Как работает транзистор для начинающих – Что такое транзистор? — Для чайников, или о чем этот сайт — Статьи по радиоэлектронике — Статьи

Содержание

Для самых начинающих — транзисторы. CAVR.ru


Рассказать в:

ДЛЯ
САМЫХ НАЧИНАЮЩИХ

   Транзисторы лежат в основе большинства
электронных устройств. Он могут быть в виде отдельных радиодеталей, или в
составе микросхем. Даже самый сложный микро­процессор состоит из великого
множества малюсеньких транзисторов, плотно разме­щенных в его могучем
кристалле.

   Транзисторы бывают разные. Две основ­ные
группы — это биполярные и полевые. Биполярный транзистор обозначается на схеме,
так как показано на рисунке 1. Он бывает прямой (р-п-р) и обратной (п-р-п)
проводимости. Структура транзистора, и физические процессы, происходящие в нем
изучается в школе, так что здесь о ней гово­рить не будем, —  так сказать, ближе
к прак­тике. В сущности, разница в том, что р-п-р транзисторы подключают так,
чтобы на их эмиттер поступал положительный потенциал напяжения, а на коллектор
— отрицательный. Для транзисторов n-p-п — все наоборот, на эмиттер дают отрицательный
потенциал, на коллектор — положительный.

   Зачем нужен транзистор?   В основном его
используют для усиления тока, сигналов, напряжения. А усиление происходит за
счет источника питания. Попробую объяснить принцип работы «на пальцах». В
автомаши­не есть вакуумный усилитель тормоза. Когда водитель нажимает на педаль
тормоза, его мембрана перемещается и открывается клапан через который двигатель
машины всасывает эту мембрану, добавляя ей усилие. В результате слабое усилие
нажима на педаль тормоза приводит к сильному усилию на тормозных колодках. А
добавка силы происходит за счет мощности работаю­щего мотора машины.

   Вот и с транзистором похоже. На базу подают
слабенький ток (рис. 2). Под действием этого тока проводимость коллек­тор —
эмиттер увеличивается и через коллек­тор уже протекает куда более сильный ток,
поступающий от источника питания. Изменя­ется слабый ток базы, — соответственно
изменяется и сильный ток коллектора. В идеале, график изменения тока коллектора
выглядит как увеличенная копия графика изменения тока базы.

    Это различие между слабым током базы и сильным
током коллектора называется коэф­фициентом усиления транзистора по току, и обозначается
И21э. Определяется так: h31э = ik /i6 (ток коллектора делить на ток базы). Чем больше данный параметр, тем лучше
усилительные свойства транзистора.

   Но это все в идеале. На самом деле зависи­мость
тока коллектора от напряжения на базе не так уж и линейна. Следует вспомнить bax диода, где
в самом низу характеристики тока очень мал, и начинает резко наростать когда
напряжение достигает определенного значения. Поскольку в основе транзистора
лежат те же физические процессы, то и здесь имеется аналогичный «дефект».

   Если мы соберем схему усилителя, показан­ную
на рисунке 3, и будем говорить в микро­фон, в динамике звука не будет. Потому
что напряжение на микрофоне очень мало, оно ниже порога открывания транзистора.
Здесь не только не будет усиления, а даже наоборот, будет ослабление сигнала.

   Чтобы транзистор заработал как усилитель нужно
увеличить напряжение на его базе. Это можно сделать каким-то образом увели­чив
напряжение на выходе микрофона. Но тогда теряеТся смысл усилителя. Или нужно схитрить, и подать на базу транзистора
некоторое постоянное напряжение (рис.4) через резистор, такое чтобы транзистор
приоткрыть. И слабое переменное напряже­ние подать на базу этого транзистора
через конденсатор. Вот теперь самое важное, — слабое переменное напря­жение сложится с
постоян­ным напряжением на базе. Напряжение на базе будет изменяться в такт
слабому переменному напряжению. Но так как постоянное напряжение сместило рабо­чую
точку транзистора на крутой линейный участок характеристики, происходит
усиление.

   Проще говоря, у слабого напряже­ния небыло сил
чтобы открыть транзистор, и мы добавили ему в помощь постоян­ное напряжение,
которое при­открыло транзис­тор. Еще проще (опять с водой), допустим, есть туго
завинченный винтель, и ребенок повернуть его не может. Но
папа может приоткрыть этот винтель, повернув его в приоткрытое положение, в
котором он вращается легко. Теперь ребенок может регулировать напор воды в
некоторых пределах. Вот здесь ребенок — это слабое переменное напряжение, а папа
— это постоянное напряжение, поданное на базу транзистора через резистор.

   Постоянное напряжение, которое подают на базу
транзистора чтобы сместить его режим работы в участок с более крутой и линейной
характеристикой, называется напряжением смещения. Изменяя это напряжение мы можем даже
регулировать коэффициент усиления усилительного каскада.

   Но транзисторы далеко не всегда исполь­зуются
с напряжением смещения. Например, в усилительных каскадах передатчиков
напряжение смещения на базы транзисторов могут и не подаваться, так как
амплитуды входного переменного напряжения там впол­не достаточно для «раскачки»
транзистора.

   И если транзистор используется не в качестве
усилителя, а в качестве ключа, то напряжение смещения тоже на базу не дают.
Просто, когда ключ должен быть закрыт, — напряжение на базе равно нулю, а когда
он должен быть открыт, — подают напряжение на базу достаточное для открывания
транзистора. Это используется обычно в цифровой электронике, где есть только нули
(нет напряжения) и единицы (напряжение есть) и никаких промежуточных значений.

 

   На рисунке 5 показана практическая схема как
сделать из репродуктора радиоточки компьютерную колонку. Нужен простой одно-
программный репродуктор только с одной вилкой для подключения в радиосеть (у
многопрограммного есть вторая вилка для электросети). Никаких изменений в схему
репродуктора вносить не нужно. К коллек­тору транзистора он подключается так же
как к радиосети. 

   Внутри однопрограммного репродуктора есть
динамик, переменный резистор для регулировки громкости и трансформатор. Все это
нужно, и оно остается. Когда вскроете корпус репродуктора, подпаивайте
коллектор транзистора и плюс источника питания к тем местам, к которым подпаян
его провод с вилкой. Сам провод можно убрать.

   Для подключения к компьютеру нужен
экранированный провод с соответствующим штекером на конце. Или обычный двухпро­водной
провод. Если провод экранирован­ный, — оплетку подключайте к эмиттеру транзистора,
а центральную жилу к конден­сатору С1.

   Сигнал от компьютерной звуковой карты подают
через штекер на конденсатор С1. Напряжение питания подают от сетевого блока
питания. Лучше всего подходит блок питания от игровой приставки к телевизору,
типа «Денди», «Кенга». Вообще годится любой блок питания с напряжением на
выходе от 7v до 12v. Для подключения к блоку питания потребуется
соответствующее гнездо, его нужно установить на корпусе репродуктора,
просверлив для него отверстие. Хотя, конечно, можно подпаять провода от блока
питания и непосредственно к схеме. Подключая источник питания нужно соблюдать
полярность. Диод vd1 в принципе не нужен, но он
защищает схему от выхода из строя, если вы перепутаете плюс с минусом у блока
питания. Без него при неправильном подключении питания транзис­тор можно сжечь,
а с диодом, если полюса блока питания перепутаете, просто схема не включится.

   Транзистор КТ315 в прямоугольном корпусе, у
которого с одной стороны есть скос (на рисунке показано). Вот если этим скосом
повернуть его от себя, а выводами вверх, то слева будет база, справа эмиттер, а
коллектор посредине. Подойдет транзистор КТ315 с любой буквой (КТ315А,
КТ315Б… ). Транзистор нужно запаять правильно, не перепутав его выводы. Если
ошибетесь и включите питание он может сдохнуть. Поэтому, после того как все
спаяете не поле­нитесь раза три проверить правильность монтажа, правильно ли
подпаяны выводы транзистора, конденсаторов, диода. И только когда будете
уверены на все 100%, — включайте.

   Диод vd1 типа КД209. На нем отмечен анод. Можно
поставить и другой диод, например, 1n4004 или какой-то еще. Если диод впаяете неправильно
схема работать

не будет. Так что, если все включили, но не
работает, начинайте с проверки правиль­ности подключения диода.

    Еще несколько причин того, что схема может не
заработать:

—   неправильно подключили источник питания.

— нет сигнала на выходе компьютера, либо
громкость уменьшена или выключена регулировками в программе компьютера.

— регулятор громкости репродуктора в мини­мальном
положении.

   Конденсаторы — электролитические, на
напряжение не меньше 12v. Подойдут наши К50-16, К50-35 или импортные аналоги.
Следует заметить, что у наших конденсато­ров на корпусе стоит плюсик возле
положи­тельного вывода, а у импортных минусик или широкая вертикальная полоска
у отрицатель­ного вывода. Вместо конденсатора 10 мкф можно выбрать на любую
емкость от 2 мкф до 20 мкф. Вместо конденсатора на 100 мкФ подойдет конденсатор
любой емкости не менее 100 мкФ.

    На рисунке ниже схемы показана монтажная
схема, на ней места паек отмечены точками. Не перепутайте места паек с
пересечением проводов. Монтаж сделан навесным спосо­бом, используя выводы
деталей и монтаж­ные проводки. Всю схему желательно поместить внутрь корпуса
репродуктора (там обычно очень много места).

 

   Если все работает, но сильно фонит, — значит,
вы перепутали провода, идущие к звуковой карте. Поменяйте их местами.

Запитывать схему от источника питания
компьютера НЕ СЛЕДУЕТ!

   Для стереоварианта можно сделать две колонки,
входы объединив в один стерео- кабель для подключения к звуковой карте, ну и
запитать обе колонки от одного блока питания.

   Конечно с одним транзисторным каскадом колонка
будет звучать негромко, но достаточно для прослушивания в небольшой комнате.
Громкость можно регулировать как регулятором компьютера, так и ручкой, что есть
у репродуктора.

Андреев С.



Раздел:
[Конструкции простой сложности]

Сохрани статью в:

Оставь свой комментарий или вопрос:



www.cavr.ru

Основы электроники как работает транзистор. Принципы работы транзистора

Первоначальное название радиодетали – триод, по числу контактов. Этот радиоэлемент способен управлять током в электрической цепи, под воздействием внешнего сигнала. Уникальные свойства применяются в усилителях, генераторах и других аналогичных схемных решениях.


Обозначение транзисторов на схеме

Долгое время в радиоэлектронике царствовали ламповые триоды. Внутри герметичной колбы, в специальной газовой или вакуумной среде размещались три основных компонента триода:

Когда на сетку подавался управляющий сигнал небольшой мощности, между катодом и анодом можно было пропускать несравнимо большие значения. Величина рабочего тока триода многократно выше, чем управляющего. Именно это свойство позволяет радиоэлементу выполнять роль усилителя.

Триоды на основе радиоламп работаю достаточно эффективно, особенно при высокой мощности. Однако габариты не позволяют применять их в современных компактных устройствах.

Представьте себе мобильный телефон или карманный плейер, выполненный на таких элементах.

Вторая проблема заключается в организации питания. Для нормального функционирования, катод должен быть сильно разогрет, чтобы началась эмиссия электронов. Нагрев спирали требует много электроэнергии. Поэтому ученые всего мира всегда стремились создать более компактный прибор с такими же свойствами.

Первые образцы появились в 1928 году, а в середине прошлого столетия был представлен работающий полупроводниковый триод, выполненный по биполярной технологии. За ним закрепилось название «транзистор».

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый электроприбор в корпусе или без него, имеющий три контакта для работы и управления.
Главное свойство такое же, как у триода – изменение параметров тока между рабочими электродами при помощи управляющего сигнала.

Благодаря отсутствию необходимости разогрева, транзисторы затрачивают мизерное количество энергии на обеспечение собственной работоспособности. А компактные размеры рабочего полупроводникового кристалла, позволяют использовать радиодеталь в малогабаритных конструкциях.

Благодаря независимости от рабочей среды, кристаллы полупроводника можно использовать как в отдельном корпусе, так и в микросхемах. В комплекте с остальными радиоэлементами, транзисторы выращивают прямо на монокристалле.

Выдающиеся механические свойства полупроводника нашли применение в подвижных и переносных устройствах. Транзисторы нечувствительны к вибрации, резким ударам. Обладают неплохой температурной стойкостью (при сильной нагрузке применяют радиаторы охлаждения).

Поэтому достаточно быстро ламповые триоды были вытеснены компактными, прочными и недорогими транзисторами.

Однако применение радиоламп не прекращено. В мощных радиопередатчиках, генераторах – ламповые усилители успешно применяются. Некоторые возможности мощных радиоламп недостижимы (или реализация имеет слишком высокую цену) для полупроводниковых приборов.

По структуре кристалла. Основных направлений конструкции (а стало быть, и свойств детали) – два. Они наглядно изображены на иллюстрации:

Чтобы понять, что такое транзистор – необходимо знать принцип его работы.

В этом видео подробно о структуре транзистора, для чего он нужен и как он работает.

Полевые транзисторы

Работают точно так же, как вакуумные триоды. Имеют два рабочих вывода (сток и исток) и управляющий (затвор). Электрический ток протекает между стоком и истоком с интенсивностью, которая зависит от управляющего сигнала. Сигнал в виде поперечного электрического поля формируется между затвором и стоком или затвором и истоком.

Все разновидности полевых транзисторов на иллюстрации:

Рассмотрим основные виды:

Управляющий p-n переход.

Сток и исток подключены к полупроводниковой пластине. Она может быть n- или p- типа. Управляющий электрод соединен с пластиной при помощи p-n перехода. Управляющий сигнал малой мощности открывает p-n канал, заставляя транзистор работать в режиме усиления сигнала.

Прекращение подачи управляющего сигнала приводит к отключению канала. Разумеется, между управляющим сигналом и рабочим током существует линейная зависимость.

Главная особенность полевого транзистора – управление осуществляется не током, а напряжением. Применение полевых транзисторов – в основном интегральные схемы. Мизерное (близкое к нулю) потребление электроэнергии, позволяет использовать радиодетали в системах с компактными и маломощными источниками питания, например – наручных часах.

Полевые транзисторы большой мощности применяются в качественных звуковых усилителях, в качестве альтернативы вакуумным триодам.

Разумеется, как и любая другая деталь – полевики могут выходить из строя. Чтобы по ошибке не выбросить исправную деталь, можно проверить транзистор в домашних условиях

Как прозвонить полевой транзистор мультиметром?

Внимание! Если ваш прибор имеет функцию проверки транзисторов – воспользуйтесь ей. Мы рассматриваем мультиметр без такой функции.

    • Переводим тестер в режим проверки диодов. За виртуальный диод принимается переход между стоком и истоком. Исправный переход работает в точности, как полупроводниковый диод;
    • Соединяем плюсовой контакт измерительного провода с истоком, минусовой со стоком. Если транзистор исправен – должны быть в пределах 500-600;
    • Чтобы проверка была окончательной, необходимо проверить протекание тока в обратном направлении. Меняем полярность подключения. Тестер показывает условно бесконечное сопротивление. На дисплее цифра 1.

  • Проверка полевого транзистора не ограничена тестированием перехода на проводимость. Надо проверить открытие рабочего канала. Специального источника питания не нужно, мы рассматриваем способ, как проверить транзистор мультиметром автономно. Достаточно питания тестера, чтобы открыть переход. Минусовой щуп подключаем к истоку, плюсовой к управляющему затвору. У исправного транзистора откроется канал исток-сток.
  • Прозвонка тра

elektrokomplektnn.ru

ЧТО ТАКОЕ ТРАНЗИСТОР

   Транзистор — главный компонент в любой электрической схеме. Эта статья именно о них и написана для начинающих радиолюбителей. Транзистор — своего рода усилительный ключ, принцип работы похож на тиристора. Без транзисторов в электронике никак не обойтись, на них собирают буквально все — простейшие мигалки, транзисторные усилители мощности низкой частоты, радиоприемники и передатчики, телевизионная и видео аппаратура и многие другие устройства. Транзисторами можно увеличить или снизить первоначальное напряжения источника питания, если они используются в схемах преобразователей. 

   Сам транзистор — полупроводниковый прибор, в основном кристалл транзистора делают из кремния или германия. Транзисторы бывают двух видов — однополярные и двухполярные, соответственно полевые и биполярные. По проводимости тоже бывают двух видов — транзисторы прямой проводимости (п — н — п) и транзисторы обратной проводимости (н — п — н). Н -П — от латыни негатив и позитив. На схемах легко можно отличить какой проводимости транзистор использован — если стрелка эмиттера входит в транзистор, значит он прямой проводимости, если же выходит из транзистора, значит транзистор имеет обратную проводимость тока. 

   Для работы транзистора на базу подают маленький ток, впоследствии которого транзистор открывается и может пропустить более большой ток через эмиттер — коллектор, то есть подавая сравнительно маленький ток на базу мы можем управлять более большим токам. Иными словами, прилагая лёгкое усилие поворачивая водопроводный кран, мы управляем мощным потоком воды. Транзистор может находится в двух состояниях, он открыт — когда на базу подано напряжение (рабочее состояние транзистора) и закрыт, когда ток не течет на базу (состояние покоя транзистора).

   По рабочей частоте часто всего используют низкочастотные и высокочастотные транзисторы. Низкочастотные транзисторы применяют для силовых цепей преобразователей напряжения, усилителей мощности в блоках питания и так далее. Низкочастотные транзисторы как правило бывают большей мощности. Высокочастотные транзисторы работающие на частотах в несколько гигагерц тоже применяются очень часто. В основном они нашли широкое применения в радиоприёмной и передающей аппаратуре, в усилителях высокой частоты и во многих других приборах. Такие транзисторы имеют сравнительно маленькую мощность, они незаменимы в области радиоприема и передачи.

   Транзисторы бывают самых разных форм и размеров — от невидимого для человеческих глаз чип элементов для поверхностного монтажа, до мегамощных транзисторов размером с дом.

   Последние могут иметь мощность до сотни мегаватт, их в основном используют в электростанциях и на заводах. Для лучшей проводимости тока по контактам транзистора высокой частоты часто наносят тонкий слой золота или серебра, но в последнее время такие транзисторы встречаются очень редко, в основном такие транзисторы использовались в радиоаппаратуре времен советского союза. Новичкам уверен данный материал помог разобраться что к чему и прояснить вопросы по транзисторам — Артур Касьян (АКА).

   Форум по теории

   Обсудить статью ЧТО ТАКОЕ ТРАНЗИСТОР

radioskot.ru

Для начинающих. Схемы включения транзистора. / Блог им. Nikolay / Блоги по электронике

Рассмотрим схему включения транзистора с общим эмиттером.
— сам термин названия данного включение уже говорит о специфике данной схемы. Общий эмиттер а в крации это ОЭ, подразумевает тот факт, что у входа данной схемы и выхода общий эмиттер.
Рассмотрим схему:

в этой схеме видим два источника питания, первый 1.5 вольт, использован как входной сигнал для транзистора и всей схемы. Второй источник питания 4.5 вольт, его роль питание транзистора, и всей схемы. Элемент схемы Rн – это нагрузка транзистора или проще говоря потребитель.
Теперь проследим саму работу данной схемы: источник питания 1.5 вольт служит входным сигналом для транзистора, поступая на базу транзистора он открывает его. Если рассматривать полный цикл прохода тока базы, то это будет так: ток проходит от плюса к минусу, то есть исходя от источника питания 1.5 вольт, а именно с клеммы + ток проходит по общему эмиттеру проходя по базе и замыкает свою цепь на клемме – батареи 1.5 вольт. В момент прохождения тока по базе транзистор открыт, тем самым транзистор позволяет второму источнику питания 4.5 вольт запитать Rн. посмотрим прохождение тока от второго источника питания 4.5 вольт. При открывании транзистора входным током базы, с источника питания 4.5 вольт выходит ток по эмиттеру транзистора и выходит из коллектора прям на нагрузку Rн.
Коэффициент усиления равен отношению тока коллектора к току базы и обычно может достигать от десятков до нескольких сотен. Транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, теоретически может дать максимальное усиление сигнала по мощности, относительно других вариантов включения транзистора.
Теперь рассмотрим схему включения транзистора с общим коллектором:

На данной схеме видим, что тут общий по входу и выходу транзистора коллектор. По этому эта схема называется с общим коллектором ОК.
Рассмотрим её работу: как и в предыдущей схеме поступает входной сигнал на базу, (в нашем случае это ток базы) открывает транзистор. При открывании транзистора ток с батареи 4.5 в проходит от клеммы батареи + через нагрузку Rн поступает на эмиттер транзистора проходит по коллектору и заканчивает свой круг. Вход каскада при таком включении ОК обладает высоким сопротивлением, обычно от десятых долей мегаома до нескольких мегаом из-за того, что коллекторный переход транзистора заперт. А выходное сопротивление каскада – напротив, мало, что позволяет использовать такие каскады для согласования предшествующего каскада с нагрузкой. Каскад с транзистором, включённым по схеме с общим коллектором, не усиливает напряжение, но усиливает ток (обычно в 10 … 100 раз). К данным подробностям еще вернемся в следующих статьях, так как не возможно охватить все и всех за один раз.
Рассмотрим схему включения транзистора с общей базой.

Название ОБ это уже нам теперь говорит о многом – значит по включению транзистора общая база относительно входа и выхода транзистора.
В данной схеме входной сигнал подают между базой и эмиттером – чем нам служит батарея с номиналом 1.5 в, ток проходя свой цикл от плюса через эмиттер транзистора по его базе, тем самым открывает транзистор для прохода напряжения с коллектора на нагрузку Rн. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни ом, что относят к недостатку описываемого включения транзистора. Кроме того, для функционирования каскада с транзистором, включённым по схеме с общей базой, необходимо два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы. Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз.
Вот рассмотрели три схемы включения транзистора, для расширения познаний могу добавить следующее:
Чем выше частота сигнала, поступающего на вход транзисторного каскада, тем меньше коэффициент усиления по току.
Коллекторный переход транзистора обладает высоким сопротивлением. Повышение частоты приводит к снижению реактивной ёмкости коллекторного перехода, что приводит к его существенному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада.

electronics-lab.ru

Транзисторы для начинающих часть 1 — Транзисторы — Фундаменты электроники — Каталог статей

На основе повседневного опыта, трудно представить себе ток без наличия напряжения. Обычно напряжение представляют как силу, вызывающую, или даже причину электрического тока. Нет напряжения — и нет тока. Аналогично для воды: нет давления — и вода не течет.

Эта точка зрения, что напряжение является причиной и протекания тока, глубоко укоренились в умах большинства, если не всех начинающих электронщиков. И вы так думаете?

Если это так, то у вас проблемы! Такое упрощенное представление о напряжении, в качестве движущей силы для тока, среди прочего препятствует пониманию транзистора.

Именно поэтому мы тщательно развернем эту тему.

Согласны ли вы с утверждением, что напряжение предстает перед нами двояко:
1 — напряжение «само в себе», полученные от источника напряжения.
2 — напряжение в результате протекания тока через сопротивление.

Но последняя фраза может вызвать возражения.

Что может быть причиной, результат которой – напряжение?

Может ли ток течь через сопротивление без наличия напряжения?

Конечно, напряжение и ток неразрывно связаны между собой. Если мы возьмем некоторое сопротивление (сопротивление R), если к нему приложено напряжение, можем вычислить ток по закону Ома (I = U / R). Если, в свою очередь, через сопротивление течет ток, должно быть напряжение или падение напряжения согласно такому же закону Ома (U = I × R).

Так в чем же проблема?

В принципе, это не проблема, это просто ваше воображение. Если вы безоговорочно согласиться с формулировкой что напряжение (или падение напряжения) может быть результатом протекания электрического тока, вы можете спокойно пропустить оставшуюся часть материала в этом разделе.

Если до сих пор вы считали, что причина всегда напряжение, а ток – результат, читайте все.

Первый вопрос: что такое падение напряжения? Это «падение напряжения2 и «напряжение» одно и то же?

Разговорный термин «падение напряжения» может привести к заблуждению.

Возьмем, например, плоскую батарею с напряжением 4,5 В. При подключении лампочки, напряжение уменьшается, и говорят, что есть напряжение, упало с 4,5 В до скажем, 3,5 В. Иногда напряжение в сети падает ниже номинального, и говорят, что есть падение напряжения.

Такое обозначение падения напряжение означает уменьшение напряжение совсем иное, нежели падение напряжение, которое используется в электронике.

Рассмотрим эту тему более внимательно.

Если читали мои статьи в EdW 12/96 — EdW 4/97, то знаете гидравлические аналоги электрических цепей. Если вы только начинаете и тема для вас незнакома, запомните только главное.

Электрический ток это поток конкретных носителей (электронов).
Движение электрического тока подобно потоку воду. Там плывут электроны, тут частицы воды. Напряжение электрическое есть эквивалент давления воды. Но это давление еще не поток. Давление воды может быть очень большим, но если все краны закрыты, то потока воды не будет. Давление есть фактор, вызывающий поток воды, так что само давление еще не все – так же необходим путь для воды.

В случае открытия крана водоснабжения это просто – чем больше зазор, он же сечение, через которое может течь вода, тем больше поток воды. Мы можем сказать, что кран создает потоку воды большее или меньшее сопротивление.

Количество текущей воды зависит не только от сечения крана, но также от давления – чем выше давление, тем больше поток воды (так же как от сечения). Количество текущей воды зависит и от давления и от сопротивления крана. Вы не должны сомневаться, что количество воды зависит от давления, действующего? Увеличенное давление — больше воды. То же самое верно и в электрической цепи: ток (обозначенные буквой I) зависит от напряжения (обозначается U) и сопротивления (обозначается буквой R). Чем выше напряжение, тем больше ток (при одинаковом сопротивлении).

Это и есть основной закон Ома! То есть. Математическое выражение, наиважнейшее для электро(техники)ники.
I=U/R

На ваш взгляд – выглядит так, причина потока воды (электрического тока) есть давление (напряжение), а не наоборот!

Не обязательно! Я объясню. На рисунке 1 показан огромный сборник воды с высотой обозначенной буквой h. Несомненно, давление воды на дне сборника зависит от этой высоты, иными словами от высоты водяного столба. Если на высоте дна установить манометр, то он покажет значение того давления. На рисунке 1 есть манометр А. Смонтируем длинную горизонтальную трубу на уровне дна. На другом конце установим манометр В и клапан (кран).

Кран закрыт.

Манометры А и В показывают одно давление?

Так!

Вы уверены?

Несомненно, показания должны быть одинаковы, только если трубка горизонтальная и манометры установлены на одной высоте.

Теперь открываем немного клапан на конце трубы. Вода начинает течь.

Что-то изменилось?

Манометр А и дальше показывает то же самое давление, а манометр В показывает теперь давление немного меньше.

Откройте кран еще больше – поток воды увеличиться и показания манометра В станут еще меньше.

Рассмотрим крайний случай.

Откроим полностью кран (предположим, что это новый шаровой кран, и есть такая возможность). Теперь клапан не препятствует потоку воды. Вода течет из нашей трубы сильным потоком.

Предположим, что сборник огромен и количество вытекаемой воды не влияет на уровень – примем, что уровень воды и давление на дне сборника (манометр А) все время постоянно.

Что теперь показывает манометр В.

Подумайте!

На первом манометре А, показания не меняются. Это давление зависит от высоты h, и вызывает поток воды, который испытывает сопротивление, обусловленное длинной трубы.

А второй манометр В показывает значение близкое к нулю!

Вы не согласны?

Примите во внимание, что вода течет через длинную, относительно тонкую трубку. Испытывая сопротивление.

Если полностью открыть кран, сопротивление потоку будет оказывать только трубка.

При постоянном давлении (точка А), поток воды обратно пропорциональна сопротивлению трубки. Вы уже знаете, — это еще одна иллюстрация закона Ома. Для электрической цепи.

На представленном рисунке 1 установлен манометр С. Он не подключен к трубе, и показывает значение ноль. При полностью открытом клапане, манометр B, который находится близко к выпускной трубе будет означать давление близко к нулю (ровно ноль будет показано, если он будет помещен точно на выходе трубы).

Примечание: при полном открытии клапана в точке А давление постоянно, давление в точке С, как известно, равно нулю, в точке B – очень близка к нулю. Когда кран был закрыт и не было потока воды (тока), манометры А и В показывали одно и то же давление. Позже, когда открываем стоповый кран, поток воды возрастает и пропорционально уменьшается показания манометра В. Можем сказать проще, что между точками А и В появилось давление (разница между давлениями, но это еще одно давление)!

Помните, что свойства трубки не меняется в ходе эксперимента – скажем сопротивление трубки постоянно в течении времени. Оно не давало о себе знать, пока не было потока воды. Но дало о себе знать, когда появился поток – заметьте разницу давления между концами трубки. Заметьте, что давление между точками А и В зависит от воды. Вы согласны с выводом, что причина давления (разницы давления), был поток воды?

Ну, наконец в этом мы видим причину и следствие: причина есть поток воды, а следствие – падение давление между точками А и В.

Ровно то же самое в электрической цепи – представленной на рисунке 2. Вольтметр Va показывает одно и то же напряжение питания. Когда ключ S разомкнутый, то через резистор R1 безусловно не течет ток. Конечно, вольтметр VB показывает то же самое что и вольтметр VA, а вольтметр VD безусловно показывает ноль.

Когда замкнем контакты выключателя S и будем уменьшать величину активного сопротивления потенциометра Rx, тогда напряжение в точке В (VB) будет уменьшаться, а напряжение на резисторе R1 (VD) – расти. Конечно, сумма напряжений VD и VB всегда будет равна напряжению питания VA.

При уменьшении сопротивления потенциометра до нуля, на резисторе R1 возникает полное напряжение: вольтметр VB покажет ноль, а показания вольтметров VA и VD будут ровны.

Какой из этого вывод?

Выводов можно сделать несколько, но я хочу, что бы ты привык так же к понятию падения напряжения в результате протекания ток через сопротивление.

Может быть, вы скажете, что это зависит от точки зрения. Вы правы, потому что напряжение и ток обратно пропорциональны (закон Ома), но речь не идет о том, главное что вы знали, не всегда ток является результатом действия напряжения. Как вы видите может быть наоборот, и такое положение вещей очень нам пригодится при анализе работы транзистора.

Теперь вы уже усвоили для себя такое понятие напряжения? Так что по аналогии с водой, перепад давления и давления, это дно и то же?
Да. ЭТО ОДНО И ТО ЖЕ! Но на самом деле, давление равное нулю может быть только в идеальном вакууме. Мы имеем дело с атмосферным давлением. Оно повсюду в нашей жизни и атмосферное давление часто рассматривается в качестве, эталонного, нулевого давления. Не верите? Как вы думаете измеряет давление врач? Существует только разница между кровяным давлением и атмосферном. (Точно так же на рисунке 1 манометр С показывает ноль). Таким образом, во многих случаях то что мы называем давлением, на самом деле разность давления.

То же самое и с напряжением. Да же по определению напряжение и есть разность потенциалов. На практике, почти всегда за начальную точку отсчета принимают (землю, общий провод, массу, один из полюсов батареи питания, или металлического корпуса или шасси устройства). Все напряжения измеряются относительно это потенциала.

Если мы говорим напряжении, между любой точкой схемы, то измеряется напряжение между землей и этой точке.

Иногда напряжение измеряется не относительно земли. А непосредственно на выводах компонента, например на выводах, одного резистора. В таком случае мы говорим, что это падение напряжение на резисторе.

На рисунке 2 вольтметр Vb показывает напряжение в точку В, а вольтметр Vd показывает напряжение на резисторе R1.

Может быть, то, что я сейчас объяснил для вас очевидно, но для большинства начинающих инженеров – электронщиков это не ясно.

Наверное, думаю, что роль выключателя S и потенциометра Rx на рисунке 3 будет выполнять транзистор. Вы почти правы, но такое представление может ввести в заблуждение в дальнейшем. Нам нужно будет найти другую модель. Что бы понять работу транзистора нам придется понять, что такое источник тока.

Это будет в следующем месяце.

edwpl.ucoz.ru

Транзистор: принцип работы

Транзистор относится к категории полупроводниковых приборов. В электротехнике он используется как генератор и усилитель электрических колебаний. Основой прибора является кристалл, расположенный в корпусе. Для изготовления кристалла используется специальный полупроводниковый материал, по своим свойствам находящийся в промежуточном положении между изолятором и проводником. Транзистор применяется в радио- и электронных схемах. Данные приборы могут быть биполярными и полевыми. Каждый из них обладает собственными параметрами и характеристиками.

Особенности биполярных транзисторов

Электрический ток в биполярных транзисторах образуется электрическими зарядами, имеющими положительную и отрицательную полярность. Дырки переносят положительную полярность, а электроны – отрицательную. Для данного вида устройств используются германиевые или кремниевые кристаллы, обладающие индивидуальными особенностями, которые учитываются при создании электронных схем.

Основой кристалла служат сверхчистые материалы. К ним добавляются специальные примеси в точной дозировке. Именно они оказывают влияние на возникновение в кристалле электронной или дырочной проводимости. Они обозначаются соответственно, как n- или р-проводимость. Происходит формирование базы, являющейся одним из электродов. Специальные примеси, введенные в кристаллическую поверхность, изменяют проводимость базы на противоположное значение. В результате, образуются зоны n-р-n или р-n-р, к которым подключаются выводы. Таким образом, происходит создание транзистора.

Источник носителей заряда называется эмиттером, а собиратель носителей является коллектором. Между ними располагается зона, исполняющая роль базы. Выводы прибора называются в соответствии с подключенными электродами. При поступлении на эмиттер входного сигнала в виде небольшого электрического напряжения, в цепи между ним и коллектором будет протекать ток. Форма этого тока совпадает с входным сигналом, однако его значение существенно увеличивается. Именно в этом заключаются усиливающие свойства транзистора.

Работа полевого транзистора

В полевых транзисторах направленное движение электронов или дырок образуется под воздействием электрического поля, которое создается на третьем электроде приложенным напряжением. Из одного электрода выходят носители, поэтому он называется истоком. Второй электрод, на который поступают заряды, носит название стока. Третий электрод, управляющий движением частиц, называется затвором. Токопроводящий участок, ограниченный стоком и истоком, именуется каналом, поэтому данные устройства еще известны как канальные. Сопротивление канала изменяется под действием напряжения, образующегося на затворе. Этот фактор оказывает воздействие на протекающий по каналу электрический ток.

Тип носителей заряда влияет на характеристики полевых транзисторов. В n-канале происходит направленное движение электронов, а в р-канале перемещаются дырки. Таким образом, ток появляется под действием носителей лишь с каким-то одним знаком. В этом состоит основное отличие полевых и биполярных транзисторов.

Принцип работы каждого полевой транзистора заключается в однополярном токе, требует постоянного напряжения, чтобы обеспечить начальное смещение. Значение полярности зависит от типа канала, а напряжение связано с тем или иным типом устройства. В целом, они надежны в эксплуатации, могут работать в широком диапазоне частот, имеют большое входное сопротивление.

electric-220.ru

Как работает транзистор для начинающих. Принцип работы транзистора

Транзистором называется активный полупроводниковый прибор, при помощи которого осуществляется усиление, преобразование и генерирование электрических колебаний. Такое применение транзистора можно наблюдать в аналоговой технике. Кроме этого применяются и в цифровой технике, где они используются в ключевом режиме. Но в цифровой аппаратуре почти все транзисторы «спрятаны» внутри интегральных микросхем, причем в огромных количествах и в микроскопических размерах.

Здесь мы уже не будем слишком подробно останавливаться на электронах, дырках и атомах, о которых уже было рассказано в предыдущих частях статьи, но кое-что из этого, при необходимости, все же придется вспомнить.

Полупроводниковый диод состоит из одного p-n перехода, о свойствах которого было рассказано . Транзистор, как известно, состоит из двух переходов, поэтому можно рассматривать как предшественник транзистора, или его половину.

Если p-n переход находится в состоянии покоя, то дырки и электроны распределяются, как показано на рисунке 1, образуя потенциальный барьер. Постараемся не забыть условные обозначения электронов, дырок и ионов, показанные на этом рисунке.

Рисунок 1.

Как устроен биполярный транзистор

Устройство биполярного транзистора на первый взгляд просто. Для этого достаточно на одной пластине полупроводника, называемой базой, создать сразу два p-n перехода. Некоторые способы создания p-n перехода были описаны , поэтому здесь повторяться не будем.

Если проводимость базы будет типа p, то полученный транзистор будет иметь структуру n-p-n (произносится как «эн-пэ-эн»). А когда в качестве базы используется пластина n типа, то получается транзистор структуры p-n-p («пэ-эн-пэ»).

Уж коль скоро речь зашла о базе, то следует обратить внимание на такую вещь: полупроводниковая пластина, используемая в качестве базы очень тонкая, намного тоньше, чем эмиттер и коллектор. Это утверждение следует запомнить, поскольку оно понадобится в процессе объяснения работы транзистора.

Естественно, что для соединения с «внешним миром» от каждой области p и n выходит проволочный вывод. Каждый из них имеет название области, к которой соединен: эмиттер, база, коллектор. Такой транзистор называется биполярным, поскольку в нем используются два типа носителей заряда, — дырки и электроны. Схематическое устройство транзисторов обоих типов показано на рисунке 2.

Рисунок 2.

В настоящее время в большей степени применяются кремниевые транзисторы. Германиевые транзисторы почти полностью вышли из употребления, будучи вытесненными кремниевыми, поэтому дальнейший рассказ будет именно о них, хотя иногда будут упоминаться и германиевые. Большинство кремниевых транзисторов имеют структуру n-p-n, поскольку эта структура более технологична в производстве.

Комплементарные пары транзисторов

Для германиевых транзисторов, видимо, более технологичной была структура p-n-p, поэтому германиевые транзисторы большей частью имели именно эту структуру. Хотя, в составе комплементарных пар (близкие по параметрам транзисторы, которые отличались лишь типом проводимости) выпускались и германиевые транзисторы разной проводимости, например ГТ402 (p-n-p) и ГТ404 (n-p-n).

Такая пара применялась в качестве выходных транзисторов в УНЧ различной радиоаппаратуры. И если несовременные германиевые транзисторы ушли в историю, то комплементарные пары кремниевых транзисторов выпускаются до сих пор, начиная от транзисторов в SMD — корпусах и вплоть до мощных транзисторов для выходных каскадов УНЧ.

Кстати, звуковые усилители на германиевых транзисторах меломанами воспринимались почти как ламповые. Ну, может чуть и похуже, но много лучше, чем усилители на кремниевых транзисторах. Это просто для справки.

Как работает транзистор

Для того, чтобы понять, как работает транзистор нам снова придется вернуться в мир электронов, дырок, доноров и акцепторов. Правда сейчас это будет несколько проще, и даже интересней, чем в предыдущих частях статьи. Такое замечание пришлось сделать для того, чтобы не испугать читателя, позволить дочитать все это до конца.

На рисунке 3 сверху показано условное графическое обозначение транзисторов на электрических схемах, а ниже p-n переходы транзисторов представлены в виде полупроводниковых диодов, к тому же включенных встречно. Такое представление очень удобно при проверке транзистора мультиметром.

Рисунок 3.

А на рисунке 4 показано внутреннее устройство транзистора.

На этом рисунке придется немного задержаться, чтобы рассмотреть его поподробнее.

Рисунок 4.

Так пройдет ток или нет?

Здесь показано, как к транзистору структуры n-p-n подключен источник питания, причем именно в такой полярности, как он подключается в реальных устройствах к настоящим транзи

autokresla-isofix.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о