Назначение транзистора: где применяются, область использования транзисторов - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

где применяются, область использования транзисторов

Обновлена: 14 Октября 2020 1909 0

Поделиться с друзьями

Полупроводниковый транзистор – радиоэлемент, изготавливаемый из полупроводникового материала, чаще всего кремния. Основное назначение транзистора – управление током в электрической цепи. Транзистор управляет током на выходе пропорционально изменению силы входного тока и величины входного напряжения, причем при незначительном изменении входных параметров при определенных условиях можно добиться существенного усиления выходного сигнала. Поэтому полупроводниковые транзисторы часто применяются в усилительных схемах.

Транзисторы

Режимы работы транзисторов различных видов

Области, где используются транзисторы, зависят от технических характеристик последних. Транзисторы разного конструктивного исполнения рассчитаны на работу в ключевом или усилительном режимах.

Ключевой режим. Полупроводниковый транзистор в этом случае находится в одном из двух состояний – открытом или закрытом. Это экономичный вариант, поскольку для руководства значительными нагрузками требуются небольшие управляющие токи.
Усилительный (динамический). В основе этого режима лежит принцип значительного усиления выходного сигнала при незначительном повышении управляющего сигнала.

Применение транзисторов

Транзисторы востребованы практически во всех отраслях народного хозяйства. Минимализация габаритов этих приборов обеспечивает рост быстродействия электронных компонентов при снижении количества потребляемой энергии и выделения тепла.

Производство слуховых аппаратов

Принцип работы слухового аппарата:

звуковые волны, попадая на микрофон, преобразуются в электрический сигнал;
транзистор усиливает поступивший на него электрический сигнал;
усиленный электрический импульс преобразуется в акустический сигнал, и владелец слухового аппарата получает доступ к звуковой информации.

Производство компьютеров и калькуляторов

Полупроводниковые транзисторы используются во всех электронных компонентах компьютеров и калькуляторов. Они находятся в составе материнских плат, процессоров, карт расширения, периферийных устройств. Системы обработки, передачи и защиты данных – одни из основных областей, где применяются полупроводниковые транзисторы.

Транзисторы, работающие в ключевом режиме, используются для защиты программ от взлома и предотвращения кражи информации. Управление силой тока – аналоговое, регулирование – с помощью ширины импульса.

Транзисторы Дарлингтона (сборного типа)

Это составной транзистор, состоящий из двух или нескольких биполярных транзисторов, расположенных на одном монокристалле и заключенных в общий корпус. В высоковольтной электронике используются составные гибридные транзисторы IGBT, в состав которых входят биполярные и полевые модели. Основное назначение транзистора сборного типа – получение высокомощного сигнала в электрической цепи.

Силовые преобразователи инверторного типа

Мощные транзисторы с изолированным затвором применяются в оборудовании, рассчитанном на питание током высокого напряжения. Это индукционные нагреватели, мощные сварочные аппараты, мостовые и полумостовые резонансные преобразователи.

Где применяются транзисторы – видео

В этой статье мы только кратко перечислили области применения полупроводниковых транзисторов, присутствующих практически во всех электронных компонентах современных приборов и аппаратов. Более того, без этих радиоэлементов были бы невозможны достижения современной микроэлектроники, полеты в космос, создание систем наземного и воздушного наблюдения, связи, радиолокации и многих других.

Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?

Другие материалы по теме

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

его виды, назначение и принципы работы

Что такое транзистор? Наверняка каждый человек хотя бы раз в жизни слышал это слово. Однако далеко не каждый знаком с его значением, а тем более с устройством и назначением транзистора. Это понятие подробно изучают студенты технических ВУЗов. При этом довольно часто технические знания пригождаются в жизни людям, не имеющим ничего общего с инженерной деятельностью. В этой статье мы рассмотрим в каких областях они применяются.

Принцип работы прибора
Виды транзисторов
- Полевые
- Биполярные
Применение транзисторов в жизни
Литература по электронике

Принцип работы прибора

Транзистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления электрического сигнала. Благодаря особому строению кристаллических решёток и полупроводниковым свойствам, этот прибор способен увеличивать амплитуду протекающего тока

Полупроводники — вещества, которые способны проводить ток, а также препятствовать его прохождению. Самыми яркими их представителями являются кремний и германий. Существует два вида полупроводников:

Электронные.
Дырочные.

В полупроводниках электрический ток возникает из-за недостатка или переизбытка свободных электронов. Например, кристаллическая решётка атома состоит из трёх электронов. Однако если ввести в это вещество атом, состоящий из четырёх электронов, один будет лишним. Он является свободным электроном. Соответственно, чем больше таких электронов, тем ближе это вещество по своим свойствам к металлу.

А значит, и проводимость тока больше. Такие полупроводники называются электронными.

Теперь поговорим о дырочных. Для их создания в вещество вводятся атомы другого вещества, кристаллическая решётка которого содержит больше атомов. Соответственно, в нашем полупроводнике становится меньше электронов. Образуются вакантные места для электронов. Валентные связи будут разрушаться, так как электроны будут стремиться занять эти вакантные места. Далее, мы будем называть их дырками.

Электроны постоянно стремятся занять дырку и, начиная движение, образуют новую дырку. Таким поведением обладают абсолютно все электроны. В полупроводнике происходит их движение, а значит,

начинает проводиться ток. Такие полупроводники называются дырочными.

Таким образом, вводя недостаток или избыток электронов в кремний или германий, мы способствуем их движению. Получается ток. Транзисторы состоят из соединений этих полупроводников по определённому принципу. С их помощью можно управлять протекающими токами и другими параметрами электрических сигналов.

Виды транзисторов

Существует несколько видов транзисторов. Их около четырёх. Однако основные из них это:

Полевые.
Биполярные.

Остальные виды собираются из полевых и биполярных

Рассмотрим более подробно каждый вид.

Полевые

Суть этого прибора заключается в управлении параметрами электрического сигнала с помощью электрического поля. Оно появляется при подаче напряжения к какому-либо из выводов:

Затвор нужен для регулирования параметров сигнала, благодаря подаче напряжения на него.
Сток — вывод, через который из канала уходят носители заряда (дырки и электроны).
Исток — вывод, через который в канал приходят электроны и дырки.

Такой транзистор состоит из полупроводника

с определённой проводимостью и двух областей, помещённых в него с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор между этими двумя областями появляется пространство, через которое протекает ток. Это пространство называется каналом. Ширина этого канала регулируется напряжением, которое мы подаём на затвор. Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

Теперь поговорим о приборе с изолированным затвором. Разница в том, что в первом случае этот переход есть всегда, даже когда на затвор не подавалось напряжение. А при его подаче, переход и токопроводящий канал менялись в зависимости от полярности и амплитуды напряжения. Металлический затвор в таких транзисторах изолирован диэлектриком от полупроводниковой области. Их входное сопротивление гораздо больше.

Существует два вида приборов с изолированным затвором:

Со встроенным каналом.
С индуцированным каналом.

Встроенный канал позволяет протекать электрическому току с определённой амплитудой. При подаче напряжения с определённой амплитудой и полярностью мы можем менять ширину канала и его проводимость. Этот канал встраивается в транзисторы на производственных предприятиях.

Индуцированный канал появляется между двумя областями, о которых мы говорили выше, только при подаче напряжения определённой полярности на затвор. То есть, когда на затвор напряжение не подаётся, ток в нем не протекает.

Все виды полевых транзисторов отличаются друг от друга по следующим параметрам:

Входное сопротивление.
Амплитуда напряжения, которое необходимо подать на затвор.
Полярность.

Каждый из этих видов полевых транзисторов необходим для сборки определённых электрических и логических схем. Так как для реализации двух разных устройств необходимо разные электрические параметры.

Биполярные

Слово «биполярные» означает две полярности. То есть, такие приборы имеют две полярности, благодаря особенностям своего строения. Особенность их строения заключается в том, что они состоят из трёх полупроводниковых областей. Типы проводимости бывают следующими:

Электронная, далее n.
Дырочная, далее p.

Соответственно, можно сделать вывод, что существует два вида биполярных транзисторов:

pnp;
npn.

Разница между ними заключается в том, что для корректной работы необходимо подавать напряжение разной полярности. К каждой из трёх полупроводниковых областей подключено по одному выводу. Всего их три:

База — центральный слой. Он является самым тонким. На выводе базы находится управляющий ток с небольшой амплитудой.
Коллектор — один из крайних слоёв. Он является самым широким. На него подаётся ток с большой амплитудой.
Эмиттер — вывод, на который подаётся ток с коллектора. На его выходе амплитуда тока немного больше, чем на входе.

Существует три схемы подключения биполярных транзисторов:

С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора.
С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера.
С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора.

Благодаря нескольким электронно-дырочным переходам, образующимся в биполярном транзисторе, можно управлять параметрами электрического сигнала. Полярность и амплитуда подаваемого напряжения зависят от типа биполярного транзистора.

Применение транзисторов в жизни

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

Усилительные схемы.
Генераторы сигналов.
Электронные ключи.

Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства. Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы.

Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора.

Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем. На их основе работают компьютеры, телевизоры и другие электрические приборы, без которых в современной жизни не обойтись.

Литература по электронике

Наука, которая изучает транзисторы и другие приборы, называется электроника. Целый ее раздел посвящён полупроводниковым приборам. Если вам интересно получить больше информации о работе транзисторов, можно почитать следующие книги по этой тематике:

Цифровая схемотехника и архитектура компьютера — Дэвид М.
Операционные системы. Разработка и реализация — Эндрю Т.
Силовая электроника для любителей и профессионалов — Б. Ю. Семенов .

В этих книгах описываются различные средства программируемой электроники. Конечно же, в основе всех программируемых схем, лежат транзисторы. Благодаря этим книгам вы не только получите новые знания о транзисторах, но и навыки, которые, возможно, принесут вам доход.

Теперь вы знаете, как работают транзисторы, и где они применяются в жизни. Если вам интересна эта тема, продолжайте её изучать, ведь прогресс не стоит на месте, и все технические устройства постоянно совершенствуются. В этом деле очень важно идти в ногу со временем. Успехов вам!

Транзистор. Обозначение на схемах и внешний вид транзисторов.

На фото справа вы видите первый работающий транзистор, который был создан в 1947 году тремя учёными – Уолтером Браттейном, Джоном Бардином и Уильямом Шокли.

Несмотря на то, что первый транзистор имел не очень презентабельный вид, это не помешало ему произвести революцию в радиоэлектронике.

Трудно предположить, какой бы была нынешняя цивилизация, если бы транзистор не был изобретён.

Транзистор является первым твёрдотельным устройством, способным усиливать, генерировать и преобразовывать электрический сигнал. Он не имеет подверженных вибрации частей, обладает компактными размерами. Это делает его очень привлекательным для применения в электронике.

Это было маленькое вступление, а теперь давайте разберёмся более подробно в том, что же представляет собой транзистор.

Сперва стоит напомнить о том, что транзисторы делятся на два больших класса. К первому относятся так называемые биполярные, а ко второму – полевые (они же униполярные). Основой как полевых, так и биполярных транзисторов является полупроводник. Основной же материал для производства полупроводников – это германий и кремний, а также соединение галлия и мышьяка – арсенид галлия (GaAs).

Стоит отметить, что наибольшее распространение получили транзисторы на основе кремния, хотя и этот факт может вскоре пошатнуться, так как развитие технологий идёт непрерывно.

Так уж случилось, но вначале развития полупроводниковой технологии лидирующее место занял биполярный транзистор. Но не многие знают, что первоначально ставка делалась на создание полевого транзистора. Он был доведён до ума уже позднее. О полевых MOSFET-транзисторах читайте здесь.

Не будем вдаваться в подробное описание устройства транзистора на физическом уровне, а сперва узнаем, как же он обозначается на принципиальных схемах. Для новичков в электронике это очень важно.

Для начала, нужно сказать, что биполярные транзисторы могут быть двух разных структур. Это структура P-N-P и N-P-N. Пока не будем вдаваться в теорию, просто запомните, что биполярный транзистор может иметь либо структуру P-N-P, либо N-P-N.

На принципиальных схемах биполярные транзисторы обозначаются вот так.

Как видим, на рисунке изображены два условных графических обозначения. Если стрелка внутри круга направлена к центральной черте, то это транзистор с P-N-P структурой. Если же стрелка направлена наружу – то он имеет структуру N-P-N.

Маленький совет.

Чтобы не запоминать условное обозначение, и сходу определять тип проводимости (p-n-p или n-p-n) биполярного транзистора, можно применять такую аналогию.

Сначала смотрим, куда указывает стрелка на условном изображении. Далее представляем, что мы идём по направлению стрелки, и, если упираемся в «стенку» – вертикальную черту – то, значит, «Прохода Нет»! “Нет” – значит p-n-p (П-Н-П ).

Ну, а если идём, и не упираемся в “стенку”, то на схеме показан транзистор структуры n-p-n. Похожую аналогию можно использовать и в отношении полевых транзисторов при определении типа канала (n или p). Про обозначение разных полевых транзисторов на схеме читайте тут.

Обычно, дискретный, то есть отдельный транзистор имеет три вывода. Раньше его даже называли полупроводниковым триодом. Иногда у него может быть и четыре вывода, но четвёртый служит для подключения металлического корпуса к общему проводу. Он является экранирующим и не связан с другими выводами. Также один из выводов, обычно это коллектор (о нём речь пойдёт далее), может иметь форму фланца для крепления к охлаждающему радиатору или быть частью металлического корпуса.

Вот взгляните. На фото показаны различные транзисторы ещё советского производства, а также начала 90-ых.

А вот это уже современный импорт.

Каждый из выводов транзистора имеет своё назначение и название: база, эмиттер и коллектор. Обычно эти названия сокращают и пишут просто Б (База), Э (Эмиттер), К (Коллектор). На зарубежных схемах вывод коллектора помечают буквой C, это от слова Collector – “сборщик” (глагол Collect – “собирать”). Вывод базы помечают как B, от слова Base (от англ. Base – “основной”). Это управляющий электрод. Ну, а вывод эмиттера обозначают буквой E, от слова Emitter – “эмитент” или “источник выбросов”. В данном случае эмиттер служит источником электронов, так сказать, поставщиком.

В электронную схему выводы транзисторов нужно впаивать, строго соблюдая цоколёвку. То есть вывод коллектора запаивается именно в ту часть схемы, куда он должен быть подключен. Нельзя вместо вывода базы впаять вывод коллектора или эмиттера. Иначе не будет работать схема.

Как узнать, где на принципиальной схеме у транзистора коллектор, а где эмиттер? Всё просто. Тот вывод, который со стрелкой – это всегда эмиттер. Тот, что нарисован перпендикулярно (под углом в 90°) к центральной черте – это вывод базы. А тот, что остался – это коллектор.

Также на принципиальных схемах транзистор помечается символом VT или Q. В старых советских книгах по электронике можно встретить обозначение в виде буквы V или T. Далее указывается порядковый номер транзистора в схеме, например, Q505 или VT33. Стоит учитывать, что буквами VT и Q обозначаются не только биполярные транзисторы, но и полевые в том числе.

Далее узнаем, как найти транзисторы на печатной плате электронного прибора.

В реальной электронике транзисторы легко спутать с другими электронными компонентами, например, симисторами, тиристорами, интегральными стабилизаторами, так как те имеют такие же корпуса. Особенно легко запутаться, когда на электронном компоненте нанесена неизвестная маркировка.

В таком случае нужно знать, что на многих печатных платах производится разметка позиционирования и указывается тип элемента. Это так называемая шелкография. Так на печатной плате рядом с деталью может быть написано Q305. Это значит, что этот элемент транзистор и его порядковый номер в принципиальной схеме – 305. Также бывает, что рядом с выводами указывается название электрода транзистора. Так, если рядом с выводом есть буква E, то это эмиттерный электрод транзистора. Таким образом, можно чисто визуально определить, что же установлено на плате – транзистор или совсем другой элемент.

Как уже говорилось, это утверждение справедливо не только для биполярных транзисторов, но и для полевых. Поэтому, после определения типа элемента, необходимо уточнять класс транзистора (биполярный или полевой) по маркировке, нанесённой на его корпус.

Полевой транзистор FR5305 на печатной плате прибора. Рядом указан тип элемента – VT

Любой транзистор имеет свой типономинал или маркировку. Пример маркировки: КТ814. По ней можно узнать все параметры элемента. Как правило, они указаны в даташите (datasheet). Он же справочный лист или техническая документация. Также могут быть транзисторы этой же серии, но чуть с другими электрическими параметрами. Тогда название содержит дополнительные символы в конце, или, реже, в начале маркировки. (например, букву А или Г).

Зачем так заморачиваться со всякими дополнительными обозначениями? Дело в том, что в процессе производства очень сложно достичь одинаковых характеристик у всех транзисторов. Всегда есть определённое, пусть и, небольшое, но отличие в параметрах. Поэтому их делят на группы (или модификации).

Строго говоря, параметры транзисторов разных партий могут довольно существенно различаться. Особенно это было заметно ранее, когда технология их массового производства только оттачивалась.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Цифровой мультиметр. Какой мультиметр выбрать новичку?

Что такое транзистор и для чего нужен транзистор

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для управления электрическим током.

Где применяются транзисторы? Да везде! Без транзисторов не обходится практически ни одна современная электрическая схема. Они повсеместно используются при производстве вычислительной техники, аудио- и видео-аппаратуры.

Времена, когда советские микросхемы были самыми большими в мире, прошли, и размер современных транзисторов очень мал. Так, самые маленькие из устройств имеют размер порядка нанометра!

Приставка нано- обозначает величину порядка десять в минус девятой степени.

Однако существуют и гигантские экземпляры, использующиеся преимущественно в областях энергетики и промышленности.

Транзисторы

Существуют разные типы транзисторов: биполярные и полярные, прямой и обратной проводимости. Тем не менее, в основе работы этих приборов лежит один и тот же принцип. Транзистор — прибор полупроводниковый. Как известно, в полупроводнике носителями заряда являются электроны или дырки.

Область с избытком электронов обозначается буквой n (negative), а область с дырочной проводимостью – p (positive).

Как работает транзистор?

Чтобы все было предельно ясно, рассмотрим работу биполярного транзистора (самый популярный вид).

Биполярный транзистор (далее – просто транзистор) представляет собой кристалл полупроводника (чаще всего используется кремний или германий), разделенный на три зоны с разной электропроводностью. Зоны называются соответственно коллектором, базой и эмиттером. Устройство транзистора и его схематическое изображение показаны на рисунке ни же

Биполярный транзистор

Разделяют транзисторы прямой и обратной проводимости. Транзисторы p-n-p называются транзисторами с прямой проводимостью, а транзисторы n-p-n – с обратной.

Транзисторы

Теперь о том, какие есть два режима работы транзисторов. Сама работа транзистора похожа на работу водопроводного крана или вентиля. Только вместо воды – электрический ток. Возможны два состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт) и состояние покоя (транзистор закрыт).

Что это значит? Когда транзистор закрыт, через него не течет ток. В открытом состоянии, когда на базу подается малый управляющий ток, транзистор открывается, и большой ток начинает течь через эмиттер-коллектор.

xTechx.ru

Транзистор (transistor) – полупроводниковый элемент с тремя выводами (обычно), на один из которых (коллектор) подаётся сильный ток, а на другой (база) подаётся слабый (управляющий ток). При определённой силе управляющего тока, как бы «открывается клапан» и ток с коллектора начинает течь на третий вывод (эмиттер).

То есть транзистор – это своеобразный клапан, который при определённой силе тока, резко уменьшает сопротивление и пускает ток дальше (с коллектора на эмиттер). Происходит это потому, что при определенных условиях, дырки имеющие электрон, теряют его принимая новый и так по кругу. Если к базе не прилагать электрический ток, то транзистор будет находиться в уравновешенном состоянии и не пропускать ток на эмиттер.

В современных электронных чипах, количество транзисторов исчисляется миллиардами. Используются они преимущественно для вычислений и состоят из сложных связей.

Полупроводниковые материалы, преимущественно применяемые в транзисторах это: кремний, арсенид галлия и германий. Также существуют транзисторы на углеродных нанотрубках, прозрачные для дисплеев LCD и полимерные (наиболее перспективные).

Разновидности транзисторов:

Биполярные – транзисторы в которых носителями зарядов могут быть как электроны, так и «дырки». Ток может течь, как в сторону эмиттера, так и в сторону коллектора. Для управления потоком применяются определённые токи управления.

Полевые транзисторы – распротранёные устройства в которых управление электрическим потоком происходит посредством электрического поля. То есть когда образуется большее поле – больше электронов захватываются им и не могут передать заряды дальше. То есть это своеобразный вентиль, который может менять количество передаваемого заряда (если полевой транзистор с управляемым p—n—переходом). Отличительной особенностью данных транзисторов являются высокое входное напряжение и высокий коэффициент усиления по напряжению.

Комбинированные – транзисторы с совмещёнными резисторами, либо другими транзисторами в одном корпусе. Служат для различных целей, но в основном для повышения коэффициента усиления по току.

Подтипы:

Био-транзисторы – основаны на биологических полимерах, которые можно использовать в медицине, биотехнике без вреда для живых организмов. Проводились исследования на основе металлопротеинов, хлорофилла А (полученного из шпината), вируса табачной мозаики.

Одноэлектронные транзисторы – впервые были созданы российскими учёными в 1996 году. Могли работать при комнатной температуре в отличии от предшественников. Принцип работы схож с полевым транзистором, но более тонкий. Передатчиком сигнала является один или несколько электронов. Данный транзистор также называют нано- и квантовый транзистор. С помощью данной технологии, в будущем рассчитывают создавать транзисторы с размером меньше 10 нм, на основе графена.

Для чего используются транзисторы?

Используются транзисторы в усилительных схемах, лампах, электродвигателях и других приборах где необходимо быстрое изменение силы тока или положение вклвыкл. Транзистор умеет ограничивать силу тока либо плавно, либо методом импульс—пауза. Второй чаще используется для ШИМ-управления. Используя мощный источник питания, он проводит его через себя, регулируя слабым током.

Если силы тока недостаточно для включения цепи транзистора, то используются несколько транзисторов с большей чувствительностью, соединённые каскадным способом.

Мощные транзисторы соединённые в один или несколько корпусов, используются в полностью цифровых усилителях на основе ЦАП. Часто им требуется дополнительное охлаждение. В большинстве схем, они работают в режиме ключа (в режиме переключателя).

Применяются транзисторы также в системах питания, как цифровых, так и аналоговых (материнские платы, видеокарты, блоки питания & etc).

Центральные процессоры, микроконтроллёры и SOC тоже состоят из миллионов и миллиардов транзисторов, соединённых в определённом порядке для специализированных вычислений.

Каждая группа транзисторов, определённым образом кодирует сигнал и передаёт его дальше на обработку. Все виды ОЗУ и ПЗУ памяти, тоже состоят из транзисторов.

Все достижения микроэлектроники были бы практически невозможны без изобретения и использования транзисторов. Трудно представить хоть один электронный прибор без хотя бы одного транзистора.

Физические процессы в транзисторе

А теперь подробнее о том, почему все происходит именно так, то есть почему транзистор открывается и закрывается. Возьмем биполярный транзистор. Пусть это будет n-p-n транзистор.

Если подключить источник питания между коллектором и эмиттером, электроны коллектора начнут притягиваться к плюсу, однако тока между коллектором и эмиттером не будет. Этому мешает прослойка базы и сам слой эмиттера.

Транзистор закрыт

Если же подключить дополнительный источник между базой и эмиттером, электроны из n области эмиттера начнут проникать в область баз. В результате область базы обогатиться свободными электронами, часть из которых рекомбинирует с дырками, часть потечет к плюсу базы, а часть (большая часть) направится к коллектору.

Таким образом, транзистор получается открыт, и в нем течет ток эмиттер коллектор. Если напряжение на базе увеличить, увеличится и ток коллектор эмиттер. Причем, при малом изменении управляющего напряжения наблюдается значительный рост тока через коллектор-эмиттер. Именно на этом эффекте и основана работа транзисторов в усилителях.

Транзистор открыт

Вот вкратце и вся суть работы транзисторов. Нужно рассчитать усилитель мощности на биполярных транзисторах за одну ночь, или выполнить лабораторную работу по исследованию работы транзистора? Это не проблема даже для новичка, если воспользоваться помощью специалистов нашего студенческого сервиса.

Не стесняйтесь обращаться за профессиональной помощью в таких важных вопросах, как учеба! А теперь, когда у вас уже есть представление о транзисторах, предлагаем расслабиться и посмотреть клип группы Korn “Twisted transistor”! Например, вы решили купить отчет по практике, обращайтесь в Заочник.

Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности. Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.

Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:

Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток — она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.

Обратите внимание на токоограничивающий резистор R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля. Главное — не превысить допустимый ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:

здесь Ud — это падение напряжения на самом транзисторе. Оно зависит от материала из которого он изготовлен и обычно составляет 0.3 – 0.6 В.

Но совершенно не обязательно держать ток на пределе допустимого. Необходимо лишь, чтобы показатель gain транзистора позволил управлять необходимым током. В нашем случае — это 100 мА. Допустим для используемого транзистора hfe = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА

Нам подойдёт резистор номиналом от 118 Ом до 4.7 кОм. Для устойчивой работы с одной стороны и небольшой нагрузки на чип с другой, 2. 2 кОм — хороший выбор.

Если вместо биполярного транзистора использовать полевой, можно обойтись без резистора:

это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер — затвор — исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.

Назначение транзистора

Главная » Разное » Назначение транзистора

Транзисторы: назначение, устройство и принципы работы

Что означает название “транзистор”

Первоначально все транзисторы называли полупроводниковыми триодами. Термин «транзистор» можно разделить на две составляющие: «трансфер» – передача, преобразование; «резистор» – электрическое сопротивление. Поэтому понятие «транзистор» определяется как преобразователь сопротивления. Такое объяснение совпадает и с принципом работы транзистора: транзистор открыт – сопротивление стремится к нулю, транзистор закрыт – сопротивление большое.

Применение транзисторов

Изначально транзисторы пришли на смену электрическим лампам в схемах усиления электрических сигналов в радиотехнике. Принцип действия любого усилителя достаточно прост: маломощный входной сигнал в электрической схеме с дополнительным источником питания получает усиление по амплитуде. Другими словами, транзистор позволяет управлять маломощным входным воздействием мощными потоками энергии.

В большинстве схем усиления сигналов транзисторы используются в качестве управляемого сопротивления с маломощным входным сигналом задания. Схемы управления в радиоэлектронике строятся на базе источников постоянного напряжения. Входной управляющий сигнал изменяет внутреннее сопротивление транзистора, формируя переменный сигнал на выходе транзистора. В соответствии с этим формируется ток в цепи нагрузки транзистора.

Электропроводность и строение атома

Электропроводность любого материала определяется строением его атомов. В начале ХХ века Нильс Бор ввел понятие «планетарной модели атома», которая представлена на рисунке ниже.

Согласно этой модели атом состоит из ядра (протоны и нейтроны), вокруг которого по орбитам вращаются заряженные частицы (электроны). Ядро имеет общий положительный заряд за счет наличия протонов. Количество протонов и электронов в ядре уравновешено, что позволяет атому находиться в состоянии электрического равновесия. При потере электрона атом превращается в положительно заряженный ион; при присоединении атомом чужого электрона – атом превращается в отрицательный ион. Строение атома рассмотрим на примере кремния (Si).

По таблице Менделеева можно определить строение любого атома. Так для кремния распределение электронов по орбитам будет выглядеть как 2-8-4. В любом атоме орбиты имеют сферический характер, однако для упрощения примем все орбиты движения электронов как расположенные в одной плоскости.

Свойства материала определяют электроны, расположенные на внешней орбите (валентные электроны), которые принимают участие в образовании молекул из нескольких атомов. Валентные электроны способны отрываться от атома и создавать электрический ток. Именно эти носители заряда и определяют полупроводниковые свойства транзисторов.

Всего комментариев: 0

Транзисторы: описание, подключение, схема, характеристики

Транзистор – электронная “кнопка” в цепи питания, которая нажимается не пальцем, а электрическим сигналом, например от контроллера, что позволяет управлять сильным импульсом при помощи слабого.

Содержание

Назначение
Биполярные транзисторы
Полевые транзисторы
Пример
Вывод

Назначение транзисторов

Транзистор – электронная “кнопка” в цепи питания, которая нажимается не пальцем, а электрическим сигналом, например от контроллера, что позволяет управлять сильным импульсом при помощи слабого. Также применяется для преобразования и коммутации электрических сигналов, что широко используется в электронных устройствах любой сложности, в том числе в микросхемах, в качестве атомарного триггера и так далее.

Как правило, у транзистора имеется три ноги: для входа, для выхода и для управляющего сигнала.

В DIY-разработках чаще всего используются транзисторы в двух корпусах: ТО-92 для небольших нагрузок и ТО-220 – более крупный и более мощный.

Транзисторы бывают двух типов: биполярные и полевые, каждый из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

Биполярные транзисторы.

Простое, надежное, компактное и недорогое устройство. Три контакта имеют следующие названия и назначения:

Коллектор – контакт для мощного положительного тока, которым следует управлять.
Эмиттер – контакт для “земли” мощного тока, на который открывается или закрывается транзит в зависимости от состояния Базы.
База – та самая “кнопка”, подавая небольшой ток на которую можно разблокировать связь коллектор-эмиттер, а заземлив его – заблокировать.

Простейшая схема подключения биполярного транзистора выглядит так:

В роли затвора, в нашем случае, чаще всего выступает пин Ардуино. Токоограничивающий резистор нужен для того, чтобы этот самый пин не сгорел, так как при подаче сигнала этот контакт замкнется на землю. Для этой цели достаточно резистора номиналом от 180 Ом.

Основной характеристикой биполярного транзистора является является коэффициент усиления hfe, соотношение между управляющим током и током нагрузки:

Ice = Ibe * hfe

Давайте рассчитаем, какой ток можно пропустить через типовой транзистор bc337 в корпусе ТО-92. Согласно даташита, коэффициент усиления такого транзистора составляет от 160 до 400, возьмем 300 как разумно-оптимальный. Примем номинал токоограничивающего резистора за 1 кОм, значит на базе получим ток:

Ibe = V/R = 5/1000 = 0.005 А

Вычисляем максимальный управляемый ток при помощи нехитрой формулы:

Ice = 5 мА * 300 = 1500 мА

Ответ: при помощи транзистора bc337 мы (теоретически) можем управлять нагрузкой до 1. 5 А. При более высокой нагрузке транзистор откроется не полностью, “лишняя” часть пойдет на нагрев и транзистор быстро сгорит.

