Полярность транзистора: Транзисторы

Транзисторы

Транзистор — это полупроводниковый прибор, составленный из двух pn-переходов, как показано на рис. 21.1. У транзистора три вывода: эмиттер, база и коллектор. Существуют два типа транзисторов: pnp-транзисторы (рис. 21.1(а)) и npn-транзисторы (рис. 21.1(б)). По принципу работы они ничем не отличаются друг от друга, за исключением полярности подава­емого постоянного напряжения смещения.

Рассмотрим транзистор npn-типа (рис. 21.2). Переход база – эмиттер (или просто эмиттерный переход) этого транзистора смещен в прямом направлении напряжением V_BE, поэтому электроны из области эмитте­ра будут перетекать через этот переход в область базы, создавая ток I_е. Это обычный прямой ток рта-перехода, смещенного в прямом направлении. Как только электроны попадают в область базы, они начинают испыты­вать притяжение положительного потенциала коллектора. Если область базы сделать очень тонкой, то почти все эти электроны проскочат через нее к коллектору. Только очень малая часть электронов собирается ба­зой, формируя базовый ток I_b. Фактически более 95% всех электронов эмиттерного тока I_е собираются коллектором и формируют коллектор­ный ток I_c транзистора. Таким образом,

I_е = I_c + I_b.

Так как базовый ток I_b очень мал (чаще всего он измеряется микроампе­рами), то им обычно пренебрегают. Тем самым предполагается, что токи I_c и I_е равны, и каждый из них принято называть током транзистора.

 

   

Рис. 21.1. Транзисторы и их условны: обозначения: (а) pnp-тип, (б) npn-тип.

             Рис. 21.2. Подача напряжений                               Рис. 21.3. Подача напряжений

               смещения npn-транзистора.                                       сме­щения pnp-транзистора.      

 

Обратите внимание, что переход база — коллектор (или просто кол­лекторный переход) смещен в обратном направлении напряжением V_CD. Это необходимое условие работы транзистора, поскольку в противном случае электроны не притягивались бы к коллектору. При этом в со­ответствии с правилом выбора направления тока (от положительного по­тенциала к отрицательному) считается, что ток транзистора течет от кол­лектора к эмиттеру.

Для рпр-транзистора полярности подачи постоянных напряжений смещения должны быть изменены на обратные, как показано на рис. 21.3. В этом случае ток транзистора представляет собой перемещение дырок от эмиттера к коллектору или электронов от коллектора к эмиттеру. 

Схемы включения транзистора

Имеются три основные схемы включения транзистора в электронные цепи.

1. Схема с общим эмиттером (ОЭ). Общим выводом здесь является эмиттер: входной сигнал подается между базой и эмиттером, а вы­ходной сигнал снимается между коллектором и эмиттером (рис. 21.4). Эта схема получила наиболее широкое распространение из-за своей гибкости и высокого коэффициента усиления.

2. Схема с общей базой (ОБ). Базовый вывод транзистора является об­щим выводом для входного и выходного сигналов (рис. 21.5).

3. Схема с общим коллектором (ОК). В этой схеме общим выводом для входного и выходного сигналов является коллектор. Ее называют так­же эмиттерным повторителем (рис. 21.6).

Интересно, что на внутреннем уровне транзистор работает во всех схе­мах включения совершенно одинаково, тогда как внешнее поведение его в каждом случае различно.

         

           

 

Рис. 21.4. Схема с общим эмитте­ром (ОЭ).                      Рис. 21.5. Схема с общей базой (ОБ).

                          

Рис. 21.6. Схема с общим коллек­тором (ОК).

Обратите внимание, что выходной сигнал

снимается с эмит­тера.

Каждая схема включения характеризует­ся своим собственным набором основных параметров, в который входят коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления и АЧХ.

 

Характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером

Поведение транзистора в статических условиях, то есть в отсутствие вход­ного сигнала, определяют характеристики трех типов.

1. Входные характеристики, или зависимости входного тока от входного напряжения.

2. Выходные характеристики, или зависимости выходного тока от выход­ного напряжения.

3. Передаточные характеристики, или зависимости выходного тока от входного тока.

Описываемые ниже характеристики относятся к npn-транзистору (рис. 21.7). Для pnp-транзистора нужно изменить полярность напряже­ния постоянного тока на отрицательную.

Входные характеристики

На рис. 21.8 представлены входные характеристики для npn -транзистора. Они ничем не отличаются от характеристик pn -перехода диода, смещен­ного в прямом направлении, поскольку вход (переход база — эмиттер)

Рис. 21.8. Входные характеристики транзистора.

как раз и является таким переходом. Заметим, что, как и в диоде, вход­ной ток I_b начинает протекать через эмиттерный переход только тогда, когда на этом переходе устанавливается требуемое значение прямого на­пряжения. Если это напряжение (0,3 В для Ge и 0,6 В для Si) уста­новлено, то в дальнейшем напряжение V_be между базой и эмиттером практически не изменяется даже при сильном увеличении тока базы. Таким образом, транзистор можно рассматривать как токовый элемент, допускающий изменение входного тока при постоянном входном напря­жении.

Выходные характеристики

На рис. 21.9 приведено семейство кривых, называемых выходными харак­теристиками транзистора, которые устанавливают связь тока коллектора (выходного тока) I_c с напряжением на коллекторе (выходным напряже­нием) V_CE. Для определенных значений тока базы (входного тока) I_b. Эти кривые устанавливают также взаимосвязь между входным током, с одной стороны, и выходным током и выходным напряжением — с другой. На­пример, для транзистора с выходными характеристиками, приведенными на рис. 21.9, при    I_b = 40 мкА и V_CE= 6 В ток коллектора I_c = 4 мА. Это значение легко определяется из выходной характеристики, соответству­ющей выбранному току базы.

Характеристика для I_b = 0 соответствует транзистору в непроводя­щем состоянии, т. е. в состоянии отсечки, когда величина напряжения V_CEменьше требуемой величины прямого падения напряжения на эмиттерном переходе. Теоретически ток транзистора равен нулю при I_b = 0; однако реально очень слабый ток утечки всегда протекает через коллекторный переход.

 

Рис. 21.9. Семейство выходных характеристик транзистора.

Статический коэффициент усиления тока β

Очень важным параметром любого транзистора является его коэффициент усиления по постоянному току, называемый статическим коэффициентом усиления тока. Это коэффициент усиления тока для транзистора, находящегося в статическом режиме, то есть в отсутствие входного сигнала. Статический коэффициент усиления тока является без­размерной величиной (отношение величин двух токов) и определяется по формуле

                                                             Выходной ток                 I_c 

                                                 β =       —————————-     =   —–

                                                             Входной ток                    I_b

Величину β можно рассчитать с помощью выходных характеристик транзистора. Например, если транзистор работает в режиме, определяемом точкой Q (рабочая точка), при                    I_b, = 40 мкА и I_c = 4 мА, то

 

Передаточные характеристики

Эти характеристики устанавливают взаимосвязь между входным и вы­ходным токами транзистора (рис. 21.10). С помощью такой характери­стики можно рассчитать статический коэффициент усиления тока. На­пример, если точка Q — рабочая точка транзистора, то

Рис. 21.10. Передаточная характеристика транзистора.

В этом видео рассказывается о принципах работы транзистора:

Добавить комментарий

О транзисторах «на пальцах». Часть 1. Биполярные транзисторы — radiohlam.ru

В этом цикле статей мы попытаемся просто и доходчиво рассказать о таких непростых компонентах, как транзисторы.

Сегодня этот полупроводниковый элемент встречается почти на всех печатных платах, в любом электронном устройстве (в сотовых телефонах, в радиоприёмниках, в компьютерах и другой электронике). Транзисторы являются основой для построения микросхем логики, памяти, микропроцессоров… Вот давайте и разберёмся, что это чудо из себя представляет, как работает и чем вызвана такая широта его применения.

Транзистор — это электронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий с помощью входного сигнала управлять током.

Многие считают, что транзистор усиливает входной сигнал. Спешу огорчить, — сами по себе, без внешнего источника питания, транзисторы ничего не усилят (закон сохранения энергии ещё никто не отменял). На транзисторе можно построить усилитель, но это лишь одно из его применений, и то, для получения усиленного сигнала нужна специальная схема, которая проектируется и рассчитывается под определённые условия, плюс обязательно источник питания.

Сам по себе транзистор может только управлять током.

Что нужно знать из самого важного? Транзисторы делятся на 2 большие группы: биполярные и полевые. Эти 2 группы отличаются по структуре и принципу действия, поэтому про каждую из этих групп мы поговорим отдельно.

Итак, первая группа — биполярные транзисторы.

Эти транзисторы состоят из трёх слоёв полупроводника и делятся по структуре на 2 типа:

pnp и npn. Первый тип (pnp) иногда называют транзисторами прямой проводимости, а второй тип (npn) — транзисторами обратной проводимости.

Что означают эти буквы? Чем отличаются эти транзисторы? И почему именно двух проводимостей? Как обычно — истина где-то рядом. © Всё гениальное — просто. N — negative (англ.) — отрицательный. P — positive (англ.) — положительный. Это обозначение типов проводимостей полупроводниковых слоёв из которых транзистор состоит. «Положительный» — слой полупроводника с «дырочной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют положительный знак), «отрицательный» — слой полупроводника с «электронной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют

отрицательный знак).

Структура и обозначение биполярных транзисторов на схемах показаны на рисунке справа. У каждого вывода имеется своё название. Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база. Как на схеме узнать базовый вывод? Легко. Он обозначается площадкой, в которую упираются коллектор и эмиттер. А как узнать эмиттер? Тоже легко, — это вывод со стрелочкой. Оставшийся вывод — это коллектор. Стрелочка на эмиттере всегда показывает направление тока. Соответственно, для npn транзисторов — ток втекает через коллектор и базу, а вытекает из эмиттера, для pnp транзисторов наоборот, — ток втекает через эмиттер, а вытекает через коллектор и базу.

Тонем в теории глубже… Три слоя полупроводника образуют в транзисторе два pn-перехода. Один — между эмиттером и базой, его обычно называют эмиттерный, второй — между коллектором и базой, его обычно называют коллекторный.

На каждом из двух pn-переходов может быть прямое или обратное смещение, поэтому в работе транзистора выделяют четыре основных режима, в зависимости от смещения pn-переходов (помним да, что если на стороне с проводимостью p-типа напряжение больше, чем на стороне с проводимостью n-типа, то это прямое смещение pn-перехода, если всё наоборот, то обратное).

Ниже, на рисунках, иллюстрирующих каждый режим, стрелочками показано направление от большего напряжения к меньшему (это не направление тока!). Так легче ориентироваться: если стрелочка направлена от «p» к «n» — это прямое смещение pn-перехода, если от «n» к «p» — это обратное смещение.

Режимы работы биполярного транзистора:

1) Если на эмиттерном pn-переходе прямое смещение, а на коллекторном — обратное, то транзистор находится в нормальном активном режиме (иногда говорят просто: «активный режим», — опуская слово нормальный). В этом режиме ток коллектора зависит от тока базы и связан с ним следующим соотношением: Iк=Iб*β. Активный режим используется при построении транзисторных усилителей.

2) Если на обоих переходах прямое смещение — транзистор находится в режиме насыщения. При этом ток коллектора перестаёт зависеть от тока базы в соответствии с указанной выше формулой (в которой был коэффициент β), он перестаёт увеличиваться, даже если продолжать увеличивать ток базы. В этом случае говорят, что транзистор полностью открыт или просто открыт. Чем глубже мы уходим в область насыщения — тем больше ломается зависимость Iк=Iб*β. Внешне это выглядит так, как будто коэффициент β уменьшается. Ещё скажу, что есть такое понятие, как коэффициент насыщения. Он определяется как отношение реального тока базы (того, который у вас есть в данный момент) к току базы в пограничном состоянии между активным режимом и насыщением.

3) Если у нас на обоих переходах обратное смещение — транзистор находится в режиме отсечки. При этом ток через него не течёт (за исключением очень маленьких токов утечки — обратных токов через pn-переходы). В этом случае говорят, что транзистор полностью закрыт или просто закрыт. Режимы насыщения и отсечки используются при построении транзисторных ключей.

4) Если на эмиттерном переходе обратное смещение, а на коллекторном — прямое, то транзистор попадает в инверсный активный режим. Этот режим является довольно экзотическим и используется редко. Несмотря на то, что на наших рисунках эмиттер не отличается от коллектора и по сути они должны быть равнозначны (посмотрите ещё раз на самый верхний рисунок, — на первый взгляд ничего не изменится, если поменять местами коллектор и эмиттер), на самом деле у них есть конструктивные отличия (например в размерах) и равнозначными они не являются. Именно из-за этой неравнозначности и существует разделение на «нормальный активный режим» и «инверсный активный режим».

Иногда ещё выделяют пятый, так называемый, «барьерный режим». В этом случае база транзистора закорочена с коллектором. По сути правильнее было бы говорить не о каком-то особом режиме, а об особом способе включения. Режим тут вполне обычный — близкий к пограничному состоянию между активным режимом и насыщением. Его можно получить и не только закорачивая базу с коллектором. В данном конкретном случае вся фишка в том, что при таком способе включения, как бы мы не меняли напряжение питания или нагрузку — транзистор всё равно останется в этом самом пограничном режиме.

То есть транзистор в этом случае будет эквивалентен диоду.

Итак, c теорией пока закончили. Едем дальше.

Биполярный транзистор управляется током. То есть, для того, чтобы между коллектором и эмиттером мог протекать ток (по другому говоря, чтобы транзистор открылся), — должен протекать ток между эмиттером и базой (или между коллектором и базой — для инверсного режима). Более того, величина тока базы и максимально возможного тока через коллектор (при таком токе базы) связаны постоянным коэффициентом β (коэффициент передачи тока базы): I_Б*β=I_K.

Кроме параметра β используется ещё один коэффициент: коэффициент передачи эмиттерного тока (α). Он равен отношению тока коллектора к току эмиттера: α=Iк/Iэ. Значение этого коэффициента обычно близко к единице (чем ближе к единице — тем лучше). Коэффициенты α и β связаны между собой следующим соотношением: β=α/(1-α).

В отечественных справочниках часто вместо коэффициента β указывают коэффициент h_21Э (коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером), в забугорной литературе иногда вместо β можно встретить h_FE. Ничего страшного, обычно можно считать, что все эти коэффициенты равны, а называют их зачастую просто «коэффициент усиления транзистора».

Что нам это даёт и зачем нам это надо? На рисунке слева изображены простейшие схемы. Они эквивалентны, но построены с участием транзисторов разных проводимостей. Также присутствуют: нагрузка, в виде лампочки накаливания, переменный резистор и постоянный резистор.

Смотрим на левую схему. Что там происходит? Представим себе, что ползунок переменного резистора в верхнем положении. При этом на базе транзистора напряжение равно напряжению на эмиттере, ток базы равен нулю, следовательно ток коллектора тоже равен нулю (I_К=β*I_Б) — транзистор закрыт, лампа не светится. Начинаем опускать ползунок вниз
— напряжение на нём начинает опускаться ниже, чем на эмиттере — появляется ток из эмиттера в базу (ток базы) и одновременно с этим — ток из эмиттера в коллектор (транзистор начнёт открываться). Лампа начинает светиться, но не в полный накал.

Чем ниже мы будем перемещать ползунок переменного резистора — тем ярче будет гореть лампа.

И тут, внимание! Если мы начнём перемещать ползунок переменного резистора вверх — то транзистор начнёт закрываться, а токи из эмиттера в базу и из эмиттера в коллектор — начнут уменьшаться. На правой схеме всё то же самое, только с транзистором другой проводимости.

Рассмотренный режим работы транзистора как раз является активным. В чём суть? Ток управляет током? Именно, но фишка в том, что коэффициент β может измеряться десятками и
даже сотнями. То есть для того, чтобы сильно менять ток, протекающий из эмиттера в коллектор, нам достаточно лишь чуть-чуть изменять ток, протекающий из эмиттера в базу.

В активном режиме транзистор (с соответствующей обвязкой) используется в качестве усилителя.

Мы устали… отдохнём немного…

И снова вперёд!

Теперь разберёмся с работой транзистора в качестве ключа. Смотрим на левую схему. Пусть переключатель S будет замкнут в положении 1. При этом база транзистора через резистор R притянута к плюсу питания, поэтому ток между эмиттером и базой отсутствует и транзистор закрыт. Представим, что мы перевели переключатель S в положение 2. Напряжение на базе становится меньше, чем на эмиттере, — появляется ток между эмиттером и базой (его величина определяется сопротивлением R). Сразу возникает ток КЭ. Транзистор открывается, лампа загорается. Если мы снова вернём переключатель S в положение 1 — транзистор закроется, лампа погаснет. (на правой схеме всё то же самое, только транзистор другой проводимости)

В этом случае говорят, что транзистор работает в качестве ключа. В чём суть? Транзистор переключается между двумя состояниями — открытым и закрытым. Обычно при использовании транзистора в качестве ключа — стараются, чтобы в открытом состоянии транзистор был близок к насыщению (при этом падение напряжения между коллектором и эмиттером, а значит и потери на транзисторе, — минимальны).Для этого специальным образом рассчитывают ограничительный резистор в цепи базы. Состояний глубокого насыщения и глубокой отсечки обычно стараются избежать, потому что в этом случае увеличивается время переключения ключа из одного состояния в другое.

Небольшой пример расчётов. Представим себе, что мы управляем лампой накаливания 12В, 50мА через транзистор. Транзистор у нас работает в качестве ключа, поэтому в открытом состоянии должен быть близок к насыщению. Падение напряжения между коллектором и эмиттером учитывать не будем, поскольку для режима насыщения оно на порядок меньше напряжения питания. Так как через лампу течёт ток 50 мА, то нам нужно выбрать транзистор с максимальным током КЭ не менее 62,5 мА (обычно рекомендуют использовать компоненты на 75% от их максимальных параметров, это такой своеобразный запас). Открываем справочник и ищем подходящий p-n-p транзистор. Например КТ361. В нашем случае по току подходят с буквенными индексами «а, б, в, г», так как максимальное напряжение КЭ у них 20В, а у нас в задаче всего 12В.

Предположим, что использовать будем КТ361А, с коэффициентом усиления от 20 до 90. Так как нам нужно, чтобы транзистор гарантированно открылся полностью, — в расчёте будем использовать минимальный Кус=20. Теперь думаем. Какой минимальный ток должен течь между эмиттером и базой, чтобы через КЭ обеспечить ток 50 мА?

50 мА/ 20 раз = 2,5 мА

Токоограничивающий резистор какого номинала нужно поставить, чтобы пустить через БЭ ток 2,5 мА?

Тут всё просто. Закон Ома: I=U/R. Следовательно R=(12 В питания — 0,65 В потери на pn-переходе БЭ) / 0,0025 А = 4540 Ом. Так как 2,5 мА — это минимальный ток, который в нашем случае должен протекать из эмиттера в базу, то нужно выбрать из стандартного ряда ближайший резистор меньшего сопротивления. Например, с 5% отклонением это будет резистор 4,3 кОм.

Теперь о токе. Для зажигания лампы с номинальным током 50 мА нам нужно коммутировать ток всего 2,5 мА. И это при использовании ширпотребовского, копеечного транзистора, с низким Кус, разработанного 40 лет назад. Чувствуете разницу? Насколько можно уменьшить габариты выключателей (а значит и их стоимость) при использовании транзисторов.

Вернёмся опять к теории.

В рассмотренных выше примерах мы использовали только одну из схем включения транзистора. Всего же, в зависимости от того, куда мы подаём управляющий сигнал и откуда снимаем выходной сигнал (от того, какой электрод для этих сигналов является общим) выделяют 3 основных схемы включения биполярных транзисторов (ну, логично, да? — у транзистора 3 вывода, значит если делить схемы по принципу, что один из выводов общий, то всего может быть 3 схемы):

1) Схема с общим эмиттером.

Если считать, что входной ток — это ток базы, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора и выходное напряжение — это напряжение между коллектором и эмиттером, то можно записать, что: Iвых/Iвх=Iк/Iб=β , Rвх=Uбэ/Iб.

Кроме того, так как Uвых=Eпит-Iк*R, то видно, что, во-первых, выходное напряжение легко можно сделать гораздо выше входного, а во-вторых, что выходное напряжение инвертировано по отношению ко входному (когда Uбэ=Uвх увеличивается и входной ток растёт — выходной ток также растёт, но Uкэ=Uвых при этом уменьшается).

Такая схема включения (для краткости её обозначают ОЭ) является наиболее распространённой, поскольку позволяет усилить как ток, так и напряжение, то есть позволяет получить максимальное усиление мощности. Замечу, что эта дополнительная мощность у усиленного сигнала берётся не из воздуха и не от самого транзистора, а от источника питания (Eпит), без которого транзистор ничего не сможет усилить и вообще никакого тока в выходной цепи не будет. (Я думаю, — мы позже, в отдельной статье, про то, как именно работают транзисторные усилители и как их рассчитывать, подробнее напишем).

2) Схема с общей базой.

Здесь входной ток — это ток эмиттера, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь коллектора нагрузке. Для этой схемы: Iвых≈Iвх, т.к. Iк≈Iэ, Rвх=Uбэ/Iэ.

Такая схема (ОБ) усиливает только напряжение и не усиливает ток. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается.

3) Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Здесь входной ток — это ток базы, а входное напряжение подключено к переходу БЭ транзистора и нагрузке, выходной ток — ток эмиттера, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь эмиттера нагрузке. Для этой схемы: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=(I_К+I_Б)/I_Б=β+1, т.к. обычно коэффициент β достаточно большой, то иногда считают Iвых/Iвх≈β. Rвх=Uбэ/Iб+R. Uвых/Uвх=(Uбэ+Uвых)/Uвых≈1.

Как видим, такая схема (ОК) усиливает ток и не усиливает напряжение. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается. Кроме того, данная схема имеет самое большое входное сопротивление.

Оранжевыми стрелками на приведённых выше схемах показаны контура протекания токов, создаваемых источником питания выходной цепи (Епит) и самим входным сигналом (Uвх). Как видите, в схеме с ОБ ток, создаваемый Eпит, протекает не только через транзистор, но и через источник усиливаемого сигнала, а в схеме с ОК, наоборот, — ток, создаваемый входным сигналом, протекает не только через транзистор, но и через нагрузку (по этим приметам можно легко отличить одну схему включения от другой).

Ну и на последок поговорим о том, как проверить биполярный транзистор на исправность. В большинстве случаев о исправности транзистора можно судить по состоянию pn-переходов. Если рассматривать эти pn-переходы независимо друг от друга, то транзистор можно представить как совокупность двух диодов (как на рисунке слева). В общем-то взаимное влияние pn-переходов и делает транзистор транзистором, но при проверке можно с этим взаимным влиянием не считаться, поскольку напряжение к выводам транзистора мы прикладываем попарно (к двум выводам из трёх). Соответственно, проверить эти pn-переходы можно обычным мультиметром в режиме проверки диодов. При подключении красного щупа (+) к катоду диода, а чёрного к аноду — pn-переход будет закрыт (мультиметр показывает бесконечно большое сопротивление), если поменять щупы местами — pn-переход будет открыт (мультиметр показывает падение напряжения на открытом pn-переходе, обычно 0,6-0,8 В). При подключении щупов между коллектором и эмиттером мультиметр будет показывать бесконечно большое сопротивление, независимо от того какой щуп подключен к коллектору, а какой к эмиттеру.

Продолжение следует…

Транзистор | Электронные печеньки

Транзистор

Транзистор — полупроводниковый прибор позволяющий с помощью слабого сигнала управлять более сильным сигналом. Из-за такого свойства часто говорят о способности транзистора усиливать сигнал. Хотя фактически, он ничего не усиливает, а просто позволяет включать и выключать большой ток гораздо более слабыми токами. Транзисторы весьма распространены в электронике, ведь вывод любого контроллера редко может выдавать ток более 40 мА, поэтому, даже 2-3 маломощных светодиода уже не получится питать напрямую от микроконтроллера. Тут на помощь и приходят транзисторы. В статье рассматриваются основные типы транзисторов, отличия P-N-P от N-P-N биполярных транзисторов, P-channel от N-channel полевых транзисторов, рассматриваются основные тонкости подключения транзисторов и раскрываются сферы их применения.

Не стоит путать транзистор с реле. Реле — простой выключатель. Суть его работы в замыкании и размыкании металлических контактов. Транзистор устроен сложнее и в основе его работы лежит электронно-дырочный переход. Если вам интересно узнать об этом больше, вы можете посмотреть прекрасное видео, которое описывает работу транзистора от простого к сложному. Пусть вас не смущает год производства ролика — законы физики с тех пор не изменились, а более нового видео, в котором так качественно преподносится материал, найти не удалось:

Биполярный транзистор

Биполярный транзисто предназначен для управления слабыми нагрузками (например, маломощные моторы и сервоприводы). У него всегда есть три вывода:

• Коллектор (англ. collector) — подаётся высокое напряжение, которым транзистор управляет

• База (англ. base) — подаётся или отключается ток для открытия или закрытия транзистора

• Эмиттер (англ. emitter) — «выпускной» вывод транзистоа. Через него вытекает ток от коллектора и базы.

Биполярный транзистор управляется током. Чем больший ток подаётся на базу, тем больший ток потечёт от коллектора к эмиттеру. Отношение тока, проходящего от эмиттера к коллектору к току на базе транзистора называется коэффициент усиления. Обозначается как h_fe (в английской литературе называется gain).

Например, если h_fe = 150, и через базу проходит 0.2 мА, то транзистор пропустит через себя максимум 30 мА. Если подключен компонент, который потребляет 25 мА (например, светодиод), ему будет предоставлено 25 мА. Если же подключен компонент, который потребляет 150 мА, ему будут предоставлены только максимальные 30 мА. В документации к контакту указываются предельно допустимые значени токов и напряжений база->эмиттер и коллектор->эмиттер. Превышение этих значений ведёт к перегреву и выходу из строя транзистора.

Весёлые картинки:

Работа биполярного транзистора

NPN и PNP биполярные транзисторы

Различают 2 типа полярных транзисторов: NPN и PNP. Отличаются они чередованием слоёв. N (от negative — отрицательный) — это слой с избытком отрицательных переносчиков заряда (электронов), P (от positive — положительный) — слой с избытком положительных переносчиков заряда (дырок). Подробнее о электронах и дырках рассказано в видео, приведённом выше.

От чередования слоёв зависит поведение транзисторов. На анимации выше представлен NPN транзистор. В PNP управление транзистором устроено наоборот — ток через транзистор течёт, когда база заземлена и блокируется, когда через базу пропускают ток. В отображении на схеме PNP и NPN отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает на переход от N к P:

Обозначение NPN (слева) и PNP (справа) транзисторов на схеме

NPN транзисторы более распространены в электронике, потому что являются более эффективными.

Полевый транзистор

Полевые транзисторы отличаются от биполярных внутренним устройством. Наиболее распространены в любительской электронике МОП транзисторы. МОП — это аббревиатура от металл-оксид-проводник. То-же самое по английски: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor сокращённо MOSFET. МОП транзисторы позволяют управлять большими мощностями при сравнительно небольших размерах самого транзистора. Управление транзистором обеспечивается напряжением, а не током. Поскольку транзистором управляет электрическое поле, транзистор и получил своё название —  полевой.

Полевые транзисторы имеют как минимум 3 вывода:

• Сток (англ. drain) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять

• Затвор (англ. gate) — на него подаётся напряжение для управления транзистором

• Исток (англ. source) — через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт»

Здесь должна быть анимация с полевым транзистором, но она ничем не будет отличаться от биполярного за исключением схематического отображения самих транзисторов, поэтому анимации не будет.

N канальные и P канальные полевые транзисторы

Полевые транзисторы тоже делятся на 2 типа в зависимости от устройства и поведения. N канальный (N channel) открывается, когда на затвор подаётся напряжение и закрывается. когда напряжения нет. P канальный (P channel) работает наоборот: пока напряжения на затворе нет, через транзистор протекает ток. При подаче напряжения на затвор, ток прекращается. На схеме полевые транзисторы изображаются несколько иначе:

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

Обозначение N канальных (слева) и P канальных (справа) транзисторов на схеме

Существует заблуждение, согласно которому полевой транзистор может управлять переменным током. Это не так. Для управления переменным током, используйте реле.

Транзистор Дарлингтона

Транзистора Дарлингтона не совсем корректно относить к отдельному типу транзисторов. Однако, не упомянуть из в этой статье нельзя. Транзистор Дарлингтона чаще всего встречается в виде микросхемы, включающей в себя несколько транзисторов. Например, ULN2003. Транзистора Дарлингтона характеризуется возможность быстро открываться и закрывать (а значит, позволяет работать с ШИМ) и при этом выдерживает большие токи. Он является разновидностью составного транзистора и представляет собой каскадное соединение двух или, редко, более транзисторов, включённых таким образом, что нагрузкой в эмиттере предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора следующего каскада, то есть транзисторы соединяются коллекторами, а эмиттер входного транзистора соединяется с базой выходного. Кроме того, в составе схемы для ускорения закрывания может использоваться резистивная нагрузка эмиттера предыдущего транзистора. Такое соединение в целом рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого, при работе транзисторов в активном режиме, приблизительно равен произведению коэффициентов усиления всех транзисторов.

Схема составного транзистора дарлингтона

Не секрет, что плата Ардуино способна подать на вывод напряжение 5 В с максимальным током до 40 мА. Этого тока не хватит для подключения мощной нагрузки. Например, при попытке подключить к выводу напрямую светодиодную ленту или моторчик, вы гарантированно повредите вывод Ардуино. Не исключено, что выйдет из строя всё плата. Кроме того, некоторые подключаемые компоненты могут требовать напряжения более 5 В для работы. Обе эти проблемы решает транзистор. Он поможет с помощью небольшого тока с вывода Ардуино управлять мощным током от отдельного блока питания или с помощью напряжения в 5 В управлять бОльшим напряжением (даже самые слабые транзисторы редко имеют предельное напряжение ниже 50 В). В качестве примера рассмотрим подключение мотора:

Подключение мощного мотора с помощью транзистора

На приведённой схеме мотор подключается к отдельному источнику питания. Между контактом мотора и источником питания для мотора мы поместили транзистора, который будет управляться с помощью любого цифрового пина Arduino. При подаче на вывод контроллера сигнала HIGH с вывода контроллера мы возьмём совсем небольшой ток для открытия транзистора, а большой ток потечёт через транзистор и не повредит контроллер. Обратите внимание на резистор, установленный между выводом Ардуино и базой транзистора. Он нужен для ограничения тока, протекающего по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля и предотвращения короткого замыкания. Как упоминалось ранее, максимальный ток, который можно взять с вывода Arduino — 40 мА. Поэтому, нам понадобится резистор не менее 125 Ом (5В/0,04А=125Ом). Можно без опаски использовать резистор на 220 Ом. На самом деле, резистор стоит подбирать с учётом тока, который необходимо подать на базу для получения необходимого тока через транзистор. Для правильного подбора резистора нужно учитывать коэффициент усиления (h_fe).

ВАЖНО!! Если вы подключаете мощную нагрузку от отдельного блока питания, то необходимо физически соединить между собой землю («минус») блока питания нагрузки и землю (пин «GND») Ардуино. Иначе управлять транзистором не получится.

При использовании полевого транзистора, токоограничительный резистор на затворе не нужен. Транзистор управляется исключительно напряжением и ток через затвор не течёт.

3.2.2 Схемы включения биполярного транзистора

В схемотехнике применяются три схемы включения биполярных транзисторов – с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – Включения транзистора по схеме с общей базой (а), общим

эмиттером (б) и общим коллектором (в)

На представленных схемах к выводам 1 – 1′ подается входной сигнал, а с выводов 2 – 2’снимается выходной сигнал. На схемах включения видно, что входной и выходной сигнал берутся относительно вывода транзистора, который является общим относительно входа и выхода. Так в схеме с общей базой (рисунок 3.4,а) входной сигнал U_эб прикладывается к эмиттеру относительно базы и выходной сигнал U_кб снимается с коллектора относительно так же базы. Аналогичное имеет место и на других схемах. В качестве условного обозначения способа включения транзистора используются первые буквы наименования включения (аббревиатура). Так для обозначения включения транзистора по схеме с общим эмиттером используется его аббревиатура О.Э. и т.д.

При конкретном включении транзистора важно правильно расставить полярность напряжений, прикладываемых к его выводам. Полярности должны быть таковыми, чтобы, как уже говорилось, эмиттерный p–n переход был под прямым напряжением, а коллекторный под обратным. Это легко проверить по схемам включения транзисторов на рисунок 3.4.

Каждая из схем включения обладает своими свойствами. Они отличаются величинами входного и выходного сопротивления, значениями коэффициентов усиления по напряжению, току и мощности, видами входных и выходных вольтамперных характеристик. Каждая схема включения используется для конкретных целей. Так схема с общей базой используется в схемах регулировки напряжения, схема с общим эмиттером используется в усилителях сигнала, с помощью схемы с общим коллектором осуществляется согласование высокоомного источника сигнала с низкоомной нагрузкой для создания условия передачи максимума мощности.

Все виды вольтамперных характеристик биполярного транзистора удобно представить в виде диаграммы рисунок 3.5.

Рисунок 3.5 – Виды вольтамперных характеристик биполярного транзистора

Как видно из рисунке 3.5 все В.А.Х. транзистора подразделяются прежде всего на статические и динамические. Статические характеристики описывают статический режим работы транзистора. Он характеризуется тем, что при изменении тока в коллекторе напряжение на коллекторе остается постоянным. Как отмечалось, каждая схема включения транзистора (рисунок 3.4) характеризуется своими вольтамперными характеристиками. Из трех видов включения транзисторов наиболее широко используется включение по схеме с общим эмиттером.

Все вольтамперные характеристики получают экспериментально. На рисунке 3.6 показана схема для снятия В.А.Х. биполярного транзистора типа p–n–p, включённого по схеме с общим эмиттером.

Рисунок 3. 6 – Схема для снятия входных и выходных В.А.Х. биполярного

транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером

Назначение элементов на схеме (рисунок 3.6) следующие: с помощью потенциометров R₁ и R₂ осуществляется изменение напряжений соответственно на базе и на коллекторе относительно эмиттера. Эти напряжения измеряются с помощью вольтметров V₁ и V₂. Ток базы измеряется с помощью первого миллиамперметра (mA₁), а ток коллектора измеряется с помощью второго миллиамперметра (mA₂).

Входной вольтамперной характеристикой называется зависимость тока базы I_б от напряжения на базе относительно эмиттера U_бэ при постоянном значении напряжения на коллекторе относительно эмиттера U_кэ.

Для этого с помощью потенциометра R₂ устанавливается определенное напряжение, а затем с помощью потенциометра R₁ устанавливаются последовательно значения напряжений на базе и для каждого значения измеряется ток базы. По полученным измерениям строится входная В.А.Х. транзистора (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7 – Семейство входных В.А.Х. биполярного транзистора,

включённого по схеме с общим эмиттером

Обычно снимаются и строятся несколько В.А.Х. при различных значениях коллекторного напряжения. В результате получается семейство входных В.А.Х. (рисунок 3.7). Первая В.А.Х. строится при коллекторном напряжении равном нулю. В этом случае функционирует только эмиттерный p–n переход. Он находится под прямым напряжением, что обеспечивается полярностью подключения источника U₁. Поэтому вид входной В.А.Х. транзистора полностью совпадает с В.А.Х. p–n перехода.

Следующая В.А.Х. снимается при установке на коллекторе с помощью потенциометра R₂ напряжения U_К1. В этом случае под действием коллекторного напряжения часть носителей (дырок), прошедших из эмиттера в базу, проходят в коллектор. Это приводит к уменьшению числа зарядов, проходящих в базе, т.е. это приводит к уменьшению базового тока. На рисунке 3.7 показано, что при определённом напряжении на базе U_б, токи базы при различных напряжениях на коллекторе различны и их величины убывают с увеличением коллекторного напряжения.

Выходные характеристики снимаются с помощью той же схемы (рисунок 3.6). Выходной статической характеристикой биполярного транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером называется зависимость тока коллектора I_к от напряжения на коллекторе относительно эмиттера при постоянном значении тока базы:

I_к = f(U_кэ) при I_б = const

Последовательность снятия выходной В.А.Х. состоит в следующем. В начале устанавливается определённое значение тока базы транзистора путём изменения напряжения на базе. Затем, изменяя напряжение на коллекторе, измеряются значения тока коллектора. Величина напряжения на коллекторе и величина коллекторного тока не должны превышать допустимых предельных значений, указанные в справочнике. Далее устанавливается другое значение тока базы и затем снимается следующая выходная характеристика. Значения тока базы не должны превышать допустимого максимального значения тока базы. Таким образом получается семейство выходных статических характеристик (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 – Семейство выходных статических характеристик биполярного

транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером

При базовом токе равном нулю выходной В.А.Х. не происходит наполнение базы зарядами из эмиттера. Полярность напряжения на коллекторе такова, что коллекторный переход находится под обратным напряжением и коллекторный ток за счёт не основных носителей базы. В результате выходная В.А.Х. представляет собой обратную В.А.Х. p – n перехода. При создании базового тока (I_б2, I_б3) база наполняется основными носителями из эмиттера, что ведёт к уменьшению величины потенциального барьера и уменьшению запирающего слоя коллекторного p – n перехода. Последнее приводит к увеличению коллекторного тока при тех же значениях коллекторного напряжения – зависимости при I_б2 и при I_б3 (рисунок 3.8). Несколько выходных В.А.Х., представленных на одном графике называется семейством выходных характеристик транзистора.

Довольно часто используется включение транзистора по схеме с общей базой (О.Б.). По такой схеме транзисторы включаются, например, в стабилизаторах напряжения и тока. Снятие В.А.Х. биполярного транзистора, включённого по схеме с О.Б. осуществляется с помощью такой же схемы, как и на рисунке 3.6, но транзистор при этом включается по схеме с О.Б. (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 – Схема для снятия В.А.Х. биполярного транзистора,

включённого по схеме с общей базой

Назначение элементов аналогичное тому, что в схеме рисунок 3.6.

Входной В.А.Х. транзистора, включённого по схеме с О. Б., называется зависимость тока эмиттера I_э от напряжения на эмиттере относительно базы U_э при постоянном напряжении на коллекторе относительно базы U_к:

I_б = f(U_э) при U_к = const

Последовательность снятия входных В.А.Х. аналогично ранее рассмотренному. Предварительно устанавливается напряжение на коллекторе передвижением ползунка резистора R₂ (рисунок 3.9), величина которого измеряется с помощью второго вольтметра.

Далее, передвижением ползунка резистора R₁, устанавливаются определённые значения напряжений на эмиттере U_э и для каждого его значения измеряется ток эмиттера I_э первым миллиамперметром. Результаты измерений вносятся в таблицу, по которой строится входная В.А.Х.. Первая В.А.Х. снимается при нулевом напряжении на коллекторе. Не трудно увидеть, что в этом режиме электрические процессы протекают только в эмиттерном переходе, который находится под прямым напряжением. Очевидно, что вид входной В.А.Х. при U_к = 0 будет полностью совпадать с В.А.Х. p–n перехода при прямом включении (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 – Семейство входных В.А.Х. биполярного

транзистора, включённого по схеме с общей базой

Далее устанавливается некоторое напряжение на коллекторе U_к2 и снимается следующая входная В.А.Х.

При появлении отрицательного потенциала на коллекторе часть дырок, перешедших из эмиттера в базу теперь движутся в коллектор через коллекторный p–n переход. Это приводит к увеличению эмиттерного тока I_э при тех же значениях напряжений на эмиттере U_э, так как этот ток, как отмечалось, равен сумме токов базы и коллектора. Отсюда следует, что значения эмиттерного тока будут больше прежних значений на величину коллекторного тока. Следовательно, эта характеристика пойдёт выше прежней характеристики (U_к2>0, рисунок 3. 10).

Следующая входная В.А.Х. снимается при следующем бóльшем напряжении U_к3>U_к2. Увеличение коллекторного напряжения приводит к увеличению коллекторного тока, что вызывает увеличение эмиттерного тока. Последнее приводит к тому, что характеристика при U_к3 будет расположена выше характеристики при U_к2 (рисунок 3.10).

Семейство выходных характеристик представляет зависимость тока коллектора I_к от величины коллекторного напряжения U_к при неизменном значении тока эмиттера I_э:

I_к = f(U_к) при I_э = const

Первой является характеристика при нулевом токе эмиттера. В этом случае в транзисторе функционирует только коллекторный переход, который находится под обратным напряжением. Очевидно, что в этом случае выходная характеристика будет полностью повторять В.А.Х. p–n перехода, находящегося под обратным напряжением (рисунок 3. 11, I_э = 0).

Рисунок 3.11 – Семейство выходных В.А.Х. биполярного

транзистора, включённого по схеме с общей базой

Для снятия следующей выходной характеристики устанавливается некоторое значение тока эмиттера I_э2. При нулевом напряжении на коллекторе ползунок потенциометра находится в крайнем нижнем положении. Это приводит к закорачиванию коллектора с базой. В результате эмиттерное напряжение, прикладываемое к выводам эмиттер – база создаёт токи в двух участках цепи. Первый – эмиттер, база и второй – эмиттер, база, коллектор, перемычка в R₂ и база. Поэтому, при нулевом напряжении на коллекторе в коллекторе имеет место коллекторный начальный ток, который на графике обозначен I_{к нач.}. Увеличение коллекторного напряжения не значительно влияет на увеличение тока коллектора. Это связано с тем, что величина коллекторного тока зависит от плотности дырок в базе, прошедших из эмиттера. В такой схеме включения транзистора их плотность определяется только напряжением на эмиттере. Некоторое нарастание тока коллектора при увеличении коллекторного напряжения вызвано оттягиванием этим напряжением части дырок от цепи базы.

При изменении полярности напряжения коллекторный переход будет находиться под прямым напряжением, что приводит к резкому увеличению коллекторного тока и на практике не допустимо. Поведение В.А.Х. в этом случае показано пунктиром.

3.2.4 Динамические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с О.Э.

В предыдущих параграфах рассматривались электрические свойства транзистора, не соединённого с другими электрическими элементами. В этом случае, как было видно, изменение базового тока у транзистора, включённого по схеме с О.Э., вызывало изменение коллекторного тока, но коллекторное напряжение при этом оставалось неизменным. Такой режим, как отмечалось, принято называть статическим.

Если посмотреть любую схему с применением транзисторов, то видно, что к транзистору подключено определённое число электрических элементов. Из всех видов включения транзисторов наиболее результативным, как будет показано далее, является включение по схеме с О.Э.. При таком включении транзистора к коллектору подключается или резонансный контур (резонансный усилитель) или резистор (резистивный усилитель). Для изучения динамических свойств транзистора используем варианты резистивного усилителя. На рисунке 3.12 представлен биполярный транзистор, типа p–n–p, включённый по схеме с О.Э., в коллектор которого включён резистор R_н , называемый сопротивлением нагрузки.

Рисунок 3.12 – Схема включения биполярного транзистора

в динамическом режиме

В этой схеме источник питания коллекторной цепи E_к имеет постоянное значение (Е_к = const). Входное напряжение (U_бэ) изменяется в определённых пределах.

При некотором значении базового напряжения в базе устанавливается базовый ток I_б. В соответствии с ранее рассмотренным, под действием электрического поля, создаваемого источником Е_к возникает коллекторный ток I_к. Этот ток создаёт падение напряжения на сопротивлении нагрузки U_н. В соответствии с вторым законом Кирхгофа очевидно следующее соотношение:

Е_к = U_кэ + U_н = U_кэ + I_к R_н (1)

Из этого соотношения найдём напряжение на коллекторе:

U_кэ = Е_к – I_к R_н (2)

При увеличении напряжения на базе увеличивается базовый ток, что приводит к увеличению коллекторного тока. Из последнего соотношения видно, что при этом уменьшится напряжение на коллекторе. Из рассмотренного видно, что при изменении входного напряжения изменяется напряжение на коллекторе. Такой режим работы транзистора принято называть динамическим. Динамический режим транзистора описывается выходной, входной и проходной динамическими характеристиками.

Выходная динамическая характеристика

Выходная динамическая характеристика – это зависимость тока коллектора (I_к) от напряжения на коллекторе (U_кэ). Исходным является выше полученное уравнение по второму закону Кирхгофа для коллекторной цепи:

Е_к = U_кэ + I_к R_н

Это уравнение называется уравнением динамического режима транзистора. Из него получаем уравнение для динамической характеристики:

(3)

Из этого же уравнения напряжение на коллекторе:

(4)

Из уравнения динамической характеристики видно, что она имеет вид прямой линии. Выходная динамическая характеристика строится на семействе выходных динамических характеристик (рисунок 3.13). Так как она имеет вид прямой, найдем две крайние ее координатные точки на осях. Рассмотрим первый крайний случай, когда транзистор полностью открыт, то считается, что его сопротивление между эмиттером и коллектором равно нулю. Тогда падение напряжения на нём равно нулю. В этом случае ток коллектора равен максимальному значению:

Этому режиму соответствует точка с координатами (I_{к max}, U_к=0) на оси ординат – ось тока (рисунок 3.13).

Рассмотрим второй крайний случай, когда транзистор полностью закрыт.

Рисунок 3.13 – Выходная динамическая характеристика и семейство

статических выходных характеристик

Тогда его сопротивление равно бесконечности, а ток коллектора отсутствует, т.е. I_к = 0. Из (4) следует, что в этом режиме напряжение на коллекторе равно величине приложенной Э.Д.С. Е_к. Значит этому режиму соответствует точка с координатами (I_к = 0, U_к = Е_к) на оси абсцисс – ось напряжения (рисунок 3.13,а). Соединяя эти установленные точки, получаем выходную динамическую характеристику.

Полученное семейство выходных статических характеристик совместно с выходной динамической характеристикой позволяет осуществить анализ электрического состояния транзистора. Прежде всего отметим, что положение выходной динамической характеристики определяется величиной Е_к и R_н. При желании изменить её положение необходимо изменить одну из этих величин или обе (рисунок 3.13, б). Режим работы транзистора определяется выбором рабочей точки на динамической характеристике, которая характеризует электрическое состояние транзистора в исходном состоянии. Эту точку, обычно, выбирают, исходя из режима работы транзистора. Выбираем точку 2 на характеристике и в ней электрическое состояние транзистора характеризуется следующим – через транзистор будет протекать коллекторный ток I_к2, на транзисторе будет падать напряжение равное U_к2, на сопротивлении нагрузки падает напряжение U_н2 и при этом ток базы должен быть равен I_б2. При выборе другой рабочей точки значения названных величин изменится. Из сказанного следует, что с помощью семейства выходных статических характеристик и выходной динамической характеристики можно устанавливать режим работы транзистора и определять его электрическое состояние.

Входная динамическая характеристика

Входная динамическая характеристика строится на семействе входных статических характеристик с помощью выходной динамической характеристики. На рисунке 3.13 на динамической характеристике отмечены четыре точки (1÷4), каждой из которых соответствует определённое коллекторное напряжение. Для каждого коллекторного напряжения строится входная статическая характеристика (рисунок 3. 14,а). Каждой точке выходной динамической характеристике соответствует своё значение тока базы. Последовательность построения входной динамической характеристики следующая. Для точки 1 выходной динамической характеристики соответствует базовый ток I_б1 и коллекторное напряжение U_к1. На графике семейства входных характеристик (рисунок 3.14,а) откладываем на оси тока значение тока I_б1 и проводим этот уровень до пересечения с входной статической характеристикой, построенной для U_к1, что даёт точку 1 для входной динамической характеристики. Далее общаемся к точке 2 выходной статической характеристики.

Рисунок 3.14 – Построение входной динамической характеристики по

точкам (а) и по семейству входных характеристик (б)

Значение её базового тока I_б2 откладываем на оси тока семейства входных статических характеристик (рисунок 3.14,а) и проводим уровень этого тока до пересечения с характеристикой, построенной для U_к2, что даёт точку 2 для входной динамической характеристики. Аналогично строятся точки 3 и 4 для входной динамической характеристики. Полученные точки соединяются плавной кривой, которая и является входной динамической характеристикой.

Реально семейство входных статических характеристик представляет В.А.Х., которые очень плотно расположены друг относительно друга. Поэтому в справочной литературе семейство входных В.А.Х. представляется в виде двух характеристик, снятых при нулевом и максимальном значениях коллекторного напряжения, с заштрихованным между ними участком (рисунок 3.14,б). В таком случае за входную динамическую характеристику берётся усреднённая В.А.Х., находящаяся между заданными В.А.Х. (рисунок 3.14,б).

Проходная динамическая характеристика.

Проходная динамическая характеристика показывает как изменяется величина тока коллектора I_к при изменении напряжения на базе U_б, т.е. показывает связь выходного сигнала с входным. Строится проходная динамическая характеристика с помощью входной и выходной динамических характеристик (рисунок 3. 15). Для этого необходимо взять точку на выходной динамической характеристике. Ей соответствует определённый ток коллектора, который откладываем на оси коллекторного тока проходной динамической характеристики. Этой же точке соответствует определённый ток базы, для которого находим базовое напряжение по входной динамической характеристике. Это напряжение откладываем на оси базового напряжения проходной динамической характеристики.

Рисунок 3.15 – Построение проходной

динамической характеристики

Например, точке 2 на выходной динамической характеристике соответствует ток коллектора I_к2, который откладывается на оси коллекторного тока проходной характеристики (рисунок 3.15). Этой же точке 2 соответствует базовый ток I_б2. Откладываем этот ток на оси базового тока семейства входных статических характеристик (рисунок 3.14,а) и с помощью входной динамической характеристики находим напряжение на базе U_б2 и откладываем его на оси базового напряжения проходной характеристики (рисунок 3. 15). Аналогично поступаем с другими точками. При базовом токе равном нулю на выходной характеристики соответствует точка нуль, которой соответствует начальный ток коллектора I_к0.Очевидно, что нулевому значению базового тока соответствует нулевое значение базового напряжения. В результате следует, что проходная динамическая характеристика при нулевом значении базового напряжения имеет значение I_к0.

У проходной динамической характеристики можно выделить три участка – средний линейный участок и два нелинейных – верхний и нижний. Исходное состояние транзистора характеризуется местом положения его рабочей точки на проходной характеристике, т.е. значениями напряжении на базе и коллекторного тока. Для установки требуемого значения на базе существует ряд схемотехнических способов. В зависимости от положения рабочей точки на проходной характеристике различают три режима работы транзистора, отличающиеся степенью точности передачи сигнала, эффективностью использования усилительных свойств транзистора. Первый режим называется режимом А, когда рабочая точка находится в середине линейного участка (в окрестности точки 2 на графике проходной характеристики), а амплитуда входного сигнала не выходит за пределы линейного участка характеристики. Этот режим называется линейным и характеризуется высокой точностью передачи сигнала (малыми нелинейными искажениями), но в этом режиме самый низкий коэффициент полезного действия. Когда рабочая точка находится в начале линейного участка (в окрестности точки 1 на графике проходной характеристики), то этот режим называется режимом В и характеризуется заметными частотными искажениями сигнала, но довольно высоким К.П.Д. Наконец, когда рабочая точка находится в начале проходной характеристики, то этот режим называется режимом С. Он характеризуется значительными частотными (нелинейными) искажениями, но имеет самый высокий К.П.Д. из всех режимов.

Что такое полевой транзистор и как его проверить

Добрый день, друзья!

Недавно мы с вами начали плотнее знакомились с тем, как устроено компьютерное «железо». И познакомились одним из его «кирпичиков» — полупроводниковым диодом. Компьютер – это сложная система, состоящая из отдельных частей. Разбирая, как работают эти отдельные части (большие и малые), мы приобретаем знание.

Обретая знание, мы получаем шанс помочь своему железному другу-компьютеру, если он вдруг забарахлит. Мы же ведь в ответе за тех, кого приручили, не правда ли?

Сегодня мы продолжим это интересное дело, и попробуем разобраться, как работает самый, пожалуй, главный «кирпичик» электроники – транзистор. Из всех видов транзисторов (их немало) мы ограничимся сейчас рассмотрением работы полевых транзисторов.

Почему транзистор – полевой?

Слово «транзистор» образовано от двух английских слов translate и resistor, то есть, иными словами, это преобразователь сопротивления.

Среди всего многообразия транзисторов есть и полевые, т.е. такие, которые управляются электрическим полем.

Электрическое поле создается напряжением. Таким образом, полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, управляемый напряжением.

В англоязычной литературе используется термин MOSFET (MOS Field Effect Transistor). Есть другие типы полупроводниковых транзисторов, в частности, биполярные, которые управляются током. При этом на управление затрачивается и некоторая мощность, так как к входным электродам необходимо прикладывать некоторое напряжение.

Канал полевого транзистора может быть открыт только напряжением, без протекания тока через входные электроды (за исключением очень небольшого тока утечки). Т.е. мощность на управление не затрачивается. На практике, однако, полевые транзисторы используются большей частью не в статическом режиме, а переключаются с некоторой частотой.

Конструкция полевого транзистора обуславливает наличие в нем внутренней переходной емкости, через которую при переключении протекает некоторый ток, зависящий от частоты (чем больше частота, тем больше ток). Так что, строго говоря, некоторая мощность на управление все-таки затрачивается.

Где используются полевые транзисторы?

Настоящий уровень технологии позволяет сделать сопротивление открытого канала мощного полевого транзистора (ПТ) достаточно малым – в несколько сотых или тысячных долей Ома!

И это является большим преимуществом, так как при протекании тока даже в десяток ампер рассеиваемая на ПТ мощность не превысит десятых или сотых долей Ватта.

Таким образом, можно отказаться от громоздких радиаторов или сильно уменьшить их размеры.

ПТ широко используются в компьютерных блоках питания и низковольтных импульсных стабилизаторах на материнской плате компьютера.

Из всего многообразия типов ПТ для этих целей используются ПТ с индуцированным каналом.

Как работает полевой транзистор?

ПТ с индуцированным каналом содержит три электрода — исток (source), сток (drain), и затвор (gate).  

Принцип работы ПТ наполовину понятен из графического обозначения и названия электродов.

Канал ПТ – это «водяная труба», в которую втекает «вода» (поток заряженных частиц, образующих электрический ток) через «источник» (исток).

«Вода» вытекает из другого конца «трубы» через «слив» (сток). Затвор – это «кран», который открывает или перекрывает поток. Чтобы «вода» пошла по «трубе», надо создать в ней «давление», т.е. приложить напряжение между стоком и истоком.

Если напряжение не приложено («давления в системе нет»), тока в канале не будет.

Если приложено напряжение, то «открыть кран» можно подачей напряжения на затвор относительно истока.

Чем большее подано напряжение, тем сильнее открыт «кран», больше ток в канале «сток-исток» и меньше сопротивление канала.

В источниках питания ПТ используется в ключевом режиме, т.е. канал или полностью открыт, или полностью закрыт.

Честно сказать, принципы действия ПТ гораздо более сложны, он может работать не только в ключевом режиме. Его работа описывается многими заумными формулами, но мы не будем здесь все это описывать, а ограничимся этими простыми аналогиями.

Скажем только, что ПТ могут быть с n-каналом (при этом ток в канале создается отрицательно заряженными частицами) и p-каналом (ток создается положительно заряженными частицами). На графическом изображении у ПТ с n-каналом стрелка направлена внутрь, у ПТ с p-каналом – наружу.

Собственно, «труба» — это кусочек полупроводника (чаще всего – кремния) с примесями химических элементов различного типа, что обуславливает наличие положительных или отрицательных зарядов в канале.

Теперь переходим к практике и поговорим о том,

Как проверить полевой транзистор?

В норме сопротивление между любыми выводами ПТ бесконечно велико.

И, если тестер показывает какое-то небольшое сопротивление, то ПТ, скорее всего, пробит и подлежит замене.

Во многих ПТ имеется встроенный диод между стоком и истоком для защиты канала от обратного напряжения (напряжения обратной полярности).

Таким образом, если поставить «+» тестера (красный щуп, соединенный с «красным» входом тестера) на исток, а «-» (черный щуп, соединенный с черным входом тестера) на сток, то канал будет «звониться», как обычный диод в прямом направлении.

Это справедливо для ПТ с n-каналом. Для ПТ с p-каналом полярность щупов будет обратной.

Как проверить диод с помощью цифрового тестера, описано в соответствующей статье. Т.е. на участке «сток — исток» будет падать напряжение 500-600 мВ.

Если поменять полярность щупов, к диоду будет приложено обратное напряжение, он будет закрыт и тестер это зафиксирует.

Однако исправность защитного диода еще не говорит об исправности транзистора в целом. Более того, если «прозванивать» ПТ, не выпаивая из схемы, то из-за параллельно подключенных цепей не всегда можно сделать однозначный вывод даже об исправности защитного диода.

В таких случаях можно выпаять транзистор, и, используя небольшую схему для тестирования, однозначно ответить на вопрос – исправен ли ПТ или нет.

В исходном состоянии кнопка S1 разомкнута, напряжение на затворе относительно стока равно нулю. ПТ закрыт, и светодиод HL1 не светится.

При замыкании кнопки на резисторе R3 появляется падение напряжения (около 4 В), приложенное между истоком и затвором. ПТ открывается, и светодиод HL1 светится.

Эту схему можно собрать в виде модуля с разъемом для ПТ. Транзисторы в корпусе D2 pack (который предназначен для монтажа на печатную плату) в разъем не вставишь, но можно припаять к его электродам проводники, и уже их вставить в разъем. Для проверки ПТ с p-каналом полярность питания и светодиода нужно изменить на обратную.

Иногда полупроводниковые приборы выходят из строя бурно, с пиротехническими, дымовыми и световыми эффектами.

В этом случае на корпусе образуются дыры, он трескается или разлетается на куски. И можно сделать однозначный вывод об их неисправности, не прибегая к приборам.

В заключение скажем, что буквы MOS в аббревиатуре MOSFET расшифровываются как Metal — Oxide — Semiconductor (металл – оксид – полупроводник). Такова структура ПТ – металлический затвор («кран») отделен от канала из полупроводника слоем диэлектрика (оксида кремния).

Надеюсь, с «трубами», «кранами» и прочей «сантехникой» вы сегодня разобрались.

Однако, теория, как известно, без практики мертва! Надо обязательно поэкспериментировать с полевиками, поковыряться, повозиться с их проверкой, пощупать, так сказать.

КТ361 характеристики транзистора, цоколевка и импортные аналоги

Популярный советский транзистор КТ361 по своим техническим характеристикам, является полупроводниковым кремниевым триодом P-N-P-структуры (т. е. прямой проводимости). Разработан специально для использования в усилителях высокой частоты, а также в качестве комплементарной пары для уже известного КТ315. Однако, благодаря невысокой стоимости и хорошим параметрам, нашел применение во многих решениях схемотехники.

Содержание

1. Распиновка
2. Технические характеристики
3. Предельно допустимые
4. Типовые электрические
5. Особенности работы
6. Аналоги
7. Маркировка
8. Как проверить мультиметром
9. Основные производители

Распиновка

Стандартная цоколевка КТ361, если смотреть со стороны цифро-буквенной маркировки: – Э.К.Б. Т.е. эмиттер слева, база справа, а коллектор посередине. Первые версии (с 1971 г.) выпускались в пластиковом корпусе КТ-13. В последующем начали изготавливаться и в КТ-26 (он же ТО-92). Они имеют в обозначении дополнительные цифры 2 или 3.

Технические характеристики

Транзисторы КТ361 распределены по параметрам группам усиления и отличаются между собой преимущественно такими основными характеристиками: максимальное постоянное напряжения между выводами К-Э, К-Б (при R_БЭ=10 кОм) от 20 до 50 В; статическим коэффициентом передачи тока (H_21Э) от 20 до 350. При этом разброс возможного H_21Э, даже в одинаково промаркированных устройствах, может значительно варьироваться. У них также разные напряжения между К-Э от 10 до 60 В, при обратном токе К-Э не более 1 мА. Другие значения параметров похожие и являются типовыми для всего семейства.

Предельно допустимые

Рассмотрим предельно допустимые параметры, характерные для серии КТ361:

• напряжение между выводами Б-Э до 4В;
• ток коллектора до 50мА;
• мощность рассеивания: 150мВт, если Т>+100^оС до 30мВт;
• температуры: кристалла до 120 ^оС; окружающей среды – 60…+100 ^оС;
• статический потенциал до 200 В.

При повышении нагрева устройства свыше +100 ^оС отдельные параметры ухудшаются. Особенно это сильно влияет на мощность рассеивания.

Мощность можно вычислить по стандартной формуле: P_Кmax=(Т_{кристалла}-Т_{окр.среда})/0.67 ^оС/мВт.

Типовые электрические

К типовым электрическим параметрам у КТ361 относятся:

• граничная частота по H_21Э (если U_KЭ=10 В и I_Э=5 мА) более 250 МГц;
• обратные токи: между К-Э (при R_БЭ=10 кОм и максимальном U_KЭ) до 1 мкА; коллектора (при U_KБ=10В) до 1 мкА;
• возможная емкость перехода на коллекторе-7..9 пФ;
• статический коэффициент усиления H_{21Э от 20 до 350.}

Исходя из вышесказанного, КТ361 можно отнести к высокочастотным полупроводниковым триодам p-n-p-структуры малой мощности. В таблице представлены основные значения наиболее распространенных его групп.

Особенности работы

Из-за специфичной эпитаксиально-планарной технологии изготовления, КТ361 получился не столь хорош, как его «старший брат» КТ315. К основным его недостаткам можно отнести:

• большой разброс значений H_21Э;
• в два раза меньший предельно допустимый коллекторный ток;
• внезапно появляющиеся/пропадающие шумы.

Вместе эти транзисторы выгодней использовать при I_К в районе 20…30 мА, в этот момент H_21Э у них самый высокий. Но при одинаковых условиях и режимах эксплуатации КТ 361 выходит из строя быстрее. Как следствие альтернативу ему приходится искать чаще. Но многое зависит от схемы и её назначения.

Аналоги

Импортные аналоги для кт361 обычно подбирают из следующих устройств: BC556, 2N3905, BC557, BC308A, BC327, SS9012, 2N3906, Из отечественных в качестве замены можно рассмотреть: КТ3107, КТ502. В SMD-корпусе импортные ВС857, ВС858 и российский или белорусский КТ3129.

Маркировка

Первоначальная кодовая маркировка пластиковой упаковки КТ-13 состояла всего из одного символа, размещенного прямо по центру. Она могла запутать многих радиолюбителей, так как в начальный период производства (с 1967 г.) уже были похожие изделия в аналогичном исполнении, но с другими параметрами.

Поэтому с 1971г. обозначение группы коэффициента усиления по току у КТ361, состоящее всего из одной буквы, стали наносить посередине корпуса. Чуть ниже — дату выпуска. Данный транзистор легко отличить от КТ315, групповая принадлежность которого указана в левом верхнем углу на пластике. Таким образом, производители продолжают делать и сейчас.

Транзисторы в корпусе КТ-26 имеют полную цифро-буквенную маркировку и их идентификация обычно не вызывает трудностей.

Как проверить мультиметром

Для проверки КТ361 на работоспособность можно воспользоваться мультиметром. Для этого надо диагностировать его одностороннюю проводимость p-n-переходов. Включаем прибор измерений в режим прозвонки диодов. Затем, при подключении черного щупа «-» к базе, а красного «+» к эмиттеру, на экране тестера должно отобразиться прямое падение напряжения — в районе 790…830 мВ. Примерно такое же значение получится при подсоединении плюса на эмиттер.

При подключении щупов в обратном порядке, т.е. черного щупа на эмиттер и красного на базу, на экране тестера должна отображаться цифра «1». Она указывает на бесконечное падение напряжения на переходе транзистора. В этом случае можно сказать, что транзистор работоспособен. Если мультиметр при таком подключении показывает, какие либо другие величины – изделие не исправно.

Аналогичным способом можно проверить любой биполярник, в том числе КТ315. При этом не забывайте о его n-p-n-структуре. Поэтому полярность подключения щупов мультиметра будет другая.

Основные производители

КТ361 в советское время выпускали многие предприятия. Вот немногочисленный список основных производителей: «Электронприбор» г.Фрязино, «Квазар» г. Киев, «Кварцит» г.Орджоникидзе, «Континет» г.Зеленодольск, «Элькор» г. Нальчик, «ПЗПП» г. Прохладный, «НИИПП» г. Томск, «Элекс» г. Александров. Сейчас изготовление более новых версий осталось преимущественно на заводах ЗАО «Кремний» г. Брянск (Россия) и  «Интеграл» г. Минск (Белоруссия).

Усилитель

– Работают ли транзисторы в обратном порядке?

Я собираюсь упростить анализ, обсуждая FET (полевые транзисторы), которые управляются напряжением, и игнорируя BJT (которые частично управляются током). Однако те же самые схемы могут быть реализованы с помощью биполярных транзисторов, просто принимая во внимание базовый ток при выполнении определенных анализов цепей.

Я начну с того, что нарисую очень наивный усилитель и объясню, почему он выходит из строя в предсказанной вами ситуации, а также приведу другие соображения. Затем я итеративно дополню его, чтобы показать, как мы на самом деле будем решать проблемы, которые вы упомянули.

Для начала нам нужно признать, что транзистор сам по себе не является усилителем. Усилители — это устройства, состоящие из одного или нескольких элементов усиления (электронная лампа, транзистор и т. д.) вместе с рядом вспомогательных компонентов. Я собираюсь сосредоточиться на усилителях для усиления сигнала, а не усиления мощности, потому что именно в этом заключается моя предыстория. Существуют и другие методы работы с отрицательными сигналами, такие как разделенные шины и двухтактные драйверы, содержащие как транзисторы P-, так и N-типа, которые я здесь рассматривать не буду.

Исходя из использования транзисторов для вычислений, я предполагал, что транзисторы более дискретны. Что если на управляющем проводе достаточно положительного напряжения, то он становится проводником, а если напряжение падает ниже определенного порога, то становится резистором. А мне и в голову не приходило, что бывает, если поменять полярность напряжения на управляющем проводе.

Это правильный путь, но он упускает из виду одно важное соображение: транзисторы — это аналоговые устройства. Канал MOSFET управляется напряжением между затвором и истоком. В N-канальном MOSFET, если вы приложите к затвору более высокое напряжение, чем к истоку, канал транзистора начнет проводить ¹ . Таким образом, МОП-транзистор ведет себя как источник тока, управляемый напряжением .

Подавайте все большие и большие напряжения, и он будет проводить больший ток, пока нагрузка не начнет ограничивать ток. Обратите внимание на использование слов «больше» и «больше». Вместо того, чтобы говорить о дискретных «включениях» и «выключениях», мы говорим о непрерывных аналоговых процессах.

Возьмем очень простую реализацию усилителя, в частности, усилитель с общим источником без обратной связи или вырождения. Полевой транзистор сконфигурирован для использования в качестве источника тока, управляемого напряжением, и подача этого тока на резистор создает выходное напряжение. это инвертирующий усилитель — когда входное напряжение увеличивается, выходное напряжение падает. Это будет важно позже.

А теперь давайте проверим ввод, чтобы посмотреть, как поведет себя вывод:

Катастрофа! Этот усилитель почти бесполезен для чего-то вроде аудио. Когда вход отрицательный, нулевой или слегка положительный, выход ограничивается на положительной шине. Когда входной сигнал положителен выше порогового напряжения транзистора (параметр транзистора, зависящий от температуры и производственных изменений), выход ограничивается землей. Есть небольшая область, в которой усилитель полезен:

Вместо этого подадим слабый сигнал. Мы делаем это, например, добавляя конденсатор, который пропускает сигнал переменного тока, и устанавливая смещение постоянного тока через резистор:

Гораздо лучше. Только не совсем. Нам нужен источник напряжения, который идеально соответствует напряжению, необходимому для работы усилителя (называемому рабочей точкой). Неправильное напряжение, и выход вашего усилителя застрянет на шине, и мы получим бесполезную схему. Повышение температуры окружающей среды, пороговое напряжение смещается, и мы снова имеем бесполезную схему.

Что, если бы мы могли заставить нашу систему самостоятельно находить это напряжение? Добавим отрицательную обратную связь (в упрощенной реализации).

Теперь у нас есть резистор, соединяющий выход со входом. Если выходное напряжение слишком велико, входное смещение постоянного тока увеличивается, что приводит к уменьшению выходного сигнала (поскольку это инвертирующий усилитель).

Этот результат теперь дает нам очень упрощенный прототип усилителя. Вот ключевой момент: он больше не имеет дело с негативными сигналами. Вместо этого мы используем связь по переменному току и обратную связь, чтобы постоянно работать в режиме прямого смещения, с небольшим сигналом, чтобы поддерживать его линейность и избегать искажений.

На самом деле наши усилители намного сложнее. Даже простой операционный усилитель с пятью транзисторами в прототипе, использовавшийся для представления их в классе проектирования, на самом деле имеет десятки, если не больше, транзисторов во многих практических реализациях. Вывод остается прежним — многие транзисторы работают в режиме слабого сигнала, а обратная связь используется для установления полезных параметров их рабочей точки, например, здесь мы устанавливаем смещение постоянного тока для входа.

¹ P-канальный МОП-транзистор ведет себя противоположным образом. Он проводит, когда затвор имеет более низкое напряжение, чем исток, но полностью отключается, когда Vg > Vs.

транзисторы – Переключить полярность светодиода

Вопрос 1 год, 11 месяцев назад

Изменено 1 год, 11 месяцев назад

Просмотрено 4k раз

\$\начало группы\$

У меня есть светодиод (к сожалению, номер детали не знаю), который загорается красным, когда его анод подключен к Vcc, а катод к Gnd, а при обратной полярности он загорается зеленым (в отличие от какого-то общего катода). Светодиоды с несколькими анодами, у этого всего 2 “ножки”) Светодиод имеет прямое напряжение 1,8 В, поэтому я рассчитал сопротивление ограничения тока 330 Ом (около 10 мА)

Я хочу сделать транзисторный эквивалент этой схемы:

^{смоделировать эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab}

Я придумал эту схему:

3 ^{смоделировать эту схему43 A подключен к Gnd, светодиод горит зеленым (как и ожидалось), но когда я подтягиваю A к высокому уровню (на Vcc), светодиод не горит. Я измерил напряжение эмиттера на Q1, и оно составляет около 3,3 В. То же самое касается эмиттера Q2, но в обоих случаях. Я не совсем понимаю, почему напряжение эмиттера не падает до 0 В (я использовал ответ на этот вопрос в качестве вдохновения). Я где-то пропустил лишний резистор? (или это не рекомендуемый способ переключения полярности?)}

Заранее спасибо

• транзисторы
• светодиод

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Если вы хотите управлять такой нагрузкой по-разному, достаточно энергоэффективный способ сделать это с помощью Н-моста. Вот как это могло бы выглядеть, если бы вы сделали это с BJT (при условии, что у вас есть p-канальные BJT):

Это было бы намного проще сделать с MOSFET, так как вам не нужно столько резисторов, и это будет выглядеть так:

Если вы более склонны к цифровым технологиям и/или у вас есть логические микросхемы (можно сделать с помощью одного шестигранного инвертора 74HC04), вы также можете сделать ту же схему следующим образом:

\$\конечная группа\$

7

\$\начало группы\$

Рисунок 1. Простое (хотя и неэффективное) решение. Источник изображения: 1 двухцветный 2-контактный светодиод GPIO.

• Когда GPIO низкий, R1 подает ток на L2, и индикатор светится красным.

• Когда GPIO имеет высокий ток, ток течет через L1 и R2 на землю, и индикатор светится зеленым.

• При достаточно быстром чередовании высокого и низкого уровня GPIO оба светодиода могут загореться оранжевым цветом (поскольку они оба находятся в одном корпусе). Изменяя ширину «включенного» импульса, можно добиться плавного перехода от красного к зеленому.

• Если GPIO находится в трех состояниях (отключен), светодиод будет темным.

Обратите внимание, что эта схема не очень эффективна. R1 и R2 всегда пропускают ток на землю, и когда горит красный светодиод, R2 крадет у него энергию, а когда горит зеленый светодиод, R1 крадет у него энергию. Может потребоваться некоторое экспериментирование, чтобы заставить это хорошо работать с вашими светодиодами.

---

Ваша первая схема представляет собой маломощный обогреватель. При переключении вверх R2 и R4 получают питание и нагревают окружающую среду, возможно, на сотню мВт или около того. С переключателем вниз R1 и R3 делают то же самое. Светодиоды никогда не загорятся, так как обе стороны заземлены.

^{смоделируйте эту схему — схема, созданная с помощью CircuitLab}

Рисунок 2. Модифицированная версия вашего первого рисунка.

Зажигает один светодиод, но также тратит энергию в виде тепла в резисторе, подключенном между Vcc и GND. По крайней мере, ты получишь немного света.

Рисунок 3. Второй контур ОП.

Основная проблема заключается в том, что база Q2 привязана к Vcc, поэтому он никогда не выключится.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вот один из способов сделать это, используя двойной операционный усилитель LM358 и несколько резисторов:

\$\конечная группа\$

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Обязательно, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Различия между транзисторами NPN и PNP и их изготовлением

Транзисторы p-n-p и n-p-n являются основными транзисторами, которые относятся к категории транзисторов с биполярным переходом. Они используются в различных схемах усиления и схемах модуляции. Наиболее частым среди его применений является полностью включенный и выключенный режим работы, который называется переключателем.

Транзисторы NPN и PNP представляют собой транзисторы с биполярным переходом и являются основным электрическим и электронным компонентом, который используется для создания многих электрических и электронных проектов. В работе этих транзисторов участвуют как электроны, так и дырки. Транзисторы PNP и NPN позволяют усиливать ток. Эти транзисторы используются в качестве переключателей, усилителей или генераторов. Транзисторы с биполярным переходом можно найти в большом количестве в составе интегральных схем или в дискретных компонентах. В транзисторах PNP основными носителями заряда являются дырки, тогда как в транзисторах NPN основными носителями заряда являются электроны. Но полевые транзисторы имеют только один тип носителей заряда.

Формирование этих транзисторов основано на диодах с p-n переходом. Как и в n-p-n транзисторах, n-типы преобладают, поэтому в них содержится избыточное количество электронов в качестве носителей заряда. В p-n-p-транзисторах есть два p-типа, в результате чего большинство носителей заряда представляют собой дырки.

Основное различие между транзисторами NPN и PNP заключается в том, что транзистор NPN включается, когда ток протекает через базу транзистора. В транзисторе этого типа ток течет от коллектора (C) к эмиттеру (E). Транзистор PNP включается, когда ток на базе транзистора отсутствует. В этом транзисторе ток течет от эмиттера (E) к коллектору (C). Таким образом, зная это, PNP-транзистор включается по низкому сигналу (земля), где NPN-транзистор включается по высокому сигналу (току). .

PNP-транзистор

PNP-транзистор представляет собой транзистор с биполярным переходом; В транзисторе PNP первая буква P указывает полярность напряжения, необходимого для эмиттера; вторая буква N указывает на полярность базы. Работа транзистора PNP полностью противоположна транзистору NPN. В транзисторах этого типа основными носителями заряда являются дырки. По сути, этот транзистор работает так же, как NPN-транзистор. Материалы, которые используются для изготовления выводов эмиттера, базы и коллектора в транзисторе PNP, отличаются от материалов, используемых в транзисторе NPN. Настройка смещения транзистора PNP показана на рисунке ниже. Клеммы база-коллектор PNP-транзистора всегда смещены в обратном направлении, поэтому для коллектора необходимо использовать отрицательное напряжение. Следовательно, вывод базы PNP-транзистора должен быть отрицательным по отношению к выводу эмиттера, а вывод коллектора должен быть отрицательным, чем вывод базы.

Изготовление транзистора PNP

Конфигурация транзистора PNP показана ниже. Характеристики транзисторов PNP и NPN аналогичны, за исключением того, что смещение направлений напряжения и тока меняется на противоположное для любой из трех возможных конфигураций, таких как общая база (CB), общий эмиттер (CE) и общий коллектор (CC). .Напряжение между базой и выводом эмиттера VBE отрицательно на выводе базы и положительно на выводе эмиттера, потому что для транзистора PNP вывод базы всегда смещен отрицательно по отношению к эмиттеру. Кроме того, напряжение эмиттера положительно по отношению к коллектору (VCE).

Источники напряжения подключены к транзистору PNP, показанному на рисунке. Эмиттер подключен к Vcc с RL, этот резистор ограничивает максимальный ток, протекающий через устройство, которое подключено к клемме коллектора. Базовое напряжение VB подключено к базовому резистору RB, смещенному отрицательно по отношению к эмиттеру. Чтобы ток базы протекал во время PNP-транзистора, клемма базы должна быть более отрицательной, чем клемма эмиттера, примерно на 100%. 0,7 вольта или устройство Si.

Основное различие между PNP и PN транзистором заключается в правильном смещении переходов транзистора; направления тока и полярность напряжения всегда противоположны друг другу.

Основы P-N-P

Транзисторы p-n-p сформированы с n-типом, присутствующим между p-типами. Большинство носителей, отвечающих за генерацию тока, в этом транзисторе являются дырками. Рабочий процесс аналогичен n-p-n. Но приложения напряжения или тока с точки зрения полярности различны.

Транзистор NPN

Транзистор NPN представляет собой транзистор с биполярным переходом. В транзисторе NPN первая буква N указывает на отрицательно заряженный слой материала, а буква P указывает на положительно заряженный слой. Эти транзисторы имеют положительный слой, который расположен между двумя отрицательными слоями. Транзисторы NPN обычно используются в схемах для переключения, усиления проходящих через них электрических сигналов. Эти транзисторы содержат три вывода, а именно базу, коллектор и эмиттер, и эти выводы соединяют транзистор с печатной платой. Когда ток протекает через NPN-транзистор, вывод базы транзистора получает электрический сигнал, коллектор создает более сильный электрический ток, чем ток, проходящий через базу, а эмиттер передает этот более сильный ток на остальную часть схемы. В этом транзисторе ток течет через вывод коллектора к эмиттеру.

Обычно этот транзистор используется потому, что его очень легко изготовить. Чтобы NPN-транзистор работал должным образом, он должен быть изготовлен из полупроводникового материала, который проводит некоторый электрический ток, но не максимальное количество, как очень проводящие материалы, такие как металл. «Si» — один из наиболее часто используемых полупроводников, а NPN-транзисторы — самые простые транзисторы, которые можно изготовить из кремния. Применение NPN-транзистора на плате компьютера. Компьютерам необходимо, чтобы вся их информация была переведена в двоичный код, и этот процесс осуществляется с помощью множества маленьких переключателей, которые включаются и выключаются на печатных платах компьютеров. Для этих переключателей можно использовать NPN-транзисторы. Мощный электрический сигнал включает выключатель, а отсутствие сигнала выключает его.

Изготовление транзистора NPN

Конструкция транзистора NPN показана ниже. Напряжение на клемме базы положительное, а на клемме эмиттера отрицательное из-за NPN-транзистора. Клемма базы всегда положительна по отношению к клемме эмиттера, а также напряжение питания коллектора положительно по отношению к клемме эмиттера. В транзисторе NPN коллектор соединен с VCC через нагрузочный резистор RL. Этот нагрузочный резистор ограничивает ток, протекающий через максимальный базовый ток. В этом транзисторе движение электронов через базовую клемму составляет действие транзистора. Основной особенностью действия транзистора является связь между входной и выходной цепями. Потому что усиливающие свойства транзистора обусловлены последующим управлением, которое база использует для тока коллектор-эмиттер.

Транзистор — это устройство, работающее от тока. Когда транзистор включен, большой ток IC протекает между коллектором и эмиттером внутри транзистора. Однако это происходит только тогда, когда небольшой ток смещения Ib протекает через вывод базы транзистора. Это биполярный транзистор NPN; ток представляет собой отношение этих двух токов (Ic/Ib), называемое коэффициентом усиления по постоянному току устройства, и обозначается символом «hfe» или в настоящее время бета. Значение бета может достигать 200 для стандартных транзисторов, и именно это соотношение между Ic и Ib делает транзистор полезным усилителем. Когда этот транзистор используется в активной области, Ib обеспечивает вход, а Ic обеспечивает выход. Бета не имеет единиц измерения, так как это коэффициент.

Коэффициент усиления транзистора по току от коллектора до эмиттера называется альфа, то есть Ic/Ie, и является функцией самого транзистора. Поскольку ток эмиттера Ie представляет собой сумму малого тока базы и большого тока коллектора, значение альфа очень близко к единице, и для типичного маломощного сигнального транзистора это значение колеблется от 0,950 до 0,999.

Разница между транзисторами NPN и PNP:

Транзисторы с биполярным соединением представляют собой трехконечные устройства, изготовленные из легированных материалов, которые часто используются в усилителях и переключателях. По сути, в каждом BJT есть пара диодов с PN-переходом. Когда пара диодов соединена, она образует бутерброд, который помещает тип полупроводника между теми же двумя типами. Следовательно, существует только два типа биполярного сэндвича, а именно PNP и NPN. В полупроводниках для NPN характерна более высокая подвижность электронов по сравнению с подвижностью дырок. Поэтому он допускает большой ток и работает очень быстро. Кроме того, этот транзистор легко изготовить из кремния.

• Транзисторы PNP и NPN состоят из разных материалов, и протекание тока через эти транзисторы также неодинаково.
• В транзисторе NPN ток течет от коллектора (C) к эмиттеру (E), тогда как в транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору.
• PNP-транзисторы состоят из двух слоев P-материала с прослойкой N. NPN-транзисторы состоят из двух слоев N-материала и одного слоя P-материала.
• В NPN-транзисторе положительное напряжение подается на клемму коллектора для создания тока, протекающего от коллектора к коллектору. Для PNP-транзистора положительное напряжение подается на клемму эмиттера для создания тока, протекающего от эмиттера к коллектору.
• Принцип работы NPN-транзистора таков, что когда вы увеличиваете ток на клемме базы, транзистор включается и полностью проводит от коллектора к эмиттеру. Когда вы уменьшаете ток на базовой клемме, транзистор включается меньше, и пока ток не станет таким низким, транзистор больше не проводит через коллектор к эмиттеру и закрывается.
• Принцип работы PNP-транзистора заключается в том, что когда на базовом выводе транзистора присутствует ток, транзистор закрывается. Когда ток на базовой клемме PNP-транзистора отсутствует, транзистор включается.

Это все о разнице между транзисторами NPN и PNP, которые используются для создания многих электрических и электронных проектов. Кроме того, по любым вопросам, касающимся этой темы или проектов в области электротехники и электроники, вы можете оставить свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже.

Сравнение транзисторов N-P-N и P-N-P

1). При этом присутствует большинство n-типов.
1). В нем присутствует большинство материалов p-типа.

2). Большинство концентраций носителей составляют электроны.
2). Большинство концентраций носителей в транзисторах этого типа представляют собой дырки.

3). При этом, если на терминальную базу подается повышенное количество тока, транзистор переключается в режим ВКЛ.
3). В этом случае при малых значениях токов транзистор открыт. В противном случае для больших значений токов транзисторы выключены.

4). Условное обозначение транзистора n-p-n:

Символ транзистора n-p-n

4). Символическое обозначение транзистора p-n-p:

Символ транзистора P-N-P

 

5). В транзисторе n-p-n ток протекает от коллектора к выводам эмиттера.
5). В p-n-p транзисторе можно увидеть протекание тока от выводов эмиттера к коллектору.

6). На этом транзисторе стрелка указывает.
6). В этом транзисторе стрелка всегда указывает внутрь.

Стрелки в транзисторах как n-p-n, так и p-n-p показывают основные различия между транзисторами. Стрелка в n-p-n указывает на эмиттер, тогда как в p-n-p стрелка направлена ​​в обратном направлении. В обоих случаях стрелка указывает направление тока.

Следовательно, конструкция n-p-n и p-n-p проста. Работа будет такой же, но полярность смещения будет разной. Теперь, после обсуждения основ n-p-n и p-n-p, можете ли вы сказать, какой из них предпочтительнее при усилении и почему?

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о транзисторах MCQ.

Фото:

• Транзистор PNP от wikimedia
• Изготовление транзистора PNP с помощью учебников по электронике

Контроль полярности в одном транзисторе на дихалькогениде переходного металла (TMD) для гомогенных комплементарных логических схем

У вас не включен JavaScript. Пожалуйста, включите JavaScript чтобы получить доступ ко всем функциям сайта или получить доступ к нашему страница без JavaScript.

Выпуск 27, 2019 г.

Из журнала:

Наномасштаб

Управление полярностью в одном транзисторе на основе дихалькогенида переходного металла (TMD) для гомогенных комплементарных логических схем†

Джеу Шим,‡ ^ab Сон Вун Джанг, ‡ ^и Джи-Хе Лим, ^и Хёнджун Ким, ^и Дон Хо Канг, ^ac Кван-Хо Ким, 9 лет0013 и Сынхван Сео, ^и Кеун Хео, ^и Чанхван Шин, ^и Хён-Ён Ю, ^д Сонджу Ли, ^и Дэ-Хонг Ко ^ф а также Джин-Хонг Парк *

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Факультет электротехники и вычислительной техники, Университет Сонгюнкван, Сувон 16419, Корея
Электронная почта: jhpark9@skku. edu

^б Департамент машиностроения, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс 02139, США

^с Школа электротехники и электронной инженерии, Наньянский технологический университет, Сингапур 639798, Сингапур

^д Школа электротехники Корейского университета, Сеул 02841, Корея

^и SKKU Advanced Institute of Nano Technology (SAINT), Sungkyunkwan University, Сувон 16419, Корея

^ф Департамент материаловедения и инженерии, Университет Йонсей, Сеул 03722, Корея

Аннотация

rsc.org/schema/rscart38″> В последнее время предпринимались различные попытки продемонстрировать возможности использования транзисторов на основе дихалькогенидов переходных металлов (TMD) для цифровых логических схем. Комплементарная инверторная схема, которая является базовым строительным блоком логической схемы, была реализована в более ранних работах путем гетерогенной интеграции n- и p-канальных транзисторов, изготовленных на различных материалах TMD. Впоследствии, чтобы упростить проектирование схемы и процесс изготовления, дополнительные инверторы были построены на материалах с одним TMD с использованием амбиполярных транзисторов. Однако непрерывный переход от состояния электронной проводимости к состоянию дырочной проводимости в амбиполярных устройствах привел к проблеме высокого тока утечки. Здесь мы сообщаем о транзисторе TMD с регулируемой полярностью, который может работать как n-, так и p-канальный транзистор с низким током утечки в несколько пикоампер. Полярность устройства можно переключать, просто меняя знак напряжения на стоке. Это связано с тем, что металлоподобный дителлурид вольфрама (WTe ₂ ) с низкой концентрацией носителя используется в качестве дренажного контакта, что впоследствии позволяет осуществлять селективную инжекцию носителя на стыке диселенида палладия/вольфрама (WSe ₂ ). Кроме того, используя принцип работы транзистора с регулируемой полярностью, мы продемонстрировали комплементарную схему инвертора на материале с одним каналом TMD (WSe ₂ ), который демонстрирует очень низкое статическое энергопотребление в несколько сотен пиковаттов. Наконец, мы подтверждаем возможность расширения этого транзистора с регулируемой полярностью для более сложных логических схем, представляя правильную работу трехкаскадного кольцевого генератора.

Варианты загрузки Пожалуйста, подождите. ..

Дополнительные файлы

• Дополнительная информация PDF (436 КБ)

Информация о товаре

ДОИ

https://doi.org/10.1039/C9NR03441B

Тип изделия

Бумага

Отправлено

23 апр 2019

Принято

22 июня 2019 г.

Впервые опубликовано

27 июня 2019 г.

Скачать цитату

Наномасштаб , 2019, 11 , 12871-12877

BibTexEndNoteMEDLINEProCiteReferenceManagerRefWorksRIS

Разрешения

Запросить разрешения

Социальная деятельность

Получение данных из CrossRef.
Загрузка может занять некоторое время.

Прожектор

Объявления

Теория транзисторов — Транзисторы с биполярным переходом

Транзисторы с биполярным переходом

Вы должны вспомнить из более раннего обсуждения, что PN-переход с прямым смещением сравнимы с элементом цепи с низким сопротивлением, потому что он пропускает большой ток в течение заданное напряжение. В свою очередь, PN-переход с обратным смещением сравним с высокоомный элемент цепи. Используя формулу закона Ома для мощности ( P = I ² R ) и при условии, что ток поддерживается постоянным, можно сделать вывод, что мощность, развиваемая на высоком сопротивлении, больше чем тот, который развивался при низком сопротивлении. Таким образом, если бы кристалл содержал два PN-перехода (один с прямым смещением, другой с обратным смещением), маломощный сигнал могут быть введены в переход с прямым смещением и генерировать сигнал высокой мощности на переходе с обратным смещением. Таким образом, будет получен прирост мощности по кристаллу. Эта концепция является основной теорией того, как работает транзистор. усиливает. Имея в памяти эту свежую информацию, давайте перейдем непосредственно к NPN-транзистор.

Работа транзистора NPN

Как и в случае диода с PN-переходом, N-материал, из которого состоит две концевые секции транзистора N P N содержат некоторое количество свободных электронов, в то время как центральная секция P содержит избыточное количество отверстий. Действие на каждом перекрестке между этими секциями такое же, как описано ранее для диода; то есть, развиваются области истощения и появляется соединительный барьер. Использование транзистора в качестве усилителя каждый из этих переходов должен модифицироваться некоторым внешним напряжением смещения. Чтобы транзистор функционировал в этом качестве, первый PN-переход (переход эмиттер-база) смещен в прямом или низкоомном направлении. В то же время второй переход PN (переход база-коллектор) смещен в обратном направлении, или высокоомное, направление. Простой способ запомнить, как правильно смещать транзистор заключается в наблюдении за элементами NPN или PNP, из которых состоит транзистор. Письма эти элементы указывают, какую полярность напряжения использовать для правильного смещения. Например, обратите внимание на транзистор NPN ниже:

1. Излучатель, который является первой буквой в последовательности N PN, подключается к n отрицательная сторона батареи, а основание, которое является второй буквой (N P N), подключается к положительной стороне p .

2. Однако, поскольку второй PN-переход должен быть смещен в обратном направлении для правильного работы транзистора, то коллектор должен быть подключен к напряжению противоположной полярности ( p ositive), чем то, что указано в его буквенном обозначении (NP N ). Напряжение на коллекторе также должно быть больше положительного, чем на базе, как показано ниже:

Теперь у нас есть правильно смещенный NPN-транзистор.

Таким образом, база транзистора N P N должна быть p положительной с относительно эмиттера, а коллектор должен быть более положительным, чем база.

Соединение прямого смещения NPN

Важный момент, который следует отметить в это время, который не обязательно упоминался во время объяснения диода, это тот факт, что материал N с одной стороны перехода с прямым смещением легирован сильнее, чем материал P. Это приводит к тому, что через соединение проходит больше тока. электронов-носителей из материала N, чем большинство дырок-носителей из P материал. Следовательно, проводимость через прямосмещенный переход, как показано на рисунке ниже в основном на мажоритарных носителей электронов из материала N (эмиттер).

Переход с прямым смещением в транзисторе NPN.

С переходом эмиттер-база на рисунке, смещенным в прямом направлении, электроны покидают отрицательную клемму батареи и входят в материал N (эмиттер). Поскольку электроны являются основными носителями тока в материале N, они легко проходят через через эмиттер, пересечь переход и соединить с отверстиями в материале P (основа). Для каждого электрона, заполняющего дырку в материале P, другой электрон покинет материал P (создав новую дырку) и войдет в положительный полюс батареи.

Соединение обратного смещения NPN

Второй переход PN (база-коллектор), или переход с обратным смещением, как его называют. (рисунок ниже), блокирует пересечение узла большинством носителей тока. Однако, есть очень небольшой ток, упомянутый ранее, который действительно проходит через это соединение. Этот ток называется ток меньшинства или обратный ток . Как вы помните, этот ток создавался электронно-дырочными парами. Миноритарные перевозчики для PN-переход с обратным смещением — это электронов в материале Р и дырок в материале Н. Эти неосновные носители фактически проводят ток для переход с обратным смещением, когда электроны из материала P входят в материал N, а отверстия из материала N входят в материал P. Однако меньшинство Электроны тока (как вы увидите позже) играют самую важную роль в работу NPN-транзистора.

Переход с обратным смещением в транзисторе NPN.

В этот момент вы можете задаться вопросом, почему второй переход PN (база-коллектор) не смещен в прямом направлении, как и первый переход PN (излучатель-база). Если оба соединения были бы смещены вперед, электроны имели бы тенденцию вытекать из каждого конечная часть N P N Транзистор (эмиттер и коллектор) к центральной секции P (базе). По сути, у нас было бы два переходных диода, обладающих общей базы, тем самым исключая любое усиление и нанося ущерб цели транзистор. Слово предостережения в порядке в это время. Если вы должны ошибочно смещает второй PN-переход в прямом направлении, чрезмерное ток может выделять достаточно тепла, чтобы разрушить переходы, делая бесполезный транзистор. Поэтому убедитесь, что полярность напряжения смещения верна. перед выполнением каких-либо электрических соединений.

Взаимодействие соединения NPN

Теперь мы готовы посмотреть, что произойдет, если мы поместим два соединения Транзистор NPN в работе в то же время. Для лучшего понимания того, как эти два соединения работают вместе, обратитесь к рисунку ниже во время обсуждения.

Работа транзистора NPN.

Батареи смещения на этом рисунке обозначены V _CC для питания коллектора и V _BB для питания базового напряжения. Также обратите внимание, что батарея основного источника питания довольно мала, на что указывает количество ячеек в аккумуляторе, обычно 1 вольт или менее. Однако, подача коллектора, как правило, намного выше, чем подача базы, обычно около 6 вольт. Как вы увидите позже, эта разница в напряжениях питания необходимо, чтобы ток протекал от эмиттера к коллектору.

Как указывалось ранее, ток во внешней цепи всегда обусловлен к движению свободных электронов. Следовательно, электроны текут из отрицательных клеммы батарей питания к эмиттеру N-типа. Это комбинированное движение электронов известен как ток эмиттера ( I _E ). Поскольку электроны являются основными носителями в материале N, они будут двигаться через эмиттер из N-материала к переходу эмиттер-база. С этой развязкой вперед при смещении электроны продолжают двигаться в базовую область. Как только электроны находятся в основание, представляющее собой материал П-типа, теперь они становятся малочисленными авианосцами . Часть электронов, перемещающихся в базу, рекомбинирует с имеющимися дырками. На каждый электрон, который рекомбинирует, другой электрон уходит через базу. провод как базовый ток I _B (создание нового отверстия для возможная комбинация) и возвращается к аккумулятору основного питания V _BB . Электроны, которые рекомбинируют, теряются для коллектора. Следовательно, чтобы сделать транзистор более эффективным, базовая область сделана очень тонкой и слегка легированный. Это уменьшает возможность рекомбинации электрона. с дырой и потеряться. Таким образом, большая часть электронов, перешедших в базу области попадают под влияние большого обратного смещения коллектора. Эта предвзятость действует как прямое смещение для неосновных носителей (электронов) в базе и, как таковое, ускоряет их через переход база-коллектор в коллектор область, край. Поскольку коллектор изготовлен из материала N-типа, электроны которые доходят до коллектора снова стали основными операторами связи . Оказавшись в коллекторе, электроны легко перемещаются через материал N и возврат на плюсовую клемму коллектора питающей батареи В _СС как ток коллектора ( I _C ).

Для дальнейшего повышения КПД транзистора коллектор физически больше основания по двум причинам: (1) увеличить вероятность сбора носителей, которые диффундируют в сторону, а также непосредственно через базовую область, и (2) чтобы коллектор мог обрабатывать больше тепла без повреждений.

Таким образом, полный ток в транзисторе NPN протекает через вывод эмиттера. Следовательно, в процентах I _E составляет 100 процентов. На с другой стороны, так как основа очень тонкая и слегка легированная, то меньший процент от общего тока (ток эмиттера) будет течь в базе цепи, чем в коллекторной цепи. Обычно не более 2-5%. общий ток является базовым током ( I _B ), а остальные 95 к 98 процентов — ток коллектора ( I _C ). Очень простой между этими двумя течениями существует связь:

Проще говоря, это означает, что ток эмиттера разделяется на ток базы. и ток коллектора. Поскольку количество тока, выходящего из эмиттера, равно исключительно функцией смещения эмиттер-база, и поскольку коллектор получает большую часть этого тока, то небольшое изменение смещения эмиттер-база будет иметь гораздо большее влияние на величину тока коллектора, чем на базовый ток. В заключение отметим, что относительно небольшое смещение эмиттер-база регулирует относительно большой ток эмиттер-коллектор.

Работа транзистора PNP

Транзистор PNP работает по существу так же, как транзистор NPN. Однако, поскольку эмиттер, база и коллектор PNP-транзистора изготовлены из материалы, отличные от тех, что используются в NPN-транзисторах, разные токи поток носителей в блоке PNP. Основными носителями тока в PNP-транзисторе являются отверстия. Это в отличие от NPN-транзистора, где ток большинства переносчиками являются электроны. Чтобы поддерживать этот другой тип тока (дырочный поток), батареи смещения перевернуты для транзистора PNP. Типичная предвзятость Настройка транзистора PNP показана на рисунке ниже. Заметь процедура, использованная ранее для правильного смещения транзистора NPN, также применима здесь к транзистору PNP. Первая буква (П) в P Последовательность NP указывает полярность напряжения, необходимого для эмиттера ( p положительная), а вторая буква (N) указывает на полярность базового напряжения ( n отрицательная). Поскольку переход база-коллектор всегда смещен в обратном направлении, то полярность напряжения ( n отрицательная) должна использоваться для коллектора. Таким образом, база транзистора P N P должна быть n отрицательной относительно к эмиттеру, а коллектор должен быть более отрицательным, чем база. Помните, как и в случае NPN-транзистора, эта разница в напряжение питания необходимо для протекания тока (дырочный проток в корпусе транзистора PNP) от эмиттера к коллектору. Хотя отверстие поток является преобладающим типом тока в транзисторе PNP, отверстие поток происходит только внутри самого транзистора, в то время как электроны текут в внешний контур. Однако именно внутридырочное течение приводит к потоку электронов во внешних проводах, подключенных к транзистору.

Правильно смещенный PNP-транзистор.

PNP-соединение с прямым смещением

Теперь рассмотрим, что происходит, когда переход эмиттер-база в рисунок ниже смещен вперед. При показанной настройке смещения положительный клемма батареи отталкивает отверстия эмиттера к основанию, в то время как отрицательный вывод направляет базовые электроны к эмиттеру. Когда эмиттерная дырка и базовый электрон встречаются, объединяются. Для каждого электрона, который соединяется с дыркой, другой электрон покидает отрицательный полюс батареи и входит в базу. При этом электрон покидает эмиттер, создавая новую дырку, и входит в положительный вывод батарея. Это движение электронов в базу и из эмиттера составляет базовый текущий поток ( I _B ), и пути эти электронов называют цепью эмиттер-база.

Переход с прямым смещением в PNP-транзисторе.

Соединение обратного смещения PNP

В переходе с обратным смещением (рисунок ниже) отрицательное напряжение на коллекторе и положительное напряжение на базе блока основных носителей тока от пересечения перекрестка. Однако это же отрицательное напряжение коллектора действует как прямое смещение для неосновные токовые отверстия в основании, которые пересекаются перекресток и войти в коллектор. неосновных электронов тока в коллектор также воспринимает прямое смещение (положительное базовое напряжение) и перемещается в базу. Отверстия в коллекторе заполняются электронами, поступающими из отрицательного клемма аккумулятора. В то же время электроны покидают отрицательную клемму батареи, другие электроны в базе разрывают свои ковалентные связи и входят положительный полюс аккумулятора. Хотя есть только меньший текущий поток в переходе с обратным смещением он все еще очень мал из-за ограниченного число миноритарных текущих носителей.

Переход с обратным смещением в PNP-транзисторе.

Взаимодействие соединения PNP

Взаимодействие между переходами прямого и обратного смещения в PNP транзистор очень похож на транзистор NPN, за исключением того, что в PNP транзистор, большинство носителей тока – дырки. В транзисторе PNP, показанном на рис. На рисунке ниже положительное напряжение на эмиттере отталкивает дырки к базе. Оказавшись в базе, дырки объединяются с базовыми электронами. Но опять же, помните, что базовая область сделана очень тонкой, чтобы предотвратить рекомбинацию дырок с электроны. Следовательно, значительно больше 90 процентов отверстий, которые входят в основание, становятся притягиваются к большому отрицательному напряжению коллектора и проходят прямо через базу. Однако для каждого электрона и дырки, которые объединяются в базовой области, электрон покидает отрицательную клемму базовой батареи ( V _BB ) и входит в базу как ток базы ( I _B ). В то же время электрон покидает отрицательную клемму батареи, другой электрон покидает эмиттер как I _E (создание нового отверстия) и входит в положительный вывод В _ВВ . При этом в коллекторной цепи электроны из коллекторной батареи ( V _CC ) попадают в коллектор как I _C и совместить с лишним отверстием от основания. На каждую дырку, нейтрализованную в коллекторе электроном, приходится другой электрон. покидает эмиттер и начинает свой путь обратно к положительной клемме V _CC .

Работа транзистора PNP.

Хотя ток во внешней цепи транзистора PNP противоположен в направлении транзистора NPN, основные носители всегда поток от эмиттера к коллектору. Этот поток большинства носителей также приводит к образованию двух отдельных токовых петель внутри каждого транзистор. Одна петля – это путь базового тока, а другая петля – это тракт коллектор-ток. Сочетание тока в обоих эти петли ( I _B + I _C ) Итого ток транзистора ( I _E ). Самое главное помнить о двух разных типах транзисторов заключается в том, что эмиттер-база напряжение PNP-транзистора оказывает такое же управляющее влияние на коллектор ток как у транзистора NPN. Говоря простым языком, увеличение напряжение прямого смещения транзистора уменьшает переход эмиттер-база барьер. Это действие позволяет большему количеству носителей достичь коллектора, вызывая увеличение тока от эмиттера к коллектору и через внешний контур. И наоборот, уменьшение напряжения прямого смещения уменьшает ток коллектора.

Техническое описание 2N3904 – Технические характеристики: Полярность транзистора: NPN ; Коллектор

Детали, спецификация, цитата по номеру детали: 2N3904

Деталь	2N3904
Категория	Полупроводники – Дискретные => Транзисторы – Биполярные – (BJT) Одиночные
Название	БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР, NPN, 40В, ТО-92
Описание
Компания	МУЛЬТИКОМПЛЕКТ
Техническое описание	Загрузить 2N3904 Техническое описание
Крест.	Аналоги: MMBT3904, BSS84P, IPP80N04S2-h5, TLE4274GS V33, TTC4116FU, 121-972, 14-805-12, 2N3564, 2N440, 2N5088
Цитата	Где купить

Технические характеристики
Transistor Polarity	NPN
Collector Emitter Voltage V(br)ceo	40V
Transition Frequency Typ ft	300MHz
DC Collector Current	200mA
Power Dissipation Pd	625 мВт
Коэффициент усиления по постоянному току hFE	100
Диапазон рабочих температур	от -55°C до +150°C
1	TO-92
No. of Pins	3
MSL	–

 

Features, Applications

Кремниевые планарные переключающие транзисторы NPN. Быстродействующие переключающие устройства с короткими характеристиками выключения и низким напряжением насыщения. Коммутация и усилитель общего назначения. Описание Напряжение коллектор-эмиттер Напряжение коллектор-база Напряжение эмиттер-база Ток коллектора Непрерывное рассеивание мощности = 25C ​​Снижение номинала выше 25C Рассеивание мощности при Tc= 25C ​​Снижение номинала выше 25C Диапазон рабочих температур и хранения Диапазон температур перехода Термическое сопротивление переход к корпусу переход к окружающей среде Rth (j-c) Rth (j-a) 83,3 C/Вт 200 Обозначение VCEO VCBO VEBO IC Значение мА мВт мВт/C Вт мВт/C C В Единица измерения Описание Напряжение коллектор-эмиттер Напряжение коллектор-база Напряжение эмиттер-база Ток отсечки коллектора Обозначение тока базы *VCEO VCBO VEBO ICEX IBL Условия испытаний = 0 VCE = 30 В, VEB = 0,1 мА, VCE = 1 мА, VCE = 10 мА, VCE = 50 мА, VCE = 100 мА, VCE нА В Единица измерения Коллектор Напряжение насыщения эмиттера База Напряжение насыщения эмиттера Описание Характеристика слабого сигнала Транзисторы Частота Выходная емкость Входная емкость Ток слабого сигнала Усиление Входное сопротивление Выходная проводимость Коэффициент обратной связи по напряжению Коэффициент шума Время переключения Время задержки Время нарастания Время нарастания Время хранения Время спада ts tf VCC = 3V, VBE = 1 мА VCC <50 футТл Cob Cib hfe hie hoe hre = 100 A, VCE = 1 мA, VCE = 10 мA, VCE = 100 МГц VCB = 1 МГц VBE = 1 МГц Все f = кГц pF k umhos 10–4 дБ МГц Символ Условия испытаний 2N3904 шт. Технические характеристики VCEO Максимум (В) 40 IC Максимум (A) 0,2 VCE (насыщенный) Максимум (В) 10 мА 0,2 toff Максимум (нс) 10 мА 250 hFE Минимум 10 мА 100 Ptot при 25C (мВт) 500 Корпус и выводы Деталь TO-92 Номер

 

Некоторые номера деталей того же производителя MULTICOMP

2N3906 Технические характеристики: Полярность транзистора: PNP; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: 40В ; Типовая частота перехода: 250 МГц; Ток коллектора постоянного тока: 200 мА; Рассеиваемая мощность Pd: 625 мВт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE:

2N4032 Технические характеристики: Полярность транзистора: PNP; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: -60В ; Частота перехода Тип ft: – ; Ток коллектора постоянного тока: 1А; Рассеиваемая мощность Pd: 800 мВт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: 40 Ом; Операционная

2N4033

2N4036

2N4037

2N4234

2N4235

2N4236

2N4238 Технические характеристики: Полярность транзистора: NPN ; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: 60В ; Частота перехода Тип ft: – ; Ток коллектора постоянного тока: 3А; Рассеиваемая мощность Pd: 1 Вт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: 30 Ом; Операционная

2N4401 Технические характеристики: Полярность транзистора: NPN ; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: 40В ; Типовая частота перехода: 250 МГц; Ток коллектора постоянного тока: 600 мА; Рассеиваемая мощность Pd: 625 мВт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE:

2N4920 Технические характеристики: Полярность транзистора: PNP; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: -80В ; Частота перехода: фут: 3 МГц; Ток коллектора постоянного тока: 1А; Рассеиваемая мощность Pd: 30 Вт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: 40 Ом; Операционная

2N5038 Технические характеристики: Полярность транзистора: NPN ; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: 90В ; Частота перехода Тип ft: – ; Ток коллектора постоянного тока: 20А; Рассеиваемая мощность Pd: 140 Вт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: 20 Ом; Операционная

2N5179-NRC Технические характеристики: Полярность транзистора: NPN ; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: 12В ; Типовая частота перехода: 900 МГц; Ток коллектора постоянного тока: 50 мА; Рассеиваемая мощность Pd: 20 мВт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE:

2N5191 Технические характеристики: Полярность транзистора: – ; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: – ; Частота перехода Тип ft: – ; Ток коллектора постоянного тока: – ; Рассеиваемая мощность Pd: – ; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: – ; Операционная

2N5192

2N5193 Технические характеристики: Полярность транзистора: PNP; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: -40В ; Частота перехода: ft: 2MHz; Ток коллектора постоянного тока: 1А; Рассеиваемая мощность Pd: 40 Вт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: 100 Ом; Операционная

2N5195 Технические характеристики: Полярность транзистора: – ; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: – ; Частота перехода Тип ft: – ; Ток коллектора постоянного тока: – ; Рассеиваемая мощность Pd: – ; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: – ; Операционная

2N5301 Технические характеристики: Полярность транзистора: NPN ; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: 40В ; Частота перехода: ft: 2MHz; Ток коллектора постоянного тока: 30А; Рассеиваемая мощность Pd: 200 Вт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: 40 Ом; Операционная

2N5303 Технические характеристики: Полярность транзистора: NPN ; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: 80В ; Частота перехода: ft: 2MHz; Ток коллектора постоянного тока: 20А; Рассеиваемая мощность Pd: 200 Вт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: 40 Ом; Операционная

2N5320 Технические характеристики: Полярность транзистора: NPN ; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: 75В ; Частота перехода Тип ft: – ; Ток коллектора постоянного тока: 2А; Рассеиваемая мощность Pd: 10 Вт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: 30 Ом; Операционная

2N5322 Технические характеристики: Полярность транзистора: PNP; Напряжение коллектор-эмиттер V(br)ceo: 75В ; Частота перехода Тип ft: – ; Ток коллектора постоянного тока: 2А; Рассеиваемая мощность Pd: 10 Вт; Коэффициент усиления по постоянному току hFE: 30 Ом; Операционная

MC5SES1S105M2RES : ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, IP67, SPDT, ON-NON-ON, PCB Технические характеристики: Конфигурация контактов: SPST; Тип привода: прямоугольный; Операция переключателя: Вкл. Оставить комментарий Отменить ответ Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться. Меню Поиск: