Применение транзисторов: Применение биполярных транзисторов с микроконтроллерами / Хабр

Содержание

Применение биполярных транзисторов с микроконтроллерами / Хабр

В современном цифровом мире микроконтроллерам часто требуется выполнять какие-то действия в физическом мире людей с помощью различных механических, оптических, акустических и других внешних устройств. Транзисторы призваны согласовать микроконтроллер с исполнительными устройствами. В статье рассмотрим применение биполярных транзисторов в ключевых режимах.

Биполярный транзистор является по сути токовым прибором, током управляется и током управляет. По типу проводимости биполярные транзисторы бывают pnp и npn типа.

Наиболее часто используется схема включения с общим эмиттером. В этой схеме управление подается на базу через токоограничивающий резистор относительно эмиттера. Нагрузка подключается в цепь коллектора.

Схема управления светодиодом с рабочим током 50 мА

Светодиодом с рабочим током 50 мА нельзя управлять непосредственно от микроконтроллера, так как допустимый выходной ток с ножки обычно ограничен значением 10 мА – 20 мА.

Например, нам нужно включать/выключать инфракрасный светодиод BL-L513IRBC которым мы планируем управлять кондиционером.

Рисунок 1. Управление светодиодом через эмиттерный повторитель

Резистор R1 задает ток базы транзистора при включении и при выключении. Транзистор BC847C довольно маломощный и при токе 50 мА на коллекторе в режиме насыщения будет падать около 200 мВ. Падение на светодиоде составит 2.0 В. Резистор R2 нужно выбрать таким, чтобы ток через светодиод был равен 50 мА. При питании 12 В, и суммарном падении напряжения на транзисторе и светодиоде 2.2 В на резисторе будет напряжение 9.8 В. Чтобы получить ток 50 мА сопротивление резистора R2 должно быть 196 Ом.

Если взять более мощный транзистор, например, BC817-25, то напряжение насыщения коллектора у него будет меньше, около 40 мВ при токе коллектора 50 мА, но у более мощных транзисторов, как правило, меньше коэффициент усиления.

При питании коллекторной цепи от 12 В мы можем соединить несколько светодиодов последовательно и управлять ими одновременно (например, чтобы увеличить дальность работы нашего пульта управления) соответственным образом пересчитав токоограничивающий резистор R2.

Как выбрать резистор в базе транзистора? Транзистор BC847C имеет коэффициент передачи по току hFE = 400 – 800. В линейном режиме это будет означать что ток базы (управляющий ток) во столько раз меньше тока коллектора (управляемый ток). Так как схема у нас работает в ключевом режиме, то ток базы необходимо установить больше. Чем больше ток базы, тем быстрей транзистор включится. Коэффициент во сколько раз ток базы превышает минимальный называется коэффициентом насыщения. Минимальный ток базы (с коэффициентом насыщения единица) который полностью откроет транзистор будет 50 мА / 400 = 0.125 мА. Так как характеристики транзистора меняются со временем, при изменении температуры, при изменении тока коллектора, от партии к партии, у разных производителей, правильным решением будет задавать коэффициент насыщения больше единицы, иначе может возникнуть ситуация при которой транзистор будет открываться не полностью и схема будет работать при этом не верно. Верхнее значение тока базы ограничено либо максимальным током базы по документации на транзистор, либо максимально допустимым током который может выдать выход микроконтроллера. Пусть максимальный ток базы у нас будет 10 мА.

Рассчитаем базовый резистор для схемы на рисунке 1. Напряжение на базе при насыщении принято считать 0.7 В. При питании микроконтроллера 3.3 В на базовом резисторе будет напряжение 2.6 В. Минимальный базовый ток 0.125 мА будет обеспечен сопротивлением 20800 Ом. Максимальный базовый ток 10 мА будет обеспечен сопротивлением 260 Ом. В данном случае у нас довольно широкий диапазон выбора сопротивления, можем взять 1 кОм.

Рассмотрим схему с другой нагрузкой

Рисунок 2. Управление мощной нагрузкой

Нам нужно включать мотор с рабочим током 0.7 А. Для включения нам потребуется более мощный транзистор. Возьмем транзистор SS8050 с максимально допустимым током коллектора 1.5 А. У этого транзистора минимальный коэффициент передачи тока 120. При токе коллектора 0.7 А, нам необходимо обеспечить минимальный ток базы 5.8 мА. С учетом того что необходимо реализовать коэффициент насыщения больше единицы, у нас остается рабочий вариант для тока базы 10 мА. При заданном токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения базы этого транзистора составит около 1.2 В (по документации на транзистор). Напряжение на базовом резисторе получится 2.1 В, Минимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.010 А = 210 Ом. Максимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.0058 А = 360 Ом. Если мы поставим базовый резистор больше 360 Ом, транзистор заведомо не будет открываться полностью и не обеспечит ток на выходе в 0.7 А.

При токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения коллектора составит около 0.2 В. Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора составит около 0.14 Вт, транзистор при этом будет заметно теплым.

Дополнительно отмечу, что электродвигатель постоянного тока является индуктивной нагрузкой и параллельно ему обязательно нужно ставить защитный диод который защитит транзистор от ЭДС самоиндукции при выключении транзистора. Номинальный ток этого диода должен быть равен или больше рабочего тока индуктивной нагрузки. Рабочее напряжение диода должно быть больше напряжения питания нагрузки.

Нужно указать на важный момент. Чем больше ток базы, тем быстрей включится транзистор, тем больше коэффициент насыщения. Чем больше коэффициент насыщения, там медленней транзистор будет выключаться. Задержка выключения может достигать нескольких сотен наносекунд. На первый взгляд эта величина кажется слишком маленькой чтобы обращать на нее внимание. Фактически, если вы станете управлять током через нагрузку с помощью ШИМ, или постараетесь увеличить скорость передачи данных через инфракрасный канал, вы увидите что задержка выключения транзистора будет очень сильно искажать сигнал.

Например, возьмем ШИМ частотой 20 кГц с разрешением 8 бит. Период ШИМ-а будет 50 микросекунд, разрешение одного шага составит около 200 наносекунд. Задержка выключения транзистора на 400 наносекунд поглотит разрешение двух младших бит и оставит от разрешения 8 бит всего 6 бит динамического диапазона.

Для увеличения скорости выключения транзистора есть способы которые мы рассмотрим позже.

Рассмотрим еще одну схему, которая обладает рядом интересных свойств

Рисунок 3. Схема стабилизации тока

Эта схема также с общим эмиттером. В ней отсутствует резистор в цепи базы, и ток базы задается сопротивлением резистора в цепи эмиттера. Через этот резистор течет ток базы и ток коллектора (ток управления и ток нагрузки). Получается отрицательная обратная связь: при увеличении тока нагрузки, будет увеличиваться ток через эмиттерный резистор и при этом будет увеличиваться падение напряжения на эмиттерном резисторе. Так как напряжение на базе у нас фиксированное, 3.3 В, то при увеличении напряжения на эмиттерном резисторе напряжение на эмиттерном переходе транзистора будет уменьшаться, при этом будет уменьшаться ток базы и транзистор будет закрываться. Таким образом, будет стабилизироваться эмиттерный ток транзистора. Так как базовый ток в коэффициент усиления раз меньше коллекторного, то его влияние на напряжение эмиттерного резистора незначительное и, при первом приближении, его можно не учитывать при расчете и считать что ток эмиттера приблизительно равен току коллектора .

Сопротивление эмиттерного резистора рассчитать довольно просто. При управляющем напряжении 3.3 В, и падении на эмиттерном переходе 0.7 В напряжение на эмиттерном резисторе получается 2.6 В. При целевом токе в нагрузке 50 мА, сопротивление эмиттерного резистора должно быть около 52 Ом.

Эта схема позволяет стабилизировать ток нагрузки, то есть, при изменении напряжения питания нагрузки (или при изменении сопротивления нагрузки) ток через нагрузку останется постоянным. Мы можем поставить один светодиод, два или три при этом эмиттерный резистор менять не придется и ток через светодиоды будет один и тот же. При этом нужно отметить, что в этой схеме избыточное напряжение падает на транзисторе и нужно учитывать мощность рассеиваемую на транзисторе.

Транзистор в этой схеме работает в линейном режиме и не входит в насыщение. Это позволяет транзистору быстро открываться и быстро закрываться.

В этой схеме только один резистор вместо двух, что так же может иметь важное значение в практическом применении.

Важно чтобы напряжение управления базы было стабильным, так как оно является опорным для стабилизации тока.

Для питания коллекторной цепи этой схемы требуется напряжение большее чем напряжение управляющего сигнала.

Способы сократить время выключения транзистора

Если у нас стоит базовый резистор и мы управляем транзистором от вывода микроконтроллера с питанием 3.3 В, то получается что мы включаем транзистор током с 3.3 В , а выключаем транзистор током через тот же резистор, но током с напряжения 0.7 В, то есть ток базы на выключение транзистора получится меньше.

Рисунок 4. Время выключения транзистора 1200 нсек

Это одна из причин почему выключается транзистор медленней. Для увеличения скорости выключения транзистора мы можем применить такую схему.

Рисунок 5. Время выключения транзистора 400 нсек

В схеме на рисунке 5, при выключении, когда выходной сигнал с микроконтроллера становится равным 0 В, получается что оба резистора 300 Ом и 200 Ом соединяются параллельно и суммарное сопротивление становится меньше, что приводит к увеличению тока базы транзистора при выключении. Это увеличивает скорость выключения транзистора.

Еще один способ увеличить скорость выключения транзистора, это сократить глубину насыщения транзистора при включении. Диод подключенный от базы на коллектор уменьшит глубину насыщения. Вначале включения на коллекторе высокое напряжение, диод закрыт и весь ток базового резистора течет через эмиттерный переход транзистора. Когда напряжение на коллекторе станет ниже напряжения базы, этот диод начнет шунтировать эмиттерный переход и часть тока базового резистора потечет через диод при этом ток через эмиттерный переход уменьшится и это сократит глубину насыщения транзистора.

Рисунок 6. Задержка выключения транзистора составляет около 20 нсек

Каскад увеличения выходного тока на биполярных транзисторах.

Эта схема позволяет увеличить ток на выходе. Это полумостовая схема. В ней используется два транзистора различной проводимости, комплементарная пара транзисторов. Оба транзистора, и верхний и нижний, в этой схеме включены по схеме с общим коллектором. Включение с общим коллектором обладает такой особенностью, что выходное напряжение не может быть больше входного напряжения, при этом происходит усиление тока.

Рисунок 7. Схема увеличения выходного тока

При построении полумоста на полевых транзисторах нужно особым образом проектировать схему управления, и если оба транзистора управлять от одного сигнала, то в момент переключения будет течь сквозной ток с питания на землю, так как один транзистор уже включился, а другой еще не успел выключиться.

Сквозной ток плох тем, что он будет увеличивать потребление, сквозной ток будет создавать мощную помеху и может вывести транзисторы из строя. Для устранения этого для управления полумостом полевых транзисторов используют два сигнала, на один транзистор подается сигнал отключения, затем пауза на время отключения транзистора (мертвое время, deadtime), затем подается сигнал на включение второго транзистора. Такой способ заметно усложняет схему управления и требует два различных сигнала управления. Полумостовая схема на биполярных транзисторах включенных с общим эмиттером тоже требует мертвое время при переключении для исключения сквозного тока.

Схема изображенная на рисунке 7 с биполярными транзисторами включенными по схеме с общим коллектором лишена такого недостатка, и полумост может управляться одним сигналом. То есть сквозной ток через оба транзистора при переключении в схеме на рисунке 7 отсутствует.

Дополнительным достоинством этой схемы, является отсутствие резисторов.

Так же, транзисторы в этой схеме работают без насыщения, то есть максимально быстро включаются и отключаются, что позволяет применять эту схему как усилитель ШИМ.

Недостатком этой схемы является падение на транзисторах. На примере нижнего транзистора. Когда мы переводим сигнал управления на базе с 3.3 В на 0 В, нижний транзистор начинает включаться. При этом напряжение на эмиттере транзистора не может стать равным нулю, так как в этом случае через эмиттерный переход будет отсутствовать ток открывающий транзистор. Таким образом минимальное напряжение на выходе этого каскада составит около 0.7 В. Аналогичная ситуация и с верхним транзистором, максимальное напряжение на выходе каскада не может быть больше чем напряжение питания минус 0.7 В.

Как можно использовать каскад усиления тока

Если взять два таких полумоста с питанием равным напряжению питания микроконтроллера, сделать сигнал ШИМ и его инверсию (либо отдельным инвертором, либо конфигурацией выходов в микроконтроллере) и подать каждый сигнал на свой полумост, то получится довольно мощный усилитель, например для генерации звука.

Рисунок 8

При питании усилителя от 3.3 В Размах напряжения на выходе составит 3.3 В — 2 * 0.7 В = 1.9 В. При использовании динамической головки сопротивлением 4 Ом ток через нее составит около 0.4 А и максимальная мощность на нагрузке получится чуть больше половины Ватта. Что довольно таки хорошо для такого простейшего усилителя ШИМ. Питание этой схемы усилителя нужно качественно фильтровать, так как любое изменение напряжения питания будет отражаться на изменении тока через нагрузку.

При применении микроконтроллера с питанием 5 В так же можно увеличить напряжение питания усилителя до 5 В, при этом выходная мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом получится около 3 Вт. При этом нужно взять транзисторы с большим допустимым током коллектора, например комплементарную пару SS8550 (pnp) и SS8050 (npn), они допускают ток коллектора до 1.5 А, транзисторы придется дополнительно охлаждать.

Эту же схему можно использовать для управления коллекторными моторами с применением ШИМ. Схема позволяет менять направление вращения электромотора. При использовании более высокого напряжения питания этого усилителя тока требуется также увеличить напряжение управляющего сигнала.

Рисунок 9. Мост управления коллекторным двигателем

Для приведения уровня управляющего сигнала с 3.3 В до 15 В применен транзистор.

В этой схеме для управления каждым полумостом используется логическая микросхема 4069 (CD4069UB). В этой микросхеме шесть логических инверторов, питание микросхемы может осуществляться от 3 В до 18 В. Для управления мостом необходимо подать питание на эту микросхему от того же напряжения питания что и мост. Эта же микросхема используется для формирования инверсного сигнала для второго полумоста. Для того чтобы на нагрузку можно было подать максимальное напряжение 12 В с учетом падения на транзисторах, увеличено напряжение питания моста до 15 В. В этой схеме реализован режим управления током нагрузки fast decay. Для реализации режима slow decay потребуется отдельное управление для каждого полумоста.

Для упрощения понимания в статье рассматриваются только основные параметры, и характеристики реальных каскадов будут несколько отличаться. Все схемы приведенные в статье промоделированы в LTspice

Раз вы дочитали до этого момента – значит статья вас заинтересовала. Поддержите автора донатом!

https://donate.stream/ya4100117341489066

Транзисторы: виды, особенности, сферы применения

Предыдущая статья Следующая статья

25. 09.2019

В начале ХХ века был обнародован принцип работы полупроводников. Немного позже эти приборы были применены в производстве различной техники (преимущественно радио). Именно в радиотехнике на смену вакуумным лампам пришли транзисторы. Стоит более детально разобраться в их устройстве, видах и особенностях использования.

Основная характеристика

Под словом «транзистор» понимают термин, который образовался от двух слов английского происхождения – «transfer» и «resistor». Первое составное слово – transfer – имеет перевод «передача», а второе – resistor – понимается как «сопротивление». Поэтому можно сказать, что транзистор – это устройство, которое передает электрический ток с определенным уровнем сопротивления.

При изобретении полупроводникового прибора было предложено несколько альтернативных вариантов названий от разных изобретателей:

  • стандартный полупроводниковый триод;
  • триод кристаллического вида;
  • лотатрон.

Но прижилось именно известное сегодня название. Этот термин был предложен Джоном Пирсом – это инженер, писатель. Вместе со своим другом и соратником по деятельности Уильямом Шокли они проводили исследования и наблюдения. В этих исследованиях также участвовали Уолтер Браттейн и Джон Бардин, а проводились они в лаборатории Bell Labs. Их трудом стал первый в истории пригодный к работе биполярный точечный транзистор – открытие случилось в декабре 1947 года. А для широкого круга презентация изобретения и самого термина состоялась 23 декабря того же 1947 года. Труды команды ученых не прошли зря – в 1956 году состоялось вручение изобретателям Нобелевской премии по физике.

Но не только эти имена достойны быть упомянуты на страницах истории изобретения транзисторных приборов. В 1958 году компанией Texas Instruments был запущен в массовое производство первый в мире кремниевый транзистор. Через год Жан Эрни сконструировал кремниевый транзистор, который имел планарную конструкцию.

После этого открытия разработанная им технология стала основной в производстве транзисторных приборов.

Относительно принципа функционирования транзистора полевого типа, то на него был получен патент еще в 1928 году ученым из Германии Юлием Эдгаром Лилиенфельдом. А сама полевая конструкция транзистора была предложена и запатентована также немцем, физиком Оскаром Хайлом, это состоялось 1934 году. А изготовили такое устройство только в 90-х годах ХХ столетия. В основу этого производства была положена металл-оксид-полупроводниковая технология (сокращенно МОП-технология). Транзистор, изготовленный по данной технологии – это то устройство, которое используется практически во всех отраслях – от сложной спецтехники до компьютеров.

Транзисторы: виды и основные отличия

Существует два основных типа транзисторов:

  1. Полевые, которые бывают двух видов по разновидности канала: n-тип и p-тип.
  2. Биполярные, среди которых различают виды n-p-n (то есть с обратной проводимостью) или p-n-p (характеризуются прямой проводимостью).

Принципы работы, отличия и конкретные особенности можно разобрать только на примерах. Поэтому стоит ознакомиться со следующей информацией:

  1. Биполярный транзистор n-p-n (обратной) полярности, изготовленный в корпусе ТО-3 (2N3055). Используется как элемент для изготовления выходного каскада для мощных усилителей звука. В такой технике он работает в динамическом режиме. Благодаря корпусу ТО-3 этот прибор можно удобно и достаточно просто закрепить. Транзистор этого типа может успешно функционировать при частоте до 3 МГц.
  2. Транзистор биполярного вида n-p-n-типа (то есть обратной полярности), который имеет маркировку КТ315. Устанавливается обычно в паре с КТ361, производится с 1967 года. Может работать в динамическом или ключевом режиме, однако характеризуется малой мощностью.
  3. Транзистор полевой с каналом n-типа и изолированным затвором (КП501). Характеризуется малой мощностью. Может обеспечить сопротивление 10-15 Ом. Различаются модификации А, Б и В, которые и определяют уровень сопротивления.
    Чаще всего используется в аппаратуре для связи, телефонах и радиотехнике. Поэтому за ним закрепилось другое название – сигнальный. Выпускается в корпусе типа ТО-92. Основная его задача состоит в усилении поступающего сигнала.
  4. Полевой транзистор n-канальный, который изготавливается в соответствии с технологией HEXFET (irf3205). Чаще всего используется как силовой ключ при изготовлении высокочастотного инвертора (к примеру, в автомобилестроении). Выпускается в различного типа корпусах, что обусловлено разными показателями тока.
  5. Биполярный транзистор или IGBT-транзистор с изолированным затвором (GA25N120ANTD). Характеризуется высокой мощностью (поэтому его называют высоковольтным) и изготавливается в корпусе типа ТО-3Р. Чаще всего применяют в изготовлении преобразователей инверторного типа (например, сварочные аппараты или нагреватели).

Рассмотренные виды транзисторных приборов – это только небольшая часть подобных устройств, которые часто используются в разной технике. Транзисторы производятся в разных корпусах и разных моделей. Кроме того, один и тот же вид изготавливается в разных корпусах, что значительно расширяет модельный ряд и применение транзисторов.

Стоит заметить, что типы корпусов транзисторов отечественных и иностранного производства отличаются. Это следует учитывать при покупке этих деталей и использовании их в ремонте техники.

Особенности цифровых транзисторов

Впервые транзисторы для цифровых устройств были изготовлены фирмой ROHM. Основное применение этих приборов состоит в следующих сферах:

  • аудиоаппаратура;
  • видеотехника;
  • микроконтролерная техника.

По своей конструкции представляют биполярный транзистор и один-пара резисторов (один из пары может заменяться стабилитроном). Узнать параметры цифрового транзистора можно по маркировке, которая есть на корпусе. Ассортимент очень широк, разнообразны и цены на них. Все зависит от типа транзистора и компании-производителя.

Советы по подбору транзисторов

Если вы затрудняетесь, как подобрать транзистор, то стоит ознакомиться со следующими советами:

  1. Помните, что главный параметр такого устройства – это мощность. Есть такие понятия, как структурная, максимальная и рассеиваемая мощность. Также стоит учесть напряжение в открытом и закрытом состоянии.
  2. При положительном напряжении между блоком питания и коллектором необходим транзистор n-p-n-типа. Соответственно при отрицательном значении данного параметра используется p-n-p-тип.
  3. При максимальном токе нужно выбирать полупроводниковый транзистор с показателями, минимум в полтора раза превышающими максимум.
  4. Перед покупкой определенного вида транзисторного прибора стоит заранее поинтересоваться его характеристиками и сферой применения.

Итоги

Если вы хотите понять, для чего нужен транзистор, представьте его отдельным элементом системы или цепочки.

Без него не будет исходной совокупности и потеряются все ее свойства.

Если бы этого изобретения не было, человечество не смогло бы создать все технические устройства, которые уже давно вошли в нашу жизнь. Транзисторы – это незаменимый компонент мобильных телефонов, радиотехники, транспорта и многого другого, чем мы пользуемся практически каждый день. Все эти приборы – бытовые и специальные – не были бы изобретены. Вероятнее всего, мы по сей день пользовались бы ламповыми приемниками и телевизорами.

Благодаря транзисторам человечество сделало столь большой скачок в технике и приборостроении. С их помощью мы облегчили свою жизнь и сделали возможности технологии практически безграничными.

Транзистор является уникальным и универсальным устройством, которое может одновременно являться и выключателем, и усилителем. За счет контроля потока электронов данные функции становятся возможными, то есть электрический ток при использовании транзисторов полностью контролируемый. Это дает большие возможности для производства и введения новых изобретений в нашу жизнь. Поэтому разумно считать транзистор – независимо от вида – самым весомым и значимым открытием науки, которое принесло огромную пользу человечеству.


Возврат к списку

Обратная связь

Похожие статьи

Серии микросхем производства STMicroelectronics

STMicroelectronics — одна из самых крупных в мире компаний, производящих интегральные микросхемы.

Подробнее ➜

Основные характеристики диодных сборок и сферы применения

Одно из основных требований к современной электронной аппаратуре — это эффективность используемых компонентов. Диодные сборки SMD, а также выводные, предназначенные для монтажа в отверстия печатной платы, по сравнению с дискретными полупроводниковыми приборами, сокращают число процессов при автоматической сборке радиоэлектронных устройств. В компании «ЗУМ-СМД» можно заказать мощные диодные сборки и компоненты различных параметров.

Подробнее ➜

Оптрон: технические характеристики и основные параметры

Характеристики и области применения — в статье от экспертов «ЗУМ-СМД».

Подробнее ➜


Использование транзистора – принцип, области применения, примеры и часто задаваемые вопросы

Если мы почитаем историю электронных устройств, то увидим, что одним из наиболее важных компонентов этих устройств была вакуумная лампа (электронная лампа). Эта трубка использовалась для управления электрическим током. Эти лампы были больше, требовали более высокого рабочего напряжения, высокое энергопотребление означало высокое тепловыделение, что, в свою очередь, влияло на срок службы лампы из-за ее низкого КПД.


На этой странице мы узнаем о следующем:

Чтобы решить эту проблему, трое американских физиков Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли изобрели компактное и эффективное полупроводниковое устройство под названием точечный транзистор в Bell Labs в декабре.

Транзистор

Транзистор — это вид полупроводника, который используется в качестве проводника и изоляции электрического тока или напряжения. Проще говоря, транзистор — это регулятор потока электрических сигналов. Прочтите следующие пункты, чтобы узнать больше о транзисторе:

  • Транзисторы являются мощными устройствами из-за их способности управлять током, протекающим по цепи (устройство управления током), который генерируется потоком электронов и дырок. Существует два типа: NPN (отрицательный-положительный-отрицательный) и PNP (положительный-отрицательный-положительный).

  • Наиболее широко используемыми транзисторами являются NPN-транзисторы, поскольку большинство носителей заряда представляют собой электроны, которые являются более мобильными частицами заряда с меньшей массой, благодаря чему они могут легко ускоряться.

  • Это полупроводниковое устройство, которое действует как переключатель и усилитель. Транзисторы могут работать от низковольтного источника питания для большей безопасности, что означает, что они обеспечивают более высокий КПД и очень долгий срок службы.

  • Транзисторы используют полупроводниковые переходы вместо нагревательных электродов, но выполняют ту же функцию, что и вакуумный триод.

  • Транзисторы могут управлять потоком тока через один канал, изменяя интенсивность небольшого количества тока, протекающего через второй канал. Вот почему они называются устройством управления током.

Детали транзистора

Транзистор представляет собой комбинацию трех выводов, изготовленных из полупроводниковых материалов, которые помогают выполнить соединение с внешней цепью и обеспечивают протекание тока. Три клеммы:

  1. База: База активирует транзистор. Он тонкий и слегка легированный. Он расположен в центре транзистора.

  2. Эмиттер: Эмиттер представляет собой отрицательный вывод транзистора. Он сильно легирован и имеет умеренный размер.

  3. Коллектор: Коллектор — это отрицательный вывод транзистора. Он расположен на правой стороне транзистора и умеренно легирован. Он больше излучателя.

Как работает транзистор?

Биполярный переходной транзистор или BJT состоит из трех выводов: базы, эмиттера и коллектора. Между базой и эмиттером существует p-n переход, а между базой и коллектором существует еще один переход. Обычно в BJT, когда ток протекает через переход база-эмиттер, ток будет течь в цепи коллектора. Это называется смещением, и переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, тогда как переход база-коллектор смещен в обратном направлении.

Основы транзисторов с биполярным переходом

Поскольку контролируемый ток должен проходить через два типа полупроводниковых материалов, ток состоит как из потока электронов, так и из потока дырок в разных частях транзистора, и они бывают двух типов:

  1. n-p-n Транзистор с переходом

  2. Транзистор с переходом p-n-p

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT): IGBT — силовой полупроводниковый прибор, используемый в качестве электронного переключателя во многих мощных и современных устройствах, таких как электромобили, поезда, холодильники с регулируемой скоростью, системы кондиционирования воздуха.

Каковы характеристики транзистора?

Характеристика транзистора представляет собой график, построенный для каждого типа конфигурации, который показывает зависимость между током и напряжением транзистора.

В основном существует два типа характеристик:

  1. Входные характеристики: Показывает изменение входного тока при изменении выходного тока при постоянном выходном напряжении.

  2. Выходные характеристики: На этом графике показан график изменения выходного тока по отношению к изменению выходного напряжения при постоянном входном токе.

Преимущества использования транзисторов

Было доказано, что транзистор является очень важным изобретением в науке. Он имеет множество применений и преимуществ:

  • Он небольшого размера и очень экономичен.

  • Для работы требуется очень низкое напряжение.

  • Он имеет долгий срок службы и не требует питания для работы.

  • С помощью транзистора можно разработать одну интегральную схему.

  • Быстрое переключение тока на клеммах.

Ограничения на использование транзисторов

Несмотря на то, что транзисторы чрезвычайно эффективны, существуют некоторые ограничения на их использование:

  • Транзисторы очень легко выходят из строя из-за изменений электрических и температурных условий.

  • Им не хватает более высокой подвижности электронов.

  • Они могут пострадать от радиации.

Узнайте больше о транзисторах, посетив наш веб-сайт, где вы найдете примечания, вопросы, ответы, решения и многое другое! Вы можете скачать все, что вам нужно бесплатно!

Использование транзистора

Напряжение смещения Vbe, создаваемое в переходе база-эмиттер. Из-за прямого смещения перехода база-эмиттер электроны начинают течь от эмиттера для рекомбинации с дырками в базе, база становится отрицательно заряженной. Если ток базы Ib увеличить на небольшую величину, рекомбинация дырочных электронов будет нейтрализована, ток коллектора Ic увеличится. Поэтому небольшое изменение тока Iб в базе.

  • Микрофон: Микрофон — это преобразователь, который преобразует наш голос или звуковую волну в электронный сигнал. Поскольку звуковая волна не имеет постоянной величины, величина звуковой волны меняется со временем в зависимости от нашего голоса.

Электрический выход микрофона изменяется в зависимости от звуковых волн, поскольку базовый ток Ib изменяется из-за небольшого переменного напряжения, создаваемого микрофоном, что означает, что небольшое изменение Ib может вызвать большое изменение Ic.

При этом выход микрофона подается на транзистор как на вход. Изменяющийся ток коллектора Ic течет в громкоговоритель, и мы знаем, что если есть изменения на входе транзистора, это приведет к большим изменениям на выходе транзистора. Таким образом, транзистор усиливает электронный сигнал микрофона.

Частота остается постоянной, но амплитуда звуковой волны из громкоговорителя выше, чем звуковые волны, поступающие в микрофон.

Электронный генератор представляет собой устройство, генерирующее непрерывные электрические колебания. В простой схеме генератора параллельный LC-контур используется в качестве резонансного контура, а усилитель используется для подачи энергии в резонансный контур.


Частота резонансно усиливается, и выход действует как источник переменного напряжения этой частоты.

Резюме

  • При нормальной работе транзистора переход эмиттер-база всегда смещен в прямом направлении, тогда как переход коллектор-база смещен в обратном направлении.

  • В транзисторах с n-p-n переходом большое количество электронов в эмиттере и большое количество дырок в базе.

  • В реальной конструкции транзисторов n-p-n средний слой очень тонкий (микрометр) по сравнению с шириной двух боковых слоев.

Различные применения транзисторов и мосфетов

Сегодня я собираюсь дать вам обзор различных применений транзисторов и мосфетов. Этот блог является непрерывным блогом серии Транзисторы, поэтому, если вы хотите прочитать о любых других транзисторах, вы можете нажать ЗДЕСЬ .

Транзистор с биполярным переходом


Биполярный транзистор — это транзистор с биполярным переходом, способный работать с двумя полярностями (дырки и электроны), его можно использовать в качестве переключателя или усилителя. управляемое устройство.

 

ПРИМЕНЕНИЕ
Транзисторы используются в качестве переключателей в широком диапазоне приложений, включая подключение сильноточных или высоковольтных устройств, таких как двигатели, реле или источники света, к низковольтным цифровым ИС или логическим элементам, таким как И ворота или ворота ИЛИ.

В качестве альтернативы может потребоваться регулирование скорости нагрузки, например двигателя постоянного тока, с помощью последовательности импульсов (широтно-импульсная модуляция). Транзисторные переключатели позволят добиться этого быстрее и проще, чем механические переключатели.

Транзистор как переключатель в цифровой логической схеме:

Мы также можем использовать транзисторы PNP и NPN в качестве переключателя; отличие в том, что в PNP нагрузка подключена к земле (0v), а в NPN нет, и транзистор PNP переключает на нее питание. Чтобы включить PNP-транзистор в качестве переключателя, подключите клемму Base к земле или нулевому напряжению (LOW), как показано на рисунке.

Различие между PNP и NPN заключается в том, что PNP-транзистор переключает питание (ток источника), а не переключает землю, как NPN-транзистор (ток стока).

 

 

Сигнализация дождя на основе пары транзисторов Дарлингтона

 

Показана схема сигнализации дождя с использованием пары транзисторов Дарлингтона (транзистор BC547).
Эта схема выполнена в виде обычной пары транзисторов Дарлингтона. Эти транзисторы в основном используются для увеличения мощности усиления тока. Когда вода или капли дождя попадают на датчик, на базу транзистора подается ток, который далее поступает на Зуммер и вызывает звуковой сигнал.


Транзистор как усилитель


Транзистор работает как усилитель, усиливая слабый сигнал. Когда на переход эмиттер-база подается постоянное напряжение смещения, он остается смещенным в прямом направлении. Это прямое смещение сохраняется независимо от полярности сигнала.

Из-за низкого сопротивления входной цепи каждое незначительное изменение входного сигнала приводит к значительному изменению выходного сигнала. Ток эмиттера входного сигнала переходит в ток коллектора, который затем протекает через нагрузочный резистор RL, вызывая на нем высокое падение напряжения. В результате небольшое входное значение приводит к большому выходному напряжению, что указывает на то, что транзистор работает как усилитель.

 

Некоторые распространенные транзисторы общего назначения:

Транзистор BC638 БК488 2N4400 БК490 2N3053 2N4402
Тип ПНП ПНП НПН ПНП НПН НПН

 

Некоторые распространенные силовые транзисторы:

НПН ПНП
TIP31C – Силовой транзистор NPN TIP32C – Силовой транзистор PNP
TIP127 – транзистор Дарлингтона NPN TIP122 – Транзистор Дарлингтона PNP
TIP110-112 Дополнительный силовой кремниевый транзистор Дарлингтона TIP115-117  Комплементарный силовой кремниевый транзистор Дарлингтона
BJE243  Кремниевый силовой пластиковый транзистор BJE253 Силовой кремниевый пластиковый транзистор
TIP41 TIP41A TIP41B TIP41C Дополнительный кремниевый пластиковый силовой транзистор TIP42 TIP42A TIP42B TIP42C Дополнительный кремниевый пластиковый силовой транзистор
БД135 BD137 BD139 Пластиковый кремниевый транзистор средней мощности BD136 BD138 BD140 Пластик средней мощности Кремниевый транзистор
TTC5200  Кремниевый транзистор с тройным рассеянным светом TTA1943  Кремниевый тройной рассеивающий транзистор

 

 

 

MOSFET


MOSFET означает полевой транзистор с оксидом металла, основанием с тремя выводами и выводом. Это подкласс полевого транзистора.



The MOSFET is Classified into two types based on the type of operations, namely  Enhancement mode MOSFET (E-MOSFET)  and  Depletion mode MOSFET (D-MOSFET)

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

МОП-транзистор в качестве контроллера двигателя

 

Два МОП-транзистора соединены вместе, образуя двунаправленный переключатель от двойного источника питания, при этом двигатель подключается между общим соединением стока и заземлением. Когда вход установлен на НИЗКИЙ уровень, P-канальный МОП-транзистор включается, потому что его переход затвор-исток смещен отрицательно, заставляя двигатель вращаться только в одном направлении. Двигатель приводится в действие только положительной шиной питания +VDD.

Когда на входе ВЫСОКИЙ уровень, устройство P-канала выключается, но устройство N-канала включается, поскольку его переход затвор-исток смещен положительно. Поскольку напряжение на клеммах двигателя было инвертировано, поскольку теперь он питается от отрицательной шины питания -VDD, теперь он вращается в другом направлении.

Таблица управления двигателем MOSFET

MOSFET 1 МОП-транзистор 2 Функция двигателя
ВЫКЛ ВЫКЛ Двигатель остановлен (ВЫКЛ.)
ПО ВЫКЛ Двигатель вращается вперед
ВЫКЛ НА Двигатель вращается в обратном направлении
ПО НА ЗАПРЕЩЕНО

МОП-транзистор, используемый в схемах регулятора напряжения

В схемах регулятора напряжения используются МОП-транзисторы обедненного типа с соединениями исток-повторитель. На иллюстрации изображена схема линейного регулятора напряжения. VL следует за напряжением затвора (VG) за вычетом напряжения затвор-исток (VGS) в этой регулирующей цепи. Кроме того, когда ток стока увеличивается (Id), напряжение затвор-исток (VGS) также увеличивается. Чтобы напряжение затвора оставалось постоянным, напряжение истока уменьшается по мере увеличения тока нагрузки (IL).

МОП-транзистор в качестве прерывателя

На рисунке показано, как переключающее поведение МОП-транзистора можно использовать для создания цепей прерывателя. При смещении полевого МОП-транзистора прямоугольным напряжением между выводами затвора и истока напряжение постоянного тока (VDC) превращается в напряжение переменного тока (VAC) с тем же уровнем амплитуды. В результате полевые МОП-транзисторы чередуются между работой в области отсечки и насыщения.


Мощный МОП-транзистор в инверторах

С выпрямителем и фильтром этот инвертор может выдавать высокое напряжение переменного или постоянного тока до нескольких сотен вольт. Вторичная и первичная обмотки Т1, силовой трансформатор от 12,6 до 440 В.

Оставить комментарий