К основным характеристикам биполярного транзистора также можно причислить максимальное напряжение коллектор-эмиттер и максимальный ток через коллектор. Для нашего примера bc337 эти параметры, соответственно, 50 В и 0.8 А. Получается, что расчетные 1.5 А мы пропускать через этот транзистор все-таки не сможем, максимум 0.8. Поэтому, перед выбором транзистора, обязательно изучите его характеристики и свойства нагрузки.

Биполярные транзисторы выпускаются в двух разновидностях: NPN и PNP.

Транзистор из рассмотренного выше примера – NPN (Negative-Positive-Negative), такие более эффективны, а значит и распространены. PNP-транзисторы работают по обратной логике: при заземлении базы открываются, при подаче на нее питания закрываются.

Полевые транзисторы

Полевый транзисторы позволяют управлять гораздо более мощными нагрузками, при тех же размерах корпуса. В отличие от биполярных транзисторов, ток через затвор полевых не проходит, он изолирован от главной нагрузки, управление происходит только при помощи напряжения, а значит токоограничивающий резистор для них не нужен.

Названия и назначения контактов:

Сток – для подачи управляемой нагрузки;
Исток – для заземления, связь с которым открывается или закрывается в зависимости от состояния затвора;
Затвор – управляющий контакт, подаем напряжение – открываем транзистор, заземляем – закрываем.

Простейшая схема подключения полевого транзистора выглядит очень похоже:

Основными характеристиками полевого транзистора являются:

Максимальное напряжение сток-исток;
Максимальный ток через сток;
Сопротивление сток-исток;
Рассеиваемая мощность;

Недостатком полевого транзистора является то, что часть пропускаемой мощности в нем превращается в тепло, потому рассеиваемая мощность является таким важным параметром. Выделяемая мощность – это напряжение в квадрате, умноженное на сопротивление сток-исток, если она превысит допустимое, транзистор перегреется и выйдет из строя.

Наиболее известная разновидность полевого транзистора – MOSFET, чаще всего в DIY используются именно они. Особое внимание обратите на транзисторы с буквой L в маркировке, например IRLZ44n, они очень удобны для работы с контроллерами благодаря логическому уровню управления. Это значит, что для полного открытия гарантированно хватит сигнала с пина, обычно это от 2,5 В и выше. Максимальный ток сток-исток таких транзисторов многократно больше, чем у полевых, в случае IRLZ44n это аж 45 А, против 0,8 А у bc337. Поэтому для управления серьезной нагрузкой рекомендуется использовать именно их.

Пример

Рассматривать применение транзисторов в качестве простого выключателя мы здесь не будем, тем более, что такие схемы уже приведены выше. Давайте попробуем сделать из них что-то более сложное и полезное. Например, управление асинхронным электромотором с возможностью реверса. Для этого применим схему подключения, известную как Н-мост. Простейший вариант будет выглядеть так:

Для запуска мотора в одном направлении, подаем на первый пин единицу, на второй ноль. Нетрудно заметить на схеме, что при этом ток пойдет по красной линии, плюс на левый контакт мотора, минус на правый. Если выставим состояние пинов в обратное положение, ток пойдет по синей линии и мотор будет крутиться в противоположном направлении. Если оба пина выставить в одинаковое положение, мотор вращаться не будет, так как на его контактах будет отсутствовать разница потенциалов.

Можно обойтись и одним пином, для этого подключить второй управляющий контакт через логический инвертор, как пример – микросхему 74HC04, которая превращает ноль в единицу и наоборот. Тогда на пинах всегда будет разноименный сигнал и мотор будет вращаться в ту или другую сторону, в зависимости от подключения и состояния единственного управляющего пина.

Вывод

Транзистор – очередной элементарный “кирпичик”, один из базовых элементов электроники, наряду с резистором и конденсатором и диодом. Комбинацией этих “кубиков” создается подавляющее количество электронных схем. Знать эти элементы, их свойства, разновидности и уметь ими пользоваться должен каждый DIY-мастер.

Транзистор — полупроводниковый элемент, устройство. Как транзистор работает, из чего состоит, для чего нужен?

Разновидности транзисторов:

Подтипы:

Для чего используются транзисторы?

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 h41. 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.

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.
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.
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.
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

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

Транзистор составной – Энциклопедия по машиностроению XXL

Транзистор составной — комбинация двух транзисторов, соединенных определенным образом и представляющих собой единое целое такая комбинация транзисторов позволяет резко повысить коэффициент усиления [10]. [c.159]

Усилитель мощности с выходными транзисторами составного типа [c.93]

Р-111), выход которого выполнен в виде источника тока, к которому последовательно подключены вход формирователя импульсов Ф и вход усилителя УТ, собранного по схеме составного транзистора. [c.86]

Схема работает следующим образом при открытом транзисторе УТ1, транзистор УТЗ открыт, так как его ток базы проходит через переход эмиттер — коллектор УТ и закрыт составной транзистор УТ4, VT5, поскольку его переход эмиттер — база зашунтирован переходом эмиттер — коллектор транзистора УТЗ. Если транзистор УТ1, закрыт, что бывает при напряжении ниже напряжения настройки регулятора (ток через стабилизатор VDI не протекает), то закрыт транзистор УТЗ и открыт составной транзистор УТ4, УТ5. [c.97]

В схеме регулятора имеется резистор жесткой обратной связи R6. Переход составного транзистора УТ4, УТ5 в открытое состояние подключает резистор R6 параллельно резистору R4 входного делителя напряжения, что приводит к скачкообразному повышению напряжения на стабилитроне У01, его ускоренному отпиранию и соответственно, ускоренному отпиранию транзисторов УТ1, УТЗ и запиранию составного транзистора УТ4, УТЗ. Запирание этого транзистора отключает резистор R6, что способствует скачкообразному уменьшению напряжения на стабилитроне VDI и его ускоренному запиранию. Таким образом, резистор R6 повышает частоту переключения регулятора напряжения. Конденсатор С1 осуществляет фильтрацию пульсаций напряжения и исключает их влияние на работу регулятора напряжения. [c. 97]

Запирание составного транзистора VT4, VT5 вызывает резкое понижение потенциала его коллектора. При этом в цепи переход эмиттер -база транзистора VT2. резистор R9, конденсатор С2 появляется ток. что приводит к отпиранию транзистора VT2 и обеспечивает в результате форсированное отпирание транзистора УТЗ и ускорение запирания составного транзистора VT4, VT5. При отпирании составного транзистора VT4, VTS транзистор VT2 находится в закрытом состоянии и конденсатор С2 разряжается в цепи переход эмиттер — коллектор транзистора VT2 — диод VD2 резистор RII. Разрядный ток, проходя по резистору RI1, повышает потенциал базы транзистора УТЗ, т. е. создает дополнительное отрицательное смещение его перехода эмиттер — база, чем форсирует запирание транзистора УТЗ и сокращает время отпирания составного транзистора VT4. УТ5. [c.98]

В аварийном режиме схема на транзисторе VT2 осуществляет защиту выходного составного транзистора VT4, УТЗ регулятора от перегрузки, В результате замыкания вывода Ш на массу понижается потенциал коллектора транзистора VT5 и, если транзистор в момент замыкания открыт, то он начинает- работать в линейном режиме. При этом конденсатор С2 заряжается, в цепи переход эмиттер — база транзистора VT2 — R9 — С2 появляется ток, транзистор VT2 открывается, следовательно, открывается транзистор УТЗ и запирается составной транзистор УТ4, VTS. После заряда конденсатора, ток в его цепи пропадает, транзисторы VT2, УТЗ закрываются, открывается составной транзистор VT4, УТЗ. Процесс повторяется, а выходной транзистор переходит в автоколебательный режим. Средняя сила тока через транзистор невелика и не может влиять на его отказ. Диод VD3 является в схеме регулятора гасящим диодом. Диод VD4 защищает регулятор от импульсов напряжения обратной полярности. Остальные элементы схемы обеспечивают нужный режим работы полупроводниковых элементов схемы. [c.98]

Измерительный орган регулятора делитель на резисторах R1. R2 — соединен с его органом сравнения стабилитроном VDI. Электронное реле регулятора собрано на транзисторах VTI, VT2, УТЗ, причем силовым транзистором в выходной цепи регулятора является составной транзистор УТ2, УТЗ. Резисторы R3, R4 совместно с диодом У02 представляют собой цепь жесткой обратной связи. При закрытом транзисторе VTI одно из плеч измерительного делителя образуется параллельным включением резистора RI и цепочки резисторов R4 — R3. При переходе УТ1 в открытое состояние он шунтирует совместно с диодом У02 резистор R4, что способствует ускорению запирания транзистора УТ1 и, следовательно, повышает частоту переключения схемы. Гибкая обратная связь через конденсаторы С1 к С2 снижает влияние электромагнитных помех, в том числе пульсаций выпрямленного напряжения генератора на работу регулятора напряжения, и предотвращает возможность самовозбуждения его схемы на высокой частоте. [c.99]

При открытом транзисторе УТ открыт и транзистор УГЗ, так как его ток базы протекает через переход эмиттер — коллектор УТ, и закрыт составной транзистор V 7 4, УГ5, поскольку его переход эмиттер — база зашунтирован переходом эмиттер — коллектор транзистора УТЗ. Если транзистор УТ закрыт, что бывает при низком напряжении, когда ток через стабилитрон VD не протекает, то закрыт и транзистор УТЪ и открыт составной транзистор УГ4, УТЪ. [c.37]

Til R2 — соединен с его элементом сравнения стабилитроном VD. Электронное реле регулятора собрано на транзисторах VT, VT2 и VT3, причем силовым транзистором в выходной цепи регулятора является составной транзистор VT2, VT3. Резисторы R3 и RA совместно с диодом VD2 представляют собой цепь жесткой обратной связи. При закрытом транзисторе VTI одно из плеч измерительного делителя образуется параллельным включением резистора / 1 и цепи резисторов R3 и / 4. При переходе транзистора VT в открытое состояние он шунтирует совместно с диодом VD2 резистор RA, Это приводит к резкому уменьшению напряжения на стабилитроне VD, что способствует ускорению запирания транзистора VTI. Следовательно, в схеме этого регулятора цепь жесткой обратной связи повышает частоту переключения регулятора напряжения. [c.39]

Выходной 1/710 и предвыходной V79 транзисторы соединены по схеме составного транзистора, что исключило необходимость постановки мощного резистора в цепи коллектора транзистора 1/79, вследствие чего в 2 раза снизилось тепловыделение в коммутаторе. [c.139]

При открытых транзисторах УТ9, УТк становится возможно протекание через их переходы коллектор — эмиттер тока базы транзистора УТ 0 и переход составного транзистора УТ 0 и УТИ в открытое состояние. [c.253]

Если в цепи электромагнитного клапана Y А существует короткое замыкание (цепь, подходящая к выводу XI, замкнута на массу), то составной транзистор закроется после зарядки конденсатора С7, что предохранит его от перегрузки. Если же цепь нагрузки функционирует нормально, то открытый составной транзистор через переход эмиттер — коллектор транзистора УТ и резистор R21 подключает базу транзистора УТ9 к сети питания, чем обеспечивает самоблокировку схемы. При этом транзистор VT9 и составной транзистор УТЮ, УТ остаются во включенном состоянии, соединяя вывод XI штекерного разъема с выводом + сети. Резисторы R15, RI6 совместно с транзистором УГ5 образуют жесткую обратную связь. При открывании транзистора УТ открывается и транзистор УТ5, и параллельно резистору RIO подключается цепь резисторов i 15, / 16. [c.253]

Кроме того, диод V38 ограничивает не только напряжение i/пил, но и отрицательное напряжение между базой и эмиттером транзистора V23 до значения прямого падения напряжения на нем. Этого напряжения достаточно для запирания транзистора V23, в связи с чем составной транзистор V21, V22 открывается и на его коллекторной нагрузке (резисторе R28] появляется напряжение прямоугольной формы 24 В, которое после дифференцирования цепочкой С9, R29, R30 поступает на управляющий электрод тиристора V24, который открывается. [c.108]

Резистор R26 предназначен для ограничения положительного тока смещения транзистора V23 до допустимого значения, а диод V37 срезает отрицательные импульсы на выходе цепочки, возникающие при запирании составного транзистора. Монтаж элементов выполнен печатным способом. [c.108]

Когда транзистор Т1 открыт, ток течет от движка потенциометра Я2 через эмиттер-коллектор транзистора Т1, резистор / 5, переходы база-эмиттер транзисторов Т2 и ТЗ, которые включены по схеме составного транзистора для увеличения коэффициентов усиления, далее через дроссель Др1 на минус вспомогательного генератора. Дроссель имеет очень малое активное сопротивление и практически не оказывает сопротивления постоянному току. Транзисторы Т2 и ТЗ имеют обратную проводимость (п-р-п) по сравнению с транзистором Т1 (типа р-п-р) и при показанном выше направлении тока в цепи база-эмиттер они открываются. При этом сопротивление транзистора ТЗ между эмиттером и коллектором близко к нулю. [c.192]

Усиленный транзистором Т1 сигнал подается через резистор Я5 на базу транзистора Т2, объединенного с транзистором ТЗ по схеме составного транзистора. Транзисторы Т2 и ТЗ открываются и шунтируют переход, управляющий электрод — катод тиристора Т4. [c.193]

Минус Ын подается на базу ГУ, а плюс через диод Д39, систему контактов реле и один из резисторов Я34—ЯЗб (например, Я34) — на коллектор Г2. Транзисторы Т1 и Т2 соединены по схеме составного транзистора и могут рассматриваться как один транзистор с увеличенным коэффициентом усиления. На резисторы Я34—Я36 [c. 360]

Схема реле наибольшего напряжения вырабатывает сигнал на срабатывание электромеханического реле РМН в случае, когда повышенное сверх допустимого значение напряжения контактной сети действует достаточно длительное время. До получения сигнала от канала КОН схема (рис. 305) находится в исходном состоянии транзисторы T9—Т4 закрыты, а транзистор Т5 открыт базовым током по цепи 0 —Т5—Д38—к35 и шунтирует катушку реле РМН. Конденсатор С17 заряжен. В качестве входного сигнала используется падение напряжения на резисторе R67 (см. рис. 304), которое появляется при срабатывании канала КОН. Это напряжение открывает составной транзистор T9—Т4, что приводит к запиранию диода Д38. Конденсатор С17 начнет разряжаться по цепи С17, эмиттер — база Т5 и R59, поддерживая открытое состояние транзистора Т5. Когда напряжение конденсатора С17 сравняется с напряжением смешения, подаваемого на базу Т5 через резистор R57, транзистор Т5 закроется. На катушке РМН появится напряжение и реле сработает. Если же опасное повышение было кратковременным (отрыв токоприемника и др.) и транзисторы T9—Т4 закроются раньше, чем закроется Т5, то схема придет в исходное состояние, т. е. транзистор Т5 останется открытым, ибо на его базу будет подаваться отрицательный потенциал по цепи R55, Д38, а конденсатор С17 вновь зарядится. [c.362]

Предположим, что напряжение на выводах О—12 В превысило 12 В. Положение движка R13 выбрано таким, чтобы по абсолютной величине Ыи было больше Uo, т. е. потенциал эмиттера оказался бы выше, чем потенциал базы. Ток коллектора транзистора Т1 начнет увеличиваться, подавая на базу составного транзистора ТЗ—Тб положительный потенциал и вызывая уменьшение его коллекторного тока,- Так как он включен последовательно с резисторами R13, R14 и потребителями напряжения 12 В, то это приведет к уменьшению выходного напряжения. [c.381]

После пуска дизеля напряжение вспомогательного генератора растет пропорционально частоте вращения якоря, поэтому между движком потенциометра Я2 и выводом Я2 появится напряжение, пропорциональное напряжению вспомогательного генератора При этом к управляющему переходу транзистора Т1 приложена разность потенциалов между движком потенциометра Я2 и анодом стабилитрона ДЗ. Когда напряжение вспомогательного генератора достигает 75 В, открывается транзистор Т1, что приводит к открыванию тиристоров Т2 и ТЗ, включенных по схеме составного транзистора. [c.71]

Транзисторы находят наибольшее использование в качестве составных частей бесконтактных логических элементов и различных других узлов автоматического управления триггеры, счетчики, дешифраторы и т. п. [c.36]

Каскад с нагрузкой в эмиттере сохраняет фазу неизменной, но имеет малый коэффициент усиления. Большой коэффициент усиления можно получить за счет использования схем составных транзисторов. [c.26]

Значение тока определяется резисторами R3, R4, R5 и состоянием транзистора Т2, который управляется по базе транзистором Т1. Транзисторы Т1 и Т2 включены по схеме составного транзистора. База транзистора Т1 застабилизирована, и его коллекторный ток изменяется нелинейно относительно приложенного напряжения U. Сопротивление коллекторно-эмиттерного перехода транзистора Т2 изменяется в зависимости оттока эмиттера транзистора Т/. В результате изменение тока оказывается существенно нелинейным относительно напряжения U. [c.107]

Полупроводники. Индий — существенная составная часть германиевого транзистора, в котором он действует как присадка и как средство для прикрепления свинцовой проволоки к германиевому кристаллу 16 . В настоящее время в различных областях техники применяются германиевые транзисторы и выпрямители нескольких типов, в том числе с точечным контактом, с поверхностным барьером и с диффузионным сплавленным переходом. Для последнего типа германиевого транзистора, где используется примесный диффузионный р — п — р-переход, требуется значительно больший расход индия. Действие транзистора основано на р — -переходе, который осуществляется, когда происходит превращение германия /j-типа в германий п-типа в твердом состоянии. Германш п-типа образуется при введении в германий высокой степени чистоты специальных примесей, например сурьмы или мышьяка. Эти элементы, имеющие пять электронов на своей внешней орбите (германий имеет четыре электрона), дают избыточные электроны в решетку кристаллического германия. При введении в германий в качестве примеси индия образуется германий р-типа. Поскольку индий имеет на своей внешней орбите три электрона, а терма-ний — четыре, в кристаллической решетке германия наблюдается недостаток электронов, и недостающие электроны известны как дырки. Под влиянием электрического поля избыточные электроны в германии п-тппа движутся к положительному источнику в германии р-типа электроны могут перескакивать в дырки, и дырки появляются в направлении отрицательной клеммы. [c.239]

Основное назначение элементов схемы УТ1 — измерительный элемент УТ2 — транзистор защиты от замыкания вывода Ш на — УТЗ — управляющий элемент УТ4, УТЗ — регулирующий элемент, выполненный в виде составного транзистора по схеме Дарлингтон У01 — опорный элемент У02 — диод схемы защиты УОЗ — гасящий диод У04 — диод, обеспечивающий защиту транзисторов регулятора от кратковременных импульсов напряжения обратной полярности С1 — фильтрующий элемент С2 — элемент цепи обратной связи —Я4 — элементы входного делителя напряжения ЯЗ — резистор, обеспечивающий минимальный ток стабилитрона Я6 — резистор цепи отрицательной обратной связи / 7 — резистор, ограничивающий ток коллектора транзистора УТ] Я8 — резистор цепи положительной обратной связи Я9 — резистор, ограничивающий ток базы транзистора УТ2 НЮ — резистор базовой цепи транзистора УТЗ ЯП — резистор, ограничивающий ток диода У02 Я12 — коллекторная нагрузка транзисторов УТ2, УТЗ Я13 — резистор, обеспечивающий режим работы транзистора УТ2 Я14 — ограничительный резистор Я13 — резистор, обеспечивающий стабильность работы транзистора УТЗ. [c.52]

Часть схемы иа транзисторах VTI, УТЗ, УТ4, VT5 является регулирующим органом. Транзисторы УТ4, VT5 включены по схеме составного транзистора (схема Дарлингтона) два транзистора рассматриваются как один с большим коэффициентом усиления. [c.97]

Транзистор VT3 (2Т809А) является промежуточным усилителем мощности. В последних модификациях коммутатора пара транзисторов VT3 и VT4 заменена составным транзистором (2Т848А). Транзистор УТЗ (2Т630Б) является еще одной ступенью усиления на базу [c.227]

Часть схемы на транзисторах VTI, УТЗ, УГ4 и УТБ является регулирующим элементом. Интерес представляют транзисторы УТ4 и УТ5, включенные по схеме составного транзистора (схема Дарлингтона). При такой схеме включения два транзистора рассматриваются как один с большим коэффициентом усиления. Применение составного транзистора в выходной цепи регулятора напряжения позволило снизить силу его базового тока, а следовательно, исключить применение в базовой цепи резистора большого [c. 36]

Особенностью регулятора ЯП2В является питание его входной цепи через отдельный вывод Б. Это позволило выполнить схему генераторной установки на автомобилях ВАЗ-2105 Жигули по схеме, представленной на рис. 11, б. При отсутствии напряжения на выводе Б отсутствует и базовый ток составного транзистора УГ2, УТЗ. В этом случае транзистор заперт и протекание тока в цепи обмотки возбуждения генератора невозможно. [c.40]

Когда напряжение генератора превысит 75 В, напряжение на втором плече моста станет выше напряжения на ДЗ (Д6). При этом потенциал базы Т1 станет меньше потенциала эмиттера, и транзистор Т1 откроется. Начнет протекать ток от движка потенциометра Я2 через переход эмиттер-коллектор Т/, резистор / 5, переходы база-эмиттер транзисторов Т2 и ТЗ, дроссель Др1 и далее на минус вспомогательного генератора. Благодаря этому откроются транзисторы Т2 и ТЗ. Для увеличения коэффициента усиления они включены по схеме составного транзистора. Поскольку при закрытом состоянии транзистора сопротивление перехода эмиттер-коллектор очень велико, а при открытом близко к нулю, можно считать, что выходной транзистор ТЗ представляет собой выключатель, контакты которого при напряжении вс1юмогательного генератора меньше 75 В разомкнуты, а при напряжении больше 75 В — замкнуты. [c.153]

По принципу действия КОН (см. рис. 304) аналогичен каналу регулирования тока якоря. Он имеет выход на те же точки схемы айв. Сигнал датчика напряжения контактной сети Ывых днк сравнивается с опорным напряжением, на резисторе R33. Когда напряжение датчика превысит опорное, откроется составной транзистор ТЗ—Т8, который вызовет шунтирование точек а и б и уменьшение входного тока фазорегуляторов. С резистора R67 подается напряжение на схему реле наибольшего напряжения РМН, которое, включаясь, производит в схеме управления необходимые переключения для перехода на реостатное торможение. Назначение элементов R68 и С18 аналогично назначению R39 и СП. [c.362]

Элемент Т302 — транзисторная задержка (см. Э13 на рис. ЗП,а). Он содержит два независимых инвертора (на схеме изображен один). Используется как составная часть схемы формирователя импульсов, состоящей из инвертора на транзисторе Т2 (ЭЮ), конденсатора С21 и Э13. [c. 369]

Элемент Т404 — выходной усилитель (см. Э16 на рис. 311,а). Содержит один четырехкаскадный усилитель. Транзисторы Т1 н Т2 двух первых каскадов включены по схеме с общим эмиттером, а вторых ТЗ и Т4) — по схеме составного транзистора. Диод Д1 также включается встречно-параллельно индуктивной нагрузке и при необходимости усиливается (диод Д26). [c.370]

Замена неисправного транзистора в электронном коммутаторе зажигания 36.3734 автомобилей ВАЗ-2108 Спутник , ЗАЗ-1102 Таврия предлагается встраиванием в коммутатор на место отказавшего в работе мощного транзистора КТ848А составного транзистора. [c.277]

Регулятор напряжения 201.3702 (рис. 3.14) выпускается взамен регуляторов РР350, РР350-А. Чувствительный элемент здесь содержит делитель напряжения на резисторах Ri, R2, R3, Н4 и стабилитрон У01. Отличием регулятора 201.3702 является то, что стабилитрон ]/01 расположен не в базовой, а в эмиттерной цепи первого транзистора электронного реле УГ/, что увеличивает ток через него и повышает четкость его срабатывания. Электронное реле, кроме транзистора VII, включает в себя транзисторы УТЗ— УТ5. Транзисторы УТ4, УТ5 включены по схеме составного транзистора (схема Дарлингтона), при которой эти два транзистора могут рассматриваться как один с большим коэффициентом усиления. Схема, кроме гибких обратных [c.53]

С 1991 г. выпускается двухканальный коммутатор 64.3734-20 (рис. 4.16) на базе интегральных микросхем Ь497В. Применение микросхем позволило разместить все элементы, включая силовые транзисторы УТ2 и УТЗ, на одной плате. Коммутатор выполняет все те же функции, что и двухканальный коммутатор 42.3734, и полностью с ним взаимозаменяем. Применение в качестве силовых транзисторов УТ2 и УТЗ составных транзисторов В 9312РР1 с внутренней схемой защиты от перенапряжения позволило в значительной степени повысить надежность коммутаторов 6420.3734. [c.85]

При включении массы ток от аккумуляторной батареи течет через входной делитель напряжения, а также через резистор / б. базоэмиттерные переходы составного транзистора V3-V2 и резистор R5. Составной транзистор открывается и пропускает незначительный ток через резистор R в обмотку возбуждения генератора (до 0,085 А). После пуска двигателя обмотку возбуждения питает генератор от дополнительного выпрямителя. Пока напряжение генератора не достигло регулируемого уровня, ток в обмотку возбуждения идет через открытый составной транзистор. Когда напряжение генератора достигает регулируемого значения, увеличивается ток в делителе напряжения и возрастает падение напряжения на резисторе / рег. При этом стабилитрон переходит в проводящее состояние и повышает потенциал базы входного транзистора VI. Последний открывается и шунтирует переходы база — эмиттер составного транзистора V3-V2, который закрывается и размыкает цепь питания обмотки возбуждения. Ток в обмотке возбуждения снижается его некоторое время поддерживает ЭДС [c.195]

Применение pnp транзисторов

На рис. 22.6 приведена схема усилителя на pnp-транзисторе. Пусть это будет кремниевый транзистор. Тогда его ток и напряжения на эмиттере, базе и коллекторе можно рассчитать следующим образом:

Из соотношения V_BE= V_b– V_e следует V_e= V_b– V_BE.Поскольку V_BE = 0,6 В (кремниевый транзистор) и V_b = 1,5 В, то

V_e = 1,5 – 0,6 = 0,9 В.

Учитывая, что V_e = I_e·R₄, получаем

Таким образом, статический режим работы транзистора определяется следующими условиями:

V_e = – 0,9 В, V_b = – 1,5 В, V_c = – 6,4 В, I_e = 1,1 мА.

Приведенные значения напряжений на эмиттере, базе и коллекторе типичны для однокаскадных усилителей — УПЧ или предоконечных каскадов. Напряжение на базе равно примерно 0,1 V_СС, а на коллекторе — примерно 0,6 V_СС. Видно, что для транзисторов того и другого типа наименьшим по абсолютной величине является напряжение на эмиттере, наибольшим — напряжение на коллекторе, а напряжение на базе примерно на 0,6 В (для кремниевого транзистора) «выше» напряжения на эмиттере.

Транзистор прп-типа в схеме усилителя с отрицательным напряжением питания

Можно использовать прп-транзистор в схеме усилителя, питаемого от источника с отрицательным напряжением — V_СС, как показано на рис. 22.7. В этом случае шасси играет роль положительной шины питания, и все напряжения в схеме отрицательны, поскольку они измеряются относительно положительного шасси. Используя типичные величины, указанные на схеме, и учитывая, что напряжение на базе V_b равно падению напряжения на резисторе R₁, а напряжение на коллекторе — падению напряжения на резисторе R₃, получаем

Таким образом, статический режим работы транзистора определяется следующими условиями: V_e = – 8,8 В, V_b = – 8,2 В, V_c = – 4 В.

Рис. 22.7. Усилитель на прп-транзисторе

с отрицательным напряжением питания —V_CC.

Рис. 22.8. Влияние базового тока I_b.

Базовый ток

Базовый ток I_b (рис. 22.8) течет от положительной шины источника питания через резистор R₁ и эмиттерный переход транзистора к эмиттеру. Таким образом, через резистор смещения R₁ протекают два тока: ток покояI_s (протекающий также через резистор R₂) и базовый ток (не протекающий через R₂).За счет базового тока падение напряжения на резисторе R₁возрастает на величину I_bR₁. Поскольку V_R1 + V_R2= V_CC, то увеличение V_R1 приводит к уменьшению V_R1,т. е. к уменьшению напряжения на базе. В нормальных условиях ток I_b очень мал, и им можно пренебречь, считая, что V_bполностью определяется резистивным делителем R₁ — R₂.

Однако при большой величине базового тока (например, когда транзистор работает в сильноточном режиме) или при очень большом сопротивлении резистора R₁изменение напряжения на базе, связанное с током I_b, начинает влиять на статические условия работы транзистора, и это изменение нужно принимать во внимание.

Рассмотрим схему на рис. 22.8. При нормальных условиях базовый ток, например 10 мкА, создает на резисторе R₁падение напряжения I_bR₁ = 10 · 10^-6 · 15 · 10³= 150 · 10^-3 = 0,15 В. Как видим, это мало по сравнению с напряжением на базе 1,8 В, определяемым цепью смещения R₁ — R₂. Если теперь перевести транзистор в состояние высокой проводимости с большим пропускаемым током, то базовый ток также возрастет. Предположим, что он увеличится до 80 мкА. Тогда падение напряжения на резисторе R_1,создаваемое таким базовым током, составит 80 · 10^-6 · 15 · 10³ = 1,2 В. На эту величину, т. е. от 1,8 В до 0,6В, уменьшится напряжение на базе транзистора.

Смещение базовым током

Базовый ток можно использовать для задания нормального смещения транзистора, как показано на рис. 22.9. В этой схеме резистор R₂ исключен и используется только резистор R₁ с очень большим сопротивлением. Ток I_b теперь полностью определяет падение напряжения на этом резисторе (ток покоя отсутствует). Величина этого падения напряжения достаточна для создания нормального смещения.

Для базового тока величиной 10 мкА (рис. 22.9) напряжение на базе рассчитывается следующим образом:

V_R1 = I_bR₁ = 10 · 10^-6 · 390 · 10³ = 3,9 В.

Напряжение на базе — это напряжение между базой и шасси, т. е.

V_b= V_CC – V_R1 = 6 – 3,9 = 2,1 В.

Преимущество схемы на рис. 22.9 — высокое входное сопротивление, обусловленное отсутствием резистора R₂, шунтирующего вход, недостаток — полное отсутствие стабильности по постоянному току.

Отсечка и насыщение

Говорят, что транзистор находится в состоянии отсечки, когда он перестает проводить, т. е. когда его ток равен нулю. При I_e = 0 падение напряжения на резисторе R₄отсутствует (рис. 22.10).

Рис. 22.9. Смещение базовым током. Рис. 22.10. Условие отсечки транзистора:

V_e = 0, V_c = V_CC.

Рис. 22.11. Условие насыщения транзистора; V_e ≈ V_c.

Следовательно, напряжение на эмиттере также равно нулю. Поскольку I_c = 0, то падение напряжения на резисторе R₃ отсутствует и напряжение на коллекторе равно напряжению питания V_CC. Таким образом, напряжение между коллектором и эмиттером V_CE= V_c – V_e также равно напряжению питания V_CC.

Говорят также, что транзистор находится в состоянии насыщения, когда пропускаемый им ток настолько велик, что дальнейшее увеличение этого тока невозможно, т. е. когда I_e и I_c достигают своих максимальных значений. При увеличении I_e увеличивается также V_e (рис. 22.11). При увеличении I_c возрастает падение напряжения на резисторе R₃, что приводит к уменьшению напряжения на коллекторе относительно V_CC и приближению его к напряжению на эмиттере. Таким образом, при увеличении тока транзистора напряжения на эмиттере и коллекторе приближаются друг к другу. В состоянии насыщения, когда ток транзистора максимален, напряжения V_e и V_c становятся практически одинаковыми, т> е. vceпрактически равно нулю. На рис. 22.11 указаны типичные значения напряжений в схеме, когда транзистор находится в состоянии насыщения.

Таким образом, транзистор можно использовать в качестве ключа (рис. 22.12):

ключ ЗАМКНУТ — транзистор в состоянии насыщения,

ключ РАЗОМКНУТ — транзистор в состоянии отсечки.

Рис. 22.12. Транзисторный ключ.

Добавить комментарий

Исследование биполярного транзистора – Электротехника

I. Цель упражнения

Целью занятия было ознакомление с основными малосигнальными моделями биполярного транзистора и методами измерения некоторых параметров этих моделей. Мы также исследовали влияние изменения частоты входного сигнала на интересующие нас величины. Мы обратили внимание на усилительные свойства транзистора, работающего в схеме с общим эмиттером.Все измерения проводились для силового транзистора БД 285. Транзисторы этого типа имеют коэффициент неидеальности, близкий к 1 (n≈1). Для получения лучших результатов рабочая точка каждый раз устанавливалась примерно на I _c = 50 мА и U _ce = 5 В. Ток коллектора регулировался током базы с помощью потенциометра от источника напряжения, встроенного в измерительный модуль ТМ1.

II. Обработка результатов

1. Обозначить модуль | ч _21e ( f ) | , Предельная частота f _b и диффузионная способность перехода эмиттер – база C _b’e

47 7 7

f [кГц]	U _ce [мВ]	I _с [А]
1	100	0,01
2,5	100	0,01
4	100	0,01
6	100	0,01
8	100	0,01
10	100	0,01
30	93	0,0093
50	84	0,0084
70	72	0,0072
90	66	0,0066
100	62	0,0062
200	40	0,004
300	30	0,003
400	20	0,002
500	15	0,0015
600	13	0,0013
700	12	0,0012
800	10	0,001
900	10	0,001
1000	7	0,0007

Полученные значения амплитуд U _ce для разных частот представлены в таблице напротив. Я также положил туда U _ce, соответствующие отдельным значениям, определяемым по формуле амплитуда переменной составляющей I _c, R ₁ = 10W

Использование зависимостей можно определить значение амплитуды I _b. Поскольку R ₃ = 10 кВт, амплитуда генератора поддерживалась постоянной U _g = 0,5 В, поэтому независимо от частоты I _b = 0,05 мА

На основании значений I _c составленных в первой таблице и расчетного значения I _b I определенного по формуле

искомых значения модуля | ч _21e | в отдельных точках измерения.Результаты, полученные для всего диапазона частот, представлены в таблице напротив.

f [кГц]	ч ₂₁
1	454. 545
2,5	454.545
4	454.545
6	454.545
8	454.545
10	454.545
30	422.727
50	381.818
70	327,273
90	300 000
100	281.818
200	181.818
300	136,364
400	90,909
500	68.182
600	59.091
700	54.545
800	45. 455
900	45.455
1000	31.818

На основании данных таблицы можно построить зависимость величины модуля слабого сигнала коэффициента пропускания тока в логарифмическом масштабе | ч _21e | транзистор от ф.

График, представленный на рисунке, показывает, что значение коэффициента h _21e для частот в несколько кГц равно коэффициенту усиления постоянного тока b _0. Итак: h _21e

(1 кГц) | = b ₀ = 454,545

На рисунке также указана предельная частота f _b, при которой коэффициент усиления по току падает на 3 дБ, т.е. такая частота, что : f _b = 58 кГц

Значение емкости перехода база-эмиттер C _b’e и время прохождения носителей через транзистор в нормальном направлении t _N, посчитаю подставив ранее рассчитанные значения в следующие формулы:

Я предполагаю, что U _T = 26 мВ, n _E = 1

Полученные результаты: C _b’e = 3,43 нФ t _N = 6,86 нс

τ _N можно также вычислить по формуле C _b’e » C _de = g _m τ _N, g _m = I _C / U _{/ В}

2. Определение коэффициента h _11e и последовательного сопротивления на основе r _{bb ‘}

Измерения, необходимые для определения входного сопротивления h _11e транзистора БД285, проводились на частоте f = 1 кГц. Были измерены следующие значения амплитуд переменных составляющих напряжения генератора u _g и напряжения база-эмиттер u _be

U _г = 1,03 В U _до = 0,031 В

Тогда h _11e примет вид: h _11e = R ₃ U _be / (U _g -U _be), где R ₃ = 110010

ч _11e = 309 Ом

Величина диффузионного сопротивления эмиттера рассчитывается по формуле r _b’e = U _T / I _B

r _быть = 268 Вт

Я рассчитываю коэффициент β по формуле: h _21e = g _m r _b’e º b, где g _m = I _C / U _{T 910910}

β = 536

Используя зависимость h _11e » r _{bb ‘} + r _b’e и рассчитать значение базы распределенного сопротивления r _bb’

r _{bb ‘} = 51 Вт

3. Определение пропускной способности соединения C _b’c

Емкость С _б’к вычисляем по формуле:

, где U _ce — потенциал коллектор-эмиттер, U _be — напряжение база-эмиттер, а C — емкость конденсатора (359 [пФ]) плюс емкость пробника осциллографа (16 [пФ]). ).

Измеренные напряжения U _ce и U _be составляют соответственно 3,2 [В] и 0,5 [В], а расчетная емкость

C _b’c = 44 [пФ] .

4. Определение выходной проводимости ч ₂₂

В системе как в инструкции по определению установить правильную рабочую точку базового тока I _B = const и подать переменное напряжение u _ce ( t ). В определяемой системой рабочей точке имеем R ₃ >> r _b’e, что позволяет считать, что базовая цепь открыта для переменной составляющей. Измерение переменного тока I _c обеспечивает открытие для переменной составляющей I _b = 0 в базовой цепи. Амплитуда I _c измеряется на резисторе R ₂ по формуле .

Затем мы рассчитаем начальное условие по формуле:

Измеренные значения: U _xc = 18 мВ, U _CE = 225 мВ, R ₂ = 51 Ом

Следовательно, выходная проводимость равна: ч _22e = 1,6 мСм, r _CE = 1 / ч _22e = 625 Ом

III. Приложения

В упражнении мы определили четыре коэффициента гибридной матрицы транзистора как четверку h ₁₁, h ₁₂, h ₂₁, h ₂₂. На результаты влияет погрешность, вызванная в основном неточностью показаний напряжения на осциллографе. Целью упражнения было также определить емкость C _b’e, время полета носителей в нормальном направлении T _N, емкость перехода C _b’c и сопротивление r _{b’ б}. Четыре определяемых параметра транзистора как квадрона однозначно определяют его поведение в малосигнальном режиме. Полученные нами значения параметров транзистора БД285 аналогичны ожидаемым для транзистора, работающего в нормальной активной области.

Мы также получили значение C _b’e >> из C _b’c, что верно в силу того, что в рабочей точке, принятой в упражнении, значения барьера емкости значительно ниже диффузионной способности эмиттера перехода.Результат также согласуется с ожиданиями, указывая на гораздо более высокое значение сопротивления r _ce = 1/ g _ce, чем сопротивление r _b’e. Если бы было иначе, транзистор не имел бы малого входного сопротивления и большого выходного сопротивления, поэтому условия измерения параметров h в нашем упражнении не были бы выполнены и полученные результаты не были бы верными.

По теоретическим предсказаниям я наблюдал значительное уменьшение коэффициента усиления по току транзистора б с увеличением частоты, начиная с определенной частоты, уже на частоте ф _б = 58 кГц значение это усиление уменьшилось на 3 дБ. Как видим, предельная частота транзистора в конфигурации WE имеет относительно небольшое значение, и хотя транзистор в рассматриваемой системе имеет высокий коэффициент усиления, необходимо учитывать его существенное снижение на высоких частотах.

Подводя итог, считаю упражнение успешным, результаты эксперимента подтвердили теоретические соображения.

Органические транзисторы — будущее электроники?

В сотовых телефонах, холодильниках, самолетах… – везде транзисторы. Чаще всего они работают с ограниченным диапазоном токов, но физики из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене несколько месяцев назад создали органический транзистор, который отлично подходит как для слаботочных, так и для сильноточных потоков.

Чтобы снизить экономические и экологические затраты, электронные устройства должны стать меньше и эффективнее.В первую очередь это ожидается от транзисторов – полупроводниковых приборов, управляющих напряжением и током в электрических цепях. В области неорганических полупроводников размеры ниже 100 нанометров уже являются стандартными. В этом отношении органических полупроводников не оправдали ожиданий. Их характеристики по транспортировке электрических зарядов значительно уступают.

Однако органические системы имеют много преимуществ по сравнению с традиционным кремнием.Их можно легко печатать в промышленных масштабах, затраты на материалы ниже, и их можно наносить на гибкие поверхности. Как оказалось, они также могут иметь гораздо лучшие электрические свойства.

Томас Вейц , профессор физического факультета Мюнхенского университета и член Мюнхенской инициативы по наносистемам, долгое время работал со своей командой над оптимизацией органических транзисторов . В мартовской публикации в «Nature Nanotechnology» ученые описывают производство транзисторов с необычной структурой, миниатюрных, прочных и, прежде всего, универсальных в эксплуатации.

Тщательно выбрав набор параметров в процессе производства, они разработали наноразмерных устройств, работающих как при высокой, так и при низкой плотности электрического тока. Основное нововведение — использование необычной для геометрии , что также облегчает сборку наноскопических транзисторов.

Органический транзистор

«Наша цель состояла в том, чтобы разработать конструкцию транзистора, которая сочетает в себе высокую допустимую нагрузку по току , типичную для классических транзисторов, с работой при низком напряжении , необходимой для использования в качестве искусственных синапсов», — объясняет Вайц в публикации.Эта цель была достигнута благодаря успешной сборке тщательно подобранных вертикальных полевых транзисторов с ионным затвором.

Потенциальными областями применения новых устройств являются органические светодиоды и датчики, где требуется низкое напряжение, высокая плотность тока или высокая крутизна. Особый интерес представляет возможность использования их в т.н. мемристорных элементов .

«Мемристоры можно рассматривать как искусственные нейроны, потому что их можно использовать для моделирования поведения нейронов при обработке электрических сигналов», — объясняет Вайц.

Ученые уже подали заявку на патент на свое устройство. Их цель — разработать новую архитектуру транзисторов для промышленных приложений.

Мирослав Усидус

ПРЕЛЮДИУМ – HBT | MBE Lab UNIPRESS

Проект Preludium
“Монолитно интегрированный биполярный транзистор со светодиодом в нитридной системе III группы”

Описание проекта

Интеграция транзистора со световыми излучателями предлагает множество привлекательных применений как в повседневной жизни, так и в исследованиях. Транзистор, выполняющий роль переключающего устройства, позволяет светодиоду работать на высокой частоте без потери металлических соединений, необходимых для подключения дискретных устройств.Это имеет решающее значение для плотно интегрированных светодиодных матриц. Обычная светодиодная матрица требует двух электрических проводов, оба из которых должны проходить под высоким переменным напряжением, вызывая неблагоприятный шум в цепи. Для светодиода со встроенным транзистором требуется один дополнительный электрический путь, но теперь он действует как источник питания постоянного напряжения для светодиода, а другой – как путь сигнала с низким переменным напряжением. Матрицы могут дополнительно увеличить как мощность, так и интенсивность излучаемого света.Их можно использовать на рынке неорганических дисплеев. Этот тип дисплеев может обеспечить высокое разрешение, точность цветопередачи, долговечность и длительный срок службы по сравнению с популярными дисплеями на органических светодиодах (OLED). Предлагаемые интегральные монолитные светодиодные транзисторы являются первым шагом в матричных исследованиях.

Стоимость проекта: 210 00,00 злотых
Проект финансируется Национальным научным центром в рамках программы Preludium.

Цель проекта 9000 6

Целью этого проекта является получение платформы биполярного транзистора, которая будет монолитно интегрирована со светодиодом (см.1) и изучить влияние материалов и геометрического порядка на работу устройства.

Рис. 1 Схематическое резюме проекта. Слева направо туннельный переход, транзистор и светодиод будут выращены в одном процессе. Затем над устройством будут размещены металлические контакты.

Публикации

Проект реализован в 2020-2023 годах

Исследовательская группа

Исследовательская группа проекта:

Свойства биполярных и полевых транзисторов

Большое спасибо за предложение новой темы!. Схема “Супер Альфа” или транзисторы в схеме..Стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе..является прибором с меньшим шумом,чем биполярный транзистор..Разное использование полупроводников приводит к тому,что эти транзисторы “работают наоборот”.А свойство, которое отличает МОП-транзисторы от биполярных транзисторов.. Биполярные транзисторы управляются током, а однополярные – напряжением.На рис.4.1.1 приведены графические обозначения транзисторов npn и pnp и эквивалентных им моделей диодов. что они управляются электрическим полем,а значит не потребляют мощность на входе.. Классификация, графические обозначения и формы характеристик полевых транзисторов Биполярные p-n-p и n-p-n транзисторы бывают двух типов. Обозначим их так, как показано на рисунке справа.Полевые транзисторы в настоящее время пришли на смену биполярным транзисторам и относятся к наиболее часто используемым дискретным элементам.

Ищу применение биполярных и полевых трозисторов!

Часть 11 – FET, выбор пар противоположных MOSFET Упражнение 4 Статические параметры JFET и MOSFET Цель упражнения Основная цель упражнения – изучить характеристики JFET и IED.. Ответить | Новая тема Применение биполярных транзисторов продолжение .. Некоторые кристаллы типа кремния, германия и т.п. являются диэлектриками.4 .. Униполярный транзистор может быть еще не полностью открыт в таких условиях .. параметры; электроника 2 ответы.. Существует два основных типа транзисторов: биполярные и униполярные (полевые).. Транзисторы JFET Основные сведения Конструкция и работа полевого транзистора с p-n переходом Полевой транзистор относится к группе однополярных приборов. Темы о биполярном полевом транзисторе, как проверить полевой транзистор?, FET – 3.3V FET control, как читать спецификации?.

Применение биполярных транзисторов, прод.

Полевые транзисторы обладают ценными свойствами, особенно по импульсным параметрам Информация о ПРИНЦИПАХ РАБОТЫ Field-Layer MOS – 5685205809 в архиве Аллегро.. Сохраненные карточки Поиск комплементарной пары маломощных полевых транзисторов не велся однако так легко.. Все трое были удостоены Нобелевской премии в 1956 году за изобретение транзистора..Усилители на МОП-транзисторах..После проверки вы получите баллы!. Чтобы понять принцип работы триодов, давайте рассмотрим поведение полупроводников в электрических цепях.. ответ 9 мая 2017 автор.. Усилители MOSFET Схема Супер Альфа или транзисторы в схеме Дарлингтона Постройте схему, как показано на рисунке, и соблюдайте положение потенциометра.. Это транзисторы большой мощности, сочетающие в себе преимущества МОП-транзисторов (простота управления) и классических транзисторов с BJT-переходом (высокий ток и напряжение, низкое напряжение насыщения). Транзисторы JFET Основные сведения Устройство и работа полевого транзистора с p-n переходом Биполярный транзистор в системе эмиттерный повторитель (сигнал.. технология производства полевых транзисторов с изолированным статическим затвором) Транзисторы JFET Основные сведения Устройство и работа полевого эффектный транзистор с p-n переходом JFET транзистор относится к группе однополярных приборов, w.Последняя активность.. В биполярных повышение температуры вызывает увеличение тока коллектора, что, например, делает невозможным соединение нескольких транзисторов параллельно (нужны выравнивающие резисторы в эмиттере – без них в этих и других приложениях аналог коммутатора с полевыми транзисторами имеет существенные преимущества перед системами на основе биполярных транзисторов..

как для биполярных транзисторов.

Транзистор полевой (ПТ) – транзистор, в котором ток управляется электрическим полем.Характеристики транзисторов.Электрические характеристики и формы выбранных характеристик полевых транзисторов приведены в таблице на рис. 6.1.Они имеют свойства как биполярных BJT, так и однополярных MOSFET транзисторов.1 Упражнение 4 Статические параметры JFET и MOSFET Цель упражнения Основная цель упражнения – узнать о статических характеристиках JFET и MOSFET усилителей.(нужны выравнивающие резисторы в эмиттере – без них с бОльшим. транзисторы..

Существует два типа биполярных транзисторов: NPN и PNP.

Ищу применение биполярных и полевых трозисторов!. Более подробно Использование биполярных транзисторов, безусловно, заслуживает внимания, когда система питается от низкого напряжения (например, 1,5 В или 3,3 В), потому что для ее работы требуется только напряжение 0,7 В. о том, какие типы полупроводников использовались для построения Несмотря на такое различие, оба типа транзисторов имеют одну общую черту: это элементы, работающие по принципу управления потоком заряда.Среди множества типов транзисторов различают: • биполярные (инжекционные) транзисторы — это двухпереходные и однопереходные элементы, чаще всего из кремния, реже из германия; • униполярные (полевые) транзисторы Принцип построения транзистора показан на рисунке: E – эмиттер B – база C – коллектор Принцип построения Параметры биполярных и полевых транзисторов Элементы производства Microchipa: TN2106 (MOSFET с N -канал) и TN2104 (MOSFET с P-каналом). Полевые силовые транзисторы производятся с 1976 года, когда компания Siliconix разработала транзистор с особой геометрией соединения с характерной V-образной канавкой Дата окончания 2015-10-02 – цена 8,90 злотых Такие транзисторы были изобретены в 1980-х годах, а в рынок стал доступен в девяностых годах. Он был назван транзистором V-MOS.. Конструкция MOSFET Существует также свойство, которое отличает MOSFET от биполярных транзисторов.. Транзисторы JFET Основные сведения Устройство и принцип работы полевого транзистора с p-n переходом Полевой транзистор относится к группе однополярных приборов, в которых отсутствует процесс инжекции носителей, характерный для биполярных приборов Транзистор – трехэлектродный (иногда четырехэлектродный) -электрод) полупроводниковый электронный элемент, обладающий способностью управлять протеканием тока и усиливать электрический сигнал.. Отсутствие выпрямляющих p-n переходов на пути исток-сток существенно устраняет доставляющий неудобства дисбаланс напряжения, возникающий в двухполюсных переключателях с насыщением. Работа биполярных транзисторов основана на свойствах полупроводников и их сочетаний..

Транзисторы биполярные – характеристики, конструкция и принцип работы – Электроинструменты, строительные инструменты – Строительство и ремонт

Конструкция биполярного транзистора

В прошлом биполярные транзисторы назывались многослойными транзисторами или переходными транзисторами из-за их конструкции. Они представляют собой полупроводниковые электронные элементы, состоящие из трех слоев полупроводника, характеризующихся разными типами проводимости. Это, в свою очередь, означает, что биполярные транзисторы можно разделить по проводимости на два типа:

п-н-п транзисторы
транзисторы npn

Слои транзисторов:

Читайте также: Электронные измерительные приборы

Биполярные транзисторы в настоящее время в основном изготавливаются из кремния.Однако в высокочастотных транзисторах также используются арсенид галлия, нитрид галлия и карбид кремния. Мы уже знаем, как выглядит структура биполярного транзистора. А каковы характеристики биполярного транзистора и как работают биполярные транзисторы?

Характеристики биполярного транзистора

Принцип работы биполярного транзистора достаточно сложен. Упрощенно, однако, он заключается в управлении интенсивностью тока, протекающего от эмиттера к коллектору, с помощью расположенного внутри слегка легированного и более тонкого слоя (базы).Переходы эмиттер-база в активном состоянии смещены в прямом направлении, а переходы база-коллектор смещены в обратном направлении.

Таким образом, небольшой ток, протекающий между базой и эмиттером, контролирует протекание большего тока между эмиттером и коллектором. Транзистор pnp характеризуется более высоким потенциалом коллектора, чем потенциал эмиттера, а транзистор npn имеет более высокий потенциал эмиттера, чем потенциал коллектора.

Биполярный транзистор – Применение

Широкое применение биполярных транзисторов.Принцип работы этого типа транзисторов делает их электрические компоненты, используемые в основном для усиления сигнала. Поэтому их чаще всего используют в качестве усилителя электрического сигнала. Важно отметить, что можно усиливать как ток, так и его напряжение, или и то, и другое.

Однако это не единственное их применение. Здесь стоит отметить, что применение биполярных транзисторов связано с состояниями, в которых такой транзистор может работать. Мы различаем активное, насыщенное, засоренное и перевернутое состояния.

Используя переход транзистора между насыщенным состоянием при включении и закрытым состоянием (транзистор выключен), биполярные транзисторы используются в качестве транзисторного ключевого переключателя, применяемого в цифровых и импульсных схемах.

Транзисторы

могут работать во многих схемах, но сегодня они не используются в единственной роли, а входят в состав более сложных цифровых схем, в которых даже не десятки и сотни транзисторов, а тысячи и миллионы!

Читайте также: Молоток имеет не одно название – как правильно подобрать модель для конкретной задачи?

. 90 000 Samsung и IBM работают над чипами на базе VTFET. Цель? Еженедельная зарядка смартфонов

Самая большая проблема современных смартфонов в том, что они работают свыше десятка, до нескольких десятков часов на одном заряде аккумулятора, обычно не более двух суток. Производители стараются, с одной стороны, увеличить емкость этих ячеек, а с другой стороны, работают над менее энергоемкими компонентами. Мы говорим здесь, среди прочего о компаниях IBM и Samsung, объединивших усилия для разработки нового способа проектирования вычислительных систем.Ожидается, что новые полупроводники будут использовать потенциал трехмерного подхода к размещению транзисторов на интегральной схеме. Системы, разработанные таким образом, должны характеризоваться значительно более низким потреблением электроэнергии.

Метод VTFEF, над которым в настоящее время работают IBM и Samsung, позволяет монтировать больше транзисторов на одном кристалле. Это способ снизить потребление энергии электронными устройствами.

Huawei P50 Pocket — складной смартфон с чипом Snapdragon 888 составит конкуренцию Motorola Razr и Samsung Galaxy Z Flip

Результатом работы IBM и Samsung является возможность размещения транзисторов вертикально и горизонтально.Такой подход не нов, но возможность обеспечить поток энергии по двум осям выливается в новые решения в области проектирования процессорной архитектуры. Ожидается, что эта технология, известная как VTFET (вертикальные транспортные полевые транзисторы), в конечном итоге заменит технологию FinFET, используемую в настоящее время в самых передовых полупроводниках. VTFET означает не только меньшее потребление энергии, но и большую эффективность.

NVIDIA GeForce MX550 — видеокарта для ноутбука, которая будет реагировать на чипы AMD RDNA 2 в APU Rembrandt

Специалисты компаний IBM и Samsung подсчитали, что VTFET позволит добиться двукратного повышения производительности или снижения энергопотребления на 85% по сравнению с FinFET. Это означает, что используемые в настоящее время смартфоны, использующие системы, подготовленные по технологии VTFET, могут работать вдали от розетки примерно до недели. Ученые, работающие над архитектурой, подчеркивают, что использование VTFET ускорит развитие многих других отраслей, включая разработку новых IoT-устройств и даже космических кораблей.

Источник: IBM

Цель проекта – Pol-HEMT

Pol-HEMT
HEMT AlGaN/GaN СВЧ-транзисторы на монокристаллической подложке GaN

Транзистор S-диапазона (до 4 ГГц) на 1,5-дюймовой подложке mono-GaN

C C транзистор модуль транзистор модуль
Насыщений Ток I _DSAT ( V _DS = 5V, V _GS = 0V) 2, 5 A
Напряжение пробоя В _DSBR > 70 В
Диапазон до 4 ГГц
Входная емкость C _GS ≤ 5 PF
Выходная мощность C _DS ≤ 1 PF
Выходная мощность P _1DB ( U _DS = 28 В, I _DQ = 100 мА) 12 Вт
Малый коэффициент усиления сигнала G _SS 14 дБ
Максимальный ток затвора I _Gmax ≤ 4 мА
Тепловое сопротивление (фланец-канал) 02-канал 5 ^o C / W
Максимальная температура подключения для T _j 200 ^или C
.
Смотрите также
Какие есть виды капусты
Светодиодная подсветка ступеней лестницы
Жесткость воды это
Как построить беседку своими руками на даче
Акриловая ванна и краска для волос
Краска для обоев тиккурила палитра цветов
Разборка смесителя для кухни
Индукционная электроплита
Заболонная древесина
Алыча и слива в чем разница
Шлифование металла

Виды, типы, характеристики, принцип работы

Транзистор… По-моему самая сложная и очень любопытная тема во всей электронике. Ничего нигде про них толком не написано. Ну что же, дорогие читатели, попробуем пролить свет истины на самое величайшее изобретение XX века, с которого началась Великая Эра цифровой электрон ики.

Что такое транзистор?

Транзистор – это (от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление) радиоэлектронный компонент, способный усиливать слабые электрические сигналы. Все, пока на этом хватит… Дальше интереснее.

Более подробно в видео:

Из чего состоит транзистор?

Как вы знаете, все мы из чего-то состоим. Люди состоят из мяса, воды и костей. А некоторые состоят вообще из другого материала, поэтому не тонут в воде ))). Так и наш транзистор — он тоже из чего-то состоит. Но из чего?

Как вы все знаете, материалы делятся на проводники и диэле ктрики, а между ними находятся полупроводники. Еще раз напомню вам, что проводники прекрасно проводят электрический ток, диэлектрики не проводят электрический ток, а вот полупроводники проводят электрический ток, но очень плохо.

«И зачем нам нужен этот полупроводниковый материал?» — спросите вы. Сам по себе материал полупроводник с практической точки зрения не представляет никакого интереса, но вот когда в него добавить малюсенькую долю некоторых элементов из таблицы Менделеева, по-научному «пролегировать», то мы получим полупроводниковый материал, но с очень странными свойствами.

Самым знаменитым полупроводником является кремний

и германий

Как вы видите, они мало чем отличаются.

Кремний составляет почти 30% (!) земной коры, германий 1.5х10^-4% . Может быть поэтому полупроводниковые радиоэлементы очень дешевые, особенно из кремния?

P и N полупроводники

Когда в кремний добавляют мышьяк, получается так, что в кремнии стает очень много свободных электронов. А материалы, в которых очень много свободных электронов, мы уже называем проводниками. Следовательно, кремний, после легирования (смешивания) с мышьяком превращается из полупроводника в очень хороший проводник. Электроны обладают отрицательным зарядом, и их в полупроводнике как песчинок в пустыне, значит такой полупроводник будем называть полупроводником N-типа. N — от англ. Negative — отрицательный.

А вот если пролегировать кремний с индием, то мы получим очень забавную вещь… В первом случае у нас появились лишние электроны, которые превратили полупроводник в проводник. Но здесь ситуация абсолютно противоположная. Представьте себе, как это бы странно не звучало, электрон с положительным зарядом. Да да, именно так. Но самое-самое интересное знаете что? Его не существует! Он как бы есть, но его как бы нет))).

Это все равно, что магнитное, электрическое или гравитационное поле. Оно существует, но мы его не видим.

Такой «электрон» мы будем называть дыркой. Так как дырка обладает положительным зарядом, то полупроводниковый материал в котором очень-очень много этих дырок, мы будем называть полупроводником P-типа. P — от англ. Positive — положительный.

По отдельности полупроводники P и N типа не представляют никакого интереса. Все самое интересное начинается тогда, когда они спаиваются с друг другом и образуется PN-переход.

PN-переход

В настоящее время PN-переход спаивается по специальной технологии, что, конечно же, увеличивает проводимость для электрического тока. Ширина этой спайки очень мала и достигает одну тысячную миллиметра.

Свойство PN-перехода

Думаю, будет излишним рассказывать как на физическом уровне работает PN переход. Это долго, муторно и непонятно. Да и вам это точно не пригодится). Самое главное свойство P-N перехода — это односторонняя проводимость! Односторонняя ЧТО? ОДНОСТОРОННЯЯ ПРОВОДИМОСТЬ. Но что означает это словосочетание?

Давайте представим себе воронку, наподобие этой:

С какой стороны нам будет удобней наливать жидкость? Думаю, что сверху, не так ли? Тем самым мы переливаем нашу жидкость далее в какой-либо сосуд.

Ну а что будет, если мы перевернем нашу воронку и будем наливать жидкость через узенькую трубочку таким же напором? Совсем малюсенькая часть жидкости попадет через узкую трубочку и окажется по ту сторону воронки. Остальная же часть тупо прольется мимо воронки.

А давайте теперь на секундочку представим, что вместо жидкости мы будем «наливать» электрический ток. С широкой стороны воронки ток прекрасно зайдет и потечет дальше через узенькую трубочку, а если перевернуть воронку совсем малюсенькая часть электрического тока протиснется на другой конец воронки, остальная же часть электрического тока «прольется» мимо воронки.

Так вот, дорогие мои читатели, P-N переход работает точно таким же способом, как и эта воронка! P — это широкая часть воронки, N — узкая часть воронки, ну то есть та самая тонкая трубочка.

Таким образом, подавая на «воронку» полупроводника P, плюс от источника питания (это может быть батарейка или блок питания ) , а к N-полупроводнику, к узкой трубочке воронки, минус, то у нас ток течет как ни в чем не бывало. Но как только мы поменяем полярность, то есть подадим на P минус, а на N плюс, то у нас ток никуда не потечет. То есть цепь будет находиться в обрыве.

Диод, как самый простой PN-переход

А вам знаком вот такой радиоэлемент? Да, это самый простой диод.

а вот его схематическое изображение

А знаете ли вы, что диод состоит из самого обычного PN-перехода? Можем даже вот так нарисовать диод:

Проведем опыт. Возьмем простой советский диод марки Д226:

Интересно, что же внутри у него? На наждаке стачиваем одну треть корпуса диода, чтобы не повредить внутренности:

Интересно, где же этот PN-переход? С помощью цифрового микроскопа Prima Expert M100 увеличиваем наш парированный диод и видим кристалл кремния.

Судя по книге Шишкова «Первые шаги в радиоэлектронике», PN-переход находится где-то здесь:

Хотя я увидел там только одну пластинку кремния. Видать полупроводники P и N сплавлены в один бутербродик.

Итак, классика жанра… Как вы видите на этой картинке, диод имеет анод и катод. Анод — это P полупроводник, катод — это N полупроводник. Все элементарно и просто.

Односторонняя проводимость PN-перехода

Далее проведем классический опыт, который описывается во всех учебниках физики. Собираем цепь из блока питания, лампочки и нашего диода вот по такой схеме (снизу перечеркнутый кружочек — это лампочка).

Теперь собираем эту схемку в реале. Красный щуп — это плюс от блока питания, черный щуп — это минус от блока питания.

Видим, что лампочка загорелась. Это означает, что электрический ток течет через диод как ни в чем не бывало.

Теперь меняем щупы местами и собираем вот по такой схеме:

Лампочка не горит. Ну ладно, не переживайте, ведь мы для себя сейчас открыли важнейшее свойство диода, а следовательно и PN-перехода! Диод пропускает электрический ток, если подать на его анод плюс, а на катод минус. Такое включение называют прямым включением диода. А если подать на анод минус, а на катод плюс — диод не будет пропускать электрический ток.

Как проверить целостность PN-перехода

Как проверить целостность PN-перехода, а соответственно и диода? Для этого ставим крутилку на мультиметре в режим прозвонки вот на этот значок :

В этом режиме измеряется падение напряжения. Прямое падение напряжения для кремниевых диодов составляет значение от 0,5 Вольт и до 0,7 Вольт, а для германиевых 0,3-0,4 Вольта.

Цепляем анод у диода к положительному щупу мультиметра (красный щуп), а катод цепляем к отрицательному щупу (черный щуп):

Итак, на дисплее мультиметра мы видим так называемое прямое падение напряжения PN-перехода. В данном случае оно равно 554 милливольта или 0,55 Вольт.

Если поменять щупы местами, то на дисплее мультиметра высветится единичка. Это значит, что падение напряжения в данном случае не влазит в диапазон измерения мультиметра в функции прозвонки. При функции «прозвонка» можно наблюдать падение напряжения только в диапазоне от 0 и до 1999 милливольт. Мультиметр же выдает 2,8-3 Вольта в этом режиме.

Зависимость падения напряжения на PN-переходе от температуры

Также у PN-перехода есть очень интересное свойство. Его прямое падение напряжения зависит от температуры.

Вот прямое падение напряжения на диоде при обычной комнатной температуре: 554 милливольта.

Начинаем жарить паяльным феном при 200 градусах по Цельсию и смотрим на дисплей мультиметра:

Опа-на, 392 милливольт, а было 554 …

А давайте охладим наш диод. Для этого используем морозильную камеру холодильника:

615 милливольт…

При повышении температуры, прямое падение напряжения на PN-переходе понижается, а при понижении температуры — повышается. Из Закона Ома вы знаете, что чем меньше сопротивление (а следовательно и падение напряжение на нем), тем лучше течет электрический ток. Может быть, именно поэтому вся современная электроника очень плохо работает на холоде, но прекрасно работает в жаре, потому как почти полностью построена на полупроводниках.

Зависимость сопротивления прямого перехода от температуры радиолюбители используют даже в своих схемах, например в схеме умного вентилятора.

Биполярный транзистор

История возникновения

На дворе стоял послевоенный 1947 год. Декабрь. Холодно, голодно, жутко… но только не в лаборатории Bell Labs! Трое ученых: Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн, бились над радиоэлементом, который перевернул весь мир с ног на голову! 16 декабря 1947 года можно назвать днем второго рождения электроники! Да, черт побери! В этот день впервые миру был продемонстрирован биполярный транзистор.

Именно биполярный транзистор сделал революцию в электронике. Обладая усилительными свойствами, он заменил собой электронные лампы, что сделало электронику намного надежнее, мобильнее и компактнее. Без такого изобретения, как транзистор, мы с вами до сих пор бы жили без компьютеров, мобильных телефонов, планшетов и других различных электронных гаджетов.

Внутреннее строение биполярного транзистора

Помните, о чем мы беседовали выше? Да-да, о полупроводниках P и N типа, а также об их совместном воздействии. В итоге у нас получился диод.

А почему бы нам не добавить еще один полупроводник с такой же проводимостью, как слева? Сказано — сделано! Ну что же, прошу любить и жаловать! Получился БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР!

Если читать слева-направо или справа-налево, из каких полупроводников он состоит, то можно узнать какой он проводимости. Значит, транзистор на рисуночке выше у нас проводимости PNP, или, как у нас говорят, прямой проводимости.

А вот у этого транзистора проводимость NPN или обратной проводимости.

Вывод со среднего полупроводникового материала называется базой, а по краям эмиттер и коллектор. Откуда такие названия? Так как транзистор придумали американцы, то и названия они дали соответствующие:

Эмиттер — на буржуйском Emitter — источник, излучатель, генератор. То есть вывод, на который что-то подается. В данном случае электрический ток.

База — Base — основа. Cамый главный вывод.

Коллектор — Collector — сборщик, собиратель, токоприемник. Он как-бы «собирает» электрический ток.

Обозначение на схеме биполярного транзистора

Как же на схемах обозначаются биполярные транзисторы? Мы разобрали, что существуют транзисторы прямой и обратной проводимости, значит и на схемах они будут обозначатся совсем по-другому.

Схемотехническое обозначение P-N-P транзистора, то есть транзистора прямой проводимости

будет выглядеть вот так:

А схемотехническое обозначение транзистора обратной проводимости или N-P-N транзистора

будет выглядеть вот так:

В старинных советских схемах транзисторы обозначались буквой T, в современных схемах они уже обозначаются буквами VT. Как нетрудно догадаться, вывод со стрелочкой — это эмиттер.

Как не путаться в проводимостях транзистора и в их схемотехнических изображениях? Тут все просто. Как вы помните, в полупроводнике P-типа у нас очень много дырок, а дырки обладают положительным зарядом, то есть они со знаком «плюс».

Полупроводник N-типа содержит большое количество электронов, а электроны — это отрицательные частицы со знаком «минус». Как вы помните, электрический ток течет от «плюса» к «минусу». Стрелка эмиттера показывает направление движения электрического тока. То есть, если у нас база состоит из полупроводника P-типа, то значит ток течет от базы, следовательно, стрелка эмиттера направлена от базы, если же база из N-полупроводника, то стрелка эмиттера направлена в базу. Все просто как дважды два.

Как выглядят биполярные транзисторы

Как же в реале выглядят транзисторы? Уууу…. тут фантазиям разработчиков нет предела. Ниже фоты самых распространенных корпусов транзисторов:

Но! Имейте ввиду! Если вам попался радиоэлемент в таком корпусе — это не обязательно транзистор! Это может быть и тиристор, и диодная сборка или даже стабилизатор напряжения, или вообще что угодно. Как же тогда распознать транзистор? Читаем ниже).

Эквивалентная схема биполярного транзистора

Итак, как же нам распознать биполярный транзистор среди кучи радиоэлементов, имеющих схожий корпус? Давайте рассмотрим еще раз его внутреннюю структуру. Для транзистора прямой проводимости она будет выглядеть так:

а для транзистора обратной проводимости вот так:

А знаете что? Давайте-ка резанём серединный слой пополам… Предположим, мы взяли тонкий-тонкий ножик и разделили полупроводник базы на две части.

Итак, рисуночки у нас становятся такими:

для транзистора прямой проводимости

для транзистора обратной проводимости

Вот этот или вот этот участок транзистора вам ничего не напоминает?

Едрить-колотить! Так ведь это же диод!

Так что тогда получается? Что транзистор тупо состоит из двух диодов? Грубо говоря, так оно и есть.

Значит, схематически мы можем транзистор нарисовать как два диода. Итак, что у нас тогда получиться? Для транзистора прямой проводимости:

схема будет выглядеть вот так:

а для транзистора обратной проводимости

вот так:

Все элементарно и просто, господа! Итак, мы с вами узнали, что схематически (не физически) транзистор можно заменить как два диода, которые соединены катодами или анодами. А проверять диоды мы с вами умеем без проблем, не так ли? Кто подзабыл, читаем статью как проверить диод мультиметром.

Как проверить транзистор с помощью мультиметра

У нас имеются два транзистора. Стоп! А с чего мы взяли что это вообще транзисторы?

Внимательно смотрим на них и видим какие то буквы и цифры. КТ815Б и КТ814Б. Блин, снизу еще какие-то цифры. Во дела! Ладно, ничего страшного. Для этого открываем яндекс или гугл и вбиваем первую строчку названия транзистора. Вбиваем «КТ815Б» и рядышком пишем незамысловатое слово «даташит» или на буржуйский манер «datasheet».

Качаем документацию на этот радиоэлемент и узнаем что это такое и что он из себя представляет. Теперь я знаю, что это транзистор NPN структуры, а также знаю расположение его выводов.

Вон сколько сразу можно узнать!

А вот и вторая страничка даташита:

Здесь мы видим уже тот же самый транзистор, но уже в другом корпусе. У нас на фото транзистор в корпусе КТ-27. Видите цифры на выводах транзистора? Смотрим в табличку и узнаем, где какой вывод. Значит, на фото у нас выводы идут таким образом:

Теперь рассмотрим другой транзистор.

Из даташита транзистора КТ815Б мы узнали, что у него есть комплиментарная пара: транзистор КТ814

Комплиментарная пара для кого-либо транзистора – это транзистор точно с такими же характеристиками и параметрами, НО у него просто-напросто другая проводимость. Это значит, что транзистор КТ815 у нас обратной проводимости, то есть NPN, а КТ814 прямой проводимости, то есть PNP .

Справедливо также и обратное: для транзистора КТ814 комплиментарной парой является транзистор КТ815 ! Короче говоря, зеркальные братья-близнецы. Также самой популярной комплиментарной парой транзисторов в Советском Союзе были транзисторы КТ315 и КТ361.

Проверка NPN-транзистора с помощью мультиметра

Берем наш знаменитый мультиметр, цепляем щупы-крокодилы и ставим на значок «прозвонка»

Будем проверять транзистор КТ815. Так как он структуры NPN, следовательно, его можно схематически заменить вот на такую диодную схему:

Вспоминаем распиновку нашего транзистора:

Как мы помним, диод пропускает постоянный ток только в одном направлении. Проверяем первый диод транзистора. Для этого ставим на базу плюс, на эмиттер — минус.

Видим падение напряжения при прямом включении на PN-переходе в милливольтах.

Меняем щупы местами. То есть на базу подаем минус, а на эмиттер – плюс:

Единичка, значит первый диод транзистора исправен.

Проверяем второй диод транзистора. Ставим на базу плюс, а на коллектор – минус:

Видим падение напряжения на PN-переходе. Все гуд.

Меняем щупы местами:

Мультиметр показывает единичку. Все в порядке. Второй диод тоже в полном здравии. Значит, транзистор в полной боевой готовности!

Проверка PNP-транзистора с помощью мультиметра

Ну что, теперь проверим комплиментарный транзистор – КТ814 ;-). Его эквивалентная схема будет выглядеть уже по другому, так как он прямой проводимости.

Здесь так же проверяем два диода. Для этого ставим минус на базу, а на эмиттер – плюс.

Падение напряжения на PN-переходе. Все ОК.

Меняем так же местами щупы:

Единичка – все ОК.

Проверяем второй диод транзистора точно так же. Для этого на базу также ставим минус, а на коллектор – плюс.

Опять видим падение напряжения при прямом включении на PN-переходе.

Меняем щупы местами.

Единичка – гуд!

КТ814 у нас тоже полностью жив и здоров!

Проверка неисправного транзистора

Также ставим мультиметр на прозвонку и цепляемся к нашему подопечному.

Нолики… Это не есть хорошо. Это говорит о том, что PN-переход пробит. Можно смело выкидывать такой транзистор в мусорку.

Как проверить транзистор с помощью транзисторметра

Очень удобно проверять транзисторы, имея прибор RLC-транзисторметр

Для этого всего лишь достаточно поместить выводы транзистора в разные отверстия и нажать зеленую кнопку. Как вы видите, прибор полностью нам показал цоколевку (расположение выводов) транзистора, его коэффициент усиления в схеме с общим эмиттером (об этом ниже), а также напряжение открытия, то есть напряжение, при котором он начинает открываться и пропускать ток через коллектор-эмиттер (об этом также ниже).

Принцип работы транзистора

Что такое усиление

Давайте для начала разберем, что мы вообще подразумеваем под словом «усиление»? Ну… усиление это когда мы производим какое-то действие, чтобы было лучше, качественнее, комфортнее, удобнее, безопаснее. По-моему как-то так. Усиливаем подвеску на машине, чтобы езда была комфортнее. Усиливаем фундамент под дом, загоняя туда железную арматуру, чтобы дом стоял долго и не трещал. Усиливаем армию военной техникой, чтобы обеспечить себе и своему народу безопасность, усиливаем свое тело, чтобы выглядеть уверенно и дать отпор гопникам.

Но какое слово идет рядом в паре со словом «усиление»? Мне кажется — это слово «мощность».

Усиливаем подвеску на машине, то есть делаем ее мощнее. Усиливаем фундамент — делаем его мощнее. Усиливаем армию танками и самолетами — делаем ее мощнее :-), усиливаем свою тушку — значит делаем ее опять же мощнее.

Давайте рассмотрим на примере человека. Как же его усилить? Здесь я вижу два варианта:

Увеличить человека в размерах

Либо усилить его с помощью экзоскелета:

Тут уже даже и ежу понятно, что мощности каждого из этих персонажей хватит для того, чтобы размотать целую роту вояк в рукопашном бою. В первом случае их проще будет давить либо пяточкой, а если попадется воспитанный великан с хорошими манерами — то пальчиками :-). Во втором случае, с экзоскелетом, хуком справа и слева.

Значит, для того, чтобы сделать сигнал мощнее, мы должны либо увеличить его амплитуду, либо увеличить его… Хм… Зачем наш Тони Старк сделал себе костюм? Чтобы он защищал его тело, то есть чтобы оказывать сопротивление ударам, пулям и тд. Какая-бы пулька или удар не влетали в него, он бы стоял колом (разумеется в разумных пределах) То есть его экзоскелет защищает его от разного рода сопротивления.

Получается, для нашего сигнала какое бы сопротивление он не встретил на своем пути, он будет таким же «бодрым и энергичным», каким был и до встречи с нагрузкой. Если Тони Старк брал энергию из своего реактора на груди, то сигнал должен брать энергию от какого-либо мощного источника. Сравнение, конечно, так себе, но думаю, суть вы уловили.

Как усиливает транзистор

Итак, представим себе нашу сборную России по футболу. Ну да, ребята частенько лажают), но суть не в этом. Для того, чтобы наши футболисты играли хорошо, надо к каждому футболисту приставить хорошего тренера, установить нормальный график труда и отдыха, кормить самой лучшей спортивной едой, пичкать допингами и тд. Как результат — команда может быть дотянет до полуфинала на чемпионате мира.

Но… есть и другой вариант. Почему бы в команду не пригласить таких футболистов, как Месси, Рональдо, Роналду, Бекхэма и других знаменитостей? То есть в этом варианте мы полностью заменили всю команду. Но для нас ведь главное — победа, и не волнует, кто играет в нашей команде. Главное, чтобы наша команда порвала всех на чемпионате.

И там и там мы усилили эти команды. Но как вы думаете, какой вариант будет лучше? Ну тут уже и ежу понятно, что второй вариант — стопроцентный! Если провести параллельную грань с электроникой, то можно сказать, что транзистор использует именно второй вариант. В нем нет ничего такого, чтобы он сам бы усиливал сигнал. Он его полностью заменяет другим сигналом. То есть усиливаемый сигнал, который выходит из транзистора, является копией входного слабенького сигнала, но это не тот же самый слабенький сигнал.

Тяжко для понимания? Ну давайте приведем тогда еще один пример.

Вернемся в детство. Вам купили маленького хомячка. Вы за ним ухаживаете, меняете водичку, убираете какашки, покупаете колесико, чтобы он бегал и радовался жизни. Через год из маленького хомячка вырастает здоровый пушистый хомяк. Вы очень рады, что у вас вырос такой здоровый хомячок. Но… как-то летом вы решили съездить в деревню к бабушке, за хомяком никто не ухаживал и он сдох. Ваши родители, конечно же, ничего вам не сказали. Они быстренько сбегали в зоомагазин и купили точно такого же хомяка! Один в один! Вы приезжаете к себе домой и продолжаете радоваться своему хомяку, даже не догадываясь, что это вообще не он))). Именно точно также ведет себя транзистор).

Транзистор не усиливает сигнал, а просто выводит усиленную копию на выходе.

Откуда берется энергия для усиления

Вспомните также в своей жизни моменты, когда вы или кто-то другой прилагали очень малую силушку, но наворотили делов.

Получается, какое-то слабенькое движение хвостиком привело к нехорошим последствиям, но энергия использовалась извне. Для мышки-норушки это будет гравитационная сила.

Тот же самый принцип заложен и в транзисторе. Он не может сам по себе усиливать. Он использует энергию извне. А для энергии извне используется источник постоянного тока.

Можно сказать, транзистор представляет из себя именно такую же систему — слабенький управляющий базовый ток управляет огромным током коллектор-эмиттер. Справа это все показано на бачке с водой. То есть чуток открыв краник, чтобы из трубки «База»(Б) полилась водичка, мы открываем клапан, который держит закрытым бачок «Коллектор» (К). Вода сразу же из бачка «Коллектор» стремится в тазик «Эмиттер» (Э). Если же мы закрываем краник «База», то пружинка возвращает клапан и закрывает прохождение водички из бачка «Коллектор».

Из всего выше рассказанного и показанного можно сделать некоторые выводы:

— выходной сигнал с транзистора — это усиленная копия входного сигнала

— транзистор для усиления сигнала использует энергию извне, а точнее, источник постоянного тока.

— малый управляющий базовый ток управляет намного большим коллекторным током (рисунок выше)

— независимо от схемы включения управляющий PN переход — эмиттерный, а управляемая цепь — эмиттер-коллектор

Усиление в электронике

Увеличивая амплитуду сигнала, мы меняем его напряжение, а делая сигнал «неуязвимым», мы добавляем ему силу. Силу тока. Поэтому, увеличивая или напряжение, или силу тока, либо сразу два этих параметра, мы делаем сигнал мощнее.

Для тех, кто позабыл:

P=IU

где

P — это мощность, измеряется в Ваттах

I — сила тока, в Амперах

U — напряжение, в Вольтах

В своих электронных разработках вы должны точно решить для себя, что именно собираетесь делать с сигналом:

— увеличить его амплитуду напряжения, при этом силу тока оставить неизменной

— оставить амплитуду напряжение такой же, но прибавить мощности с помощью силы тока

— увеличить и напряжение и силу тока

В основном применяют усиление сразу по обоим параметрам. Поэтому, в электронике чаще всего используется схема с ОЭ (Общим Эмиттером), которая увеличивает сигнал и по силе тока, и по напряжению одновременно.

Для транзистора PNP проводимости подключение транзистора с ОЭ выглядит так:

А для NPN транзистора вот так:

Но вы также должны иметь ввиду, что в электронике нам не просто надо усилить сигнал, а усилить его правильно, чтобы он не потерял свой первозданный вид. Мощная копия сигнала должна пропорционально усиливаться по амплитуде. По времени мы не должны ее трогать, иначе изменится частота сигнала. Тогда это уже будет совсем другой сигнал.

На рисунке ниже мы можем увидеть входной слабенький сигнал, а на выходе усиленный сигнал после транзисторного каскада.

Как мы видим, сигнал по амплитуде изменился линейно и пропорционально, но период сигнала не изменился. То есть T1=T2. Это пример идеального усилителя.

Принцип усиления

Усилители в электронике в большинстве случаев усиливают именно напряжение. То есть на вход загоняем какой-либо маленький сигнал напряжения, а на выходе получаем точную копию сигнала, но уже бОльшего напряжения. Но как это сделать на практике?

А почему бы нам не использовать делитель напряжения, у которого один резистор будет постоянным, а другой — переменным:

Что будет, если мы на переменном резисторе будем менять сопротивление? Правильно! Будем меняться напряжение на выходе U. А теперь представьте, что мы не ручками меняли бы сопротивление, а за нас это бы делало напряжение? Чем больше меняем напряжение, тем больше меняется сопротивление. То есть сопротивление переменного резистора менялось бы прямо пропорционально напряжению. Было бы круто, так ведь?

Транзистор можно сравнить с краником? Открываем чуток — напор воды слабый, открываем больше — сильнее. Открываем полностью — вода бежит полным потоком.

В биполярном транзисторе происходят похожие процессы. Меняя значение напряжения на базе, а следовательно силу тока в цепи база-эмиттер, мы тем самым меняем сопротивление между коллектором и эмиттером 😉 Следовательно, наша схема из такого вида:

примет вот такой вид

Выглядеть должно все приблизительно так, но не совсем так… и далее вы поймете почему.

Режимы работы транзистора

Режим отсечки

Режим отсечки — это когда транзистор полностью закрытый, то есть нет напряжения смещения на базе-эмиттере 0,6-0,7. Вольт. В этом случае у нас сопротивление между коллектором и эмиттером очень большое.

Режим насыщения

Режим насыщения — это когда транзистор полностью открытый. В этом режиме смещение на базе-эмиттере более, чем 0,6-0,7 Вольт и сопротивление между коллектором и эмиттером равняется почти нулю.

В режиме отсечки и насыщения работает транзисторный ключ.

Активный режим

В активном режиме напряжение смещения более, чем 0,6-0,7 Вольт, но у нас сопротивление между коллектором и эмиттером не равняется ни нулю, ни бесконечности. В этом режиме мы можем регулировать сопротивление с помощью силы тока, проходящего между базой и эмиттером. А чтобы регулировать эту силу тока , мы можем подавать большее или меньшее напряжение на базу.

Если все объяснить заумной фразой получается так: небольшое изменение силы тока в цепи базы-эмиттер приводит к пропорциональному изменению силы тока в цепи коллектор-эмиттер.

Коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается сила тока коллектор-эмиттер от силы тока базы-эмиттер называется коэффициентом усиления по току в схеме с ОЭ. Этот коэффициент часто называют h_21э или просто β.

Думаю, большинство из вас сидело за рулем авто. Может быть, вы когда-нибудь даже пользовались педалью газа)

Допустим, мы поставили первую скорость и решили проехаться по трассе. Топим педаль в пол и едем на всей первой скорости, не переключая коробку скоростей. По аналогии с транзистором — это и есть режим насыщения.

Вообще убираем ногу от педали — машина встает колом. Это режим отсечки (о понятии отсечки в самом авто мы с вами сейчас не говорим). В этом режиме мы вообще не касаемся педали.

Ну а в активном режиме мы нажимаем педаль с такой силой, которая нам нужна 😉 В этом режиме мы сами регулируем скорость. Хотим — едем быстрее, а хотим медленнее 😉 То есть мы управляем автомобилем между режимами отсечки и насыщения. Именно в этом режиме работает транзистор в режиме усиления сигналов.

Основные схемы включения транзистора

Итак, существуют три основные схемы соединения биполярного транзистора:

— с Общей Базой (ОБ)

Эта схема усиливает по напряжению. Схема с общей базой используется редко.

— с Общим Эмиттером (ОЭ)

Эта схема усиливает и по напряжению, и по току, и на практике используется наиболее часто.

— с Общим Коллектором (ОК)

Эта схема усиливает по току. Ее часто называют эмиттерный повторитель.

Здесь все просто: какой вывод является общим для входного и выходного сигнала, такая и схема включения транзистора.

Обозначение напряжений выводов транзистора

А теперь давайте поговорим об условностях, которые применяются в схемотехническом жаргоне транзистора.

Итак, если вы слышите, что напряжение на базе равно 1 Вольт, то это означает, что это напряжение между базой и общим проводником. На общий в основном садят «минус» и обозначается общий проводник вот таким значком:

Например, U_Б (напряжение на базе) транзистора VT1 замеряется как-то вот так:

Напряжение между выводами обозначается двумя индексами. Например, напряжение между базой и эмиттером обозначается как U_БЭ . Также на схемах часто можно увидеть обозначения типа U_КК (в буржуйском варианте V_CC ) – это напряжение питания коллектора, обычно положительное. Также есть и U_ЭЭ (в буржуйском варианте V_EE) – напряжение питания эмиттера, обычно отрицательное. Короче говоря, это в основном напряжение питания схемы.

Также имейте ввиду, что каждый транзистор характеризуется основными максимальными параметрами такими как:

1) I_к – ток коллектора

2) U_КЭ – напряжение между коллектором и эмиттером

3) P – мощность, которая рассеивается на транзисторе. Р = I_КU_КЭ

4) U_БЭ – напряжение между базой и эмиттером

Attention!

Превышение какого-либо параметра из списка выше приведет к неминуемой гибели транзистора!

Как усиливает транзистор?

Для того, чтобы понять принцип работы транзистора, давайте рассмотрим вот такое фото:

Условимся считать, что это самая простая модель транзистора. Направление потока воды – это направление электрического тока. Пусть у нашего «транзистора» будет проводимость NPN, то есть он будет выглядеть вот так:

С помощью краника (Базы) мы уменьшаем или увеличиваем скорость потока воды через трубу. В нашем случае вода бежит с жёлтой трубы к чёрной трубе, или по аналогии с транзистором: от коллектора к эмиттеру, потому что стрелочка эмиттера показывает направление электрического тока.

Итак, в таком положении краник полностью закрыт, следовательно поток воды не проходит через трубу:

А вот так краник полностью открыт и поток воды бежит на полной мощности через трубу:

Краник открыли, вода через трубу побежала на полной мощности:

Краник закрыли, вода не бежит:

С помощью одного только пальчика, я включал и выключал ОГРОМНЫЙ поток воды, который бы мог смыть все какашки на вашей тельняшке). То есть поток воды из трубы обладает огромнейшей силой, по сравнению с силой пальчика, которую я прикладывал к рычагу краника.

Транзистор работает аналогичным образом! Прикладывая небольшое напряжение к базе, я могу управлять огромнейшим током проходящим через коллектор и эмиттер. В данном случае я показал только два положения, краник полностью включен, или краник полностью выключен. Режим, при котором я включал и отключал краник до упора, в транзисторе называется «ключевым режимом» (о нем ниже). Не от слова «ключевой» – типа главный, важный, а от слова «ключ». А что у нас делает ключ? Что-то отпирает и закрывает, да хотя бы те же самые двери или бабушкин комод.

Режим, когда я ЗАКРЫВАЛ краник полностью, называется в транзисторе закрытый или в простонародье «зАпертый». В этом случае на базу ток не идет и транзистор не пропускает электрический ток между коллектором и эмиттером.

Режим, когда я полностью ОТКРЫВАЛ краник, называется в транзисторе режимом «насыщения». В этом случае через эмиттер и коллектор ток бежит по полной. Хочу сказать, что дальнейшее открывание краника бессмысленно, так как от этого ток не увеличится между коллектором и эмиттером, то есть нет резона подавать еще большее напряжение на базу, если транзистор уже работает в режиме насыщения.

Как работает биполярный транзистор на практике

Ну что же, надо теперь все это дело проверить на реальном транзисторе. У нас в гостях всеми вами любимый транзистор КТ815Б:

Его проводимость NPN, то есть он выглядит вот так:

Мы с вами разобрали, что краник – это база, а большой поток воды должен течь с коллектора на эмиттер. Направление стрелки на эмиттере показывает направление движения электрического тока.

В транзисторе все то же самое. Давайте используем его в деле. Для этого собираем вот такую схемку:

Ну что, вроде бы все элементарно и просто. Есть батарея, есть лампочка. Электрический ток должен бежать от «плюса» к «минусу» и лампа должна гореть. Собираем схему в реале. Щупы-крокодилы идут от блока питания. Красный – плюс, черный – минус. Напряжение на них около 13,5 Вольт, лампа на такое же напряжение. Лампа не горит… В чем же дело?

Помните эту картинку?

Елки-палки, нам базу-то надо «повернуть» так, чтобы электрический ток мог бежать от коллектора к эмиттеру! Но как «повернуть» базу? Да все просто! Для этого нам надо всего-то подать на нее напряжение.

Теперь наша схема будет выглядеть вот так:

Собираем схему. Крокодилы с синими проводами идут от блока питания Bat1.

Но теперь вопрос. Какое минимальное напряжение должно быть на Bat1, чтобы «краник начал открываться»?

Помните мы с вами разбирали статью, что на PN переходе у кремниевых транзисторов (а у нас как раз кремниевый) «падает» напряжение где-то 0,5-0,7 В. А давайте выставим на Bat1 где-то 0,5 В.

Нет… лампочка не зажигается.

Кручу крутилку и выставляю 0,6 Вольт и вуаля! В простонародье говорят, что транзистор «открылся».

Отсюда делаем вывод: для того, чтобы через коллектор-эмиттер побежал электрический ток, мы должны на базу подать напряжение более чем 0,5-0,7 В, то есть больше падения напряжения на PN-переходе данного транзистора.

Но как много мы можем подать напряжения в базу? Давайте крутанем крутилку на уровень 0,7 В.

При 0,7 В базовый ток составляет уже 20 мА.

Давайте еще чуток добавим:

При 0,8 В уже 140 мА.

А при 0,9 Вольтах:

чуть меньше пол-Ампера! Дальнейшее увеличение напряжения может привести … к полному выходу транзистора из строя!

Максимальные параметры транзистора

Каждый транзистор характеризуется основными максимальными параметрами такими как:

1) I_к – ток коллектора

2) U_КЭ – напряжение между коллектором и эмиттером

3) P – мощность, которая рассеивается на транзисторе. Р = I_КЭх U_КЭ

4) U_БЭ – напряжение между базой и эмиттером

Коэффициент бета транзистора

Итак, давайте заранее договоримся, что в своих примерах мы будем использовать схему с ОЭ (Общим Эмиттером):

Плюсы этой схемы таковы, что эта схема усиливает и по напряжению, и по току. Поэтому, это схема чаще всего используется в электронике.

Ну что же, начнем изучение усилительных свойств транзистора именно с этой схемы. Есть у этой схемки очень интересный параметр. Называется он коэффициент усиления по току в схеме с Общим Эмиттером и обозначается буквой β (бета). Этот коэффициент показывает во сколько раз коллекторный ток превышает базовый в активном режиме работы транзистора

Также частенько, особенно на мультиметрах, его обозначают как h31э или Hfe.

Находим бету на практике

Давайте соберем схемку, с помощью которой, думаю, все встанет на свои места. С помощью этой схемы мы будет приблизительно замерять коэффициент β.

Для NPN транзистора схема будет выглядеть следующим образом:

Для PNP транзистора вот так:

Так как его проводимость NPN, следовательно, будем использовать вот эту схему:

Итак, что мы тут видим? Есть транзистор, два блока питания и два амперметра. Один амперметр ставим на измерение микроампер (мкА), а второй на измерение миллиампер (мА). На блоке питания Bat 2 выставим напряжение в 9 Вольт. Блок питания Bat 1 у нас со стрелочкой. Значит его значение будем менять от 0 и до 1-ого Вольта.

Схема у нас с ОЭ. Через базу-эмиттер и далее по контуру у нас протекает базовый ток I_Б , а через коллектор-эмиттер и далее по контуру несется коллекторный ток I_К_.Для того, чтобы замерить этот ток (силу тока), мы в разрыв цепи цепанули по амперметру. Остается дело за малым. Замерить базовый ток (I_Б), замерить коллекторный ток (I_К) и потом тупо разделить ток коллектора на ток базы. И из этого отношения мы приблизительно найдем коэффициент β. Все просто).

Вот два блока питания:

Выставляем на Bat 2 напряжение в 9 Вольт:

Вся схема выглядит примерно вот так

Желтый мультиметр у нас будет замерять миллиамперы, а красный — микроамперы, поэтому на запятую на красном мультиметре не обращаем внимания.

Добавляем напряжение на Bat 1 от 0,6 Вольт и крутим крутилку до 1 Вольта, не забывая при этом фотографировать результаты. Высчитываем коэффициент β для некоторых замеров:

24,6мА/0,23мА=107

50,6мА/0,4мА=126,5

53,4мА/0,44мА=121,4

91,1мА/0,684мА=133,2

99,3мА/0,72мА=137,9

124,6мА/0,827мА=150,6

173,3мА/1,095мА=158

Находим среднее арифметическое:

β≈(107+126,5+121,4+133,2+137,9+150,6+158)/7=133

В даташите на КТ815Б коэффициент β может иметь значение в диапазоне от 50 и до 350. Наш коэффициент вполне укладывается в этот диапазон, значит транзистор жив и здоров. Усиливать будет.

Хочу добавить, что истинное значение коэффициента β измеряется чуток по другому. Для определения истинного значения надо измерять не постоянные токи, как мы это делали, а очень малые приращения этих токов, то есть производить измерения на переменном токе и малом сигнале:

При малом постоянном токе измеренное значение коэффициента бета меньше чем реальное, а при большом постоянном токе больше, чем реальное. Истина где-то посередине. Радиолюбители — народ не привередливый и в полевых условиях главное приблизительно узнать значение β.

Работа транзистора в активном режиме

В этой статье мы рассмотрим и даже посчитаем небольшой каскад, а также соберем его в реале и испытаем на практике.

Активный режим транзистора

Если вы читали прошлую статью, то наверняка помните, что транзистор в режиме усиления работает только в активном режиме. Этот активный режим находится между режимами отсечки и насыщения:

Следовательно, выходной усиленный сигнал должен находиться в области активного режима, иначе он будет сильно искажаться.

Далее вспоминаем нехитрую формулу

Коэффициент бета — это коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером (ОЭ). Ну и что все это значит? А значит это то, что в любом транзисторе в активном режиме ток коллектора в β (бета) раз больше, чем ток базы. Задав крохотную силу ток через базу, мы в бета раз можем увеличить силу тока в цепи коллектора.

Что будет, если на базу мы подадим переменный сигнал напряжения? Следовательно, в цепи базы переменный сигнал будет либо увеличивать, либо уменьшать силу тока, протекающую через базу, а переменная сила тока через базу в свою очередь будет «тащить» за собой силу тока в цепи коллектора, который будет в бета раз больше, чем базовый ток.

Если вставить резистор в цепь коллектора, то можно будет с него снимать переменное напряжение. Ну разве не замечательно? А откуда возьмется напряжение на резисторе? Дело в том, что резистор и переход коллектор-эмиттер обладают сопротивлением. Самый прикол в том, что переход коллектор-эмиттер — это управляемое сопротивление, зависящее от тока базы. Получаем простой делитель напряжения 😉

Но для того, чтобы усиливать переменный сигнал правильно, есть одно НО… И это «НО» заключается еще в одном резисторе.

Двухрезисторная схема смещения

Я хочу усилить синусоидальный сигнал и поэтому подаю его на базу транзистора. На выходе хочу получить усиленную копию.

Для того, чтобы получить красивую усиленную копию, надо чтобы эта копия не выходила за границы режима отсечки и насыщения и желательно, чтобы она располагалась посередине активной области. То есть надо этот сигнал сместить в середину активной области:

Поэтому, требуется добавить к схеме еще один резистор, чтобы получилась схема смещения.

Итак, давайте рассмотрим самую простую схему смещения и на ее примере разберемся, что к чему

Что здесь имеем?

U_пит— напряжение питания. На U_вхподаем переменный сигнал, на U_выхполучаем усиленную копию. Или более понятно:

Итак, давайте рассмотрим назначение радиоэлементов в этой схеме. Транзистор используется для усиления. Я думаю, вы это уже поняли 🙂 Резистор R2 служит для того, чтобы у нас получился делитель напряжения и потом можно будет снять с резистора это напряжение.

Конденсаторы С1 и С2 у нас пропуска ют переменный ток, а постоянный не пропускают. А нам постоянный ток на входе и на выходе не нужен. Мы ведь хотим усиливать переменный ток, не так ли?

И самый главный радиоэлемент в этой схеме считается резистор R1, который как раз и задает режим работы усилителя. Зачем он здесь нужен?

Во-первых, чтобы отпереть транзистор. Вывести его из режима отсечки в активный режим. А для этого, как вы помните, достаточно подать напряжение более, чем падение напряжения на переходе база — эмиттер, которое для кремниевых транзисторов составляет 0,6-0,7 Вольт. Поэтому, U_пит должно быть больше, чем падение напряжения на переходе база-эмиттер.

Во-вторых, задать базовый ток, так как через цепь +Uпит —-> R1—-> база —-> эмиттер —-> земля потечет ток, сила тока которого будет зависеть от того, какой резистор мы туда воткнем.

В-третьих, задавая нужный базовый ток этим резистором, мы выбираем режим работы нашего усилителя. Сейчас нас интересует режим, при котором сигнал будет «болтаться» между режимами отсечки и насыщения примерно в середине активного режима.

Как этого добиться?

Для удобства пусть у нас R1 называется R_Б(базовый резистор), а R2 назовем R_к(коллекторный резистор):

Так как мы хотим получить усиленную копию сигнала в активном (линейном) режиме транзистора, следовательно, нам надо добиться того, чтобы через базу протекала такая сила тока, чтобы напряжение на коллекторе (в узле, куда цепляется конденсатор С2) было ровнёхонько половинка от U_пит.

Не забываем, что у нас входной сигнал, подаваемый на базу, может принимать как положительные значения, так и отрицательные. Следовательно, напряжение на коллекторе будет принимать меньшее или большее значение. А чтобы уже усиливаемый сигнал не доходил до режима отсечки или насыщения, мы его как раз и будем держать в серединке активной области.

Расчет каскада с двумя резисторами

Берем рыжий советский транзистор КТ315Б и рассчитаем вот такую схемку при напряжении питания в 9 Вольт

Для того, чтобы рассчитать схему, надо действовать с конца, то есть с выхода схемы.

Для получения усиленной копии сигнала, нам надо, чтобы напряжение на коллекторе было равно половине напряжения питания, то есть получаем U_к= 9 В/2 = 4,5 Вольт. Это значит, что на R_кпадает напряжение в 4,5 Вольт и на транзисторе между выводами коллектора и эмиттера тоже падает 4,5 Вольт. Для маломощных усилительных каскадов в основном ток коллектора I_к берут в 1 миллиампер, это значит, что ток потечет по цепи +9 В —> R_к—-> коллектор—> эмиттер—->земля и если его замерить в этой цепи, то получим 1мА.

Долго не думая, находим, чему равняется R_{к .}Вспоминаем дядюшку Ома и получаем, что R_к= U_к /I_к =4,5 В/1 мА=4,5 кОм. Берем ближайший из ряда, то есть на 4,7 кОм.

Следующим шагом нам надо приблизительно узнать коэффициент бета. В этом нам может помочь простой мультиметр с функцией замера H_FE (β) либо RLC-транзистор метр. В моем случае на RLC-транзистор-метре получилось что-то около 142.

Высчитываем ток базы. Так как мы знаем, что

Из этой формулы находим I_Б. Получается, что I_Б = I_к/ β = 1мА/142 = 7 микроампер.

Следующим делом находим сопротивление базового резистора: R_Б=(U_пит -0,6)/ I_Б= 9 В/7мкА=1,2 Мегаом. В этой формуле 0,6 В мы берем, как падение напряжения на переходе база-эмиттер.

Следующим шагом вставляем ближе к номиналу этот резистор из ближайшего ряда и замеряем силу тока по цепи +9 В —> R_к—-> коллектор—> эмиттер—->земля с помощью миллиамперметра. Скорее всего вы не получите на миллиамперметре значение в 1мА, поэтому надо будет подгонять значение R_Б либо с помощью потенциометра либо магазина сопротивления, чтобы амперметр показал нам 1 мА на табло. В моем случае R_Б я подобрал номиналом в 1 Мегаом.

Ну теперь дело за малым. Конденсаторы С1 и С2 используются для того, чтобы пропускать и снимать только переменное напряжение, так как мы с вами знаем, что конденсатор постоянный ток через себя не пропускает. Для усиления звуковых частот (от 20 и до 20 000 Герц) , а также частот более 20 000 Гц вполне подойдут конденсаторы в 10 мкФ.

Вот фото моего усилителя, амперметр показывает ток в 1,04 миллиампер.

Теперь подаю на вход конденсатора С1 слабый синусоидальный сигнал. У нас получается интересная штука. После того, как я настроил каскад, на базе имеется постоянное напряжение. Если добавить к этому напряжению еще напряжение, ток базы увеличится, что приведет к увеличению коллекторного тока. Если же уменьшить, то наоборот у нас ток базы уменьшится и следовательно, коллекторный ток тоже уменьшится. Переменный сигнал, подаваемый на базу уменьшается и увеличивается поочередно, следовательно, получается типа что-то этого:

А вот и осциллограммы, которые у меня получились. Красный сигнал — это входной, который мы подаем на С1 , а желтый — выходной, который снимаем с С2. Частота сигнала и его цена деления показаны в нижнем левом уголке скриншота осциллографа.

Ну вот! Более менее похоже на правду!

Если вы заметили своим наблюдательным глазом, есть одно НО… Фаза усиленного сигнала противоположна фазе исходного сигнала. Если еще помните алгебру, то можно сказать, что фаза усиленного сигнала и фаза исходного различаются на 180 градусов. Получается, что усилитель по схеме с ОЭ (Общим Эмиттером) инвертирует фазу сигнала.

Давайте увеличим амплитуду исходного сигнала:

Как мы видим, усиленный сигнал исказился. В дело вступили так называемые нелинейные искажения, потому что наш усиленный сигнал добрался до области отсечки (верхний уровень желтого графика) и до области насыщения (нижний уровень желтого графика). Вы ведь не забыли, что сигнал инвертированный? В режиме отсечки, как мы видим, синусоида закруглилась, а в режиме насыщения она не могла стать более 9 Вольт, то есть больше, чем U_пит, поэтому ее резко срезало.

Давайте усилим треугольный сигнал

Получились чуток «пухловатые» горки. Как мы видим, данный тип усилителя обладает плохой линейностью. Это значит, что он не пропорционально увеличивает исходный сигнал.

Давайте усилим прямоугольный сигнал

Вроде бы нормально.

Даже если добавить амплитуду, то сигнал остается по форме таким же.

Прямоугольные сигналы усиливать, передавать, обрабатывать намного проще, поэтому цифровая электроника шагнула далеко вперед.

Данный тип усилителя, работает в классе «А» , то есть в режиме линейного усилителя. Это означает, что мы полностью усиливаем форму сигнала, который подаем на вход такого усилителя.

Минусы схемы

В чем минусы этой схемы? В этой схеме рабочий режим зависит от коэффициента бета. Это не есть гуд.

«Схему можно считать плохой, если на ее характеристики влияет величина параметра бета»

Хорвиц и Хилл «Искусство схемотехники»

Дело в том, что коэффициент бета «гуляет» в зависимости от температуры. Следовательно, наш график будет смещен, что приведет к нелинейным искажениям, так как он будет ближе находится или к области насыщения, либо к области отсечки.

Усилитель с общим эмиттером. Расчет схемы

Усилитель с общим эмиттером раньше являлся базовой схемой всех усилительных устройств.

Описание работы

Выше мы с вами говорили о самой простой схеме смещения транзистора. Эта схема зависит от коэффициента бета, а он в свою очередь зависит от температуры, что не есть хорошо. В результате на выходе схемы могут появиться искажения усиливаемого сигнала. Чтобы такого не произошло, в эту схему добавляют еще парочку резисторов и в результате получается схема с 4-мя резисторами:

Резистор между базой и эмиттером назовем R_бэ, а резистор, соединенный с эмиттером, назовем R_э.Теперь, конечно же, главный вопрос: «Зачем они нужны в схеме?»

Начнем, пожалуй, с R_э.

Как вы помните, в предыдущей схеме его не было. Итак, давайте предположим, что по цепи +Uпит—->R_к——> коллектор—> эмиттер—>R_э—-> земля бежит электрический ток, с силой в несколько миллиампер (если не учитывать крохотный ток базы, так как I_э= I_к+ I_б) Грубо говоря, у нас получается вот такая цепь:

Следовательно, на каждом резисторе у нас будет падать какое-то напряжение. Его величина будет зависеть от силы тока в цепи, а также от номинала самого резистора.

Чуток упростим схемку:

R_кэ— это сопротивление перехода коллектор-эмиттер. Как вы знаете, оно в основном зависит от базового тока.

В результате, у нас получается простой делитель напряжения, где

Мы видим, что на эмиттере уже НЕ БУДЕТ напряжения в ноль Вольт, как это было в прошлой схеме. Напряжение на эмиттере уже будет равняться падению напряжения на резисторе R_э.

А чему равняется падение напряжения на R_э? Вспоминаем закон ома и высчитываем:

Как мы видим из формулы, напряжение на эмиттере будет равняться произведению силы тока в цепи на номинал сопротивления резистора R_э. С этим вроде как разобрались. Для чего вся эта канитель, мы разберем чуть ниже.

Какую же функцию выполняют резисторы R_би R_бэ?

Именно эти два резистора представляют из себя опять же простой делитель напряжения. Они задают определенное напряжение на базу, которое будет меняться, если только поменяется +Uпит, что бывает крайне редко. В остальных случаях напряжение на базе будет стоять мертво.

Вернемся к R_{э .}

Оказывается, он выполняет самую главную роль в этой схеме.

Предположим, у нас из-за нагрева транзистора начинает увеличиваться ток в этой цепи.

Теперь разберем поэтапно, что происходит после этого.

а) если увеличивается ток в этой цепи, то следовательно увеличивается и падение напряжения на резисторе R_э.

б) падение напряжения на резисторе R_э — это и есть напряжение на эмиттере U_э. Следовательно, из-за увеличения силы тока в цепи U_э стало чуток больше.

в) на базе у нас фиксированное напряжение U_б , образованное делителем из резисторов R_би R_бэ

г) напряжение между базой эмиттером высчитывается по формуле U_бэ= U_б— U_э. Следовательно, U_бэстанет меньше, так как U_эувеличилось из-за увеличенной силы тока, которая увеличилась из-за нагрева транзистора.

д) Раз U_бэуменьшилось, значит и сила тока I_б , проходящая через базу-эмиттер тоже уменьшилась.

е) Выводим из формулы ниже I_к

I_к=β х I_б

Следовательно, при уменьшении базового тока, уменьшается и коллекторный ток 😉 Режим работы схемы приходит в изначальное состояние. В результате схема у нас получилась с отрицательной обратной связью, в роли которой выступил резистор R_{э .}Забегая вперед, скажу, что Отрицательная Обратная Связь (ООС) стабилизирует схему, а положительная наоборот приводит к полному хаосу, но тоже иногда используется в электронике.

Расчет усилительного каскадас ОЭ

Рассчитать каскад на биполярном транзисторе КТ315Б с коэффициентом усиления равным K_U=10, Uпит = 12 Вольт.

1) Первым делом находим из даташита максимально допустимую рассеиваемую мощность, которую транзистор может рассеять на себе в окружающую среду. Для моего транзистора это значение равняется 150 миллиВатт. Мы не будем выжимать из нашего транзистора все соки, поэтому уменьшим нашу рассеиваемую мощность, умножив на коэффициент 0,8:

P_рас= 150х0,8=120 милливатт.

2) Определим напряжение на U_кэ. Оно должно равняться половине напряжения Uпит.

U_кэ= Uпит / 2 = 12/2=6 Вольт.

3) Определяем ток коллектора:

I_к= P_рас/ U_кэ= 120×10^-3 / 6 = 20 миллиампер.

4) Так как половина напряжения упала на коллекторе-эмиттере U_кэ, то еще половина должна упасть на резисторах. В нашем случае 6 Вольт падают на резисторах R_ки R_э. То есть получаем:

R_к+ R_э= (Uпит / 2) / I_к= 6 / 20х10^-3= 300 Ом.

R_к+ R_э= 300, а R_к=10R_{э ,}так какK_U= R_к/ R_э, а мы взяли K_U=10 ,

то составляем небольшое уравнение:

10R_э+ R_э= 300

11R_э= 300

R_э= 300 / 11 = 27 Ом

R_к= 27х10=270 Ом

5) Определим ток базы I_базыиз формулы:

Коэффициент бета мы замеряли в прошлом примере. Он у нас получился около 140.

Значит,

I_б = I_к/ β = 20х10^-3/140 = 0,14 миллиампер

6) Ток делителя напряжения I_дел , образованный резисторами R_би R_бэ, в основном выбирают так, чтобы он был в 10 раз больше, чем базовый ток I_б:

I_дел= 10I_б= 10х0,14=1,4 миллиампер.

7) Находим напряжение на эмиттере по формуле:

U_э= I_кR_э= 20х10^-3 х 27 = 0,54 Вольта

8) Определяем напряжение на базе:

U_б= U_бэ+ U_э

Давайте возьмем среднее значение падения напряжения на базе-эмиттер U_бэ = 0,66 Вольт. Как вы помните — это падение напряжения на P-N переходе.

Следовательно, U_б=0,66 + 0,54 = 1,2 Вольта. Именно такое напряжение будет теперь находиться у нас на базе.

9) Ну а теперь, зная напряжение на базе (оно равняется 1,2 Вольта), мы можем рассчитать номинал самих резисторов.

Для удобства расчетов прилагаю кусочек схемы каскада:

Итак, отсюда нам надо найти номиналы резисторов. Из формулы закона Ома высчитываем значение каждого резистора.

Для удобства пусть у нас падение напряжения на R_бназывается U₁ , а падение напряжения на R_бэбудет U₂.

Используя закон Ома, находим значение сопротивлений каждого резистора.

R_б= U₁/ I_дел= 10,8 / 1,4х10^-3 = 7,7 КилоОм. Берем из ближайшего ряда 8,2 КилоОма

R_бэ= U₂/ I_дел= 1,2 / 1,4х10^-3= 860 Ом. Берем из ряда 820 Ом.

В результате у нас будут вот такие номиналы на схеме:

Проверка работы расчетной схемы на практике

Одной теорией и расчетами сыт не будешь, поэтому собираем схему в реале и проверяем ее в деле. У меня получилась вот такая схемка:

Итак, беру свой цифровой осциллограф и цепляюсь щупами на вход и выход схемы. Красная осциллограмма — это входной сигнал, желтая осциллограмма — это выходной усиленный сигнал.

Первым делом подаю синусоидальный сигнал с помощью своего китайского генератора частоты:

Как вы видите, сигнал усилился почти в 10 раз, как и предполагалось, так как наш коэффициент усиления был равен 10. Как я уже говорил, усиленный сигнал по схеме с ОЭ находится в противофазе, то есть сдвинут на 180 градусов.

Давайте подадим еще треугольный сигнал:

Вроде бы гуд. Если присмотреться, то есть небольшие искажения. Нелинейность входной характеристики транзистора дает о себе знать.

Если вспомнить осциллограмму схемы с двумя резисторами

то можно увидеть существенную разницу в усилении треугольного сигнала

Плюсы и минусы схемы

Схема с ОЭ во времена пика популярности биполярных транзисторов использовалась как самая ходовая. И этому есть свое объяснение:

Во-первых, эта схема усиливает как по току, так и по напряжению, а следовательно и по мощности, так как P=UI.

Во-вторых, ее входное сопротивление намного больше, чем выходное, что делает эту схему отличной малопотребляемой нагрузкой и отличным источником сигнала для следующих за ней нагрузок.

Ну а теперь немного минусов:

1) схема потребляет небольшой ток, пока находится в режиме ожидания. Это значит, питать ее долго от батареек не имеет смысла.

2) она уже морально устарела в наш век микроэлектроники. Для того, чтобы собрать усилитель, проще купить готовую микросхему и сделать на ее базе мощный и простой усилок.

Транзисторный ключ

Работа транзистора в режиме ключа является базовой во всей электронике, особенно в цифровой. Раньше, когда еще не было сверхмощных компьютеров и сверхскоростного интернета, сообщения передавали с помощью азбуки Морзе. В азбуке Морзе использовались три знака: точка, тире и… пауза. Чтобы передавать сообщения на далекие расстояния использовался так называемый телеграфный КЛЮЧ.

Нажали на черную большую пипочку — ток побежал, отжали — получился обрыв цепи и ток перестал течь. ВСЕ! То есть меняя скорость и продолжительность нажатия на пипочку, мы можем закодировать любое сообщение. Нажали на пипку — сигнал есть, отжали пипку — сигнала нет.

Схема транзисторного ключа

Ключ, собранный на транзисторе, называется транзисторным ключом. Транзисторный ключ выполняет только две операции: вКЛЮЧено и выКЛЮЧено, промежуточный режим между «включено» и «выключено» мы будем рассматривать в следующих главах. Электромагнитное реле выполняет ту же самую функцию, но его скорость переключения очень медленная с точки зрения современной электроники, да и коммутирующие контакты быстро изнашиваются.

Что из себя представляет транзисторный ключ? Давайте рассмотрим его поближе:

Знакомая схемка не так ли? Здесь все элементарно и просто 😉 Подаем на базу напряжение необходимого номинала и у нас начинает течь ток через цепь от плюсовой клеммы +Bat2—>лампочка—>коллектор—>эмиттер—>к минусовой клемме Bat2. Напряжение на Bat2 должно быть равно рабочему напряжению питания лампочки. Если все так, то лампочка испускает свет. Вместо лампочки может быть какая-либо другая нагрузка. Резистор «R» здесь требуется для того, чтобы ограничить значение управляющего тока на базе транзистора. Про него более подробно я писал еще в этой статье.

Условия для работы транзисторного ключа

Итак, давайте вспомним, какие требования должны быть, чтобы полностью «открыть» транзистор?

1) Для того, чтобы полностью открыть транзистор, напряжение база-эмиттер должно быть больше 0,6-0,7 Вольт.

2) Сила тока, текущая через базу должна быть такой, чтобы электрический ток мог течь через коллектор-эмиттер абсолютно беспрепятственно. В идеале, сопротивление через коллектор-эмиттер должно стать равным нулю, в реале же оно будет иметь доли Ома. Такой режим называется «режимом насыщения«.

Этот рисунок — воображение моего разума. Здесь я нарисовал тот самый режим насыщения.

Как мы видим, коллектор и эмиттер в режиме насыщения соединяются накоротко, поэтому лампочка горит на всю мощь.

Базовая схема транзисторного ключа

А что теперь надо сделать, чтобы лампочка вообще не горела? Отключить ее ручками? Зачем? Ведь у нас есть управляемый резистор: коллектор-эмиттер, сопротивление которого мы можем менять, прогоняя через базу определенную силу тока 😉 Итак, что нужно для того, чтобы лампочка вообще перестала гореть? Возможны два способа:

Первый способ. Полностью отключить питание от резистора базы, как на рисунке ниже

В реальности вывод базы является своего рода маленькой антенной, которая может принимать различные наводки и помехи из окружающего пространства. От этих наводок в базе может начать течь ток малого номинала. А как вы помните, для того, чтобы открыть транзистор много и не надо. И может даже случится так, что лампочка будет даже очень тихонько светится!

Как же выйти из этой ситуации? Да очень легко! Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером, то есть сделать так, чтобы при отключении напряжения, на базе напряжение было равно нулю. А какой вывод транзистора у нас находится под нулем? Эмиттер! То есть научным языком, мы должны сделать так, чтобы потенциал на базе был равен потенциалу на эмиттере 😉

И что, теперь каждый раз при отключении заземлять базу? В идеале — да. Но есть более хитрое решение 😉 Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером. Его номинал в основном берут примерно в 10 раз выше, чем номинал базового резистора.

Так как в схеме появился еще один резистор, то базовый резистор назовем R_Б, а резистор между базой и эмиттером не будем придумывать и назовем R_БЭ. Схема примет вот такой вид:

Как же ведет себя резистор R_БЭв схеме? Если ключ S замкнут, то этот резистор не оказывает никакого влияния на работу схемы, так как через него протекает и без того малая сила тока, которая управляет базой. Ну а если ключ S разомкнут, то, как я уже сказал, потенциал на базе будет равняться потенциалу эмиттера, то есть нулю.

Второй способ. Добиться того, чтобы U_БЭ<0,6 Вольт или чтобы ток базы I_Б = 0. Этот способ чаще всего используется в МК и других логических схемах.

Что в первом, что во втором случае транзистор у нас не пропускает ток через коллектор-эмиттер. В этом случае говорят, что транзистор находится в режиме «отсечки«.

Формула расчета транзисторного ключа

Как же рассчитать примерно значение резистора базы? Есть нехитрые формулы. Для того, чтобы их разобрать, рассмотрим вот такую схемку:

Для начала можно найти ток базы:

где

I_Б — это базовый ток, в Амперах

k_НАС— коэффициент насыщения. В основном берут в диапазоне от 2-5. Он уже зависит от того, насколько глубоко вы хотите вогнать ваш транзистор в насыщение. Чем больше коэффициент, тем больше режим насыщения.

I_K— коллекторный ток, в Амперах

β — коэффициент усиления тока транзистора

Ну а дальше дело за малым

Это самый простой расчет без всяких заморочек.

Расчет транзисторного ключа на практике

Ну что же, давайте рассчитаем наш базовый резистор для этой схемы в режиме насыщения. На базу будем подавать распространенное питание в 5 В.

Возьмем транзистор средней мощности КТ819Б и лампочку-нагрузку для нашего транзисторного ключа. Лампочка на 6 В.

Транзистор КТ819Б структуры NPN

А вот и его цоколевка

Почти стандартная распиновка слева-направо: Эмиттер-Коллектор-База.

Лампочка при питании 6 В светит примерно вот так:

А вот такую силу тока потребляет наша подопечная, если ее соединить напрямую к блоку питания.

0,23 Ампера. Именно такую силу тока должна кушать наша лампочка в режиме насыщения, когда транзистор полностью открыт. То есть это у нас будет коллекторный ток I_k . Так как сопротивление нити накала лампочки меняется при подключении ее к источнику питания, то лучше всего сразу же измерить ее силу тока, как мы и сделали.

Теперь дело за малым. Надо замерить коэффициент бета. Для этого случая на моем рабочем столе есть прибор транзисторметр. Итак, у меня получилось значение 148

Итак, находим ток базы по формуле

Чем больше силы тока мы подаем на базу, тем больше мы вводим транзистор в режим глубокого насыщения. Здесь уже вы сами должны выбрать значение коэффициента насыщения. Как я уже писал выше, чем больше коэффициент, тем сильнее уходит транзистор в режим насыщения. Режим глубокого насыщения чреват тем, что он задерживает выключение транзистора, но хорош тогда, когда надо долго держать нагрузку включенной, так как в этом случае транзистор греется меньше всего. Если вы не забыли, мощность, рассеиваемая на транзисторе будет равна P=U_КЭх I_Н

где

P — это мощность в Ваттах

U_КЭ — напряжение между коллектором и эмиттером, В

I_Н — сила тока, протекающая через нагрузку и коллектор-эмиттер, А

Из формулы: чем меньше U_КЭ, тем меньше будет греться транзистор

Поэтому, берем среднее значение коэффициента насыщения равное 3. Получаем:

Теперь считаем базовый резистор по формуле:

Берем ближайший из ряда, то есть 1 кОм.

Давайте посмотрим, будет ли работать наш транзисторный ключ? Итак, R_Б берем рассчитанное значение в 1 кОм.

Собираем схему и смотрим, как она работает

В данном случае синие провода — это питание с Bat2 (MEILI), а другие два провода — это питание с блока питания Bat1 (YaXun)

Как вы помните, лампочка у нас потребляла силу тока в 0,23 Ампер при прямом включении ее к блоку питания. Сейчас же она кажет почти то же самое значение с небольшой погрешностью. Но можно все равно сказать, что при открытом транзисторном ключе сопротивление коллектора-эмиттера очень мало. То есть все напряжение поступает на лампу.

Так как амперметр на YaXun стрелочный и не может измерять очень маленькие значение тока, то воспользуемся мультиметром и посмотрим, сколько же потребляет наш транзистор в режиме полного открытия. Для этого ставим мультиметр в разрыв цепи. Более подробно, как измерять силу тока и напряжение мультиметром, вы можете прочитать в этой статье.

Мы получили 4,5 мА. Очень близко к расчетному 4,7 мА. Не забываем подтянуть базу к земле резистором большим номиналом R_БЭ_, иначе база может поймать помеху и открыть невзначай транзистор, что приведет к ложному срабатыванию. В нашем случае мы берем резистор от 10 кОм и более.

Ну все, такой транзисторный ключ будет уже защищен от ложных срабатываний и его можно использовать в своих электронных безделушках.

Применение транзисторного ключа в связке с МК

Транзисторный ключ очень часто можно увидеть в схемах, где МК или другой логический элемент коммутирует мощную нагрузку. Как вы помните, максимальную силу тока, которую может выдать МК на одну ножку, равняется 20 миллиампер. Поэтому чаще всего можно увидеть вот такое схемотехническое решение на биполярном транзисторе в режиме ключа:

В резистор R_БЭнет необходимости, потому как выходы МК «подтягивается» к нулю еще при программировании.

Плюсы и минусы транзисторного ключа

В настоящее время биполярные транзисторы уже морально устаревают. На смену им приходят мощные полевые транзисторы и твердотельные реле, так как они практически не потребляют ток. Также часто в режиме ключа используют диоды, тиристоры, терморезисторы и даже электронные лампы. Электронные ключи широко применяются в различных автоматических устройствах, в логических схемах и системах управления. Чем же хорош ключ на биполярном транзисторе? Я думаю, скорее всего своей дешевизной, широким распространением и долговечностью самих биполярных транзисторов.

Инвертор на транзисторе

В данном контексте под инвертированием подразумевается битовая операция НЕ. То есть если была 1, то станет 0, и наоборот, если был 0, то станет единица. Инвертор на транзисторе — прародитель цифровых микросхем. Именно в те далекие времена, благодаря транзистору, цифровая электроника стала развиваться быстрыми темпами.

Схема инвертора на ключе

Рассмотрим вот такую простенькую схемку:

Что мы здесь видим? Видим ключ, резистор и источник питания. Резистор R мы повесили для того, чтобы не было короткого замыкания в источнике питания, когда замыкается ключ S. На клемму +U мы подаем плюс питания, а на землю, соответственно, минус. В схеме возможны два варианта развития событий: ключ замкнут и ключ разомкнут. Давайте рассмотрим каждый из этих двух вариантов:

1) Ключ замкнут

В результате в цепи +U——-> R——-> S ——-> земля побежит электрический ток.

Будет ли в этом случае напряжение между клеммой «А» и землей?

Чешем свою репу и думаем… Так как ключ у нас замкнут, следовательно, в идеале его сопротивление 0 Ом. Вспоминаем закон Ома для участка цепи: I=U/R, отсюда U=IR. Получается, что падение напряжения на сопротивлении 0 Ом будет равно U=IR= I х 0 = 0 Вольт. Значит, напряжение между землей и клеммой «А» будет 0 Вольт. Получается, что напряжения на клемме «А» не будет.

2) Ключ разомкнут

Что в результате у нас будет на клемме «А»? Давайте также посчитаем по закону Ома. Мы знаем, что электрический ток бежит от плюса к минусу. Но так как у нас минус вообще не при делах, так как цепь разорвана ключом, следовательно, сила тока в цепи +U——->R——->клемма «А» будет равняться 0 Ампер. Значит, падение напряжения на резисторе R будет равняться U=IR=0 х R = 0 Вольт. Получается, что все полноценные +U Вольт доходят до клеммы «A». Поэтому, на клемме «А» будет напряжение +U.

Транзистор в ключевом режиме

А почему бы нам не заменить ключ S транзисторным ключом? Вводя транзистор в режим насыщения или отсечки, мы можем управлять сопротивлением между коллектором и эмиттером.

Следовательно, в режиме отсечки схема примет вот такой вид:

а в режиме насыщения вот такой:

Хотя, если честно, падение напряжения в этом случае на коллекторе-эмиттере будет составлять доли Вольт, что на самом деле не критично.

Как мы видим, ключ на транзисторе у нас имеет Вход и Выход:

Допустим, мы на Вход не подаем никакого сигнала. Что будет на Выходе? Не подавая никакого сигнала на базу транзистора через резистор R1, в данном случае на Вход, у нас транзистор НЕ откроется и ключ будет разомкнут (как вы помните, для открытия мы должны подать на базу более 0,6-0,7 Вольт), поэтому на Выходе (клемма «А» ) у нас будет +U Вольт

Но если правильно рассчитать резистор R1 и подать сигнал, значение напряжения которого будет больше, чем 0,6-0,7 Вольт, то у нас транзистор войдет в режим насыщения и ключ будет замкнут

В этом случае на Выходе (на клемме «А») у нас будет напряжение близкое к нулю.

Итак, что получаем? Подаем сигнал и имеем на выходе 0 Вольт, если НЕ подаем сигнал — имеем +U.

Такая схема в народе называется инвертором.

— Закрой окно.
— Я не расслышала, закрыть окно или открыть?
— Инвертируй!

Если за входной сигнал и +U взять напряжение, допустим, в 5 Вольт, и договориться, что значение напряжения близкое к 5 Вольтам принять за логическую единичку, а напряжение близкое к нулю принять за логический ноль, то можно вывести самую простую закономерность:

— подаем логическую единичку на вход, получаем логический ноль на выходе

— подаем логический ноль на вход, получаем логическую единичку на выходе

На осциллограмме все это будет выглядеть вот так:

Также в цифровой электронике есть такое понятие, как таблица истинности, которая показывает значение Выходов каких-либо логических элементов со всеми возможными комбинациями на Входе. Для нашего инвертора таблица истинности примет вот такой вид:

Как рассчитать инвертор на биполярном транзисторе

Давайте построим инвертор на транзисторе КТ815Б, рассчитаем его и испытаем. +U возьмем 5 Вольт. На Вход также будем подавать управляющий сигнал в 5 Вольт. Вся схема у нас будет вот такая:

Как мы уже сказали, резистор R2 будет ограничивать силу тока в цепи +5 Вольт ——-> R2——-> коллектор——-> эмиттер——-> земля, когда транзистор будет полностью открыт, то есть будет находиться в режиме насыщения. Также R2 будет задавать силу тока через нагрузку в режиме отсечки, которую мы цепанем на Выход схемы. В принципе, резистора Ом на 500 вполне хватит, чтобы в цепи +U——->R2——->коллектор——->эмиттер——->земля в режиме насыщения протекал ток силой в 10 миллиАмпер (I=U/R= 5 В / 500 Ом = 10 мА)

Дело за малым. Надо рассчитать резистор R1. Для этого щелкаем на статью работа транзистора в режиме ключа, и берем из этой статьи формулы для расчета резистора R1.

Для начала рассчитываем базовый ток по формуле:

где

I_Б — это базовый ток, в Амперах

k_нас— коэффициент насыщения. В основном берут в диапазоне от 2-5. Он уже зависит от того, насколько глубоко вы хотите вогнать ваш транзистор в насыщение. Чем больше коэффициент, тем больше режим насыщения.

I_K— коллекторный ток, в Амперах

β — коэффициент усиления тока транзистора, для расчетов берут минимальное значение в даташите или замеряют на практике

С помощью своего китайского транзистор-тестера я без труда замеряю β . Здесь он обозначается как hFE.

Теперь k_насберем 3, так как у нас будет типа переключающая схема. I_ку нас 10 миллиампер, это значение мы высчитывали выше. Считаем базовый ток:

I_б= (3 х 0,01) / 78 = 3,84 х 10^-4А

Так как управляющее напряжение у нас будет 5 Вольт, применяем закон Ома:

I_б= U/R1

R1 = U/I_б= 5 / 3,84 х 10^-4 =1,3 х 10⁴ Ом. Берем ближайший из ряда на 12 Килоом.

Следовательно, схема будет с такими параметрами:

Вот так она выглядит на макетной плате:

Давайте вместо нагрузки подцепим светодиод. Когда я НЕ подаю 5 Вольт на Вход, светодиод светится:

Когда беру 5 Вольт с другого блока питания и подаю на Вход схемы, то светодиод тухнет:

Как мы видим, схема работает.

Осциллограммы инвертора на транзисторе

Ну а теперь момент истины, смотрим осциллограммы. Желтый — входной сигнал амплитудой в 5 Вольт с китайского генератора частоты, а красный — выходной сигнал:

Подали прямоугольный сигнал в 5 Вольт и с частотой в 7 Килогерц, вышел прямоугольный сигнал в 5 Вольт 7 Килогерц. Выйти-то он вышел, но обратите внимание на то, что его фаза абсолютно противоположна фазе входного сигнала. Если взять 5 Вольт за логическую единичку, а 0 Вольт за логический ноль, то у нас получается, что загоняя единичку на вход, получаем ноль на выходе, и наоборот, загоняя ноль на вход, получаем единичку на выходе. Инвертор во всей своей красе 😉

Минусы инвертора на транзисторе

Все, конечно, замечательно, но и здесь есть свои подводные камни. Дело все в том, что транзистор не может сразу быстро выключаться. Проблема заключается в физическом строении самого биполярного транзистора. Для выключения ему требуется некоторое время. В медленно переключающих схемах это не имеет значения, а вот схемы, которые работают на высоких частотах, уже будут иметь искажения. Вот осциллограмма выходного красного сигнала на частоте в 50 Килогерц :

А вот на частоте в 100 Килогерц:

Как видите, сигнал очень сильно искажается. Как же с этим бороться? Можно спроектировать ключ так, чтобы он переключался чуть выше границы насыщения. В этом случае коэффициент насыщения должен быть равен хотя бы единице. Но в этом случае у нас будет падать бОльшее напряжение между коллектором и эмиттером, что приведет к нагреву транзистора и лишним энергозатратам.

Второй вариант, использовать полевые транзисторы. Их еще называют МОП-транзисторы. Характеристики у МОПов намного лучше и энергозатраты на переключение даже меньше, чем у биполярных транзисторов. Поэтому в основном сейчас везде применяются МОП-транзисторы в роли ключей. Ну и самый пик моды — это IGBT-транзисторы. Может быть мы когда-нибудь дойдем и до них…

Обратный коллекторный ток

Как мы помним, транзистор состоит из трех полупроводников. PN-переход, который у нас база-эмиттер называется эмиттерным переходом, а переход, который база-коллектор — коллекторным переходом.

Так как в данном случае у нас транзистор NPN, значит ток будет течь от коллектора к эмиттеру, при условии, что мы будем открывать базу, подавая на нее напряжение более чем 0,6 Вольт (ну чтобы транзистор открылся).

Давайте гипотетически возьмем тонкий-тонкий ножик и вырежем эмиттер прямо по PN-переходу. У нас получится как-то вот так:

Стоп! У нас что, получился диод? Да, он самый! Помните, в статье вольтамперная характеристика (ВАХ) мы рассматривали ВАХ диода:

В правой части ВАХ мы с вами видим как веточка графика очень резко взлетела вверх. В этом случае мы подавали на диод постоянное напряжение вот таким образом, то есть это было прямое включение диода.

Диод пропускал через себя электрический ток. Мы с вами даже проводили опыты с прямым и обратным включением диода. Кто не помнит, можно прочитать здесь.

Но если поменять полярность

то диод у нас не будет пропускать ток. Нас всегда так учили, и в этом есть доля правды, но… наш мир не идеален).

Помните принцип работы PN-перехода? Мы его представляли как воронку. Так вот, для этого рисуночка

наша воронка будет перевернута горлышком к потоку

Направление потока воды — это направление движения электрического тока. Воронка — это и есть диод. Но вот вода, которая попала через узкое горлышко воронки? Как же ее можно назвать? А называется она обратный ток PN перехода (I_обр).

А как вы думаете, если прибавить скорость течения воды, увеличится ли количество воды, которое пройдет через узкое горлышко воронки? Однозначно! Значит, если прибавлять напряжение U_обр, то и увеличится обратный ток I_обр, что мы с вами и видим в левой части на графике ВАХ диода:

Но до какого предела можно увеличивать скорость потока воды? Если она будет очень большой, наша воронка не выдержит, стенки треснут и она разлетится по кусочкам, так ведь? Поэтому на каждый диод можно найти такой параметр, как U_{обр. макс}, превышение которого для диода равнозначно летальному исходу.

Например, для диода Д226Б:

U_{обр.макс} = 500 Вольт, а максимальное обратное импульсное U_{обр. имп.макс} = 600 Вольт. Но имейте ввиду, что электронные схемы проектируют, как говорится «с 30% запасом». И если даже в схеме обратное напряжение на диоде будет 490 Вольт, то в схему поставят диод, который выдерживает более 600 Вольт. С критическими значениями лучше не играть). Импульсное обратное напряжение — это резкие всплески напряжения, которые могут достигать амплитудой до 600 вольт. Но здесь тоже лучше взять с небольшим запасом.

Обратный коллекторный ток транзистора

Так… а что я это все про диод да про диод… Мы же вроде как транзисторы изучаем. Но как ни крути, диод — кирпичик для построения транзистора. Значит, если приложить к коллекторному переходу обратное напряжение, то у нас через переход потечет обратный ток, как в диоде? Именно так. И называется такой параметр в транзисторе обратный коллекторный ток. У нас он обозначается как I_КБО, у буржуев — I_CBO. Расшифровывается как «ток между коллектором и базой, при открытом эмиттере». Грубо говоря, ножка эмиттера никуда не цепляется и висит в воздухе.

Чтобы замерять обратный ток коллектора, достаточно собрать вот такие простенькие схемки:

для NPN транзистора для PNP транзистора

У кремниевых транзисторов обратный ток коллектора меньше, чем 1 мкА, у германиевых: 1-30 мкА. Так как у меня мультиметр замеряет только от 10 мкА, а германиевых транзисторов под рукой нет, то провести этот опыт я не смогу, так как разрешение прибора не позволяет.

Мы так и не ответили на вопрос, почему обратный ток коллектора имеет такое важное значение и приводится в справочниках? Все дело в том, что при работе транзистор рассеивает какую-то мощность в пространство, значит нагревается. Обратный ток коллектора очень сильно зависит от температуры и на каждые 10 градусов по Цельсию увеличивает свое значение в два раза. Не, ну а что такого? Пусть возрастает, никому же вроде не мешает.

Влияние обратного коллекторного тока

Все дело в том, что в некоторых схемах включения часть этого тока проходит через эмиттерный переход. А как мы с вами помним, через эмиттерный переход течет базовый ток. Чем больше управляющий ток (ток базы) тем больше управляемый (ток коллектора).Следовательно, малейшее изменение базового тока ведет к большому изменению коллекторного тока и вся схема начинает работать неправильно.

Как борются с обратным коллекторным током

Значит, самый главный враг транзистора — это температура. Как же с ней борются разработчики радиоэлектронной аппаратуры (РЭА)?

— используют транзисторы, у которых обратный коллекторный ток имеет очень малое значение. Это, конечно же, кремниевые транзисторы. Небольшая подсказка — маркировка кремниевых транзисторов начинается с букв «КТ», что означает Кремниевый Транзистор.

— использование схем, которые минимизируют обратный ток коллектора.

Если хотите узнать какая маркировка резисторов у Вас, кликайте.

Обратный ток коллектора — важный параметр транзистора. Он приводится в даташите на каждый транзистор. В схемах, которые используются в экстремальных температурных условиях, обратный ток коллектора будет играть очень большую роль. Поэтому, если собираете схему, где не используется радиатор и вентилятор, то, конечно же, лучше взять транзисторы с минимальным обратным коллекторным током.

Основные характеристики транзистора

Проводимость транзистора

Проводимость NPN или PNP. С этим, думаю, уже все понятно

Коэффициент усиления по току

Коэффициент усиления по току в схеме с Общим Эмиттером (ОЭ) (Бета)

Обратный коллекторный ток

Обратный коллекторный ток I_КБО (I_CBO)

Обозначения и индексы

Откуда вообще берутся эти обозначения индексов? Снизу синим маркером я пометил эти индексы:

Оказывается, все до боли просто.

Первая буква индекса — первый вывод транзистора, вторая буква — второй вывод транзистора, ну а третья буква обозначает оставшийся вывод и его условие, при котором производится этот замер. Самая распространенная третья буква — это «О». Но скорее всего это даже и не буква, а цифра «ноль». Она говорит о том, что на третьем выводе напряжение равняется нулю. Это достигается тем, что оставшийся третий вывод никуда не подключен и висит в воздухе.

Например, I_КБО говорит нам о том, что это ток (сила тока), между коллектором и базой, при условии, что напряжение на эмиттере равняется нулю. То есть эмиттер отключен.

Есть также более интересные условия, но они встречаются редко. Например, буква «К» от слова «короткий» (в англ.варианте «Shot»). Такой параметр как U_КЭК говорит нам о том, что это напряжение между коллектором и эмиттером, при условии, что база и эмиттер замкнуты накоротко, или детским языком, база с эмиттером соединены проводочком. Здесь последняя буква говорит нам об оставшемся выводе и условии, которое происходит между этим выводом и буковкой-выводом которая рядом.

Также иногда встречается буква «R», которая обозначает, как ни странно, сопротивление. Например U_КЭRговорит о том, что это напряжение между коллектором и эмиттером при условии что база и эмиттер соединены сопротивлением. И рядышком в справочнике приводится номинал этого сопротивления.

Также часто встречается вместо третьей буквы индекса обозначение «нас» или на буржуйский манер «sat». «Нас» — кратко от «насыщение», то же самое и «»sat» — saturation в переводе на русский — насыщение. Например, U_{КЭ нас}(V_CEsat) — это напряжение насыщения коллектор-эмиттер.

И еще один нюанс… порядок индексов совпадает с положительным направлением тока. Что это значит? Например, U_КЭнапряжение между коллектором и эмиттером. Значит ток движется от коллектора к эмиттеру. Но если мы поменяем индексы вот так U_ЭКу нас это будет уже обозначать, что электрический ток движется от эмиттера к коллектору. Справедливы также следующие выражения:

U_КЭ= — U_ЭКи так далее.

Максимальное допустимое обратное напряжение между коллектором и базой

Максимальное допустимое обратное напряжение между коллектором и базой U_{КБ макс}(V_CBO) — это максимальное обратное напряжение, которое может выдержать коллекторный P-N переход при открытом эмиттере (эмиттер ни с чем не связан и его ножка болтается в воздухе, короче говоря, на эмиттере ноль)

Для NPN транзистора это будет выглядеть так:

Для NPN транзистора этот параметр показан с плюсом. Оно и понятно, индексы идут как «КБ», что означает коллектор «плюсовый» а база «минусовая».

Вот, например, этот параметр для транзистора BC337 структуры NPN:

Как вы видите, параметр V_CBO показан с плюсом.

Чтобы не мудрить с индексами, для PNP транзистора ставят просто тупо минус перед циферками в даташите, которое говорит нам о том, что напряжение подаем в обратной полярности. В некоторых даташитах знак «минус» не указан, но все равно имейте ввиду, что это обратное напряжение на P-N переходе.

Например как в этом даташите на транзистор S8550 PNP структуры. Видите перед цифрой «30» знак минус? Если бы мы поменяли индексы, то получили бы, что V_BCO=30 Вольт. Знак «минус» тогда бы исчез, но в то же время у нас индексы поменялись (я их даже выделил жирным шрифтом).

То есть тут мы видим, что это напряжение тоже обратное.

Максимальное допустимое значение напряжения между эмиттером и базой

Максимальное допустимое напряжение между эмиттером и базой U_{ЭБ макс}(V_ЕВО) — это напряжение, которое может выдержать эмиттерный P-N переход, если приложить напряжение в обратном направлении, при условии, что коллектор у нас никуда не цепляется. Похожий параметр, но только уже для эмиттерного перехода.

Для NPN транзистора это выглядит вот так и напряжение в даташите указывается с плюсом:

А для PNP как-то так:

Для PNP этот параметр также идет с минусом, чтобы не переставлять индексы:

Максимальное допустимое напряжение между коллектором и эмиттером

Максимальное допустимое напряжение между коллектором и эмиттером U_{КЭ макс} (U_КЭО). Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером по направлению стрелочки эмиттера , при условии что база никуда не цепляется. Для PNP транзистора этот параметр также идет с минусом.

Максимальная рассеиваемая мощность

Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе P_{K макс} (P_{C max}). Это максимальная мощность, которую транзистор может рассеять на себе в окружающее пространство.

Например, для транзистора S8550 это значение равняется 1 Ватту.

Чтобы его не превысить, нужно рассчитать какую мощность будет рассеивать ваш транзистор по формуле:

P=U_Kx I_K

где

P — это мощность, которая рассеивается на транзисторе

U_K— напряжение на коллекторе относительно минуса

I_K— ток коллектора

Рассеивание мощности транзистором означает, что на нем будет выделяться тепло, которое рассеивается в окружающее пространство. Поэтому, чтобы отвести это тепло от транзистора, применяют радиаторы:

Особенно это касается мощных транзисторов, через которые текут большие токи и напряжения. Как я уже говорил, для кремниевых транзисторов критическая температура нагрева это 150 градусов по Цельсию, для германиевых 70. Так что следите за температурой, если не хотите получить в результате уголек с дымом. Иными словами если Р превысит P_{К макс}, то вашему транзистору придет жопа.

Максимальный допустимый коллекторный ток

Максимально допустимый коллекторный ток I_{K макс} (I_{c max}). Превышение этого номинала приводит к пробою переходов, выгоранию тонких токоведущих проводов, которые соединяют ножку транзистора с кристаллом полупроводника. Ну и чем больше ток, тем разумеется и больше мощность, выделяемая транзистором, значит будет больше нагрев.

Граничная частота передачи тока

Граничная частота передачи тока f_гр . Это частота, на которой коэффициент β (коэффициент усиления по току) становится равным единице. Так что отсюда вывод, что не каждый транзистор будет усиливать высокочастотные колебания. Поэтому в радиоприемной и радиопередающей аппаратуре используются транзисторы с высокой граничной частотой.

Различных других параметров транзистора туева куча. Здесь же я привел те параметры, на которые следует обращать внимание при проектировании своих электронных безделушек. Некоторые параметры в одной книге обозначают так, в другой эдак, в третьей совсем по-другому. Не могу сказать, что мои названия и обозначение параметров образцовые, но все-таки старался обозначить как в большинстве учебной литературы, чтобы было понятно каждому начинающему электронщику.

Как определить выводы неизвестного биполярного транзистора

Что будет, если перепутать коллектор и эмиттер

Для опыта мы возьмем простой и всеми нами любимый транзистор КТ815Б:

Соберем знакомую вам схемку:

На Bat1 выставляю напряжение в 2,5 вольта. Если подавать более 2,5 Вольт, то лампочка уже ярче гореть не будет. Скажем так, это граница, после которой дальнейшее повышение напряжение на базе не играет никакой роли на силу тока в нагрузке

На Bat2 я выставил 6 Вольт, хотя лампочка у меня на 12 Вольт. При 12 Вольтах транзистор у меня ощутимо грелся, и я не хотел его спалить. Здесь мы видим, какую силу тока потребляет наша лампочка и даже можем рассчитать мощность, которую она потребляет, перемножив эти два значения.

Ну и как вы видели, лампочка горит и схема нормально работает:

Но что случится, если мы перепутаем коллектор и эмиттер? По логике, у нас ток должен течь от эмиттера к коллектору, потому как базу мы не трогали, а коллектор и эмиттер состоят из N полупроводника.

Но на практике лампочка гореть не хочет.

Потребление на блоке питания Bat2 каких-то 10 миллиампер. Значит, ток через лампочку все-таки течет, но очень слабый.

Почему при правильном подключении транзистора ток течет нормально, а при неправильном нет? Дело все в том, транзистор делают не симметричным.

В транзисторах площадь соприкосновения коллектора с базой намного больше, чем эмиттера и базы. Поэтому, когда электроны устремляются из эмиттера к коллектору, то почти все они «ловятся» коллектором, а когда мы путаем выводы, то не все электроны из коллектора «ловятся» эмиттером.

Кстати, чудом не пробило PN переход эмиттер-база, так как напряжение подавали в обратной полярности. Параметр в даташите U_{ЭБ макс} . Для этого транзистора критическое напряжение считается 5 Вольт, у нас же оно было даже чуть выше:

Итак, мы с вами узнали, что коллектор и эмиттер неравнозначны. Если в схеме мы перепутаем эти выводы, то может произойти пробой эмиттерного перехода и транзистор выйдет из строя. Так что, не путайте выводы биполярного транзистора ни в коем случае!

Как определить выводы транзистора

Способ №1

Думаю, самый простой. Скачать на этот транзистор даташит. В каждом нормальном даташите есть рисуночек с подробными надписями, где какой вывод. Для этого вводим в гугл или яндекс крупненькие циферки и буковки, которые написаны на транзисторе, и рядышком добавляем слово «даташит». Пока еще не было такого, чтобы я не отыскивал даташит на какой-то радиоэлемент.

Способ №2

Думаю, с поиском вывода базы проблем возникнуть не должно, если учесть, что транзистор состоит из двух диодов, включенных последовательно или катодами, или анодами:

Здесь все просто, ставим мультиметр на значок прозвонки «•)))» и начинаем пробовать все вариации, пока не найдем эти два диода. Вывод, где эти диоды соединяются либо анодами, либо катодами — это и есть база. Чтобы найти коллектор и эмиттер, сравниваем падение напряжение на этих двух диодах. Между коллектором и базойом оно должно быть меньше, чем между эмиттером и базой. Давайте проверим, так ли это?

Для начала рассмотрим транзистор КТ315Б:

Э — эмиттер

К — коллектор

Б — база

Ставим мультиметр на прозвонку и базу находим без проблем. Теперь замеряем падение напряжения на обоих переходах. Падение напряжения на базе-эмиттере 794 милливольт

Падение напряжения на коллекторе-базе 785 милливольт. Мы убедились, что падение напряжения между коллектором и базой меньше, чем между эмиттером и базой. Следовательно, средний синий вывод — это коллектор, а красный слева — эмиттер.

Проверим еще транзистор КТ805АМ. Вот его цоколевка (расположение выводов):

Это у нас транзистор структуры NPN. Предположим, базу нашли (красный вывод). Узнаем, где у него коллектор, а где эмиттер.

Делаем первый замер.

Делаем второй замер:

Следовательно, средний синий вывод — это коллектор, а желтый слева — эмиттер.

Проверим еще один транзистор — КТ814Б. Он у нас PNP структуры. База у него — синий вывод. Замеряем напряжение между синим и красным выводом:

а потом между синим и желтым:

Во фак! И там и там 720 милливольт.

Этот способ этому транзистору не помог. Ну не переживайте, для этого есть третий способ…

Способ №3

Почти в каждом современном мультиметре есть 6 маленьких отверстий, и рядом какие-то буковки, что-то типа NPN, PNP, E, C, B. Вот эти шесть крохотных отверстий как раз и предназначены для того, чтобы замерять коэффициент бета. Я же эти отверстия буду называть дырками. На отверстия они не очень похожи))).

Ставим крутилку мультиметра на значок «h_FE«.

Определяем какой он проводимости, то есть NPN или PNP, в такую секцию его и толкаем. Проводимость определяем расположением диодов в транзисторе, если не подзабыли. Берем наш транзистор, которые в обе стороны показал одинаковое падение напряжения на обоих P-N переходах, и суем базу в ту дырочку, где буковка «В».

Далее суем оставшихся два вывода в дырочки С и Е в этом ряду и смотрим на показания мультика:

Базу не трогаем, а тупо меняем местами два вывода. Опа-на, мультик показал намного больше, чем в первый раз. Следовательно, в дырочке Е находится в настоящее время эмиттер, а в дырочке С — коллектор. Все элементарно и просто ;-).

Способ №4

Думаю, является самым легким и точным способом проверки распиновки транзистора. Для этого достаточно приобрести Универсальный R/L/C/Transis tor-metr и сунуть выводы транзистора в клеммы прибора:

Он сразу вам покажет, жив ли ваш транзистор. И если он жив, то выдаст его распиновку.

Как работает PNP транзистор

Принцип работы PNP транзистора

Рассмотрим вот такой рисунок:

Здесь мы видим трубу, по которой течет вода снизу вверх под высоким давлением. В данный момент труба закрыта красной заслонкой и поэтому потока воды нет.

Но как только мы оттягиваем заслонку, чуток потянув зеленый рычажок, то красная заслонка оттягивается и бурный поток воды бежит по трубе снизу вверх.

Но вот мы снова отпускаем зеленый рычажок, и синяя пружина возвращает заслонку в исходное положение и преграждает путь воде

То есть мы чуток притянули заслонку к себе, и вода побежала через трубу бешеным потоком. Почти точно также ведет себя PNP транзистор. Если представить эту трубу как транзистор, то его выводы будут выглядеть вот так:

Значит, для того, чтобы ток бежал от эмиттера к коллектору (а вы ведь помните, что ток должен бежать туда, куда показывает стрелка эмиттера)

мы должны сделать так, чтобы из базы вытекал ток, или выражаясь дилетантским языком, подавать на базу минус питания («оттягивать» напряжение на себя).

Работа PNP транзистора на реальном примере

Ну что, давайте проведем долгожданный опыт. Для этого возьмем транзистор КТ814Б, который является комплиментарной парой транзистору КТ815Б.

Кто плохо читал прошлые статьи, хочу напомнить, что комплиментарная пара для кого-либо транзистора — это транзистор точно с такими же характеристиками и параметрами, НО у него просто-напросто другая проводимость. Это значит, что транзистор КТ815 у нас обратной проводимости, то есть NPN, а КТ814 прямой проводимости, то есть PNP. Справедливо также и обратное: для транзистора КТ814 комплиментарной парой является транзистор КТ815. Короче говоря, зеркальные братья-близнецы.

Транзистор КТ814Б является транзистором PNP проводимости:

Вот его цоколевка:

Для того, чтобы показать принцип его работы, мы его соберем по схеме с Общим Эмиттером (ОЭ):

На деле вся схема выглядит как-то так:

Синие проводки-крокодилы идут от блока питания Bat1, а другие два провода с крокодилами, черный и красный, от блока питания Bat2.

Итак, для того, чтобы схема заработала, выставляем на Bat2 напряжение для питания лампочки накаливания. Так как лампочка у нас на 6 Вольт, то и выставляем 6 Вольт.

На блоке питания Bat1 аккуратно добавляем напряжение от нуля и пока не загорится лампочка накаливания. И вот при напряжении в 0,6 Вольт

у нас загорелась лампочка

То есть транзистор «открылся» и через цепь эмиттер-коллектор побежал электрический ток, который заставил гореть нашу лампочку. Напряжение открытия — это падение напряжение на PN-переходе база-эмиттер. Как вы помните, для кремниевых транзисторов ( а транзистор КТ814Б у нас кремниевый, об этом говорит буква «К» в начале его названия) это значение находится в диапазоне 0,5-0,7 Вольт. То есть чтобы «открыть» транзистор, достаточно подать на базу-эмиттер напряжение более, чем 0,5-0,7 Вольт.

Схемы включения NPN и PNP транзисторов

Итак, посмотрите на две схемы и найдите разницу. Слева NPN транзистор КТ815Б в схеме с ОЭ, а справа КТ814Б по такой же схеме включения:

Ну и в чем заключается различие? Да в полярности питания! И вот теперь можно с уверенностью сказать, что транзистор проводимости PNP открывается «минусом», так как на базу мы подаем «минус», а транзистор проводимости NPN открывается «плюсом».

Приобрести биполярные транзисторы можно тут.

Основные области применения, конструкция и типы

Типы транзисторов. Применение и конструкция транзисторов

Магазинные транзисторы

Транзисторы представляют собой полупроводниковые устройства с тремя выводами, используемые для регулирования тока или для усиления входного сигнала в больший выходной сигнал. Транзисторы также используются для переключения электронных сигналов. Циркуляция электрического тока через все типы транзисторов регулируется добавлением электронов. Этот процесс создает колебания напряжения, которые вызывают пропорционально большие колебания выходного тока, создавая усиление.

Хотя это варьируется, большинство типов транзисторов довольно маленькие и универсальные. Почти каждое электронное устройство содержит по крайней мере один или несколько типов транзисторов. Для многих транзисторы считаются одним из ключевых изобретений современной электрической эры из-за стандарта транзисторов и их частого места среди электронных систем и современных схем.

Большинство типов транзисторов упакованы индивидуально, но также могут быть включены в интегральную схему. В этих интегральных схемах количество транзисторов может сильно различаться в зависимости от приложения.

Типы транзисторов

Типы транзисторов: На фотографии выше изображен IGBT-транзистор от Powerex.

На современном рынке доступны различные типы транзисторов, включая биполярные транзисторы, транзисторы Дарлингтона, IGBT и MOSFET.

Биполярный транзистор – Биполярный переходной транзистор (BJT) представляет собой трехконтактное электронное устройство, изготовленное из легированного полупроводникового материала и может использоваться в усилителях или переключателях. Биполярные транзисторы названы так потому, что в их работе участвуют как электроны, так и дырки. Биполярный транзистор будет иметь выводы, которые помечены: эмиттер, коллектор, база. Небольшой ток на клемме базы (проходящий от базы к эмиттеру) может изменить или переключить гораздо больший ток между клеммами коллектора и эмиттера.
Транзистор Дарлингтона – Транзистор Дарлингтона на самом деле представляет собой два биполярных транзистора, соединенных таким образом, что ток, усиленный первым транзистором, еще больше усиливается вторым. Эта модель обеспечивает более высокий коэффициент усиления по току с общим эмиттером, чем если бы оба типа транзисторов были разделены, и может даже занимать меньше места, поскольку оба транзистора могут иметь общий коллектор.
Транзистор IGBT — биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) представляет собой силовой полупроводниковый прибор с тремя выводами, обычно используемый в качестве электронного переключателя. IGBT — это типы транзисторов, которые способны переключать электроэнергию во многих современных устройствах, таких как электромобили, поезда, холодильники с регулируемой скоростью, кондиционеры и даже стереосистемы с переключающими усилителями.
MOSFET Transistor — Металлооксидно-полупроводниковый полевой транзистор (MOFET) используется в интегральных схемах для управления проводимостью канала. МОП-транзисторы сильно зависят от отрицательных и положительных зарядов. У них много целей, в том числе ограничение уровня мощности устройства, хранение данных и использование в качестве переключателя для самых разных электронных устройств.

Конструкция транзистора

Многие типы транзисторов изготовлены из цельного куска полупроводникового материала, по крайней мере, с тремя выводами для подключения к внешней цепи.

Основным элементом силового транзисторного модуля является кремниевый чип. Из-за высокого коэффициента усиления конфигураций Дарлингтона большинство биполярных транзисторов и транзисторных модулей содержат микросхемы транзисторов Дарлингтона. Некоторые из этих чипов представляют собой плоские структуры, как показано на рис. 1.1 . Поверхность плоского чипа легко обрабатывается, что упрощает массовое производство. Различные производители используют современные схемы излучателей с тонкими линиями, что обеспечивает превосходное усиление и безопасную рабочую зону. Высокие напряжения блокировки достигаются за счет использования процесса тройной диффузии и защитных колец.

На рис. 1.2 показана внутренняя конструкция транзисторного модуля. Микросхема транзистора припаяна к молибденовой основе. Основа из молибдена снижает тепловую нагрузку на чип из-за почти эквивалентных коэффициентов теплового расширения кремния и молибдена. Эта сборка затем припаяна к медному коллекторному электроду вместе с диодной микросхемой свободного хода. Медный электрод, в свою очередь, припаян к керамической подложке. керамическая подложка может выдерживать напряжение от 2000 до 2500 вольт без существенного повышения термостойкости устройства. Чипы соединены алюминиевой проволокой, а затем покрыты силиконовым гелем для защиты поверхности чипов. Наконец, корпус заливается эпоксидной смолой для повышения механической прочности и устойчивости к воздействию окружающей среды.

Применение транзисторов

На этой диаграмме представлен простой схематический символ биполярного транзистора

. Более конкретно, этот символ

представляет биполярный транзистор NPN.

Правильное применение силовых полупроводников требует понимания их максимальных номинальных и электрических характеристик, информации, которая представлена в паспорте устройства. В надлежащей практике проектирования используются ограничения, указанные в технических характеристиках, а не информация, полученная из небольших партий образцов.

Рейтинг — это максимальное или минимальное значение, которое устанавливает предел возможностей устройства. Эксплуатация с превышением номинальных значений может привести к необратимой деградации или отказу устройства. Максимальные оценки представляют экстремальные возможности устройства. Их нельзя использовать в качестве условий проектирования.

Характеристика — это мера производительности устройства в определенных условиях эксплуатации, выраженная минимальными, типичными и/или максимальными значениями или показанная графически.

(назад к транзисторам)

Что такое транзистор, его функции и характеристики[Видео]

Теплые подсказки: В этой статье около 3200 слов, а время чтения около 15 минут.

Каталог

Введение
Каталог				Что такое транзистор?
II Разработка транзисторов 2. 1 Вакуумный триод 2.2 Point Contact Transistors 2.3 Bipolar and Unipolar Transistors 2.4 Silicon transistor 2.5 Integrated circuits 2.6 Field effect transistor (FET) and MOS transistor 2.7 Microprocessor (CPU)
III Classification Транзистор 3.1 Как классифицировать транзистор 3.2 Типы транзисторов и их характеристики
IV Основные параметры транзисторов 4.1 Коэффициент амплификации тока тока DC 4.2 Коэффициент амплификации тока переменного тока 4.3 Мощность диссипации 4.4 Характеристическая частота (FT) 4.5 Максимальная частота (FM) 4.6 Максимум ток коллектора (ICM) 4.7 Максимум обратный объем.
Часто задаваемые вопросы о транзисторе, его функциях и характеристиках
Книга с предложением

Введение

В этой статье в основном будет рассказано, что такое транзистор , а также его подробные характеристики и функции. Транзистор — это своего рода твердотельное полупроводниковое устройство, которое выполняет множество функций, таких как обнаружение, выпрямление, усиление, переключение, стабилизация напряжения, модуляция сигнала и так далее. В качестве переключателя переменного тока транзистор может управлять выходным током в зависимости от входного напряжения.

В отличие от обычных механических переключателей (таких как реле и переключатели), транзисторы используют телекоммуникационные сигналы для управления их включением и выключением, а скорость переключения может быть очень высокой, которая в лаборатории может достигать более 100 ГГц. В 2016 году команда Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли преодолела физический предел и сократила самый сложный транзисторный техпроцесс с 14 нм до 1 нм, совершив прорыв в вычислительных технологиях.

Что такое транзистор? Определение, функция и использование

Артикул Core	Введение в транзисторы	Назначение	Познакомить с транзистором, его функциями и характеристиками
Английское имя	Транзистор	Категория	Дискретные полупроводники Продукция
Функция	Используется в качестве детектора, выпрямителя, усилителя, переключателя, стабилизатора напряжения, модуляции сигнала	Функция	Высокий отклик и высокая точность

I Что такое транзистор?

Транзисторы представляют собой полупроводниковые устройства, которые обычно используются в усилителях или переключателях с электрическим управлением. Транзисторы являются основным строительным блоком, который регулирует работу компьютеров, мобильных телефонов и всех других современных электронных схем.

Благодаря своему быстрому отклику и высокой точности транзисторы могут использоваться для самых разных цифровых и аналоговых функций, включая усилители, переключатели, стабилизаторы напряжения, модуляцию сигналов и генераторы. Транзисторы могут быть упакованы независимо или на очень небольшой площади, вмещающей часть 100 миллионов или более транзисторных интегральных схем.

(Транзисторная технология Intel 3D)

Строго говоря, под транзисторами понимаются все отдельные элементы на основе полупроводниковых материалов, включая диоды, транзисторы, полевые транзисторы, тиристоры и т.д., изготовленные из различных полупроводниковых материалов. Транзисторы чаще всего относятся к кристаллическим триодам.

Транзисторы делятся на две основные категории: биполярные транзисторы (BJT ) и полевые транзисторы (FET) .

Структура транзистора

Транзистор имеет три полюса: три полюса биполярного транзистора состоят из N-типа и P-типа соответственно: Эмиттер, База и Коллектор ; три полюса полевого транзистора : Исток, Затвор, Сток .

В связи с тем, что транзистор имеет три полярности, существует также три способа их использования: заземленный эмиттер (также называемый конфигурацией усилителя с общей эмиссией/CE), заземленная база (также называемая конфигурацией усилителя с общей базой/CB) и заземленный коллектор (также называется усилителем общего набора / конфигурацией CC / ответвителем излучателя).

II Разработка транзисторов

В декабре 1947 года группа Belle Labs, Shockley, Barding and Bratton разработала германиевый транзистор с точечным контактом, появление которого стало главным изобретением 20-го века и предшественником революции в микроэлектронике. С появлением транзисторов люди получили возможность использовать небольшое маломощное электронное устройство вместо лампы большого объема и большой потребляемой мощности. Изобретение транзистора послужило сигналом к рождению интегральной схемы.

В начале 1910-х годов в системах связи начали использовать полупроводники. В начале 1910-х годов в системах связи начали использовать полупроводники. В первой половине 20 века широкое распространение среди радиолюбителей получили рудные радиоприемники. Они используются для обнаружения с помощью таких полупроводников. Электрические свойства полупроводников также применяются в телефонных системах.

2.1 Вакуумный триод

19 февраля39, есть великое открытие лаборатории Белла —- переход кремния PN. В 1942 году студент по имени Сеймур Бензер из исследовательской группы Университета Пердью под руководством Ларка Горовица обнаружил, что монокристаллы германия обладают превосходными выпрямляющими свойствами, которых нет у других полупроводников. Эти два открытия соответствовали требованиям правительства Соединенных Штатов и подготовили почву для последующего изобретения транзисторов.

В 1945 году точечный транзистор, изобретенный Шокли и другими учеными, стал предтечей микроэлектронной революции человечества. По этой причине Шокли подал заявку на патент на первый транзистор для Белла. Наконец, он получил разрешение на первый патент на транзистор.

В 1952 году Шокли предложил концепцию униполярного переходного транзистора на основе биполярного транзистора 1952 года, который сегодня называется переходным транзистором. Его структура аналогична структуре биполярного транзистора PNP или NPN , но на границе раздела материала PN имеется обедненный слой, образующий контакт выпрямителя между затвором и токопроводящим каналом исток-сток. При этом полупроводник на обоих концах используется как затвор. Ток между истоком и стоком регулируется затвором.

Подробный обзор того, как работает биполярный транзистор NPN и что он делает

Компания Fairy Semiconductor, производящая транзисторы, выросла из компании, состоящей из нескольких человек, в крупную компанию с 12 000 сотрудников.

После изобретения кремниевых транзисторов в 1954 году большие перспективы применения транзисторов становились все более и более очевидными. Следующая цель ученых — дальнейшее эффективное соединение транзисторов, проводов и других устройств.

В 1962 году Стэнли, Хейман и Хофштейн, работавшие в Исследовательской группе по интеграции устройств RCA, обнаружили, что транзисторы, МОП-транзисторы, могут быть созданы путем диффузии и термического окисления проводящих полос, каналов с высоким сопротивлением и оксидных изоляторов на кремниевых подложках.

В начале своего основания компания Intel по-прежнему занималась планками памяти. Хофф интегрировал все функции центрального процессора в один чип, а также память. И это первый в мире микропроцессор —- 4004 (1971). Рождение 4004 знаменует собой начало эры. С тех пор Intel стала неуправляемой и доминирующей в области исследований микропроцессоров.

В 1989 году Intel представила процессоры 80486. В 1993 году Intel разработала новое поколение процессоров. А в 1995 году Intel выпустила Pentium_Pro. Процессор Pentium II выпущен в 1997 году. В 1999 году выпущен процессор Pentium III, а процессор Pentium 4 выпущен в 2000 году.

III Классификация транзисторов
> Материал, используемый в транзисторе
В соответствии с полупроводниковыми материалами, используемыми в транзисторе, его можно разделить на кремниевый транзистор и германиевый транзистор. По полярности транзистора его можно разделить на германиевый NPN-транзистор , германиевый PNP-транзистор , кремниевый NPN-транзистор и кремниевый PNP-транзистор.

> Технология
В зависимости от структуры и технологии изготовления транзисторы можно разделить на диффузионные транзисторы, сплавные транзисторы и планарные транзисторы.

> Нагрузочная способность по току
По нагрузочной способности транзисторы можно разделить на транзисторы малой мощности, транзисторы средней мощности и транзисторы большой мощности.

> Рабочая частота
По рабочей частоте транзисторы можно разделить на низкочастотные, высокочастотные и ультравысокочастотные.

> Структура упаковки
В зависимости от структуры упаковки транзисторы можно разделить на транзисторы в металлической упаковке, транзисторы в пластиковой упаковке, транзисторы в стеклянной оболочке, транзисторы в поверхностной упаковке и транзисторы в керамической упаковке и т. д.

> Функции и применение
В соответствии с функциями и применением транзисторы можно разделить на малошумящие транзисторы усилителя, транзисторы усилителя средней и высокой частоты, переключающие транзисторы, транзисторы Дарлингтона, транзисторы с высоким обратным напряжением, полосно-заграждающие транзисторы, демпфирующие транзисторы, микроволновые транзисторы, оптические транзисторы и магнитные транзисторы и многие другие типы.
> Giant Transistor (GTR)
GTR — высоковольтный, сильноточный биполярный переходной транзистор (BJT), поэтому его иногда называют силовым BJT.
Особенности: Высокое напряжение, большой ток, хорошие характеристики переключения, высокая мощность привода, но сложная схема управления; Принцип работы ГТР и обычных биполярных транзисторов одинаков.

> Фототранзистор
Фототранзисторы представляют собой оптоэлектронные устройства, состоящие из биполярных транзисторов или полевых транзисторов. Свет поглощается в активной области таких устройств, создавая фотогенерируемые носители, которые проходят через внутренний механизм электрического усиления и генерируют усиление фототока. Фототранзисторы работают на трех концах, поэтому их легко реализовать электронным управлением или электрической синхронизацией.

Материалы, используемые в фототранзисторах, обычно представляют собой GaAs, которые в основном делятся на биполярные фототранзисторы, полевые фототранзисторы и связанные с ними устройства. Биполярные фототранзисторы обычно имеют высокий коэффициент усиления, но не слишком быстрый. Для GaAs-GaAlAs коэффициент увеличения может быть больше 1000, время отклика больше наносекунды, что часто используется в качестве фотодетектора и оптического усиления.

Полевые фототранзисторы (ПТ) реагируют быстро (около 50 пикосекунд), но недостатком является малая светочувствительная площадь и коэффициент усиления, что часто используется в качестве сверхбыстродействующего фотоприемника. Связано множество других планарных оптоэлектронных устройств, особенностью которых является высокое быстродействие (время отклика составляет десятки пикосекунд) и возможность интеграции. Ожидается, что такие устройства будут применяться в оптоэлектронной интеграции.

> Биполярный транзистор
Биполярный транзистор — это тип транзистора, который обычно используется в аудиосхемах. Биполярный возникает из-за протекания тока в двух типах полупроводниковых материалов. Биполярные транзисторы можно разделить на тип NPN или тип PNP в зависимости от полярности рабочего напряжения.

> Биполярный транзистор (BJT)
«Биполярный» означает, что и электроны, и дырки находятся в движении одновременно с работой. Биполярный переходной транзистор, также известный как полупроводниковый триод, представляет собой устройство, которое объединяет два PN-перехода посредством определенного процесса. Есть две комбинированные структуры PNP и NPN. Внешнее выявление трех полюсов: коллектор, эмиттер и база. BJT имеет функцию усиления, которая в зависимости от его эмиттерного тока может передаваться через область базы в область коллектора.

Для обеспечения данного транспортного процесса, с одной стороны, должны быть выполнены внутренние условия. Это означает, что концентрация примеси в области излучения должна быть намного больше, чем концентрация примеси в области основания, а толщина области основания должна быть очень малой. С другой стороны, внешние условия должны быть удовлетворены. Это означает, что эмиссионный переход должен иметь положительное смещение (плюс положительное напряжение), а коллекторный переход должен иметь обратное смещение. Есть много видов BJT, в зависимости от частоты, есть высокочастотные и низкочастотные лампы; по мощности различают лампы малой, средней и большой мощности; по полупроводниковому материалу — кремниевые и германиевые лампы и т. д. Схема усилителя состоит из общего эмиттера, общей базы и общего коллектора.
BJT
> Полевой транзистор (FET)
Термин «эффект поля» означает, что принцип работы транзистора основан на эффекте электрического поля полупроводника.

Полевые транзисторы — это транзисторы, работающие по принципу полевых эффектов. Существует два основных типа полевых транзисторов: переходной полевой транзистор (JFET) и полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOS-FET). В отличие от BJT, полевой транзистор состоит только из одной несущей, поэтому его также называют униполярным транзистором. Он относится к полупроводниковым устройствам, управляемым напряжением, которые обладают такими преимуществами, как высокое входное сопротивление, низкий уровень шума, низкое энергопотребление, широкий динамический диапазон, простота интеграции, отсутствие вторичного пробоя, широкая безопасная рабочая зона и так далее.

Эффект поля заключается в изменении направления или величины электрического поля, перпендикулярного поверхности полупроводника, для контроля плотности или типа большинства носителей в полупроводниковом проводящем слое (канале). Ток в канале модулируется напряжением, и рабочий ток переносится большинством носителей в полупроводнике. По сравнению с биполярными транзисторами полевые транзисторы характеризуются высоким входным сопротивлением, низким уровнем шума, высокой предельной частотой, низким энергопотреблением, простым производственным процессом и хорошими температурными характеристиками, которые широко используются в различных усилителях, цифровых схемах и микроволновых схемах и т. д. Металлические МОП-транзисторы на основе кремния и полевой транзистор с барьером Шоттки (MESFET) на основе GaAs являются двумя наиболее важными полевыми транзисторами. Они являются основными устройствами крупномасштабной интегральной схемы MOS и сверхвысокоскоростной интегральной схемы MES соответственно.
FET
> Одноэлектронный транзистор
Одноэлектронный транзистор — это транзистор, который может записывать сигнал с одним или небольшим числом электронов. С развитием технологии травления полупроводников интеграция крупных интегральных схем становится все выше и выше. Возьмем в качестве примера динамическую память с произвольным доступом (DRAM), ее интеграция растет почти в четыре раза каждые два года, и ожидается, что конечной целью станет одноэлектронный транзистор.

В настоящее время средняя память содержит 200 000 электронов, в то время как одноэлектронный транзистор содержит только один или несколько электронов, поэтому это значительно снизит энергопотребление и улучшит интеграцию интегральных схем. В 1989 году Дж.Х. Ф.Скотт-Томас и другие исследователи открыли явление кулоновской блокировки. Когда к квантовой точке приложено напряжение, ток не будет проходить через квантовую точку, если изменение количества электрического заряда в квантовой точке меньше одного электрона.

Таким образом, зависимость тока от напряжения является не нормальной линейной, а ступенчатой зависимостью. В этом эксперименте впервые в истории движение электрона контролируется вручную, что обеспечивает экспериментальную основу для изготовления одноэлектронного транзистора.

> Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)
Биполярный транзистор с изолированным затвором сочетает в себе преимущества Giant Transistor-GTR и Power MOSFET. Обладает хорошими свойствами и широким спектром применения. IGBT также является трехвыводным устройством: затвор, коллектор и эмиттер.
IV Основные параметры транзисторов
К основным параметрам транзистора относятся коэффициент усиления тока, мощность рассеяния, характеристическая частота, максимальный ток коллектора, максимальное обратное напряжение, обратный ток и т.д.
Коэффициент усиления постоянного тока, также называемый коэффициентом усиления статического тока или коэффициентом усиления постоянного тока, относится к отношению IC тока коллектора транзистора к току базы IB, которое обычно выражается через hFE или β, когда вход статического сигнала не изменяется .
Коэффициент усиления переменного тока, также называемый коэффициентом усиления переменного тока и коэффициентом динамического усиления тока, относится к отношению IC к IB в состоянии переменного тока, которое обычно выражается через hFE или β. hFE и β тесно связаны, но также и различны. Эти два параметра близки на низких частотах и имеют некоторые различия на высоких частотах.
Мощность рассеяния, также известная как максимально допустимая мощность рассеяния коллектора —- PCM, относится к максимальной мощности рассеяния коллектора, когда параметр транзистора не превышает заданного допустимого значения.

Мощность рассеяния тесно связана с максимально допустимым током перехода и коллектора транзистора. Фактическая потребляемая мощность транзистора не должна превышать значение PCM при его использовании, в противном случае транзистор будет поврежден из-за перегрузки.

Транзистор, у которого мощность рассеяния PCM меньше 1 Вт, обычно называют маломощным транзистором, который равен или превышает 1 Вт. Транзистор мощностью менее 5 Вт называется транзистором средней мощности, а транзистор, у которого PCM равен или превышает 5 Вт, называется транзистором большой мощности.
Когда рабочая частота транзистора превышает частоту среза fβ или fα, коэффициент усиления тока β будет уменьшаться с увеличением частоты. Характеристическая частота — это частота транзистора, при которой значение β уменьшается до 1.
Транзисторы, характеристическая частота которых меньше или равна 3 МГц, обычно называют низкочастотными транзисторами. Транзисторы с fT больше или равным 30 МГц называются высокочастотными транзисторами. Транзисторы с fT более 3 МГц и транзисторы менее 30 МГц называются транзисторами промежуточной частоты.
Максимальная частота генерации – это частота, при которой коэффициент усиления по мощности транзистора уменьшается до 1. характеристическая частота fT выше частоты отсечки общей базы fα и ниже частоты отсечки общего коллектора fβ.
Максимальный ток коллектора (ICM) — это максимальный ток, допустимый через коллектор транзистора. Когда ток коллектора IC транзистора превышает ICM, значение β транзистора, очевидно, изменится, что повлияет на его нормальную работу и даже вызовет выход из строя.
Максимальное обратное напряжение — это максимальное рабочее напряжение, которое транзистор может подавать во время работы. Оно включает обратное напряжение пробоя коллектор-эмиттер, обратное напряжение пробоя коллектор-база и обратное напряжение пробоя эмиттер-база.
> Коллектор – Обратное напряжение пробоя коллектора
Это напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между коллектором и эмиттером, когда базовая цепь транзистора разомкнута, обычно выражается в VCEO или BVCEO.

> База — Обратное напряжение пробоя базы
Напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между коллектором и базой при открытии транзистора, которое выражается в VCBO или BVCBO.

> Обратное напряжение пробоя между эмиттером и эмиттером
Это напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между эмиттером и базой, когда коллектор транзистора открыт, что выражается в VEBO или BVEBO.

> Обратный ток коллектор-база (ICBO)
ICBO, также называемый обратным током утечки коллектора, относится к обратному току между электродом коллектора и базы, когда эмиттер транзистора открыт. Обратный ток чувствителен к температуре. Чем меньше значение, тем лучше температурная характеристика транзистора.

> Обратный ток пробоя коллектор-эмиттер (ICEO)
Обратный ток пробоя ICEO между коллектором и эмиттером
ICEO — обратный ток утечки между коллектором и эмиттером, когда база транзистора открыта. Чем меньше ток, тем лучше производительность транзистора.

Часто задаваемые вопросы о транзисторе, его функциях и характеристиках
1. Что такое транзистор и как он работает?
Транзистор — это миниатюрный электронный компонент, который может выполнять две разные функции. Он может работать либо как усилитель, либо как переключатель: … Крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может вызвать гораздо больший ток через другую его часть. Другими словами, меньший ток включает больший.

2. Каковы основные функции транзистора?
Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии. Транзисторы являются одним из основных строительных блоков современной электроники. Он состоит из полупроводникового материала, обычно с не менее чем тремя клеммами для подключения к внешней цепи.

3. Каков принцип работы транзистора?
Транзистор состоит из двух PN-диодов, соединенных встречно-параллельно. Он имеет три вывода, а именно эмиттер, базу и коллектор. Основная идея транзистора заключается в том, что он позволяет вам управлять потоком тока через один канал, изменяя интенсивность гораздо меньшего тока, протекающего через второй канал.

4. Какие существуют два основных типа транзисторов?
Транзисторы в основном делятся на два типа; это биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET). BJT снова подразделяются на транзисторы NPN и PNP.

5. Сколько существует типов транзисторов?
два типа
Существует два типа транзисторов, которые имеют небольшие различия в том, как они используются в схеме. У биполярного транзистора выводы обозначены базой, коллектором и эмиттером.

6. Что такое транзистор PNP и NPN?
В транзисторе NPN положительное напряжение подается на клемму коллектора для создания тока, протекающего от коллектора к эмиттеру. В транзисторе PNP положительное напряжение подается на эмиттерную клемму для создания тока, протекающего от эмиттера к коллектору.

7. Как измеряются характеристики транзисторов?
Выходная характеристика транзистора определяется путем изучения изменения напряжения между клеммами коллектор-эмиттер, относящегося к току коллектора, для различных токов базы. Эксперимент запускается нажатием кнопки «Выходная характеристика» на мобильном устройстве.

8. Что такое транзистор в процессоре?
Транзистор — это основной электрический компонент, который изменяет поток электрического тока. Транзисторы являются строительными блоками интегральных схем, таких как компьютерные процессоры или центральные процессоры. Транзисторы в компьютерных процессорах часто включают или выключают сигналы.

9. Для чего нужен NPN-транзистор?
Определение: Транзистор, в котором один материал p-типа помещен между двумя материалами n-типа, известен как NPN-транзистор. Транзистор NPN усиливает слабый сигнал, поступающий в базу, и создает сильные усиливающие сигналы на конце коллектора.

10. Для чего в мобильном телефоне используются транзисторы?
Они накапливают электрический заряд. Они хранят данные. Они усиливают входящий сигнал телефона.
Рекомендуемая книга
Этот тщательно переработанный и обновленный учебник помогает учащимся анализировать и проектировать транзисторные схемы. Он охватывает широкий спектр схем, как линейных, так и переключающих. Методы транзисторных схем: дискретные и интегрированные дает студентам обзор основных качественных операций схемы, за которым следует изучение процедуры анализа и проектирования. Он включает в себя проработанные проблемы и примеры дизайна для иллюстрации концепций. Это третье издание включает две дополнительные главы, посвященные усилителям мощности и источникам питания, которые развивают многие методы проектирования схем, представленные в предыдущих главах. Эта книга входит в серию Tutorial Guides in Electronic Engineering и предназначена для студентов первого и второго курсов бакалавриата. Полный текст сам по себе, он предлагает дополнительное преимущество перекрестных ссылок на другие заголовки в серии. Это идеальный учебник как для студентов, так и для преподавателей.
–Gordon J. Ritchie
Создание сложных транзисторных радиостанций, недорогих, но очень эффективных. Создайте свои собственные транзисторные радиоприемники: руководство для любителей высокопроизводительных и маломощных радиосхем предлагает полные проекты с подробными схемами и информацией о том, как были спроектированы радиоприемники. Узнайте, как выбирать компоненты, создавать различные типы радиостанций и устранять неполадки в работе. Если копнуть глубже, этот практический ресурс покажет вам, как разрабатывать инновационные устройства, экспериментируя с существующими конструкциями и радикально улучшая их.
–Ronald Quan
Актуальная информация о “Что такое транзистор, его функции и характеристики”
О статье “Что такое транзистор, его функции и характеристики”. Если у вас есть идеи получше, не не стесняйтесь писать свои мысли в следующей области комментариев. Вы также можете найти дополнительные статьи об электронных полупроводниках через поисковую систему Google или обратиться к следующим связанным статьям.
Наиболее полная научная популяризация датчика (устройства обнаружения)
Всестороннее знание пассивных устройств
Полное введение и классификация фильтров и приложений
Подробное описание конденсаторов
Лучшие продажи диода
Фото Часть Компания Описание Цена (долл. США)
Альтернативные модели
Часть Сравнить Производители Категория Описание
Заказ и качество
Изображение Произв. Деталь № Компания Описание Пакет ПДФ Кол-во Цена (долл. США)
Share
Транзисторы общего назначения и их применение
Транзисторы являются одним из очень важных компонентов, используемых в электронных схемах. Транзисторы можно найти почти везде; от простых схем управления реле до сложных схем материнской платы. В действительности ваши микроконтроллеры и микропроцессоры — не что иное, как набор множества транзисторов, синтезированных для выполнения коллективной операции.
Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство с тремя выводами, которые используются для усиления или переключения электронных сигналов. Эти устройства обычно классифицируются как биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET), что позволяет разрабатывать радиоприемники, компьютеры, калькуляторы и другие электронные гаджеты, которые вы используете сегодня.

Биполярный переходной транзистор
Биполярный переходной транзистор. Это полупроводниковое устройство с регулируемым током, которое можно использовать для электронного переключения цепи. BJT представляет собой трехконтактное устройство с эмиттером, коллектором и базовым выводом. Протекание тока между эмиттером и коллектором регулируется величиной тока, подаваемого на клемму базы. BJT состоит из трех слоев полупроводниковых материалов: двух частей P-типа и одной части N-типа, если это транзистор PNP, и двух областей N-типа и одной области P-типа, если это транзистор NPN. Клеммы коллектора и эмиттера установлены на двух внешних слоях, а базовая клемма закреплена на центральном слое.

Обозначение транзисторов BJT
Обозначения транзисторов PNP и NPN отличаются стрелкой на эмиттерном конце. Стрелка показывает направление тока в транзисторе; в транзисторе PNP ток течет от эмиттера к базе, тогда как в транзисторе NPN ток течет от базы к эмиттеру.

ПТ
Полевой транзистор, который обычно называют MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) и состоит из трех контактов: затвор, исток и сток. Он работает немного иначе, чем BJT, из-за другой конструкции контактов. Полевой транзистор состоит из полупроводникового канала с электродами, называемыми стоком и истоком на обоих концах. Затвор представляет собой управляющий электрод, который располагается очень близко к каналу, так что его электрический заряд способен воздействовать на канал.
Затвор полевого транзистора регулирует поток носителей (электронов или дырок) от истока к стоку. Это делается путем регулировки размера и формы проводящего канала.

Символ полевого транзистора
Полевой транзистор представляет собой трехвыводное устройство со стоком (D), истоком (S) и затвором (G).

VI Характеристики

Транзистор общего назначения
Универсальные кремниевые каскады на транзисторах, лучше всего подходят для использования в драйверах усилителей звукозаписи. Схемы обработки сигналов в телевизионных приемниках, а также в усилителях Hi-Fi. Транзисторы общего назначения могут использоваться в самых разных приложениях, но чаще всего они используются для преобразования управляющих сигналов в устройствах с низким энергопотреблением.

BC638 (PNP-транзистор общего назначения)
BC638 представляет собой PNP-транзистор с VCE -60 В и постоянным током коллектора 1 A в корпусе TO-92. Этот транзистор можно использовать в коммутационных устройствах умеренно высокого напряжения. Транзистор BC638 — очень универсальное устройство, которое можно использовать в самых разных приложениях. Этот транзистор можно использовать для переключения относительно высоковольтных устройств, таких как предварительный или средний усилительный каскад усилителя мощности. Усилитель мощности обычно работает от 60 до 120 вольт постоянного тока.
Когда этот транзистор смещен, он может пропускать максимальный ток 1 А через переход CE (коллектор-эмиттер); это известно как состояние насыщения транзистора, и приведение в действие нагрузки, потребляющей ток больше 1 А, может привести к необратимому повреждению устройства. В процессе проектирования имейте в виду, что максимальное рассеивание этого устройства составляет 1 Вт, и любая мощность выше этой может разрушить его.

BC488 (PNP-транзистор общего назначения)
BC488 представляет собой PNP-транзистор с VCE -60 В и током коллектора -1000 мА или -1 А в TO-9. 2 пакет. Его можно использовать в качестве сигнального переключающего транзистора для слабых сигналов. Он имеет низкое базовое напряжение 4В. Если вам нужно простое коммутационное устройство для маломощных нагрузок, хорошим выбором будет BC488. Поскольку этот компонент недорог и прост в использовании, он идеально подходит для использования в качестве устройства случайного переключения. Транзистор BC488 также можно использовать в качестве базового усилителя мощности, который можно использовать для усиления маломощных сигналов.
Когда этот транзистор смещен, он может пропускать максимальный ток 1000 мА через переход CE (коллектор-эмиттер); это называется состоянием насыщения транзистора, и применение нагрузки, потребляющей ток больше 1000 мА, может вывести из строя устройство в этом состоянии. Как вы, возможно, знаете, транзистор — это устройство, управляемое током, поэтому при снятии базового тока транзистор полностью отключается. В этот момент транзистор находится в зоне отсечки, и ток через переход CE не протекает.

2N4400 (универсальный NPN-транзистор)

2N4400 представляет собой NPN-транзистор с напряжением VCE 100 В и постоянным током коллектора 92 A в корпусе TO-92 A. Транзистор 2N4400 — очень универсальное устройство, которое можно использовать в самых разных приложениях. Этот транзистор можно использовать для переключения устройств с относительно высоким напряжением, таких как небольшой преобразователь постоянного тока или каскад предварительного или среднего усилителя усилителя мощности (для усилителей мощности обычно требуется от 45 до 60 постоянного тока). Этот гаджет недорогой и простой в использовании, что делает его лучшим выбором для устройства случайного переключения.

BC490 (сильноточные PNP-транзисторы общего назначения)
BC490 представляет собой PNP-транзистор с VCE -80 В и постоянным током коллектора -1 A DC в корпусе TO-92. С такими характеристиками и общей рассеиваемой мощностью 625 мВт этот транзистор можно использовать в коммутационных устройствах с умеренным напряжением.
BC490 можно использовать в различных приложениях. Этот транзистор можно использовать для коммутации устройств с умеренно высоким напряжением. транзистор дешев и прост в использовании, он идеально подходит для коммутационных приложений.
Транзистор BC490 имеет коэффициент усиления от 40 до 160, который определяет мощность усиления транзистора. Максимальный ток, который может пройти через этот транзистор, составляет 1,5 А, что в сочетании с коэффициентом усиления делает этот транзистор идеальным выбором для приложений со средним и высоким напряжением.

2N3053 (универсальный NPN-транзистор)
2N3053 представляет собой кремниевый NPN-транзистор в металлическом корпусе TO-39. Этот корпус предназначен в первую очередь для усилителей и переключателей. Это устройство имеет высокое напряжение пробоя, малый ток утечки, малую емкость и коэффициент бета, полезный в широком диапазоне токов.

2N3053 — это NPN-транзистор, коллектор и эмиттер остаются открытыми, когда на базу не подается питание (обратное смещение). Когда на базу транзистора подается положительное напряжение, небольшой ток начинает течь от базы к эмиттеру, и транзистор переходит в открытое состояние. Максимальный коэффициент усиления этого транзистора равен 50, что определяет коэффициент усиления устройства. Максимальный базовый ток ограничен на 15 мА больше, чем это может привести к повреждению устройства. Этот ток коллектор-эмиттер составляет 700 мА; любой ток выше этого может повредить устройство. Этот транзистор имеет номинальную мощность 5 Вт и может использоваться в различных приложениях.

2N4402 (PNP-транзистор общего назначения)
2N4402 — кремниевый PNP-транзистор, который используется в усилителях и переключателях общего назначения. VCE этого транзистора составляет 40 В, а постоянный ток коллектора составляет 600 мА. Его можно использовать в качестве сигнального переключающего транзистора для слабых сигналов. Он также имеет низкое базовое напряжение 5 вольт.

Если вам нужно простое коммутационное устройство для маломощных нагрузок, хорошим выбором будет 2N4402. 2N4402 также можно использовать в качестве базового усилителя мощности, который можно использовать для усиления маломощных сигналов. Коэффициент усиления транзистора 2N4402 колеблется от 20 до 150. Эта величина определяет усилительную способность транзистора; максимальный ток, который может пройти через него, составляет 200 мА, что в сочетании с коэффициентом усиления делает этот транзистор отличным выбором для предварительного усилителя в усилителе звука.

FORMULAS
BASE BIAS

COLLECTOR FEEDBACK BIAS

EMMITER BIAS

DIFFERENCE
Diode BC638 BC488 2N4400 BC490 2N3053 2N4402
Тип ПНП ПНП НПН ПНП НПН НПН
Упаковка ТО-92 ТО-92 ТО-92 СОТ23-3 ТО-39 ТО-92
Макс. Коэффициент усиления постоянного тока (hFE) 160 400 150 400 50 150
Токовый коллектор 1А -1000 мА 600 мА 1А 700 мА 600 мА
Напряжение базы эмиттера (VBE) -5В -4В 6В -4В 5В 5В
Базовый ток (IB) -100 мА -50 мА 50 мА 50 мА 15 мА 50 мА
Основание коллектора Напряжение VCB 50В -60В 60В -80В 80В 45В
Частота перехода 100 МГц 150 МГц 200 МГц 150 МГц >100 МГц 100 МГц
Рассеивание коллектора 1 Вт 0,625 Вт 625 мВт 0,625 Вт 5 Вт 0,3 Вт
Емкость коллектора 20 пФ 9 пФ 30 пФ 9 пФ <15 пФ 8,5 пФ
Макс. Рабочая температура 150 °С 150 °С 150 °С 150 °С 200 °С 175 °С

Вы можете приобрести следующие транзисторы на сайте HNHCart.com:
BC557 Транзистор общего назначения PNP
BC548 Транзистор общего назначения NPN
BC337 NPN Транзистор общего назначения
BC547 Транзистор общего назначения NPN
BC857 PNP Транзистор общего назначения
Каково применение транзистора в электронике?
28 ноября 2020 г. от Veerendra
Каково применение транзистора в электронике?
Транзисторы:
Транзистор представляет собой электронное устройство с тремя выводами, помеченными как база , коллектор и эмиттер .
Это полупроводниковое электронное устройство, выполняющее множество функций, таких как переключатель, усилитель, стабилизатор напряжения и модулятор сигнала.
Транзисторы изготавливаются путем соединения полупроводников n-типа и полупроводников p-типа.
Типы и обозначения транзисторов
Существует два типа транзисторов: npn-транзистор и pnp-транзистор.
Транзистор npn состоит из tljin-слоя полупроводника p-типа, заключенного между двумя слоями полупроводника n-типа. В транзисторе npn и коллектор, и эмиттер представляют собой полупроводники n-типа, а база — полупроводник p-типа.
Транзистор pnp состоит из тонкого слоя полупроводника n-типа, заключенного между двумя слоями полупроводников p-типа. В транзисторе p-n-p и коллектор, и эмиттер представляют собой полупроводники p-типа, а база — полупроводник n-типа.
На рисунке показаны символы для двух типов транзисторов: транзистора npn и транзистора pnp.
Стрелка в каждом символе указывает направление обычного тока. В транзисторе npn ток течет от C к E, тогда как в транзисторе pnp ток течет от E к C.
Люди также спрашивают
Как можно использовать транзистор в качестве переключателя?
Общие сведения о полупроводниковых диодах
Что вы подразумеваете под исправлением?
Что такое однополупериодный выпрямитель?
Для чего используется двухполупериодный выпрямитель?
Что вы подразумеваете под логическими вентилями?
Что подразумевается под комбинационными логическими схемами?
Какова основная функция транзистора?
Транзистор не может работать, если к батарее подключены только контакты коллектора и эмиттера. Говорят, что транзистор закрыт. На рисунке видно, что когда транзистор выключен, через него не может протекать ток, поэтому лампочка не загорается.
Если к базе подключить небольшую батарею, как показано на рисунке, для прямого смещения перехода база-эмиттер через базу может протекать небольшой ток. Это включает транзистор. Транзистор проводит и позволяет большему току коллектора течь через него от коллектора к эмиттеру. Следовательно, лампочка горит.
Поведение транзистора, показанного на рисунке выше, можно резюмировать следующим образом:
(a) Если в цепи база-эмиттер присутствует небольшой ток, транзистор включается и проводит электричество.
(b) Небольшой ток в цепи база-эмиттер позволяет большему току протекать в цепи коллектор-эмиттер.
Эти две характеристики показывают, что транзистор можно использовать в качестве усилителя тока и переключателя управления.
Как работает транзистор в качестве усилителя?
Транзистор в качестве усилителя тока:
Электронное оборудование, показанное на рисунке, состоит из схем усилителя, состоящих из транзисторов. Функция схемы усилителя состоит в том, чтобы усиливать небольшой постоянный ток или переменный ток. напряжение (сигнал).
Транзистор работает как усилитель тока, позволяя маленькому току управлять большим током. Величина тока коллектора, I _C , в первую очередь определяется током базы, I _Б .
На рисунке показана простая схема усилителя, используемая для демонстрации усиления тока путем измерения I _B и I _C .
Переменный резистор R используется для управления током базового эмиттера I _B . Ток выходного коллектора I _C наблюдают с помощью миллиамперметра.
Типичный график зависимости I _C от I _B, как показано на рисунке, можно использовать для получения коэффициента усиления по току для транзистора, используемого в схеме. Обратите внимание, что небольшое изменение тока базы приведет к большому изменению тока коллектора.
Текущее усиление или усиление по току можно рассчитать по графику следующим образом:
Транзистор работает как усилитель Эксперимент
Цель: Показать транзистор, работающий как усилитель тока.
Материалы: Транзистор, резисторы 2,2 кОм, 3,9 кОм, 4,7 кОм, 6,8 кОм, 8,2 кОм и 10,0 кОм, соединительные провода, сухие элементы
Аппаратура: Миллиамперметры с диапазоном 0–1 мА и 0–108 мА Внимание: Убедитесь, что клеммы транзистора подключены правильно, чтобы не повредить транзистор.
Метод:
Электрическая схема устроена, как показано на рисунке.
Переключатель S ₁ , замкнут. Регистрируют показания тока базы I _b на миллиамперметре A ₁ и тока коллектора I _c на миллиамперметре A ₂ .
Шаг 2 повторяется с переключателем S ₁ разомкнут, а переключатель S ₂ замкнут. Показания амперметров записывают.
Оба переключателя S ₁ и S ₂ замкнуты. Показания амперметров записывают.
Шаг 4 повторяется путем замены резистора 10,0 кОм в базовой цепи резисторами 8,2 кОм, 6,8 кОм, 4,7 кОм, 3,9 кОм и 2,2 кОм. Все показания записываются.
Построен график зависимости I _c от I _b .
Результаты:
S ₁ замкнут, S ₂ разомкнут:
I _b = 0,08 мА, I _м
A
A
S ₁ разомкнут, S ₂ замкнут:
I _b = 0 мА, I _c = 0 мА
Оба S ₁ и S ₂ закрыты:
На рисунке показан график зависимости I _c от I _b .
Обсуждение:
Когда переключатель S ₁ замкнут, миллиамперметр A ₁ дает ненулевое показание для I _b . Между тем миллиамперметр A ₂ дает показания для I _c , равные нулю. Таким образом, можно сделать вывод, что ток течет только в базовой цепи.
Когда переключатель S ₁ разомкнут, а переключатель S ₂ замкнут, оба миллиамперметра A ₁ и A ₂ дают нулевое значение. Таким образом, можно сделать вывод, что ток в цепи базы и коллектора отсутствует.
Когда ток базы I _b увеличивается, ток коллектора I _c увеличивается.
Градиент графика представляет текущее усиление.
Транзистор усиливает ток за счет увеличения тока коллектора при увеличении тока базы. Небольшое увеличение тока базы, I _b, приводит к большому увеличению тока коллектора, I _c .
Делитель потенциалов

Как упоминалось ранее, если в цепи база-эмиттер есть небольшой ток, транзистор включается и проводит электричество.
Следовательно, транзистор можно включать и выключать, изменяя напряжение, подаваемое на вывод базы.
Это можно сделать, подключив последовательно два резистора к основному аккумулятору. Это называется делителем потенциала .
Делитель потенциала в транзисторной схеме показан на рис.
Напряжения можно рассчитать как:
Транзистор Численные задачи и решения
На рисунке показан график зависимости I _c от I _b .

Рассчитать коэффициент усиления по току.
Решение:
На рисунке показана схема транзистора.

(a) Какова функция двух резисторов?
(б) Найдите напряжение на базе транзистора.
(c) Найдите текущее усиление.
Решение:

Рубрики: Физика С тегами: функция транзистора, Как работает транзистор в качестве усилителя?, Как работает транзистор, транзистор, Транзистор в качестве усилителя тока, транзистор в качестве усилителя, транзистор в качестве усилителя, транзистор в качестве принцип работы усилителя, типы транзисторов и символы, транзистор работает как усилитель, типы транзисторов, использование транзисторов, какова основная функция транзистора?, каково использование транзистора в электронике?
Транзисторный! Руководство для учителя Урок 4

Использование транзисторов: переходим на транзисторы!

Обзор
На этом уроке учащиеся собирают две схемы и изучают работу транзисторов.
Цели
Наблюдение за работой транзистора в простой схеме
Чтобы понять усилениемалый ток на входе транзистора управляет большим током на его выходе
Фон
Когда Bell Labs представила транзистор в июне 1948 года, представитель с гордостью заявил: «Этот цилиндрический объект… может усиливать электрические сигналы… Он полностью состоит из холодных твердых веществ».
Холодное твердое вещество, которое делает транзистор возможным, — это полупроводник, класс материалов, включающий кремний и германий. Полупроводники, как правило, очень плохо проводят электричество. Но с добавлением крошечных количеств других элементов, которые обеспечивают переносчики электрического тока, они могут стать хорошими проводниками.
Первым транзистором, изобретенным в 1947 году, был транзистор с точечным контактом. Уильям Шокли усовершенствовал эту конструкцию, создав переходной транзистор — трехслойный сэндвич из различных типов полупроводников.
На схеме показана базовая конструкция транзистора с NPN-переходом. Два слоя полупроводника N-типа, эмиттер и коллектор, образуют сэндвич со слоем полупроводника P-типа, называемым базой. Полупроводники P- и N-типа изготавливаются с разными примесями, а название указывает на преобладающий тип носителей заряда.
Интерфейс между слоями, называемый PN-переходом, позволяет транзистору функционировать как изолятор или проводник. Если коллектор и эмиттер подключены к батарее, электрические заряды на PN-переходах образуют электрический барьер, и ток между эмиттером и коллектором не течет. Транзистор действует как изолятор или переключатель, который выключен.
Когда к базе прикладывается положительное напряжение, электроны вытягиваются из соединений, и они больше не действуют как барьеры. Теперь электроны могут течь от эмиттера через базу к коллектору. Транзистор действует как проводник или переключатель, который включен. (Если напряжение, подаваемое на базу, отрицательное, транзистор снова закрывается. )
Транзисторы не создают электрический ток, они только контролируют подаваемый на них электрический ток. Входной ток на базе управляет выходным током, протекающим между эмиттером и коллектором. Транзистор может включаться или выключаться, если ток базы включается или выключается. Если ток базы меняется, то меняется и выходной ток, и именно так транзистор работает как усилитель. Это похоже на то, как вы управляете потоком воды с помощью крана. Небольшим движением руки вы можете включить или выключить воду или отрегулировать поток между струйкой и стремительным потоком.
Большинство первых коммерческих транзисторов были транзисторами с переходом, и именно они используются в упражнении на следующих двух страницах. Однако наиболее распространенным современным транзистором, который используется миллионами в компьютерных микросхемах, является полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (МОП). Транзистор развивался с момента его изобретения, но принцип управления малым током большим — это тот же эффект, который Бардин, Браттейн и Шокли впервые открыли в 1947 году.
Задействовать
Как объясняется в Transistorized!, изобретение как транзистора, так и вакуумной лампы выросло из необходимости усиливать слабый электрический ток. Начните с демонстрации слабого течения, которое учащиеся могут распознать и испытать. Соедините цепь, используя провод, 9-вольтовую батарею, светодиод, резистор и микроамперметр для измерения тока. Попросите учащихся отметить, что происходит, когда они замыкают цепь, сначала соединяя провода (относительно большой ток и светодиод горит), а затем держа провода в руках (очень малый ток и светодиод не горит). Безопасность: сила тока в этой цепи достаточно мала для безопасного выполнения этого упражнения, но предупредите учащихся, чтобы они не пробовали выполнять это упражнение с другими проводами или источниками питания.
Предложите учащимся предложить свои идеи о том, что такое усилитель и как усилить ток. Укажите, что большинство электронных устройств работают от слабого тока, который усиливается.
Исследовать
Предложите учащимся выполнить упражнение, чтобы увидеть, как транзисторы усиливают ток.
Оценка
После занятия обсудите с учащимися результаты и вопросы задания.

УРОК 4 ЗАДАНИЕ

Что ты собираешься делать
Вы собираетесь собрать две простые транзисторные схемы, каждая из которых будет использовать один транзистор. Эти схемы позволят вам наблюдать за работой транзистора в качестве усилителя, как это сделал Уолтер Браттейн в Bell Labs зимой 1947 года. В первой схеме вы будете использовать транзистор для управления яркостью света; во-вторых, транзистор превратит ток, протекающий через ваше тело, в звук!
Часть 1: Легкое прикосновение
Соберите первую схему, используя один транзистор, светодиод, источник питания и сопротивление. Яркость светодиода укажет соотношение между током, идущим на базу транзистора — его вход — и током, протекающим от коллектора транзистора к эмиттеру — его выходу.
Что вам нужно
Батарея 9 В и зажим с проводами
макет
соединительный провод
светодиод
Резистор 220 Ом
100 кОм резистор
транзистор, 2N2222A (тип Si, NPN, номер по каталогу Radio Shack 276-2009)
микроамперметр (диапазон 0–50 000 А)
Как это сделать
1. Работа в группах по 3-4 человека. Соберите схему, показанную на схеме. Сопоставьте выводы транзистора со схемой и определите базу, эмиттер и коллектор. Проконсультируйтесь со своим учителем, если вы не уверены в связях.
2. Завершите входную цепь двумя выводами, используя каждый метод, указанный ниже.
слегка сжимая провода
сильно сжимая провода
погружение проводов в воду
увеличение расстояния между поводками в воде
провести карандашом темную линию и прикоснуться к ней грифелями.
увеличение расстояния между грифелями на штрихе карандаша
В лабораторной тетради составьте таблицу, аналогичную показанной, в которую запишите интенсивность света для каждого метода. Вы можете использовать такие термины, как тусклый, средний и яркий, или разработать числовую шкалу с 1 = 5 очень тусклым и 5 = 5 очень ярким. (Включите в свою таблицу столбец интенсивности звука для Части 2.)
3. Начертите копию электрической схемы в лабораторной тетради. Используйте стрелки, чтобы показать направление, в котором ток течет по цепи. Помните, что ток течет от положительного к отрицательному. Обозначьте входную цепь и выходную цепь транзистора.
4. Повторите один из методов, который дает достаточно яркий свет. Поместите микроамперметр последовательно с входными проводами и запишите показания. Затем переместите микроамперметр так, чтобы он был последовательно со светодиодом, и запишите это показание.
К вашему сведению
Буквы P и N в номенклатуре транзисторов указывают на тип носителей заряда, присутствующих в материалах, из которых состоит транзистор. В материале N-типа носителями являются отрицательно заряженные электроны, а в материале P-типа носители заряжены положительно. Это места, где могут существовать электроны, и они называются отверстие .
Что вы узнали?
1. Какие методы позволили свету светиться ярче всего? самый тупой?
2. Какие методы пропускали через себя самые актуальные? в мере? Откуда вы знаете?
3. Насколько хороша была ваша схема усилителя? На сколько выходной ток больше входного? Откуда взялся “дополнительный” ток?
Часть 2: Звуковая машина человека
Теперь вы измените свою схему, добавив новые детали. Транзистор очень чувствителен к изменениям на его входе. Входной ток может колебаться в тысячи и даже миллионы раз в секунду, и выходной ток будет реагировать соответствующим образом. Дополнения к схеме будут производить колебательный ток, изменяющийся несколько тысяч раз в секунду, на входе транзистора. Вы услышите результат через динамик.
Что вам нужно
(дополнительно к материалам части 1)
провод
10 кОм резистор
100 кОм резистор
переключатель
конденсаторы (0,1 мкФ и 0,01 мкФ)
1K CT: трансформатор на 8 Ом (кат. номер Radio Shack 273-1380)
Динамик 8 Ом
Как это сделать
1. Соберите схему, показанную на схеме. Вы можете припаять или использовать обычные платы IC Experimenter.
2. Завершите цепь проводами, используя каждый метод, указанный в Части 1. Запишите интенсивность звука для каждого метода. Вы можете использовать такие термины, как гул, крик и визг, или разработать числовую шкалу с 1 5 очень тихо и 5 5 очень громко.
3. Начертите копию электрической схемы в лабораторной тетради. Используйте стрелки, чтобы показать направление, в котором ток течет по цепи. Обозначьте входную цепь и выходную цепь транзистора.
К вашему сведению
МОП-транзистор — современный транзистор, используемый в компьютерных микросхемах — аналогичен по принципу действия тому, который впервые предложил Шокли. Он состоит из полупроводника, по которому может протекать ток, и электрода, изолированного от этого полупроводника. Напряжение, приложенное между изолированным электродом и полупроводником, регулирует ток через полупроводник. Принцип подобен воде, протекающей через кусок гибкой трубки. Когда трубка сжимается, поток воды уменьшается. Сожмите достаточно сильно, и поток остановится. В МОП-транзисторе напряжение, подаваемое на управляющий электрод, вызывает сжатие.
Что вы узнали?
1. Какие методы давали самые громкие звуки? самый мягкий?
2. Какие методы позволили пройти через них наиболее актуальным? в мере? Откуда вы знаете?
3. Обсудите со своей группой преимущества, которые, по вашему мнению, могут иметь транзисторные переключатели по сравнению с механическими переключателями. Какое качество транзисторов — высокая надежность, малое усиление тока или мгновенный отклик — вы считаете наиболее важным для транзисторов, используемых в компьютерах? в медицинском оборудовании, таком как кардиостимуляторы? в управляемых ракетах?
Попробуй!

Используйте свою схему, чтобы проверить, насколько хорошо другие методы и материалы проводят электричество.
Если возможно, подключите осциллограф к цепи и проанализируйте волны, которые вы слышите.
Используя закон Ома, I = V/R, рассчитайте токи в первой цепи.
Поменяйте полярность батареи и повторите каждое действие. Что случается?
Эти учебные материалы стали возможными благодаря гранту Фонда Lucent Technologies, и их можно копировать для некоммерческого использования в образовательных целях.
Чтобы заказать видео, позвоните в PBS Learning Media по телефону 1-800-344-3337.
-PBS Online- -Сайт Кредиты- -Фото Кредиты- -Отзывы-
Авторское право 1999 г., ScienCentral, Inc. и Американский институт физики. Нет часть этого веб-сайта может быть воспроизведена без письменного разрешения. Все права защищены.
что такое транзисторы? зачем это нужно в электрических конструкциях.
Что такое транзисторы?
Транзистор — это электронный компонент, который используется для переключения и для усиления электрических сигналов. Транзисторы произвели коренную революцию в мире еще до того, как стали использоваться электронные лампы. Эти лампы были не только громоздкими, но и потребляли много энергии, что приводило к менее эффективной системе в целом.
С другой стороны, транзисторов много компактных размеров, и они потребляют способ меньше мощности , чем вакуумная лампа. Современные транзисторы имеют размеры в нанометрах, а на сигнальном чипе их миллиарды. Транзисторы могут действовать как переключатель без движущихся частей; кроме того, они могут усиливать слабый сигнал. Давайте теперь обсудим основы транзисторов.
Легирование транзисторов
Современные транзисторы состоят из полупроводников, таких как кремний. В случае кремния каждый из атомов связан с четырьмя соседними атомами кремния. Во внешней оболочке нет свободных атомов для проведения электричества. Таким образом, атом фосфора вводится между этими атомами кремния, что создает в системе свободный электрон, и этот процесс известен как N-тип легирование . Другим типом легирования является легирование P-типа , при котором для движения электронов создается/вводится свободная дырка. Легирование увеличивает проводимость полупроводника.
Три вывода транзистора
База: База транзистора расположена в середине транзистора. База очень тонкая и всегда слегка легированная . Он образует две диодные цепи с эмиттером и коллектором. Управляя величиной тока в базе-эмиттере, вы можете контролировать ток на конце коллектора. Это основной принцип использования транзисторов в качестве переключателя.
Эмиттер: Эмиттер действует как отрицательный конец транзистора. Это сильно легированная секция с умеренной шириной . Этот раздел всегда устанавливается как прямое смещение.
Коллектор: Коллектор служит положительным концом транзистора. Этот участок умеренно легирован и имеет наибольшую ширину среди всех трех участков. Большая длина этой секции позволяет собрать большую часть носителей заряда, поступающих от эмиттера транзистора.
Типы транзисторов
В основном существует два типа транзисторов
Биполярный транзистор (BJT)
Полевой транзистор (FET)
Оба они имеют свои собственные функции с определенными плюсами и минусами. В BJT небольшое количество база ток отвечает за контроль большого тока на конце коллектора. В полевых транзисторах также есть три вывода, а именно затвор, исток и сток. Для этих типов транзисторов напряжение затвора управляет протеканием тока через исток и сток.
Теперь давайте подробно обсудим работу обоих этих транзисторов.
Транзистор с биполярным переходом. Биполярные транзисторы — наиболее распространенный тип транзисторов, которые присутствуют почти в каждом электронном устройстве. Он состоит из трех легированных областей , названных базой, эмиттером и коллектором. Эти транзисторы далее делятся на две части
Транзисторы N-P-N
Транзисторы P-N-P
В транзисторе N-P-N легированный полупроводник P-типа помещен между двумя легированными полупроводниками N-типа и наоборот. В N-P-N транзисторах электронов являются основными носителями заряда , где еще в P-N-P транзисторах отверстий являются основными носителями заряда . В транзисторах PNP направление тока от эмиттера к коллектору и противоположно для транзистора NPN. BJT – это транзисторов управления током с низким входным импедансом , , который обеспечивает большой ток через транзистор. Эти транзисторы работают в трех режимах/областях
Область отсечки
Активная область
Область насыщения
В области отсечки транзистор остается в состоянии «ВЫКЛ». Для использования транзистора в качестве усилителя используем его в активной области. А в области насыщения транзистор работает как переключатель .
На рисунке выше представлены транзисторы NPN и PNP. Стрелка показывает направление условного тока через транзистор.
Смещение в BJT
Одним из наиболее распространенных применений BJT является использование его в качестве усилителя. Где, если вы подаете изменяющийся во времени сигнал в качестве входа, то он производит усиленный сигнал на выходе. Это усиление осуществляется с использованием энергии, подаваемой источником постоянного тока. Этот процесс применения источника постоянного напряжения , , который помогает транзистору работать, известен как , смещающий .
Это обычно используемые методы смещения в BJTS
БАЗОВЫЕ Резистор. Смещение или смещение тока
Смещение обратной связи
Дипли-дивидер 2929292929292929292929292929292929292929292929292929393939292929293939393929292929393939292929293939392929293939392929. также трансмийт поля. имеют три основных терминала, называемых воротами , сливом , и источник . В отличие от биполярных транзисторов, эти транзисторы являются управляемыми напряжением устройствами с очень высоким входным импедансом . Сопротивление колеблется от нескольких мегаом до гораздо больших значений, что позволяет проходить через них минимальному количеству тока. Эти транзисторы используют электрическое поле для управления потоком тока от истока к стоку.
На рисунке выше показан полевой транзистор N-типа. Если стрелка направлена наружу, это означает полевой транзистор P-типа. напряжение , подаваемое на клемму затвора , управляет потоком тока от источника к стоку . Благодаря высокому значению импеданса эти транзисторы потребляют очень малую величину тока из цепи, что является идеальным, поскольку не влияет на питание схемы. Полевые транзисторы делятся на две основные категории, а именно JFET и IG-FET. MOSFET, также известный как Metal Oxide Semiconductor FET, является наиболее распространенным типом IG-FET.
Полевые транзисторы идеально подходят для таких приложений, как ток ограничители для ограничения чрезмерного тока от достижения нагрузочного устройства. Помимо этого, полевые транзисторы также используются в качестве мультиплексоров , прерывателей, и фазовых генераторов сдвига .

Diode	BC638	BC488	2N4400	BC490	2N3053	2N4402
Тип	ПНП	ПНП	НПН	ПНП	НПН	НПН
Упаковка	ТО-92	ТО-92	ТО-92	СОТ23-3	ТО-39	ТО-92
Макс. Коэффициент усиления постоянного тока (hFE)	160	400	150	400	50	150
Токовый коллектор	1А	-1000 мА	600 мА	1А	700 мА	600 мА
Напряжение базы эмиттера (VBE)	-5В	-4В	6В	-4В	5В	5В
Базовый ток (IB)	-100 мА	-50 мА	50 мА	50 мА	15 мА	50 мА
Основание коллектора Напряжение VCB	50В	-60В	60В	-80В	80В	45В
Частота перехода	100 МГц	150 МГц	200 МГц	150 МГц	>100 МГц	100 МГц
Рассеивание коллектора	1 Вт	0,625 Вт	625 мВт	0,625 Вт	5 Вт	0,3 Вт
Емкость коллектора	20 пФ	9 пФ	30 пФ	9 пФ	<15 пФ	8,5 пФ
Макс. Рабочая температура	150 °С	150 °С	150 °С	150 °С	200 °С	175 °С