекает электрический ток эмиттер-коллектор.

В случае увеличения напряжения повышается и поток тока коллектора-эмиттера.

Возрастание потока увеличивается даже в условиях малого изменения управляющего напряжения в большую сторону.

Именно по такому принципу строится работа транзистора, установленного в усилителе.

В случае, когда необходимо в короткие сроки произвести расчет мощности усилителя на биполярном транзисторе, это не составит большого труда ни для новичка, ни для профессионального электрика.

Остались вопросы или нужна помощь, есть замечания по данной статье пишите в комментариях будем рады подискутировать, так же подписывайтесь на наш канал или другие соц сети:

ПОДПИСАТЬСЯ НА КАНАЛ I НАШ САЙТ I ГРУППА ВКОНТАКТЕ

TL431, что это за “зверь” такой? – Начинающим – Теория

Николай Петрушов

 


Рис. 1 TL431.

TL431 была создана в конце 70-х и по настоящее время широко используется в промышленности и в радиолюбительской деятельности.
Но не смотря на её солидный возраст, не все радиолюбители близко знакомы с этим замечательным корпусом и его возможностями.
В предлагаемой статье я постараюсь ознакомить радиолюбителей с этой микросхемой.

Для начала давайте посмотрим, что у неё внутри и обратимся к документации на микросхему, “даташиту” (кстати, аналогами этой микросхемы являются – КА431, и наши микросхемы КР142ЕН19А, К1156ЕР5х).
А внутри у неё с десяток транзисторов и всего три вывода, так что же это такое?


Рис. 2 Устройство TL431.

Оказывается всё очень просто. Внутри находится обычный операционный усилитель ОУ (треугольник на блок-схеме) с выходным транзистором и источником опорного напряжения.
Только здесь эта схема играет немного другую роль, а именно – роль стабилитрона. Ещё его называют “Управляемый стабилитрон”.
Как он работает?
Смотрим блок-схему TL431 на рисунке 2. Из схемы видно, ОУ имеет (очень стабильный) встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт (маленький квадратик) подключенный к инверсному входу, один прямой вход (R), транзистор на выходе ОУ, коллектор (К) и эмиттер (А), которого объединены с выводами питания усилителя и защитный диод от переполюсовки. Максимальный ток нагрузки этого транзистора до 100 мА, максимальное напряжение до 36 вольт.


Рис. 3 Цоколёвка TL431.

Теперь на примере простой схемы, изображенной на рисунке 4, разберём, как это всё работает.
Мы уже знаем, что внутри микросхемы имеется встроенный источник опорного напряжения – 2,5 вольт. У первых выпусков микросхем, которые назывались TL430 – напряжение встроенного источника было 3 вольта, у более поздних выпусков, доходит до 1,5 вольта.
Значит для того, чтобы открылся выходной транзистор, необходимо на вход (R) операционного усилителя, подать напряжение – чуть превышающее опорное 2,5 вольт, (приставку “чуть” можно опустить, так как разница составляет несколько милливольт и в дальнейшем будем считать, что на вход нужно подать напряжение равное опорному), тогда на выходе операционного усилителя появится напряжение и выходной транзистор откроется.
Если сказать по простому, TL431 – это что то типа полевого транзистора (или просто транзистора), который открывается при напряжении 2,5 вольта (и более), подаваемого на его вход. Порог открытия-закрытия выходного транзистора здесь очень стабильный из-за наличия встроенного стабильного источника опорного напряжения.


Рис. 4 Схема на TL431.

Из схемы (рис. 4) видно, что на вход R микросхемы TL431, включен делитель напряжения из резисторов R2 и R3, резистор R1 ограничивает ток светодиода.
Так как резисторы делителя одинаковые (напряжение источника питания делится пополам ), то выходной транзистор усилителя (ТЛ-ки) откроется при напряжении источника питания 5 вольт и более ( 5/2=2,5). На вход R в этом случае с делителя R2-R3 будет подаваться 2,5 вольт.
То есть светодиод у нас загорится (откроется выходной транзистор) при напряжении источника питания – 5 вольт и более. Потухнет соответственно при напряжении источника менее 5-ти вольт.
Если увеличить сопротивление резистора R3 в плече делителя, то необходимо будет увеличить и напряжение источника питания больше 5 вольт, для того, что-бы напряжение на входе R микросхемы, подаваемое с делителя R2-R3 опять достигло 2,5 вольт и открылся выходной транзистор ТЛ-ки.

Получается, что если данный делитель напряжения (R2-R3) подключить на выход БП, а катод ТЛ-ки к базе или затвору регулирующего транзистора БП, то изменением плеч делителя, например изменяя величину R3 – можно будет изменять выходное напряжение данного БП, потому что при этом будет изменяться и напряжение стабилизации ТЛ-ки (напряжение открытия выходного транзистора) – то есть мы получим управляемый стабилитрон.
Или если подобрать делитель не изменяя его в дальнейшем – можно сделать выходное напряжение БП строго фиксированным при определённом значении.

Вывод; – если микросхему использовать как стабилитрон (основное её назначение), то мы можем с помощью подбора сопротивлений делителя R2-R3 сделать стабилитрон с любым напряжением стабилизации в пределах 2,5 – 36 вольт (максимальное ограничение по “даташиту”).
Напряжение стабилизации в 2,5 вольта – получается без делителя, если вход ТЛ-ки подключить к её катоду, то есть замкнуть выводы 1 и 3.

Тогда возникают ещё вопросы. можно ли например заменить TL431 обычным операционником?
– Можно, только если есть желание конструировать, но необходимо будет собрать свой источник опорного напряжения на 2,5 вольт и подать питание на операционник отдельно от выходного транзистора, так как ток его потребления может открыть исполнительное устройство. В этом случае можно сделать опорное напряжение какое угодно (не обязательно 2,5 вольта), тогда придётся пересчитать сопротивления делителя, используемое совместно с TL431, чтобы при заданном выходном напряжении БП – напряжение подаваемое на вход микросхемы было равно опорному.

Ещё один вопрос – а можно использовать TL431, как обычный компаратор и собрать на ней, допустим, терморегулятор, или что то подобное?

– Можно, но так как она отличается от обычного компаратора уже наличием встроенного источника опорного напряжения, схема получится гораздо проще. Например такая;


Рис. 5 Терморегулятор на TL431.

Здесь терморезистор (термистор) является датчиком температуры, и он уменьшает своё сопротивление при повышении температуры, т.е. имеет отрицательный ТКС (Температурный Коэффициент Сопротивления). Терморезисторы с положительным ТКС, т.е. сопротивление которых при увеличении температуры увеличивается – называются позисторы.
В этом терморегуляторе при превышении температуры выше установленного уровня (регулируется переменным резистором), сработает реле или какое либо исполнительное устройство, и контактами отключит нагрузку (тэны), или например включит вентиляторы в зависимости от поставленной задачи.
Эта схема обладает малым гистерезисом, и для его увеличения, необходимо вводить ООС между выводами 1-3, например подстроечный резистор 1,0 – 0,5 мОм и величину его подобрать экспериментальным путём в зависимости от необходимого гистерезиса.
Если необходимо, чтобы исполнительное устройство срабатывало при понижении температуры, то датчик и регуляторы нужно поменять местами, то есть термистор включить в верхнее плечо, а переменное сопротивление с резистором – в нижнее.
И в заключении, Вы уже без труда разберётесь, как работает микросхема TL431 в схеме мощного блока питания для  трансивера, которая приведена на рисунке 6, и какую роль здесь играют резисторы R8 и R9, и как они подбираются.

Рис. 6 Мощный блок питания на 13 вольт, 22 ампера.

 

Как работают транзисторы? – Объясни, что это за штука

Ваш мозг содержит около 100 миллиардов клеток, называемых нейронами – крошечные переключатели, которые позволяют вам думать и запоминать вещи. Компьютеры содержат миллиарды миниатюрных «клеток мозга». Их называют транзисторами и они сделаны из кремния, химического элемента, обычно встречающегося в песке. Транзисторы произвели революцию в электронике с момента их появления. изобретен более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильям Шокли.Но что это такое и как они работают?

Фото: Насекомое с тремя ногами? Нет, типичный транзистор на электронной плате. Хотя простые схемы содержат отдельные транзисторы, подобные этому, сложные схемы внутри компьютеров также содержат микрочипы, каждый из которых может иметь тысячи, миллионы или сотни миллионов транзисторов, упакованных внутри. (Технически, если вас интересуют более интересные вещи, это кремниевый транзистор усилителя PNP 5401B. Я объясню, что все это означает сейчас.)

Что на самом деле делает транзистор?

Фото: Компактные слуховые аппараты были одними из первых применений транзисторов, а этот датируется концом 1950-х или 1960-х годов. Он был размером с колоду игральных карт, поэтому его можно было носить в кармане пиджака или на нем. С другой стороны корпуса находится микрофон, улавливающий окружающие звуки. Вы можете ясно видеть четыре маленьких черных транзистора внутри, усиливающих эти звуки, а затем выстреливающих их в маленький громкоговоритель, который находится у вас в ухе.

Транзистор действительно прост – и действительно сложен. Давайте начнем с простая часть. Транзистор – это миниатюрный электронный компонент, который может выполнять две разные работы. Может работать как усилитель или как переключатель:

  • Когда работает как усилитель, нужно в крошечном электрическом токе на одном конце ( входной ток) и производит гораздо больший электрический ток (выходной ток) на другом. Другими словами, это своего рода усилитель тока. Это входит действительно полезно в таких вещах, как слуховые аппараты, одна из первых вещей люди использовали транзисторы для.В слуховом аппарате есть крошечный микрофон. который улавливает звуки из окружающего вас мира и превращает их в колеблющиеся электрические токи. Они подаются на транзистор, который усиливает их и приводит в действие крошечный громкоговоритель, так что вы слышите гораздо более громкую версию окружающих вас звуков. Уильям Шокли, один из изобретателей транзистора, однажды объяснил студенту транзисторные усилители в более подробном виде. юмористический способ: «Если взять тюк сена и привязать его к хвост мула, а затем чиркнуть спичкой и поджечь тюк сена, и если вы затем сравните энергию, израсходованную вскоре после этого, мул с энергией, затраченной вами на зажигание спички, вы поймете концепцию усиления.«
  • Транзисторы
  • также могут работать как переключатели. А крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может значительно увеличить ток течет через другую его часть. Другими словами, маленький ток переключается на больший. По сути, так работают все компьютерные микросхемы. Для например, микросхема памяти содержит сотни миллионов или даже миллиарды транзисторов, каждый из которых можно включать или выключать индивидуально. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух различных состояниях, он может хранить два разных числа, ноль и единицу.С миллиардами транзисторов микросхема может хранить миллиарды нулей и единиц, и почти столько же обычных цифр и букв (или символов, как мы их называем). Подробнее об этом чуть позже.

Самое замечательное в машинах старого образца было то, что вы могли их отдельно, чтобы понять, как они работают. Это никогда не было слишком сложно, с немного толкать и тыкать, чтобы узнать, какой бит сделал что и как один вещь привела к другому. Но электроника совсем другая. Это все об использовании электронов для управления электричеством.Электрон – это минута частица внутри атома. Он такой маленький, весит чуть меньше 0.000000000000000000000000000001 кг! Самые современные транзисторы работают контролируя движения отдельных электронов, чтобы вы могли представьте, насколько они маленькие. В современном компьютерном чипе размер ноготь, вы, вероятно, найдете от 500 миллионов и два миллиарда отдельных транзисторов. Нет шанса разобрать транзистор, чтобы узнать, как он работает, поэтому мы должны понять это с помощью теории и воображения.Во-первых, это помогает, если мы знаем, из чего сделан транзистор.

Как делается транзистор?

Фото: Кремниевая пластина. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Транзисторы изготовлены из кремния, химического элемента, содержащегося в песке, который обычно не проводит электричество (оно не позволяет электронам легко проходить через него). Кремний – это полупроводник, а это значит, что он ни на самом деле проводник (что-то вроде металла, по которому течет электричество), ни изолятор (что-то вроде пластика, не пропускающего электричество).Если мы обрабатываем кремний примесями (процесс, известный как легирование), мы можем заставить его вести себя по-другому способ. Если мы добавим в кремний химические элементы мышьяк, фосфор, или сурьмы, кремний получает дополнительные «свободные» электроны – те, которые может проводить электрический ток, поэтому электроны будут вытекать об этом более естественно. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, кремний обработанный таким образом, называется n-типом (отрицательный тип). Мы также можем легировать кремний другими примесями, такими как бор, галлий и алюминий.В кремнии, обработанном таким образом, меньше таких «свободные» электроны, поэтому электроны в близлежащих материалах будут стремиться втекать в него. Мы называем этот кремний p-типа (положительный тип).

Быстро, мимоходом, важно отметить, что ни кремний n-типа, ни p-типа на самом деле не имеет заряда сам по себе : оба электрически нейтральны. Это правда, что кремний n-типа имеет дополнительные «свободные» электроны, которые увеличивают его проводимость, в то время как кремний p-типа имеет меньше этих свободных электронов, что помогает увеличить его проводимость противоположным образом.В каждом случае дополнительная проводимость возникает из-за добавления нейтральных (незаряженных) атомов примесей к кремнию, что изначально было нейтральным – и мы не можем создавать электрические заряды из воздуха! Для более подробного объяснения мне потребуется представить идею под названием ленточная теория, что немного выходит за рамки данной статьи. Все, что нам нужно помнить, это то, что «лишние электроны» означают лишние свободных электронов – те, которые могут свободно перемещаться и помогать переносить электрический ток.

Кремниевые бутерброды

Теперь у нас есть два разных типа кремния. Если мы сложим их вместе слоями, делая бутерброды из материала p-типа и n-типа, мы можем сделать различные виды электронных компонентов, которые работают во всех видах способами.

Предположим, мы присоединяем кусок кремния n-типа к куску p-типа. кремний и поместите электрические контакты с обеих сторон. Увлекательно и полезно вещи начинают происходить на стыке двух материалы. Если мы обратимся от тока, мы можем заставить электроны течь через переход от сторона n-типа к стороне p-типа и наружу через цепь.Этот происходит из-за отсутствия электронов на стороне p-типа переход притягивает электроны со стороны n-типа и наоборот. Но если мы меняем направление тока, электроны вообще не текут. Что мы сделанный здесь называется диодом (или выпрямителем). Это электронный компонент, который позволяет току течь через него только в одном направлении. Это полезно, если вы хотите превратить переменный (двусторонний) электрический ток в постоянный (односторонний) ток. Диоды тоже можно сделать так, чтобы они испускали светится, когда через них проходит электричество.Вы могли видеть эти светодиоды на карманных калькуляторах и электронных дисплеи на стереооборудовании Hi-Fi.

Как работает переходной транзистор

Фотография: Типичный кремниевый PNP-транзистор (A1048, разработанный как усилитель звуковой частоты).

Теперь предположим, что вместо этого мы используем три слоя кремния в нашем сэндвиче. из двух. Мы можем сделать бутерброд p-n-p (с ломтиком n-типа кремний в качестве заполнения между двумя пластинами p-типа) или n-p-n сэндвич (с p-типом между двумя плитами n-типа).Если мы присоединить электрические контакты ко всем трем слоям сэндвича, мы можем сделать компонент, который будет либо усиливать ток, либо включать его, либо выключен – другими словами, транзистор. Посмотрим, как это работает в случае n-p-n транзистор.

Итак, мы знаем, о чем говорим, давайте дадим имена трем электрические контакты. Мы назовем два контакта, соединенных с двумя кусочки кремния n-типа эмиттер и коллектор, и контакт соединенный с кремнием p-типа, который мы будем называть базой.Когда нет ток протекает в транзисторе, мы знаем, что кремний p-типа не хватает электронов (показаны здесь маленькими знаками плюс, обозначающими положительные зарядов) и два куска кремния n-типа имеют лишние электроны (показаны маленькими знаками минус, обозначающими отрицательные заряды).

Другой способ взглянуть на это – сказать, что в то время как n-тип имеет избыток электронов, p-тип имеет дырки, где электроны должно быть. Обычно отверстия в основании действуют как барьер, предотвращающий любые значительный ток от эмиттера к коллектору при транзистор находится в выключенном состоянии.

Транзистор работает, когда электроны и дырки начинают двигаться через два перехода между кремнием n-типа и p-типа.

Давай подключить транзистор к некоторой мощности. Допустим, мы прикрепляем небольшой положительное напряжение на базу, сделать эмиттер отрицательно заряженным и сделать коллектор положительно заряженным. Электроны вытягиваются из эмиттер в базу, а затем из базы в коллектор. А также транзистор переходит в состояние «включено»:

Малый ток, который мы включаем на базе, создает большой ток. поток между эмиттером и коллектором.Повернув небольшой вход ток в большой выходной ток, транзистор действует как усилитель. Но в то же время он действует как переключатель. Когда нет тока база, ток между коллектором и эмиттер. Включите базовый ток, и течет большой ток. Итак, база ток включает и выключает весь транзистор. Технически это тип транзистора называется биполярным, потому что два разных вида (или “полярностей”) электрического заряда (отрицательные электроны и положительные отверстия) участвуют в протекании тока.

Мы также можем понять транзистор, представив его как пару диодов. С база положительная, а эмиттер отрицательная, переход база-эмиттер похож на прямое смещение диод, с электронами, движущимися в одном направлении через переход (слева направо в диаграмму) и отверстия, идущие в противоположную сторону (справа налево). База-коллектор переход похож на диод с обратным смещением. Положительное напряжение коллектора тянет большая часть электронов проходит через внешнюю цепь (хотя некоторые электроны рекомбинируют с дырками в основании).

Как работает полевой транзистор (FET)

Все транзисторы работают, управляя движением электронов, но не все из них делают это одинаково. Подобно переходному транзистору, полевой транзистор (полевой транзистор) имеет три разных контакта, но они иметь названия источник (аналог эмиттера), сток (аналог коллектор), и затвор (аналог цоколя). В полевом транзисторе слои Кремний n-типа и p-типа устроен несколько иначе и покрытый слоями металла и оксида.Это дает нам устройство под названием MOSFET (Металлооксидное полупроводниковое поле) Эффектный транзистор).

Хотя в истоке и стоке n-типа есть лишние электроны, они не могут перетекать от одного к другому из-за дыр в ворота p-типа между ними. Однако если приложить положительный напряжение на затвор, там создается электрическое поле, позволяющее электроны перетекают по тонкому каналу от истока к стоку. Этот «полевой эффект» позволяет току течь и включает транзистор:

Для полноты картины отметим, что полевой МОП-транзистор является униполярным. транзистор потому что только один («полярность») электрического заряда участвует в его работе.

Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

На практике вам не нужно ничего знать об этом электроны и дыры, если вы не собираетесь разрабатывать компьютерные чипы для заработка! Все, что вам нужно знать, это то, что транзистор работает как усилитель или переключатель, используя небольшой ток включить более крупный. Но есть еще одна вещь, которую стоит знать: как все это помогает компьютерам хранить информацию и принимать решения?

Мы можем соединить несколько транзисторных ключей, чтобы что-то сделать называется логическим вентилем, который сравнивает несколько входные токи и в результате дает другой выход.Логические ворота позволяют компьютерам создавать очень простые решения с использованием математической техники, называемой булевой алгеброй. Точно так же и ваш мозг принимает решения. Например, используя “входные данные” (то, что вы знаете) о погоде и о том, что у вас в коридоре, вы можете принять такое решение: “Если идет дождь И я есть зонтик, я пойду в магазины “. Это пример булевой алгебры, в которой используется так называемое И “оператор” (слово “оператор” – это всего лишь небольшой математический жаргон, заставляют вещи казаться более сложными, чем они есть на самом деле).Ты можешь сделать аналогичные решения с другими операторами. “Если ветрено ИЛИ идет снег, тогда я надену пальто “- это пример использования оператора ИЛИ. Или как насчет «Если идет дождь, И я есть зонтик ИЛИ у меня есть пальто, тогда можно выйти на улицу “. Используя AND, ИЛИ и другие операторы, вызываемые Компьютеры NOR, XOR, NOT и NAND могут складывать или сравнивать двоичные числа. Эта идея является краеугольным камнем компьютерных программ: логическая серия инструкций, которые заставляют компьютеры действовать.

Обычно переходной транзистор выключен, когда нет базы. ток и переключается в положение «включено», когда течет базовый ток.Это значит требует электрического тока для включения или выключения транзистора. Но такие транзисторы можно подключить к логическим элементам, чтобы их выход соединения возвращаются на свои входы. Транзистор затем остается включенным, даже если базовый ток отключен. Каждый раз новый база ток течет, транзистор «переключается» или выключается. Остается в одном из эти стабильные состояния (включены или выключены) до тех пор, пока не появится другой ток приходит и переворачивает его в другую сторону. Такая аранжировка известен как триггер, и это превращает транзистор в простой запоминающее устройство, в котором хранится ноль (когда он выключен) или один (когда он на).Шлепанцы – это основная технология, лежащая в основе компьютерных микросхем памяти.

Кто изобрел транзистор?

Изображение: Оригинальный дизайн точечного транзистора, как изложено в Патент Джона Бардина и Уолтера Браттейна в США (2 524 035), поданный в июне 1948 г. (примерно через шесть месяцев после оригинальное открытие) и награжден 3 октября 1950 года. Это простой PN-транзистор с тонкий верхний слой германия P-типа (желтый) на нижнем слое германия N-типа (оранжевый).Три контакта: эмиттер (E, красный), коллектор (C, синий) и база (G, зеленый). Вы можете прочитать больше в оригинальном патентном документе, который указан в ссылках ниже. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

транзисторов были изобретены в Bell Laboratories в Нью-Джерси в 1947 году. трех блестящих физиков США: Джона Бардина (1908–1991), Уолтера Браттейн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).

Команда, возглавляемая Шокли, пыталась разработать новый тип усилителя для телефонной системы США – но что собственно изобретенные они оказались гораздо более распространенными Приложения.Бардин и Браттейн создали первый практический транзистор (известный как точечный транзистор) во вторник, 16 декабря 1947 года. Хотя Шокли сыграл большую роль в этом проекте, он был разъяренный и взволнованный из-за того, что его оставили в стороне. Вскоре после этого во время остановиться в отеле на конференции по физике, единолично выяснил он теория переходного транзистора – устройство гораздо лучше, чем точечный транзистор.

В то время как Бардин ушел из Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжил пользуются еще большим успехом при изучении сверхпроводников в Университете Иллинойса), Браттейн остался на некоторое время, прежде чем уйти на пенсию, чтобы стать учителем.Шокли основал собственную компанию по производству транзисторов и помог вдохновить современный феномен «Силиконовая долина» (процветающий район вокруг Пало-Альто, Калифорния, где корпорации электроники собраны). Двое его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, ушли чтобы основать Intel, крупнейшего в мире производителя микрочипов.

Бардин, Браттейн и Шокли ненадолго воссоединились несколько лет спустя, когда они поделились лучшими научными достижениями мира награда, Нобелевская премия по физике 1956 г., за их открытие.Их история захватывающий рассказ о интеллектуальный талант борется с мелкой ревностью, и это хорошо стоит прочтения больше о. Вы можете найти отличные отчеты об этом среди книг и веб-сайты, перечисленные ниже.

Основы электроники – Как работает транзистор

Транзисторы – это полупроводниковые устройства с тремя выводами, которые могут действовать как усилители, управляющие или электрически управляемые переключатели .

  • Усилитель : когда он работает как усилитель, он потребляет крошечный электрический входной ток на одном проводе и производит больший выходной ток на другом проводе.
  • Переключатель : небольшой электрический ток через провод может включить больший ток через другие выводы транзистора

На рисунке ниже вы можете увидеть несколько типов транзисторов:

Полупроводники

Транзисторы изготовлены из кремния, который является полупроводником.Полупроводник – это материал, который не является чистым проводником, он имеет более высокое сопротивление, чем проводник, но гораздо более низкое сопротивление, чем изоляторы.

Тип N

Мы можем ввести примеси в кремний, чтобы он работал определенным образом, этот процесс называется легированием.

Если мы легируем кремний химическими элементами, такими как фосфор, мышьяк или сурьма, которые имеют 5 валентных электронов, кремний получает дополнительные свободные электроны, которые могут переносить электрический ток.

Когда мы добавляем эти элементы, мы вводим электроны.Поскольку электроны отрицательны, этот тип полупроводника называется N-тип (отрицательный тип).

Тип P

С другой стороны, мы можем легировать кремний другими элементами, такими как бор или галлий. Поскольку эти элементы имеют только три внешних электрона, когда они смешиваются с кремниевой матрицей, они создают «дыры» без электронов.

Итак, у этого типа кремния меньше лишних свободных электронов, поэтому он называется P-Type (положительный тип).

Рисунок адаптирован из гиперфизики

Водная аналогия

Для понимания основных концепций электроники нет ничего лучше аналогии с водой.

Представьте себе кран, в котором течет вода. Вода откуда-то идет (в потоке) и выходит из крана (вытекает). Расход воды можно контролировать с помощью ручки управления .

То же самое происходит в транзисторе , ток течет от одного вывода к другому. Ток, протекающий от одного вывода к другому, зависит от небольшого напряжения / тока, приложенного к контрольному проводу. Таким образом, управляющий провод управляет электрическим потоком через два своих провода.

Два основных семейства транзисторов – это транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET).

  • Транзисторы с биполярным переходом требуют входного или выходного тока на их проводах управления
  • Полевые транзисторы практически не требуют тока, только напряжение

Биполярные переходные транзисторы (БЮТ)

Транзисторы с биполярным переходом состоят из трехслойного сэндвича из легированных полупроводниковых материалов. У нас может быть два типа транзисторов с биполярным переходом: N-P-N и P-N-P. На каждом слое есть булавка. На транзисторах с биполярным переходом три контакта имеют маркировку:

.
  • Коллектор (C)
  • База (B)
  • Излучатель (E)

На рисунке ниже вы можете увидеть символы для транзисторов NPN и PNP соответственно.

NPN транзистор

В транзисторе NPN ток течет от коллектора к эмиттеру. База транзистора NPN должна быть подключена к положительному напряжению для протекания тока.

По мере увеличения тока к базе транзистор все больше включается до тех пор, пока не проведет ток полностью от коллектора к эмиттеру.

Транзистор PNP

В транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору, для этого база должна быть заземлена.

Можно сказать, что транзистор PNP обычно выключен. Однако, когда есть небольшой выходной ток и отрицательное напряжение на базе по отношению к эмиттеру, транзистор включается, и больший ток течет от эмиттера к коллектору.

В основном, транзистор PNP будет проводить ток от эмиттера к коллектору, если база и коллектор отрицательны по отношению к эмиттеру.

Mini Project – Автоматический светодиодный светильник

В этом разделе я поделюсь с вами простым применением транзистора.

Мы будем использовать LDR (резистор, зависящий от света), чтобы включить транзистор NPN, который питает светодиод.

В темноте светодиод включается, а при свете гаснет.

Необходимые детали

Вот компоненты, которые вам понадобятся:

Вы можете использовать предыдущие ссылки или перейти непосредственно на MakerAdvisor.com/tools, чтобы найти все детали для ваших проектов по лучшей цене!

Схема

Вот принципиальная схема для этого проекта:

Поместите все компоненты в макетную плату и проверьте свою схему.Вот схема:

Тестирование автоматического светодиода

Когда свет выключается, LDR активирует транзистор, который в конечном итоге включает светодиод. Вот окончательный результат:

Вы можете измерить сопротивление вашего LDR с помощью мультиметра с разной интенсивностью света (от темного до светлого), чтобы вы могли видеть, что происходит.

Вам может потребоваться отрегулировать сопротивление резистора 47 кОм на другое значение в зависимости от интенсивности освещения в вашем окружении.Для этого может оказаться более полезным заменить резистор 47 кОм на потенциометр.

Не стесняйтесь припаять все части этой крошечной схемы и применить ее в любом приложении.

Надеюсь, этот пост и проект были для вас полезны.

Поделитесь этим постом с другом, который тоже любит электронику!

Спасибо за чтение,

– Руи Сантос

Изучение основ транзисторов [Простое и быстрое пошаговое руководство]

Эй, там! надеюсь, вы отлично проводите время.

Вы пользуетесь мобильным телефоном, ноутбуком и другими замечательными электронными устройствами почти каждый день.

Эти устройства стали возможны благодаря замене большой вакуумной лампы размером с крошечный электронный компонент, транзистор.

Транзистор – это основной строительный блок любого портативного устройства, доступного на рынке. Электроника – ничто с этим парнем.

Итак, в этом посте мы пытаемся узнать все об основах работы с транзисторами и собираемся отлично провести время вместе.

Надеюсь, вы узнаете что-то новое. Наслаждайтесь основами транзистора!

Что такое транзистор?

Этот тип, транзистор, представляет собой трехполюсное полупроводниковое устройство, используемое в качестве усилителя или электронного переключателя.

В качестве усилителя он преобразует очень слабый сигнал в гораздо больший сигнал. Простым примером является громкоговоритель, который издает очень громкий звук.

Один громкоговоритель может воспроизводить звук, который будет слышен во всем зале или на стадионе.

Как выключатель, очевидно, он используется для включения / выключения устройства. Такая коммутационная способность сделала транзистор идеальным для многих приложений, таких как аналого-цифровой преобразователь, импульсный источник питания, микропроцессоры и многое другое.

Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство с тремя выводами, используемое для усиления слабых сигналов или в качестве электронного переключателя

Мы не можем представить без этого современную электронику. Почти в каждом электронном устройстве есть несколько таких небольших устройств, от нескольких до миллионов.

Вы будете шокированы, если узнаете, сколько транзисторов находится в цепях вашего мобильного телефона, ноутбука или персонального компьютера! Их миллионы.

Значение транзисторов в электронике

Чтобы понять важность и востребованность транзисторов, возьмем для примера компьютер.

Если бы не были изобретены транзисторы, возможно, мы до сих пор использовали бы громоздкие электронные лампы.

Наши компьютеры были бы сделаны из таких громоздких трубок, что делало компьютер размером с комнату.У кого дома будет такой большой компьютер?

Конечно никто, кроме больших компаний.

Таким образом, не было бы персонального компьютера без транзистора. Персональный компьютер – лишь один из примеров, вы также можете вспомнить революцию в области радио, мобильной связи и телевидения.

У нас не было бы таких развлечений и современного связанного мира без этих небольших устройств, транзисторов.

Согласно Википедии, в 1956 году Джон Бардин, Уолтер Хаузер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли были удостоены Нобелевской премии по физике «за свои исследования полупроводников и открытие эффекта транзистора ».

Двенадцать человек упоминаются как непосредственное участие в изобретении транзистора в лаборатории Белла.

Электрическое обозначение транзистора

Электрический символ упрощает идентификацию определенного элемента в сложной цепи. Как и у других электронных компонентов, транзистор имеет свой символ. Обозначение транзистора:

.

Как я уже сказал, это трехконечное устройство. Три клеммы – это база (B), эмиттер (E) и коллектор (C).Базовая клемма действует как затвор, контролируя величину тока, протекающего между клеммами эмиттера и коллектора. О транзисторе BJT очень важно знать следующее:

  • Он называется транзистором с биполярным переходом, потому что он имеет как дырки, так и электроны в качестве носителей заряда.
  • Это устройство, управляемое током, т.е. величина базового тока контролирует величину выходного тока.
  • Сопротивление между базой и эмиттером ниже, чем сопротивление между базой и коллектором.
  • Для транзистора i-e Active существует три рабочих региона, область насыщения и область отсечки.

Кривая VI транзистора

Как и диод, описанный в предыдущем посте, транзистор имеет характеристическую кривую (называемую характеристической кривой).

Когда вы понимаете основную концепцию любого устройства. Еще одна важная вещь, которую вам нужно знать: каково соотношение между напряжением на устройстве и током, протекающим через него. Эта информация представлена ​​в таблице данных транзистора в виде графика VI.

В случае транзистора напряжение на транзисторе составляет V CE , а ток – ток коллектора (I C ). Но что интересно, базовый ток контролирует ток коллектора.

Для каждого значения базового тока у нас есть разные значения тока коллектора. В результате вместо одной кривой VI (как в случае диода) мы получили семейство кривых VI. Ниже приведены кривые семейства VI;

Видите ли, для каждого базового тока у вас своя кривая VI.Кривую VI можно разделить на следующие три объясненных области.

Транзисторные регионы эксплуатации

1. Активная область

В активной области транзистор будет включен. Кроме того, в активной области переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении.

Напряжение между коллектором и эмиттером (V CE ) будет между областями отсечки и насыщения.

На графике VI вы можете четко видеть постоянный ток коллектора в этой области. Итак, в активной области транзисторы можно было использовать как источник постоянного тока и как усилитель.

2. Обрезная область

В этой области области база-эмиттер и база-коллектор имеют обратное смещение.

Условия работы транзистора: (a) нулевой входной базовый ток (I B ), (b) нулевой выходной ток коллектора (I C ), (c) и максимальное напряжение коллектора (V CE ) что приводит к образованию большого обедненного слоя и отсутствию тока, протекающего через устройство.

Эта область в основном используется в условиях переключения.

3. Область насыщенности

Когда области база-эмиттер и база-коллектор смещены в прямом направлении, говорят, что транзистор находится в области насыщения.

В этой области транзистор используется как резистор или как активная нагрузка в интегральных схемах.

Внешний вид транзистора

Мы поняли основное определение транзистора. Пора увидеть настоящие транзисторы.Ниже приведено изображение реальных транзисторов:

Понимаете, все они разных форм и размеров. Некоторые покрыты белыми материалами, на самом деле этот белый материал является теплоотводом. Это одиночные, т. Е. Они еще не используются в схеме.

Транзистор NPN и PNP

Биполярные транзисторы бывают двух типов: один называется NPN, а другой – PNP. Оба типа выполняют одинаковые операции, но по-разному:

  • Транзистор PNP состоит из двух слоев материала P-типа со слоем прослоенного материала N-типа.Где NPN-транзистор состоит из двух слоев материала N-типа со слоем прослоенного P-типа.
  • В транзисторе PNP основными носителями заряда являются дырки, а в транзисторе NPN основными носителями заряда являются электроны.
  • Транзистор PNP включается при подаче некоторого отрицательного напряжения или отсутствии напряжения. В то время как транзистор NPN включается, когда на базе присутствует некоторое напряжение, а на клемму базы протекает некоторый ток.
  • В транзисторе PNP поток тока проходит от вывода эмиттера к выводу коллектора, в то время как NPN поток тока проходит от вывода коллектора к выводу эмиттера.

Меня лично больше интересует проектирование электронных схем.

Итак, с точки зрения дизайна очень важно знать, как определить, какой транзистор какой. Как разработчик, ваша задача – практически различать транзисторы NPN и PNP.

Как я уже говорил вам ранее, транзистору PNP требуется отрицательное напряжение или его отсутствие на базе, а для NPN требуется положительное напряжение на клемме базы. Помните об этом и посмотрите следующее видео.

Я уверен, что после просмотра этого видео вы сможете различать два типа NPN и PNP.

Идентификация клемм транзистора

Мы научились различать NPN и PNP.

Следующее, что нужно сделать в изучении основ транзисторов, – это как идентифицировать выводы транзистора. Идентификация правильных выводов очень важна, потому что, если вы подключите источник питания к неправильным выводам транзистора, он может сгореть.

У меня есть два способа поделиться с вами.

Первый метод: с использованием таблицы данных

Из таблицы вы можете сказать, какой терминал какой. В таблице данных вам всегда будет показано изображение, подобное приведенному ниже.

Просто сравните свой реальный транзистор с ним, удерживая транзистор так, как показано в таблице данных.

Я лично применял этот метод, когда был студентом.

Это было так просто, как будто мне не пришлось брать мультиметр в университетской лаборатории или использовать свой собственный позже, когда я его купил.

Я просто гуглил транзистор, скачал даташит. И сравните транзистор в моей руке с изображением в даташите.

Это отлично сработало для меня, но позже мне понравилось делать это с помощью мультиметра.

Второй метод: с помощью мультиметра

Если честно, очень много можно определить терминал транзистора с помощью мультиметра.

Но лично меня устраивает следующий. Имейте в виду, что средняя клемма транзистора всегда является базой, поэтому не тратьте время на поиск клеммы базы.

Ключевые моменты, на которые следует обратить внимание для идентификации выводов транзистора

  • Установить мультиметр в диодный режим.
  • Помните, что сопротивление база-эмиттер ниже, чем сопротивление база-коллектор.
  • Поместите положительный щуп (красный) мультиметра на базу транзистора (NPN). Но если ваш транзистор – PNP, тогда поместите отрицательный (черный) щуп мультиметра на базу.
  • Поместите другой щуп мультиметра на другой вывод транзистора и запишите значения сопротивления.
  • Низкое сопротивление – вывод эмиттера.
  • Высокое сопротивление – вывод коллектора.

Тестирование транзисторов

Тестирование транзисторов является наиболее важным моментом для изучения основ транзисторов. Потому что очень важно различать хороший и плохой транзистор.

У вас есть транзистор, и вы хотите знать, исправен он или нет. Или вы только что вытащили транзистор из другой печатной платы и хотите проверить, нормально ли он работает.

Вам нужно это протестировать.

Есть несколько способов сделать это. Но новичку лучше всего сделать это с помощью мультиметра. Вы можете использовать любой мультиметр, он не должен быть дорогим, если он проверяет целостность цепи.

  • Установите мультиметр на контрольную точку.
  • Соедините щупы вместе, если мультиметр издает звуковой сигнал, это означает, что с вашим мультиметром все в порядке. С ним можно проверить транзистор.
  • Затем поместите щупы мультиметра на выводы проверяемого транзистора и послушайте звуковой сигнал.
  • Если мультиметр издает звуковой сигнал при любом расположении, это означает, что у вас плохой транзистор.

Транзистор как усилитель

Часто мы имеем дело со слабым сигналом в природе. Как будто наш голос можно услышать в ограниченном пространстве.

Его нельзя услышать, когда мы говорим публично. Всегда существует потребность в сторонних приложениях, чтобы увеличить наш голос настолько, чтобы его можно было услышать в громкоговорителях.

Громкоговоритель делает это с помощью процесса усиления.В процессе усиления сила слабого сигнала увеличивается без изменения его характеристик.

Входной сигнал может быть любым, током или напряжением, транзисторным, поскольку усилитель усиливает сигнал, не изменяя его уникальных характеристик.

Если мы хотим, чтобы транзистор работал как усилитель, мы должны заставить транзистор работать в активной области, которая находится между областью насыщения и областью отсечки.

Чтобы транзистор работал в активной области, нам нужна особая конфигурация схемы.Ниже приведены три основные конфигурации таких схем.

  1. Конфигурация с общей базой (CB): в конфигурации CB мы подключим базу транзистора к земле, которая имеет очень низкий входной импеданс, что даст очень низкий выходной импеданс с очень низким усилением. Прирост для этой конфигурации будет очень низким.
  2. Конфигурация общего коллектора
  3. (CC): в этой конфигурации коллектор подключен к земле, у нас низкий выходной импеданс для высокого входного сопротивления, а коэффициент усиления для этой конфигурации очень хороший по сравнению с конфигурацией CB.
  4. Конфигурация общего эмиттера
  5. (CE): в этой конфигурации эмиттер подключен к земле, и у нас будет высокое входное сопротивление, среднее выходное сопротивление и высокое усиление.

Параметр усилителя транзистора

Перед выбором транзисторного усилителя необходимо учитывать следующие характеристики. Технические характеристики: входной импеданс, эффективность, полоса пропускания, усиление, скорость нарастания, линейность, стабильность и т. Д.

  • Входное сопротивление : оно должно быть в 10 раз выше, чем полное сопротивление источника для хорошего усиления.
  • КПД : КПД – это не что иное, как то, сколько входной мощности эффективно используется для получения выходной мощности усилителя. Другими словами, эффективность – это не что иное, как мощность, потребляемая от источника питания, и какая мощность эффективно используется для получения выходной мощности усилителем.
  • Полоса пропускания: Частотный диапазон, в котором усилитель может обеспечить хорошее усиление сигнала, называется полосой пропускания этого усилителя.
  • Усиление : усиление усилителя измеряется путем вычисления отношения выходной мощности к входной.Цепи с более высоким коэффициентом усиления будут очень чувствительными и будут давать хороший выходной сигнал даже при небольшом входном сигнале.
  • Устойчивость: Способность усилителя избегать автоколебаний. Из-за этих колебаний сигнал может перекрываться или маскироваться полезным сигналом. Стабильности можно достичь, добавив на выходе зональную сеть, которая будет давать отрицательную обратную связь.
  • Линейность: Если вход усилителя увеличивается, выход усилителя также должен линейно увеличиваться, этот эффект называется линейностью.Этот эффект будет на 100% достигнут идеальным усилителем, когда мы возьмем практический случай, усилитель будет производить линейный выходной сигнал для своего входа до определенного предела, после этого, если входная частота увеличивается, выходное усиление будет уменьшено из-за внутреннего паразитная емкость сигнала. Эту нелинейность можно уменьшить за счет отрицательной обратной связи.
  • Шум: Шум определяется как нежелательные частоты в сигнале из-за интерфейса компонентов, внешних помех, отказов компонентов, сигналов одинаковой частоты в той же цепи и т. Д.

Транзистор как переключатель:

В транзисторе ток не может течь в цепи коллектора, если ток не течет в цепи базы. Это свойство позволяет использовать транзистор в качестве переключателя.

Транзистор работает как «однополюсный однопозиционный» (SPST) твердотельный переключатель. Когда нулевой сигнал подается на базу транзистора, он выключается, действуя как разомкнутый переключатель, и течет нулевой ток коллектора.

При подаче положительного сигнала на базу транзистора он включается, действуя как замкнутый переключатель, и через устройство протекает максимальный ток цепи.

Самый простой способ переключения мощности от умеренной до высокой – использовать транзистор с выходом с открытым коллектором и вывод эмиттера транзистора, подключенный непосредственно к земле. При таком использовании выход с открытым коллектором транзистора может, таким образом, «сливать» подаваемое извне напряжение на землю, тем самым контролируя любую подключенную нагрузку.

Типы транзисторов

Помимо транзисторов типа BJT, есть еще много других. Следующая диаграмма обобщает всю концепцию.

Классификацию транзисторов можно понять, просмотрев приведенную выше древовидную диаграмму. Транзисторы в основном делятся на два типа; это биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET).

BJT снова подразделяются на транзисторы NPN и PNP.

Полевые транзисторы подразделяются на JFET и MOSFET. Переходные полевые транзисторы подразделяются на N-канальный JFET и P-канальный JFET в зависимости от их функции.MOSFET-транзисторы подразделяются на режим истощения и режим улучшения.

Снова транзисторы режима обеднения и улучшения подразделяются на N-канальный JFET и P-канал.

Применение транзистора

Что касается приложений, то альтернативы транзистору нет. Почти все цифровые устройства состоят из него.

Современные мировые технологии умны. Старые электронные схемы большого размера заменяются интегральными схемами (ИС).

Эти интегральные схемы содержат миллионы транзисторов.Ваш мобильный телефон и ноутбуки работают на интеллектуальных процессорах, которые представляют собой интегральные схемы и содержат миллиарды транзисторов. Ниже приведены некоторые применения транзистора:

1- Транзистор можно использовать для усиления тока. Это связано с тем, что небольшое изменение тока базы вызывает большое изменение тока коллектора.

Пример: микрофон
Звуковые волны, подаваемые в микрофон, вызывают вибрацию диафрагмы микрофона. Электрическая мощность микрофона изменяется в зависимости от звуковых волн.

В результате ток базы изменяется из-за небольшого переменного напряжения, создаваемого микрофоном. Небольшое изменение тока базы вызывает большое изменение тока коллектора.

В громкоговоритель течет переменный ток коллектора. Там он превращается в звуковые волны, соответствующие исходным звуковым волнам.

Частоты обеих волн эквивалентны, но амплитуда звуковой волны из громкоговорителя выше, чем звуковые волны, подаваемые в микрофон.

2-Транзистор как переключатель
Первый пример: выключатель со светом
Схема предназначена для зажигания лампы при ярком освещении и выключения в темноте.

Одним из компонентов делителя потенциала является светозависимый резистор (LDR). Когда он помещен в ТЁМНОСТЬ, его сопротивление велико. Транзистор выключен.

Когда LDR освещается ярким светом, его сопротивление падает до небольшого значения, что приводит к увеличению напряжения питания и увеличению тока базы.Транзистор включается, коллекторный ток течет, лампочка загорается.

Второй пример: тепловой выключатель
Одним из важных компонентов цепи теплового выключателя является термистор.

Термистор – это тип резистора, который реагирует на окружающую температуру. Его сопротивление увеличивается при низкой температуре и наоборот.

Когда термистор нагревается, его сопротивление падает, и большая часть напряжения питания падает на резистор R.Базовый ток увеличивается с последующим большим увеличением тока коллектора. Т

Лампочка загорится и включится сирена. Эта конкретная схема подходит как система пожарной сигнализации.

Заключение

Таким образом, транзистор представляет собой трехконтактное полупроводниковое устройство, используемое в качестве усилителя или электронного переключателя.

  • Он имеет три рабочих региона: активный, отключенный и насыщенный.
  • Используется как усилитель в активной области и как переключатель в областях отсечки и насыщения.
  • Может также использоваться как резистор в области насыщения.
  • Используя мультиметр, вы можете проверить его, чтобы решить, хороший он или плохой.
  • Вы также можете различать NPN и PNP с помощью цифрового мультиметра.
  • Сегодняшний современный мир возможен только благодаря интегральным схемам. И во всех интегральных схемах есть транзисторы.

Это все, что я знаю об основах работы с транзисторами. Надеюсь, это вам помогло.

Спасибо и хорошо проводите время.


Другие полезные сообщения:

Как работает транзистор

Это руководство охватывает основы работы с транзисторами и дает концептуальный ответ на вопрос, как работает транзистор? Хорошее понимание транзистора необходимо для работы с электронными схемами. Транзисторы – это основа электроники. Они повсюду; в дискретной форме, в группе миллионов в виде интегральной схемы. В этом разделе серии руководств мы исследуем каждый аспект транзистора.

Концепции, которые вы должны знать

Прежде чем отправиться в путешествие по транзисторам, мы рекомендуем вам ознакомиться с некоторыми основами, связанными с транзисторами.Конструкция и работа транзистора связаны с диодами, вам предлагается прочитать руководства по диодам и базовой электронике.
Вы увидите концепцию обычного тока в / с электронного потока в этом руководстве пару раз. Как следует из названия, традиционный ток – это традиционный, старомодный способ выражения концепции тока. Обычный ток течет от положительного к отрицательному. Да, это выглядит концептуально неправильно, но вы можете найти подтверждение в символе диода. Электрон со своим отрицательным зарядом легко притягивается к положительному источнику.Следовательно, поток электронов меняется от отрицательного к положительному. Эти концепции кажутся запутанными, но они очень ясны и приемлемы. Неважно, какое направление тока рассматривается, важно использовать одно и то же направление последовательно. Работа тока в электронной схеме не меняется с направлением тока.

Почему мы используем транзистор?

Сегодня большинство электронных схем состоит из интегральных схем (ИС). В такой интегральной схеме, как микроконтроллер, спрятаны миллионы транзисторов.Конфигурация ввода-вывода таких ИС основана на транзисторах. Транзисторы имеют множество преимуществ, таких как небольшой размер, легкая доступность, низкая стоимость, простота использования. Они несут ответственность за усадку электронных схем. Вы можете подумать, что на самом деле делает транзистор? Таким образом, помимо усиления (преобразования сигнала низкой мощности в аналогичный сигнал высокой мощности) транзисторы также могут действовать как переключатель. С такими комбинированными возможностями транзисторы могут многое. Благодаря своей коммутационной и усилительной способности транзистор заменил механический переключатель и вакуумную лампу в электронике.Как и другие электронные компоненты, которые мы обсуждали до сих пор, транзисторы имеют различные типы для различных применений. Вот почему транзистор является жизненно важной частью электроники.

Что такое транзистор?

Электроника использует очень мельчайшие частицы, называемые электронами; контролировать электричество. Транзистор управляет электричеством с помощью электронов. Первый транзистор практически реализован в 1947 году физиками Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли.Этот транзистор был назван точечным транзистором. Позже Уильям Шокли изобрел биполярные транзисторы в 1948 году. Транзистор – это простое активное электронное устройство по своей физической структуре и немного сложное по своей работе. По определению транзистор – это полупроводниковое устройство с двумя pn переходами, используемое в качестве переключателя или для усиления электронных сигналов .

Почему транзистор называется транзистором? Значение названия транзистора заключается в его собственной работе. Trans + istor = Транзистор
Приставка trans говорит о передаче сигнала от низкоомной части к высокоомной, а istor означает твердую физическую структуру, обладающую свойством сопротивления.

Биполярный переходной транзистор (BJT)

Транзисторы делятся на два основных типа: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). В учебных пособиях по транзисторам мы подробно изучим каждый вариант обоих типов. Наиболее распространенный транзистор, который мы используем, – это переходной транзистор (BJT). Следовательно, большинство людей, работающих с электроникой, используют слово транзистор для обозначения BJT. Вы могли подумать о названии биполярного, почему так назвали? Мы увидим причину этого в работе транзистора.Теперь отсюда мы узнаем о БЮТ, его типах, конструкции, работе и т. Д. »

Обозначения транзисторов

Транзисторы концептуально представляют собой 3 оконечные активные устройства. Эти 3 терминала называются коллектором (C), базой (B) и эмиттером (E). Транзистор состоит из трех слоев легированных полупроводников. Комбинация слоев может быть npn или pnp .

Вы можете использовать следующие подсказки, чтобы запомнить, что такое npn, а какое – pnp.
1) npn = N от P ointing i N , pnp = P ointing i N
2) Использование концепции обычного направления стрелки тока для npn – np-> n, а для pnp – p -> нп

BJT – символы и конструкция транзисторов Для изготовления транзисторов используются два полупроводника: кремний (Si) и германий (Ge), из которых кремний является наиболее предпочтительным.Электропроводность полупроводниковых материалов находится между проводником (например, медью) и изолятором (например, пластиком). Чистый кремний не очень полезен для электроники. Добавление примеси (химического вещества) к чистому кремнию улучшает его свойства, этот процесс известен как легирование. В зависимости от добавленных примесей мы получаем полупроводники n-типа или p-типа. Различные электронные устройства сделаны из комбинации этих нечистых полупроводников. Вы можете посетить здесь, чтобы узнать больше о полупроводнике, его типах, сравнении кремния и германия и т. Д.
Конструкция транзистора

В конструкции BJT средняя область называется базой, а 2 внешние области – эмиттер и коллектор. На рисунке выше вы можете обнаружить, что внешние слои похожи, но их операции сильно различаются с точки зрения электрических и физических свойств. Уровень легирования эмиттера самый высокий, а базовый – самый низкий. Область коллектора имеет наибольшую площадь, а база – наименьшую. Вам может быть интересно узнать о самом большом размере области коллектора. Причина в том, что во время практической работы транзистора на коллекторе выделяется тепло (потраченная впустую мощность).По сравнению с другими областями, площадь коллектора в транзисторе увеличена для рассеивания тепла.

Конструкция транзистора является продолжением структуры pn перехода диода. Следовательно, транзистор можно представить себе как два диода с соединенными вместе анодами (NPN) или катодами (PNP). Направление стрелки в символе BJT можно проверить по положению диода. В случае, если диод NPN направлен на эмиттер, а для PNP, диод направлен на базу. Это направление указывает на направление протекания тока через транзистор.

Как работает транзистор – аналогия с двумя диодами

Представление транзистора в виде двух диодов практически не корректно. На макетной плате работать не будет. На практике ток в транзисторе отличается от диода.

Транзистор в действии Работа транзистора

A может быть продемонстрирована расширением водных аналогий резистора и конденсатора. В водном аналоге транзистора мы рассматриваем ширину трубы как сопротивление, ток – это поток воды, а давление, проталкивающее эту воду через трубу, – это напряжение.Транзистор является аналогом клапана. Ручка этого клапана представляет собой базовый штифт транзистора, который позволяет большему или меньшему количеству электронов течь от эмиттера к коллектору. Функционирование транзистора в качестве переключателя (ВКЛ / ВЫКЛ) и усилителя можно объяснить водяным клапаном, контролируя расход воды.

Как работает транзистор – аналогия с водой

Подобно клапану, регулирующему расход воды, транзистор также может управлять потоком путем небольшой настройки тока базы. Следовательно, биполярный транзистор называется устройством , управляемым током, .Усилительные характеристики транзисторов делают их особенным электронным устройством.

Транзистор рабочий

В npn- и pnp-транзисторе есть две похожие легированные полупроводниковые внешние области, то есть эмиттер и коллектор. Как следует из названия, эмиттер испускает носители заряда на базу . Коллектор собирает носители заряда с базы , чтобы передать их следующей части схемы. База управляет носителями заряда , протекающими через слои.База похожа на дверь или затвор, управляющий током в транзисторе.

Термин «носители заряда» используется для обозначения электронов (-ve-заряд) и дырок (+ ve-заряд) в случае npn и pnp соответственно. Концептуально дырки – это не что иное, как отсутствие электронов.

Токи в транзисторе – NPN и PNP

Стрелка в символе транзистора определяет ток эмиттера и условное направление тока.

Эмиттер имеет прямое смещение относительно базы для излучения или подачи большого количества носителей заряда.Коллектор обратного смещения отн. база для сбора носителей заряда, выпущенных эмитентом. Прямое или обратное смещение соответствующей области транзистора зависит от приложения, в котором будет использоваться транзистор. Эмиттер сильно легирован, поэтому требуется очень небольшое давление (напряжение), чтобы протолкнуть носители заряда от эмиттера к базе. Согласно диодной аналогии транзистора, эмиттерно-базовая часть эквивалентна диоду. Прямое напряжение диода составляет около 0,6 В. Следовательно, для прямого смещения эмиттера w требуется небольшое напряжение.r.t. база. Коллектор слегка легирован, чем эмиттер, поэтому на коллекторе прикладывается большее напряжение, чем на эмиттер.

Что такое предвзятость?
В электронике смещение – это постоянное напряжение или постоянный ток. При смещении между двумя выводами преднамеренно прикладывается постоянное напряжение постоянного тока для управления электронным устройством. Например. Напряжение смещения около 0,6 В включает транзистор.

Работа npn транзистора

Эмиттер прямого смещения излучает электроны на базу.Эти электроны составляют ток эмиттера ( I E ). Очень мало электронов из эмиттера объединяется с дырками в основании, которые создают базовый ток ( I B ). Оставшиеся электроны легко проходят слаболегированную базовую область и создают ток коллектора ( I C ). Таким образом, можно сказать, что в коллекторной части протекает примерно полный эмиттерный ток. В npn эмиттер и база относятся к n-типу и p-типу соответственно. Следовательно, электроны являются основными носителями, а дырки – неосновными носителями.

Работа pnp транзистора

Транзистор pnp работает очень похоже на транзистор npn. В случае pnp единственная разница связана с эмиттером p-типа и базой n-типа, дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными носителями. Следовательно, эмиттер испускает дырки, проводимость тока в pnp осуществляется через дырки, но во внешнем проводящем пути, например, в проводах, ток идет через электроны. В pnp-транзисторе отрицательное базовое напряжение контролирует ток эмиттер-коллектор.

Почему БЮТ называется биполярным? Как в транзисторах типа npn, так и pnp, токопроводимость (протекание) обусловлена ​​как основными, так и неосновными носителями.Это означает, что обе полярности электрического заряда (-ve электронов и + ve дырок) участвуют в проводимости тока. Следовательно, BJT называется биполярным.

С помощью этого обсуждения мы можем математически определить ток эмиттера с помощью текущего закона Кирхгофа как,

I E = I B + I C
Так как I B очень маленький; и измерьте в мкА,
I E I C

Этого достаточно для первого поста о Как работает транзистор .О транзисторах можно еще много поговорить. Это только начало. Надеюсь, теперь вы знакомы со словом «транзистор». Пожалуйста, ознакомьтесь с нашим следующим постом для более подробного объяснения работы транзистора.

Основы работы с транзисторами

Основы работы с транзисторами

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

ТРАНЗИСТОРЫ

В. Райан 2002 – 09

ФАЙЛ PDF – НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПЕЧАТНОЙ ВЕРСИИ РАБОЧАЯ ТАБЛИЦА НА ОСНОВЕ УПРАЖНЕНИЯ НИЖЕ

Транзисторы можно рассматривать как разновидность переключателя, так как может много электронных компонентов.Они используются в различных схемах и вы обнаружите, что схема, построенная в школе, Технологический отдел не содержит хотя бы одного транзистора. Они есть центральное место в электронике и бывает двух основных типов; НПН и ПНП. Самый схемы обычно используют NPN. Существуют сотни работающих транзисторов. при разных напряжениях, но все они попадают в эти две категории.

ДВА ПРИМЕРА РАЗЛИЧНЫЕ ФОРМЫ ТРАНЗИСТОРА

Транзисторы производятся разной формы, но у них есть три отведения (ножки).
BASE – вывод, отвечающий за активацию транзистора.
КОЛЛЕКТОР – положительный вывод.
EMITTER – отрицательный провод.
На схеме ниже показан символ транзистора NPN . Они не всегда располагайте так, как показано на схемах слева и справа, хотя вкладка на типе, показанном слева, обычно находится рядом с эмиттер.

Выводы на транзистор не всегда может быть в таком расположении. При покупке транзистор, в направлениях обычно четко указывается, какой вывод является БАЗА, ЭМИТТЕР или КОЛЛЕКТОР.

ПРОСТОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРА

ДИАГРАММА ‘A’

ДИАГРАММА ‘B’

На схеме A показан NPN-транзистор, который часто используется как переключатель.Небольшой ток или напряжение на база позволяет большему напряжению проходить через два других вывода (с коллектора на эмиттер ).

Схема, показанная на диаграмме B , основана на транзисторе NPN. При нажатии переключателя ток проходит через резистор в база транзистора. Затем транзистор пропускает ток. течет с +9 вольт на 0вс, и лампа загорается.

Транзистор должен получить напряжение на своей базе и до тех пор, пока это случается лампа не горит.

Резистор присутствует для защиты транзистора, так как они могут быть повреждены легко из-за слишком высокого напряжения / тока. Транзисторы необходимы компонент во многих схемах и иногда используется для усиления сигнала.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ТРАНЗИСТОРЫ (ПАРЫ ДАРЛИНГТОНА)

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ИНДЕКСА ЭЛЕКТРОНИКИ СТР.

КАК РАБОТАЮТ ТРАНЗИСТОРЫ? (ИЗДАНИЕ ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ)

Транзисторы действительно являются одними из революционные изобретения, которые когда-либо делал человек.Функция Транзистор предназначен для переключения и усиления электрических токов. Количество транзисторов в плотной интегральной схеме удваивается примерно каждые два года. Это закон Мура.

в сегодняшнем пост, я познакомлю вас с миром полупроводников и объясню работа транзистора, который произвел революцию в нашем мире. Без транзисторов, сегодняшней электроники и гаджетов не существовало бы.

Чтобы понять, как работают транзисторы работать нам нужно, чтобы изучить основы. Давайте сначала разберемся с диодом.Диод – это полупроводниковое устройство, обеспечивающее однонаправленный ток. Диод имеет два вывода и выполнен из двух типов полупроводника; р-типа и n-тип.

ПОЛУПРОВОДНИК ТИПА P:

Когда полупроводник как кремний легирован трехвалентной примесью, такой как индий, бор, алюминий и т. д., мы получить полупроводник р-типа.Это потому, что в кремнии четыре электрона. валентная оболочка или валентная зона, а трехвалентная примесь имеет только три валентности электроны. Это приводит к появлению свободного места на допированном атоме, которое мы называется дырой.

Говоря о полупроводниках p-типа, нам нравится говорить о основных носителях заряда, которые в данном случае являются дырками или могут также говорить о положительных зарядах, поскольку в них отсутствуют отрицательные заряды и они демонстрируют притяжение к отрицательному полюсу.

ПОЛУПРОВОДНИК ТИПА N:

Когда полупроводник, такой как кремний, легирован пятивалентной примесью мышьяка, сурьмы, фосфора и т. Д.получаем полупроводник n-типа. Это связано с тем, что кремний имеет четыре валентных электрона, а пятивалентная примесь имеет пять валентных электронов, что приводит к появлению дополнительного электрона, который переходит в зону проводимости. Чистые заряды полупроводников p-типа и n-типа нейтральны.

P-N ДИОД:

Когда мы соединяем эти два типа полупроводников, мы получаем p-n диод. На границе, где соединяются эти два полупроводника, проявляется захватывающее поведение.Эта граница называется p-n-переходом, и в этом p-n-переходе основные носители заряда соответствующих полупроводников пересекают границу и образуют обедненный слой. А теперь основная часть. Когда мы подключаем отрицательную клемму к полупроводнику p-типа, а положительную клемму к полупроводнику n-типа, ток не проходит через цепь, этот тип подключения называется обратным смещением. В то время как, когда мы подключаем положительную клемму к p-типу, а отрицательную клемму к n-типу, слой истощения уменьшается, и ток начинает течь.В этой ситуации схема ведет себя как замкнутый переключатель, и такое соединение называется прямым смещением.

РАБОТА ТРАНЗИСТОРА:

А теперь займемся транзисторы; вместо двух транзисторы имеют три слоя, каждый из которых легирован разной плотности. Три слоя или клеммы – это эмиттер, база, и коллектор соответственно.

Эмиттер высоколегированный, база очень тонкая и слегка легированная, тогда как коллектор занимает большую область с легированным медиально.Есть два типа транзисторов; n-p-n типа и п-н-п типа. Сегодня мы будем рассматривать транзисторы типа n-p-n. Вот как выглядит схема:

Из приведенной выше диаграммы мы можем сказать, что переход эмиттер-база (E-B) будет действовать как прямое смещение, тогда как переход база-коллектор (B-C) будет действовать как обратное смещение, то есть ток будет течь от перехода E-B, но не от перехода B-C. Но это не то, что происходит с транзисторами.

Поскольку база очень тонкая, почти 95% электронов от эмиттера попадают на коллектор, а затем на положительный вывод, и только 5% тока проходит через базу.Таким образом, небольшое изменение базы приведет к максимальному протеканию тока от коллектора, то есть к некоторому усилению тока. Помните закон Мура, о котором я говорил изначально? Предполагается, что к 2025 году мы достигнем предела, когда транзисторы будут настолько малы, что квантовые эффекты возьмут верх, и электроны легко пройдут барьер без электрического потенциала через квантовое туннелирование. Таким образом, ученые разрабатывают молекулярные и квантовые транзисторы. Я буду говорить о квантовых вычислениях и работе квантовых компьютеров в своей будущей публикации, так что следите за обновлениями и подпишитесь на блог, чтобы получать уведомления о последних публикациях.

Что такое полевой МОП-транзистор? | Основы, принцип работы и применение

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET, MOS-FET или MOS FET) – это полевой транзистор (полевой транзистор с изолированным затвором), напряжение в котором определяет проводимость устройства. Он используется для переключения или усиления сигналов. Способность изменять проводимость в зависимости от приложенного напряжения может использоваться для усиления или переключения электронных сигналов.MOSFET теперь даже более распространены, чем BJT (биполярные переходные транзисторы) в цифровых и аналоговых схемах.

Диоксид кремния образует затвор МОП-транзистора. Он используется для обеспечения изоляции путем предотвращения прямого попадания зарядов на затвор в проводящий канал.

Структура полевого МОП-транзистора

МОП-транзистор является наиболее распространенным транзистором в цифровых схемах, поскольку сотни тысяч или миллионы из них могут быть включены в микросхему памяти или микропроцессор. Поскольку они могут быть изготовлены из полупроводников p-типа или n-типа, дополнительные пары МОП-транзисторов могут использоваться для создания схем переключения с очень низким энергопотреблением в форме логики КМОП.

Почему MOSFET?

Полевые МОП-транзисторы

особенно полезны в усилителях из-за того, что их входной импеданс почти бесконечен, что позволяет усилителю улавливать почти весь входящий сигнал. Основное преимущество заключается в том, что он почти не требует входного тока для управления током нагрузки по сравнению с биполярными транзисторами. Ниже приведены различные типы полевых МОП-транзисторов:

.
  • Depletion Тип: Транзистору требуется напряжение затвор-исток (VGS), чтобы выключить устройство.MOSFET в режиме истощения эквивалентен «нормально замкнутому» переключателю.
  • Тип расширения: Транзистору требуется напряжение затвор-исток (VGS) для включения устройства. MOSFET режима улучшения эквивалентен «нормально разомкнутому» переключателю.

Структура устройства MOSFET

Это четырехконтактное устройство с выводами истока (S), стока (D), затвора (G) и корпуса (B). Корпус часто подключается к клемме источника, что сокращает количество клемм до трех.Он работает, изменяя ширину канала, по которому текут носители заряда (электроны или дырки).

Носители заряда входят в канал у истока и выходят через сток. Ширина канала регулируется напряжением на электроде, называемом затвором, который расположен между истоком и стоком. Он изолирован от канала очень тонким слоем оксида металла. Полевой транзистор металл-изолятор-полупроводник или MISFET – это термин, почти синонимичный MOSFET. Другой синоним – IGFET для полевого транзистора с изолированным затвором.

Работа полевого МОП-транзистора

Работа полевого МОП-транзистора зависит от МОП-конденсатора. Конденсатор MOS является основной частью MOSFET. Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое, который расположен между выводами истока и стока. Его можно инвертировать из p-типа в n-тип, подав положительное или отрицательное напряжение затвора.

Когда мы прикладываем положительное напряжение затвора, дырки под оксидным слоем обладают силой отталкивания, а дырки толкаются вниз вместе с подложкой.Область обеднения заселена связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора. Электроны достигают сформированного канала. Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Если приложить отрицательное напряжение, под слоем оксида образуется дырочный канал.

МОП-транзистор с P-каналом

Сток и исток – это сильно легированная p + область, а подложка – n-типа. Ток течет из-за потока положительно заряженных дырок, также известных как MOSFET с p-каналом. Когда мы прикладываем отрицательное напряжение затвора, электроны, находящиеся под оксидным слоем, испытывают силу отталкивания, и они толкаются вниз к подложке, область обеднения заполняется связанными положительными зарядами, которые связаны с донорными атомами.Отрицательное напряжение затвора также притягивает дырки из области p + истока и стока в область канала.

N-канальный полевой МОП-транзистор

N-канальный полевой МОП-транзистор

Сток и исток имеют сильно легированную область n +, а подложка – p-типа. Ток протекает из-за потока отрицательно заряженных электронов, также известного как n-канальный MOSFET. Когда мы прикладываем положительное напряжение затвора, дырки, находящиеся под оксидным слоем, испытывают силу отталкивания, и дырки толкаются вниз к связанным отрицательным зарядам, которые связаны с атомами акцептора.Положительное напряжение затвора также притягивает электроны из n + области истока и стока в канал, таким образом, образуется канал доступа электронов.


Дополнительные основные статьи доступны в учебном уголке.

Статья была впервые опубликована 19 июля 2017 г. и обновлена ​​4 апреля 2019 г.
.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *