Транзистор база эмиттер коллектор: Эта страница ещё не существует

Содержание

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор – трёхэлектродный полупроводниковый прибор, разновидность транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости.

По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n – электронный тип примесной проводимости, p – дырочный).

Электрод, подключённый к центральному слою называют базой, электроды подключённые к внешним слоям называют коллектором и эмиттером.

На простейшей схеме различия между коллектором и эммитером не видны. В действительности же коллектор отличается от эмиттера, главное отличие коллектора – бо́льшая площадь p-n перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Принцип действия транзистора

В активном режиме работы, транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении.

Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку.

В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере проходят через открытый переход эмиттер-база в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер.

Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и очень слабо легированной, большая часть электронов, инжектированная из эмиттера диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор.

Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб+Iк).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк=α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999, чем больше коэффициент, тем лучше транзистор. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер.

Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β=α/(1-α)=(10-1000). Т.о. изменяя малый ток базы можно управлять значительно большим током коллектора.

Опубликовано на: ru.wikipedia.org


Задать вопрос

Контактная информация:
тел:
(812) 387-55- 06, 387-65-64, 387-86-94
тел/факс: (812) 327-96-60
e- mail: ,

<< Предыдущая  Следующая >>

Принцип работы транзистора (биполярного) – изобретение транзистора

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение.

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

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

                                           

Она заключается в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой – слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы.

Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко “перебегают” в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны – неосновные носители заряда, то электрическое перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллектора получается лишь немного меньше тока эмиттера. если увеличить ток базы, то переход Эб откроется сильнее, и между эмиттером и коллектром сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу.

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

Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.

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

Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше ток базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора.

Обозначается оно h31. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектор к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот фокт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.  

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

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

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

граничной

Также параметрами биполярного транзистора являются:

·         обратный ток коллектор-эмиттер

·         время включения

·         обратный ток коллектора

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 VBE, поэтому электроны из области эмитте­ра будут перетекать через этот переход в область базы, создавая ток Iе. 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

Ib. Фактически более 95% всех электронов эмиттерного тока Iе собираются коллектором и формируют коллектор­ный ток Ic транзистора. Таким образом,

Iе = Ic + Ib.

Так как базовый ток Ib очень мал (чаще всего он измеряется микроампе­рами), то им обычно пренебрегают. Тем самым предполагается, что токи Ic и Iе 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 VCD. 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 Ib 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 Vbe 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) Ic с напряжением на коллекторе (выходным напряже­нием) VCE. Для определенных значений тока базы (входного тока) Ib. 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    Ib = 40 мкА и VCE= 6 В ток коллектора Ic = 4 мА. Это значение легко определяется из выходной характеристики, соответству­ющей выбранному току базы.

Характеристика для Ib = 0 соответствует транзистору в непроводя­щем состоянии, т. е. в состоянии отсечки, когда величина напряжения VCEменьше требуемой величины прямого падения напряжения на эмиттерном переходе. Теоретически ток транзистора равен нулю при Ib = 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                 Ic 

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

                                                             Входной ток                    Ib

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

Биполярный транзистор – Цифровая техника – ЧАСТЬ 1

Биполярный транзистор — полупроводниковый прибор, который управляется током и имеет коэффициент усиления больше единицы. Он имеет два р п-перехода и три вывода Эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). Биполярные транзисторы бывают двух структурр-п р и п p-η. Транзисторы структуры π р п применяются гораздо чаще, чем структуры p-η р. поэтому дальше будут рассматриваться только они. Для транзисторов структуры р-п р справедливо все то. что относится и к структуре п-р п, отличая только в полярности источника питания («плюс» и «минус» нужно поменять местами). Упрощенная структурная схема транзистора нарисована на рис. 1.10. Вывод базы располагается между эмиттером и коплектором, толщина базы очень мала — десятки микрометров (1000 мкм = 1 мм). Бпагодаря наличию двух р-п переходов, любой транзистор (биполярный) можно представить в виде двух диодов: с большим напряжением

Рис. 1 10. Структурная и упрощенная схемы строения биполярного транзистора пробоя между базой и коллектором и с малым напряжением пробоя (стабилитроном; напряжение стабилизации 5 ..12 В для кремниевых транзисторов) между базой и эмиттером, как видно, коллекторный и эмиттерныи p-η переходы по отношению к базе неравнозначны, поэтому «путать» их нельзя

Существует три схемы включения биполярного транзистора, с общей базой (ОБ), общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ) При включе нии транзистора по схеме с ОБ усиливается только напряжение, с ОК — только ток, а с ОЭ — и напряжение, и ток. Схема с ОБ в цифровой технике практически никогда не используется, поэтому здесь она рассматриваться не будет.

При включении транзистора структуры п-р-п на его эмиттер подают отрицательный потенциал, а на коллектор — положительный. При соединении вывода базы с эмиттером, или если базовый вывод попросту «в обрыве» транзистор закрыт и через переход коллектор—эмиттер течет ничтожный ток, а при соединении с коллектором он открывается и через транзистор течет довольно большой ток. Падение напряжения на переходе коллектор—эмиттер в этом режиме, как и у диода, равно 0,6.,.1 В.

Рассмотрим схему включения транзистора с общим эмиттером (рис. 1.11). Эмиттер соединен с общим проводом («минусовой» вывод источника питания), а коллектор через нагрузку (на схеме — через лампочку) соединен с положительным выводом источника питания. Будем плавно увеличивать напряжение на базе относительно эмиттера (общего провода). Потенциальный барьер перехода база—эмиттер при этом будет понижаться, и его сопротивление уменьшится. Через переход начнет течь ток эмиттера 1„ обусловленный инжекцией электронов

Рис. 1.11. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером из эмиттера в базу. Но так как база имеет очень маленькую толщину, то большинство инжектированных из эмиттера в базу электронов «по инерции» пролетают потенциальный барьер перехода база—коллектор, захватываются его полем (к коллектору подключен положительный вывод источника питания — «генератор дырок», который очень активно притягивает к себе электроны. Наглядный пример этого «активного притягивания» — короткое замыкание) и втягиваются в коллектор, откуда они попадают в нагрузку, где и рекомбинируют с дырками. Благодаря выделяющейся при этом мощности лампочка начинает светиться. Напряжение на коллекторном выводе относительно общего провода уменьшается.

Так как транзистор‘ представляет собой монолитный кристалл кремния и толщина его базы ни при каких внешних воздействиях не изменяется, то отношение количества электронов, захваченных коллектором, к количеству электронов, выделившихся в базе при неизменном напряжении питания, также неизменно. Это отношение называется статическим коэффициентом передачи тока (коэффициент усиления) и определяется по формуле:

У современных биполярных транзисторов коэффициент передачи тока h21j больше 100, т. е. коллекторный ток в 100 раз больше базового.

При увеличении напряжения питания увеличивается потенциальный барьер перехода база—коллектор. Поэтому при увеличении напряжения питания количество электронов, которое может «захватить» коллектор (при неизменном токе базы) уменьшается. Следовательно, будет уменьшаться и коэффициент h2„. При разработке высоковольтных устройств это нужно учитывать.

Если и дальше увеличивать ток базы, то потенциальный барьер эмиттерного перехода будет уменьшаться до тех пор, пока не исчезнет совсем. Электроны смогут беспрепятственно переходить из эмиттера в базу и также беспрепятственно захватываться полем коллектора Падение напряжения на переходе коллектор эмиттер будет уменьшаться (при увеличении тока базы и неизменном сопротивлении нагрузки и напряжении питания) до тех пор, пока не уменьшится почти до нуля Но нужно учитывать что в этом режиме (падение напряжения на переходе коллектор—эмиттер меньше 0,6 1 В) начинает уменьшаться статический коэффициент передачи тока h2l), и при падении напряжения на этом переходе, равном нулю, он равен единице

Такой режим работы транзистора несмотря на то что он требует повышенного тока управления (так как коэффициент h21, уменьшается), очень широко используется в цифровой технике при i оммутации мошной Hai рузки Как известно (формула (4)), мощность рассеивания транзистора зависит от тока нагрузки (его изменить для конкретной нагрузки невозможно) и от падения напряжения на переходах транзистора Поэтому при уменьшении падения напряжения нагрев транзистора уменьшается (т. е. радиатор теплоотвод не нужен и пи нужен меньших размеров), а КПД устройства увеличивается так как на нагрев транзистора тоже нужно затратить некоторую мощность. Но слишком сильно уменьшать падение напряжения нельзя так как при этом КПД устройства начинает уменьшаться из-за возросшего базового тока управления Поэтому на практике выбиоают «золотую середину», и падение напряжения на переходе коллектор — эмиттер составляет 0,05…0.2 В в за висимости от тока нагрузки (чем он больше, тем больше падение напряжения, это начинает сказываться омическое сопротивление переходов)

Теперь рассмотрим схему включения транзистора с общим коллектором (рис. 1.12), при напряжении на базе 0…0,6 В относительно эмиттера (т. е. оаза никуда не подключена или соединена с общим проводом) Несмотря на то что i общему проводу олиже эмиттер, эта схема с оощнм коллектором так как с ис точником питания соединен коллектор, а на выводе эмиттера напряжение изме няется в зависимости от тока базы Транзистор заперт и нагрузка лампочка не горит При увеличении базового напряжения вплоть до напряжения питания «+U» транзистор постепенно приоткрывается, и при напряжении на базе равном напряжению на коллекторе, транзистор переходит в режим насыщения, т е сопротивление перехода коллектор—эмиттер становится минимальным Падение напряжения на этом переходе в режиме насыщения составляет 0,6 1 5 В и зави сит от типа транзистора и тока нагрузки Если напряжение на базе больше, чем на коллекторе, то эта схема плавно переходит в схему с общим эмиттером и па дение напряжения на переходе коллектор—эмиттер уменьшается почти до нуля У этой схемы есть несколько отличительных осооенностей Во первых оба перехода транзистора обратно смещены, поэтому напряжение на базе может быть любым — от нуля (общий провод) до «+U». У схемы с общим эмиттером напряжение на базе не должно превышать 2 В относительно эмиттера, поэтому в схеме включения обязательны токоограничивающие резисторы в цепи базы. Во-вторых, схема с общим коллектором усиливает сигнал только по току, поэтому напряжение на эмиттере независимо от сопротивления нагрузки на 0,6…1,0 В меньше напряжения на базе. Поэтому схему с общим коллектором иногда называют эмиттерным повторителем. Ток, потребляемый от источника сигнала базой, в h2b раз меньше тока нагрузки. При обрыве в цепи нагрузки база от источника сигнала потребляет практически нулевой ток, как видно из рис. 1.10; коллекторный переход при любом (от 0 до «+U») напряжении на базе отрицательно смещен, и его потенциальный барьер (см. рис. 1.7) препятствует протеканию тока. Схема с общим эмиттером усиливает сигнал и по напряжению, и по току, а ток, текущий через переход база—эмиттер, не зависит, в отличие от схемы с ОК, от сопротивления нагрузки, а зависит только от сопротивления токоограничивающего резистора в цепи базы (в схеме с ОК этот резистор не нужен). Поэтому при некотором базовом токе напряжение на коллекторе за-

Рис. 1.12. Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором висит от сопротивления нагрузки. В принципе в схеме с ОК напряжение на нагрузке также зависит от тока базы, но в этой схеме, если она работает в ключевом режиме (т. е. транзистор или полностью открыт, или полностью закрыт), для «открывания» транзистора можно попросту соединить вывод базы с шиной «+U», и транзистор «сам решит», какой ток должен течь в базу (он в h2„ раз меньше тока нагрузки). Поэтому в устройствах с пониженным энергопотреблением схему с ОЭ лучше не использовать. И в-третьих, схема с ОЭ, в отличие от схемы с ОК, инвертирует сигнал. Как видно из рис. 1.11, при увеличении напряжения на базе транзистор открывается, и напряжение на его коллекторе уменьшается. В схеме с ОК (рис. 1.12) при увеличении напряжения на базе напряжение на эмиттере также увеличивается.

Благодаря этим особенностям схему с ОК часто используют для измерения статического коэффициента передачи тока (h2b). Хотя он, судя по последней букве «э» в названии, относится к схеме с ОЭ, в схеме с ОК он примерно такой же. Для измерения коэффициента передачи тока нужно собрать схему, изображенную на рис. 1.12. Замыкая амперметром выводы коллектора и эмиттера (вывод базы разомкнут), измеряют ток потребления нагрузки. Затем амперметром замыкают выводы базы и коллектора и измеряют управляющий ток. После этого на микрокалькуляторе делят первое число на второе, и получается значение этого самого коэффициента. Как И все коэффициенты, этот — безразмерная величина и измеряется в «разах», а не в каких-нибудь единицах.

Статический коэффициент передачи тока зависит от напряжения на коллекторном переходе и от тока Нагрузки. При увеличении Напряжения потенциальный барьер коллекторного перехода увеличивается, диффузия основных носителей в коллектор уменьшается и коэффициент передачи тока также уменьшается. При увеличении тока нагрузки большинства транзисторов коэффициент h21, уменьшается, но у некоторых он увеличивается. То же самое происходит и при увеличении температуры.

•                Основные справочные параметры биполярных транзисторов следующие максимально допустимое напряжение коллектор—база — напряжение, при котором не происходит пробой коллекторного перехода;

•                максимальный ток коллектора — ток, при котором не происходит повреждение кристалла из за локальных перегревов и (или) перегорание выводов коллектора и эмиттера;

•                максимально допустимая рассеиваемая коллектором мощность;

•                статический коэффициент передачи тока, максимальная рабочая частота;

•                у высокочастотных транзисторов — емкость переходов

В цифровой технике биполярные транзисторы используются в качестве предварительных усилителей и в усититепях тока (мощности). «Предвары» в основном собраны на транзисторах, включенных по схеме с ОЭ (рис. 1.13), а уси лители тока — на транзисторах с ОЭ и ОК (рис. 1 14). Для упрощения проектной работы на рисунках показаны схемы для транзисторов обеих структур; значения напряжений даны относительно общего вывода источника питания («минусовой» провод), а не общего вывода транзистора, как это принято. Так рисунки получаются более наглядными, а также облегчается проблема согласования транзисторных каскадов с микросхемами, для которых общий вывод — отрицательный полюс источника питания.

Обратимся к рис. 1.13. Предварительный усилитель, изображенный на нем, — сложный «гибрид», состоящий из двух транзисторов VT1 и VT2 разной структуры, включенных по схеме с ОЭ на входе и эмиттерным повторителем (VT3) на выходе Этот трехкаскалный усилитель нарисован только для того, чтобы лучше объяснить принцип действия транзисторов, при работе с современ ными КМОП-ыикросхемами, потребляющими от источника питания ничтожный ток, эмиттерные повторители не нужны воооше, а все неооходимое усиление может обеспечить единственный транзистор

Рис. 1.13. Многокаскадный предварительный усилитель

Первый каскад собран на транзисторе VT1 структуры п-р-п по схеме с ОЭ. У п-р-п-транзисторов напряжение на коллекторе должно быть больше напряжения на эмиттере, у транзисторов структуры р-п-р — наоборот.

Поэтому эмиттер транзистора VT1 соединен с общим проводом, а коллектор через нагрузочный резистор R2 — с положительным выводом источника питания (+UnHT). Резистор R1 нужен для начального смещения транзистора, чтобы напряжение на его коллекторе равнялось половине напряжения питания (0,5 UnilI). Его сопротивление должно быть:

где h21,— статический коэффициент передачи тока транзистора VT1;

1,5…1,8 — коэффициент, зависящий от напряжения питания; при низком напряжении питания (6„.9 В) он меньше 1,5, а при высоком (более 50 В) приближается к 1,8…2.

Коэффициент усиления транзисторного каскада максимален при напряжении на нагрузке, равном половине напряжения питания.

Рис f. 14 Усилители тока

a — схема Дарлингтона, б — каскад с общим эмиттером, в, г — схема Шиклаи, д — составной транзистор с эмиттерным повторителем на входе и каскадом с ОЭ на выходе, е — исчлчтель на двух инверторах, ж — триггер Шмитта на его основе

Источник сигнала (генератор G) подключен к базе транзистора VT1 через развязывающий конденсатор CI (см. объяснение рис 1.5). Этот конденсатор нужен для того, чтобы постоянная составляющая на выходе источника сигнала (на схеме — 0,5 (_Ц,, но она может быть любой — от 0 до Um„) не нарушала работу транзистора VT1 (т. е. чтобы напряжение на его коллекторе (постоянная составляющая) при подключенном G равнялась той же величине, что и при отключенном), и наоборот, чтобы переход база—эмиттер транзистора VT1 не закорачивал по постоянному току источник сигнала.

При включении напряжения питания сх’емы разряженный конденсатор С1 начинает заряжаться через переход база—эмиттер транзистора VT1. В начальный момент времени этот транзистор находится в режиме насыщения (так как ток заряда конденсатора С1 довольно велик и ограничивается только выходным сопротивлением источника сигнала), и напряжение на его коллекторе близко к напряжению на эмиттере, т. е. к нулю. По мере заряда конденсатора ток через базовый переход уменьшается, следовательно, напряжение на коллекторе транзистора VT1 увеличивается. При полностью заряженном конденсаторе С1 (напряжение на его обкладках (выводах) равно 0 5 UnMT– 0 6 В). Базовый ток определяется только резистором R1, и напряжение на коллекторе транзистора при правильном выборе номинала резистора R1 равно 0,5 UniiT.

Допустим теперь, что напряжение на источнике сигнала G немножко увеличилось, например, на 1 мВ (1000 мВ = 1 В). Через конденсатор С1, который начнет заряжаться, увеличится базовый ток транзистора VT1, следовательно, напряжение на его коллекторе уменьшится. И уменьшится не на 1 мВ, а на h21, · 1 мВ. То есть коэффициент усиления этого каскада равен h2u раз. Если теперь напряжение на источнике сигнала уменьшится, то уменьшится и базовый ток, а напряжение на коллекторе увеличится. И опять во столько же раз.

Но столь высокий коэффициент усиления возможен только в идеальном случае — когда емкость конденсатора С1 и входное сопротивление каскада на транзисторе VT1 бесконечны, а выходное сопротивление источника сигнала — генератора G — равно нулю. В реальных же схемах такого никогда не бывает! Выходное сопротивление источника сигнала RBbU равно сопротивлению резистора R, если от воздействия внешних факторов у него изменяется сопротивление или сопротивлению катушки, если он носит индуктивный характер (напри мер, головка воспроизведения в кассетном магнитофоне) и от воздействия внешних факторов на его выводах индуцируется переменное напряжение (в таком случае резистор R не нужен). Входное сопротивление каскада на тран зисторе VT1 численно равно сопротивлению резистора R1, а емкостное сопротивление Хс конденсатора С1 зависит от частоты сигнала и определяется по формуле (6). При бесконечно большой емкости этого конденсатора (т. е. его емкостное сопротивление равно нулю) коэффициент усиления каскада можно вычислить по формуле:

где кус ид — идеальный (максимальный) коэффициент усиления, равный h21, транзистора.

Из этой формулы можно сделать несколько выводов.

1.              Коэффициент усиления по напряжению транзисторного каскада можно уменьшить, если при неизменном сопротивлении источника сигнала RBhlx уменьшить сопротивление резистора R1 (RBX). При этом увеличится коэффициент усиления по току, так как для баланса схемы нужно будет также уменьшить и сопротивление резистора R2, от которого зависит ток нагрузки. При увеличении сопротивлении этих резисторов оба коэффициента пропорционально изменятся в обратную сторону, и в целом произведение обоих этих коэффициентов всегда постоянно и равно h,,,.

2.             Наибольший коэффициент усиления и по напряжению, и по току получается когда источник сигнала идеально согласован с усилителем на транзисторе VT1, т. е. когда отношение входного сопротивления к выходному равно h2lj транзистора. В противном случае или напряжение, или ток сигнала частично гасится (теряется, выделяется) или на R„, или на RBU„ и коэффициент усиления немного уменьшается.

Все это справедливо только при бесконечно большой емкости конденсатора С1. Если же она ймеет некоторое конечное значение, то конденсатор начинает дифференцировать входной сигнал: при уменьшении частоты входного сигнала (т. е. сигнала с выхода генератора G) его амплитуда на базе транзистора VT1 будет уменьшаться. Связано это с тем, что конденсатор, включенный между каскадами для гальванической развязки, не только пропускает переменную составляющую, но и сам заряжается-разряжается. Через сопротивления источника сигнала и его нагрузки. При довольно высоких частотах он не успевает сколь-нибудь заметно зарядиться-разрядиться, поэтому его влияние на сигнал очень мало и его можно не учитывать. Но на низких частотах, на которых емкостное сопротивление Хс конденсатора меньше входного сопротивления RBX источника сигнала, конденсатор будет «успевать» изменять свою заряженность в такт с сигналом, поэтому амплитуда сигнала на базе транзистора уменьшится. Поэтому, чтобы такого «безобразия» не происходило, емкостное сопротивление конденсатора на самой низкой частоте входного сигнала должно быть в кус раз меньше входного сопротивления его нагрузки, а в идеале — равняться выходному сопротивлению источника сигнала. Вообще, чем больше емкость такого конденсатора, тем лучше, но слишком сильно увеличивать ее нельзя, так как при этом возрастает длительность переходных процессов, т. е. время зарядки конденсатора от нуля до разности напряжений между каскадами При этом на выходе усилителя возникает сигнал постоянного тока с амплитудой, равной напряжению питания. Этот сигнал может повредить транзистор или его нагрузку.

Источник: А. С. Колдунов, Радиолюбительская азбука. Том 1. Цифровая техника. / А. С. Колдунов — М.: СОЛОН-Пресс, 2003. 272 с. — (Серия «СОЛОН — радиолюбителям» Выпуск 18)

Биполярный транзистор в ключевом режиме | ЭТМ для профессионалов

Мы уже рассказывали, что такое транзисторы, для чего они нужны и как работают, если вам интересно можете прочесть эту статью. А сегодня давайте разберёмся как их использовать, и как они подключаются в схемах. Для наглядных иллюстраций предлагаю использовать простую бесплатную программу для моделирования электрических цепей Circuit . JS . Заодно посмотрим, как она работает и подходит ли для изучения основ электроники.

Немного теории

В прошлой статье мы узнали, что транзистор может по нашей команде пропускать через себя ток или отключать его. Да не просто пропускать, но и плавно регулировать его величину.

Но в реальных схемах транзисторы работают в определённом режиме, например:

  1. Если транзистор плавно регулирует силу тока в цепи, то он работает в активном (линейном) режиме.
  2. Если транзистор во время работы находится в двух характерных состояниях: «включено» (проводит ток, цепь замкнута) или «выключено» (не проводит ток, цепь разомкнута), то он работает в ключевом режиме. При этом состояние, в котором транзистор полностью открыт и не ограничивает ток называется режимом насыщения, а в котором полностью закрыт и не пропускает ток – режимом отсечки.

В режиме насыщения на биполярном транзисторе падает какое-то напряжение, которое может отличаться у разных транзисторов, но обычно находится в пределах вольт, а если быть точнее, то 0,3…0,5 вольт.

Для того чтобы транзистор открылся нужно подать какое-то напряжение на базу относительно эмиттера. Если мы обеспечим нужный ток базы, то через коллектор-эмиттер потечёт ток нагрузки.

При этом зависимость тока базы от напряжения не линейна, а повторяет ветвь параболы, и очень похожа на прямую ветвь вольт-амперной характеристики диода.

Зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер (Uбэ)

Зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер (Uбэ)

На что обратить внимание? Ток базы при увеличении напряжения на ней растёт сначала медленно, а затем рост ускоряется, и примерно после 0,6 Вольт ток резко возрастает. При возрастании тока базы I б транзистор открывается — увеличивается ток коллектора I к. Значение тока базы и тока коллектора связаны через коэффициент усиления (H 21э) — I к=I б×H 21э.

При увеличении напряжения U бэ c 0 до 0,5 вольт ток возрос с 0 до 10 мА, а при увеличении с 0,5 до 0,6 вольт, всего на 20%, ток вырастет примерно до 30 мА, в целых 3 раза. При дальнейшем увеличении напряжения ток будет расти ещё быстрее, в итоге переход перегреется и транзистор выйдет из строя. Поэтому нельзя подавать напряжение на базу без токоограничительного транзистора, что мы сейчас и проверим.

Такие величины напряжения характерны для кремниевых транзисторов, которые, собственно, и используются в настоящее время. Реальные значения токов при указанных напряжениях могут отличаться, к тому же они зависят от температуры транзистора, а для полного открытия транзистора может потребоваться и больше 1 вольта, что вы и можете видеть на вырезке из технических характеристик NPN -транзистора типа MJE 13003.

У полупроводников положительный температурный коэффициент сопротивления, то есть при нагревании ток в них увеличивается, у проводников – наоборот.
Напряжение база-эмиттер необходимое для перевода транзистора MJE130003 в состояние насыщения — от 1 до 1,2 вольта

Напряжение база-эмиттер необходимое для перевода транзистора MJE130003 в состояние насыщения — от 1 до 1,2 вольта

В прошлой статье были приведены типовые схемы включения транзисторов, и на них было показано, что база-эмиттер и коллектор-эмиттер подключаются к разным источникам

Основные схемы включения транзисторов

Основные схемы включения транзисторов

Транзистор как ключ

Для начала попробуем включить лампочку транзистором по первой схеме, собственно, обычно именно так и управляют нагрузкой с помощью транзисторов. Для примера будем использовать NPN -транзистор, и пару источников питания. Минусы источников питания соединим друг с другом.

Важно! В программе circuit .JS нет привязки к реальным элементам, поэтому транзистор принимается каким-то условным, а из параметров в нём настраивается только коэффициент усиления H 21э, я его выставил на значение 100. Но это в рассматриваемом примере никак не влияет на правильность отображения поведения транзистора в схеме.
Нужно дважды кликнуть на элемент чтобы перейти к его свойствам

Нужно дважды кликнуть на элемент чтобы перейти к его свойствам

Попытаемся зажечь лампу на полную мощность. Лампа накаливания на 10 ватт должна потреблять ток около 0,83 ампер, давайте проверим, что у нас получится в опыте. На базу подадим +0,6 вольт, а на коллектор +12 вольт.

Видим, что практически всё напряжение падает на транзисторе, а ток в цепи лампа-коллектор-эмиттер всего лишь 1 мА. При этом ток базы 11 мкА (микроампер), при напряжении в 0,6 В, начнём увеличивать напряжение по 0,05 вольта и посмотрим, что будет происходить с цепью. (листайте картинки ниже влево).

Лампа засветилась, когда напряжение на базе достигло 0,8 вольт. При этом ток, протекающий через лампу, ток коллектора составляет 831 мА (0,83 А), при этом на лампе падает 11,973 В, а 0,83×11,97=9,9 ватта. Что, в общем, соответствует номинальной мощности, небольшое отклонение связано с наличием транзистора в цепи, падением напряжения на нём и особенностями программы.

Но что у нас творится с током базы? Он достиг почти 1 ампера, это очень много, а если учесть, что коэффициент усиления транзистора мы выбрали 100, то ток базы должен быть в 100 раз меньше тока коллектора – около 8 миллиампер.

Тут же мы видим, что ток базы действительно изменяется нелинейно. Как и было показано на вольт-амперной характеристике выше, он сильно увеличивается при незначительном изменении напряжения, например, при 0,6В он составлял 11 мкА, при 0,65В — 82 мкА, при 0,7В — 567 мкА и при 0,75 уже 3,9 мА (что равняется 3900 мкА). То есть суммарно напряжение увеличилось на 0,2 раза, а ток вырос в 390 раз.

Кроме этого, обратите внимание на ток эмиттера — он равняется сумме токов коллектора и тока базы, ниже приведена иллюстрация с прошлой статьи.

Токи в транзисторе

Токи в транзисторе

Что нужно сделать, чтобы ток базы принял нормальные значения? И так, ток через pn -переход база-эмиттер имеет нелинейную зависимость, и если его ничем не ограничить, то при подаче напряжения прямого смещения он будет неконтролируемо расти. В реальной схеме это недопустимо, так как при малейших изменениях параметров цепи, ток может «гулять» в обе стороны. Чтобы этого избежать, сигнал на базу подают через токоограничительный резистор.

Для примера добавим в цепь резистор номиналом 1 Ом, напряжение на базе так и оставим 0.8 вольта, посчитаем какой ток должен быть через резистор, известно, что падение напряжения на переходе база эмиттер составляет порядка 0.6 вольта, тогда на резисторе упадёт около 0. 2 вольта, и ток через базу в этом случае составит:

IR =(U п-U бэ)/R базы=(0,8-0,6)/1=0,2/1=0,2А=200 мА

Но это расчёты, на практике видим, что ток снизился в 30 раз, и теперь он 33 мА, это уже хорошо. Но почему расчёты не совпали? Потому что в представленной в программе модели транзистора падение напряжение отличается от 0,6 В, чтобы его измерить в схему добавлен ещё один вольтметр, он показывает 0,77 В (или 770 мВ).

Давайте пересчитаем резистор базы, но уже подставим измеренное напряжение, и выразим R базы из предыдущей формулы. Для расчётов зададимся током:

I б=I к/H 21э=0,83/100=0,0083

R базы=(U п-U бэизм)/I б=(0,8-0,77)/0,0083=3,6 Ома

Заменим в схеме резистор базы с 1 Ома, на расчётные 3,6 Ома и посмотрим, как изменятся параметры схемы.

Как вы можете видеть лампа продолжает светить, ток через неё равен 0,823 ампера, что соответствует номинальному. А ток базы стал 8,5 мА, в расчёте у нас было 8,3 мА. Это незначительное отклонение связано с уменьшением падения напряжения на переходе, и в реальности никто не будет рассчитывать и подгонять номиналы элементов с такой точностью. Поэтому оставляем как есть.

Какие выводы мы можем сделать на текущий момент?

  1. Нельзя подавать напряжение на базу без токоограничивающего резистора.
  2. Ток базы нелинейно растёт с увеличением напряжения.
  3. Ток эмиттера равняется сумме токов базы и коллектора.
  4. Ток коллектора больше, чем ток базы в «коэффициент усиления» раз.

Как всё это выглядело бы на практике? На практике по подобной схеме подключается нагрузка к микроконтроллерам, ниже вы видите схему подключения лампы из брошюры по ардуино – популярной платформе среди любителей цифровой электроники.

И напряжение логической единицы у ардуино 5 вольт, давайте попробуем подобрать резистор ограничивающий ток базы под это напряжение.

R базы=(U п-U бэ)/I б=(5-0,77)/0,0083=509 Ом

И в программе для моделирования изменим резистор в схеме на 509 Ом, а напряжение сигнала на базе увеличим до 5 вольт.

Результаты «как в аптеке», ток базы ровно 8,3 мА, лампа горит с номинальной мощностью. Но в жизни резисторов на 509 Ом не бывает – ближайший в ряду Е24 на 510 Ом. Если мы заменим на этот резистор, то ситуация особо не изменится, всё и дальше будет нормально работать, но если так случилось, что резистор у нас и ряда Е12 и ближайшие к нему — 470 и 560 Ом.

Попробуем заменить резистор базы на 560 Ом, посмотрим, что из этого выйдет.

Ток базы снизился до 7,6 мА, соответственно транзистор прикрылся, и ток коллектора снизился до 0,76 А. Следовательно напряжение на лампе снизилось до 10,2 В, а на транзисторе увеличилось, до 1,8 В, так как он немного закрылся и ограничивает ток через лампу. Соответственно на нём выделяется мощность в виде тепла и он греется. В ключевом режиме это очень плохо, скорее даже недопустимо.

Соответственно такой резистор нам не подходит, возьмём другой имеющийся — на 470 Ом.

Видим, что ток базы немного превышает расчётный, ток коллектора соответствует номинальному току лампы, и в целом всё хорошо и в порядке. А что у нас произойдёт, если мы увеличим напряжение питания схемы? Допустим, вместо 12 вольт у нас окажется 15 или даже 20.

Когда напряжение подняли до 15 В, ток коллектора немного вырос, а напряжение на лампе достигло 13,6 вольт, что больше её номинального. При этом падение на транзисторе стало 1,33 В.

Когда напряжение подняли до 20 В, ток не измелился, как и напряжение на лампе, зато падение на коллекторе-эмиттере транзистора выросло до 6.34 В. То есть транзистор прикрылся и ограничил ток через лампу. Почему?

Помните, в начале статьи было сказано, что ток коллектора зависит от тока базы — I к=I б×H 21э? Ток базы у нас не изменился, ведь она питается от выхода микроконтроллера, стабильным напряжением 5В и ограничен резистором на 470 Ом.

По этой же причине напряжения питания с 12 до 15 вольт ток коллектора у нас вырос до 900 мА (коэффициент усиления равен 100, а 9 мА в базу умножить 100 равно 900 мА).

То есть при фиксированном токе базы, транзистор будет поддерживать заданный ток нагрузки при изменении

Хорошо это или плохо? Безусловно, тот факт, что транзистор поддерживает заданный ток положительно сказывается на состоянии подключённой нагрузке, но увеличившемуся напряжению нужно куда-то деваться! Так у нас на транзисторе выросло напряжение U кэ до 6,34 В, и через него протекает ток силой 0.9А, соответственно на транзисторе будет выделяться мощность в виде тепла:

P потерь =U ×I =6,34×0,9=5,7 Вт

На практике транзистор, у которого напряжение U кэ в рабочем режиме больше, чем напряжение насыщения (U кэнас) начнёт сильнее греться, так как рассеиваемая им мощность в тепло увеличится, чем когда он находится в насыщении и на нём падает маленькое напряжение (от долей вольта до пары вольт). И если мощность, рассеиваемая на транзисторе, превысит допустимую, то он выйдет из строя. У каждого транзистора такая мощность указывается в даташите.

Но что если у нас нет никакого микроконтроллера, и транзистор должен включать нагрузку при нажатии какой-то маломощной кнопки, или при замыкании какого-то маломощного контакта, например, геркона? На типовых схемах включения транзистора указаны два разных источника питания для цепи коллектор-эмиттер и для цепи база-эмиттер.

Но на практике, часто цепь управления транзистора и цепь нагрузки питаются от одного и того же источника. Даже и при использовании микроконтроллера часто он питается от того же источника, что и нагрузка, пусть и через индивидуальный стабилизатор. Как же быть?

В этом случае напряжение базы подаётся от этого источника через сопротивление, приведём пример этой схемы. Расчищаем сопротивление по приведённой выше формуле.

R базы=(U п-U бэ)/I б=(12-0,77)/0,0083=1353 Ом

Эта примитивная схема может дополняться дополнительными элементами, например RC -цепочкой параллельно транзистору, цепи для стабилизации параметров и прочее. Целью этой статьи было показать общие принципы управления нагрузкой с помощью транзистора, и в целом рассмотренное поможет понять принцип работы транзисторов, в различной бытовой электронике.

Нельзя не отметить, что когда управляющий контакт разомкнут база транзистора «висит» в воздухе, может улавливать какие-то помехи, и самопроизвольно открывать транзистор. Чтобы этого избежать, нужно сделать так, чтобы напряжение база-эмиттер в выключенном состоянии было равно нулю. Но если мы просто замкнём базу с минусом питания и эмиттером, то транзистор совсем не будет открываться. Собственно, это и логично, ведь переход база-эмиттер будет зашунтирован. Поэтому между ними подключают резистор, сопротивление которого обычно в 10 раз больше, чем у резистора базы, на практике ставят резистор сопротивлением 5-10 кОм.

Ну а теперь, предлагаю подвести итоги и сделать выводы.

Выводы

Сегодня мы увидели, как работает транзистор в режиме ключа, и как он усиливает ток. В обоих случаях, и от микроконтроллера, и через управляющий контакт мы подавали на базу ток всего лишь около 9 миллиампер, а через нагрузку протекал ток силой в 830 миллиампер. Кроме этого мы убедились, что ток базы зависит от напряжения нелинейно, поэтому его нужно ограничивать с помощью резистора. Так как сопротивление транзистора в режиме насыщения крайне мало, нельзя выключать его без нагрузки в цепи коллектора — сгорит.

Моделирование цепи мы выполняли в бесплатной программе circuit .JS . Она очень проста в освоении, и в ходе написания статьи я работал в ней впервые. С помощью этой программы можно посмотреть, как ведёт себя тот или иной элемент в различных включениях, а также промоделировать простые схемы для проверки перед сборкой. Если вам интересна электроника — крайне рекомендую ознакомиться с этой программой. Она значительно проще «профессиональных» конкурентов, но при этом значительно более функциональная других бесплатных аналогов.

Ограничитель тока на биполярном транзисторе

Транзистор – это элемент радиоэлектонной аппаратуры, позволяющий управлять большим током через отдельный вывод. Транзисторы применяются в схемах комутации, усиления и генерирования.

Общее строение транзистора – это три вывода, один управляющий и два комутирующих. В биполярном транзисторе управляющий вывод называется базой, в полевом транзисторе затвором. Комутирующие выводы в биполярном транзисторе называются эмиттер (emission – испускать) и коллектор (collect – собирать). В полевом транзисторе комутирующие выводы называются исток (источник заряда) и сток (сбор заряда).

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор имеет три вывода – один управляющий, база, и два коммутирующих – эмиттер и коллектор. Ток в транзисторе имеет два потока: один из них – ток база-эмиттер, второй – эмиттер-коллектор. Поскольку нет движения тока база-коллектор, то для краткости используют названия ток базы и ток коллектора.

При увеличении напряжения на базе относительно эмиттера, на базе образуются электроны, которые создают мостик, позволяющий идти электронам между эмиттером к коллектором. Соответственно, чем больше электронов на базе – тем больший ток проходит между коммутируемыми выводами.

Биполярные транзисторы бывают двух видов, NPN и PNP. В транзисторе N обозначает отрицательный (negative), P – положительный (positive). NPN образовывает “мостик” при положительном напряжении база-эмиттер, PNP при отрицательном, ток, соответственно, в этих транзисторах течёт в разные стороны.

Основная характеристика биполярного транзистора – это коэффициент усиления по току, hfe, показывающий отношение увеличения тока коллектора при увеличении тока базы. При этом, напряжение база-эмиттер имеет свои ограничения.

Ограничения

Рассмотрим транзистор BC547C. Любой импортный транзистор сопровождается технической спецификацией (datasheet): спецификация на транзистор BC547.

Напряжение отсечки

Напряжение на базе должно лежать в определённом диапазоне, что бы транзистор был открыт, этот диапазон называется напраяжением отсечки (Base-Emitter On Voltage) и для транзистора BC547 лежит в диапазоне 0,58-0,7 В, это разброс параметров, то есть покупая транзистор, вы можете рассчитывать, что напряжение отсечки будет лежать в этом диапазоне, хотя чаще будет ближе к номинальному в 0,66В.

Ток коллектора

Максимальный ток, который может пройти через коллектор указан в документации, для BC547 это ток равный 0.1А = 100 мА. График тока коллектора в зависимости от напряжения на базе заканчивается там, где лежит максимально допустимый ток, как только напряжение достигло максимального значения – транзистор полностью открыт, он перешёл в режим насыщения, максимальное значение также указано в табличке на первой странице, VBE (base-emitter saturation voltage). При переходе в режим насыщения транзистор перестаёт управлять током, дальше он пускает всё, что через него пройдёт и если пропустить через него больше, чем максимально допустимый ток, то он попросту начнёт нагреваться пока не сгорит, а этот процесс иногда занимает доли секунды.

Применение биполярного транзистора

Усиление тока

Для расчёта нам потребуется определить силу тока, которая будет протекать через элемент нагрузки. Возьмём светодиод со следующими параметрами: напряжение 1,6 В, сила тока 10 мА.

Транзистор управляет током коллектора посредством тока базы и наша задача определить ток базы для поддержания тока 10 мА через коллектор. Обратимся к технической документации, на графике №3 изображена зависимость hfe от тока коллектора, мы видим, что на участке 0-10 мА величина hfe постоянна, поэтому считаем расчётное значение константой и берём среднее для данного транзистора (в конце первой страницы описана классификация в зависимости от буквы в названии транзистора, для C значение hfe будет лежать в пределах 420-800, что означает, что вам может попасться транзистор как со значением 420, так и 800. Возьмём для расчёта среднее – 600)

Ток коллектора в зависимости от тока базы: Ib = Ic/hfe = 10 / 600 = 0.016 мА = 16 мкА

На графике статическая характеристика (№1 в документации) представлена комбинация из трёх значений: ток базы, ток коллектора, падение напряжения коллектор-эмиттер. При токе базы в 16 мкА и токе коллектора в 10 мА, напряжение на коллекторе будет близким к напряжению эмиттера, в случае со схемой ниже – ноль:

Любое устройство требует питания, как правило используются стандартные, для цифровой техники 3.3 В, для мелких устройств 3В (две батарейки АА), 5В (USB), 9В (батарейка крона). Возьмём для примера 3.3 вольта.

Исходя из графика №2 (в документации), при токе коллектора в 10 мА, напряжение на базе должно составлять около 0.72 В, создадим требуемое напряжение и ток применив резистор. Напряжение питания составляет 3.3 В, откуда сопротивление резистора базы будет следующим:

R = U/I = (3.3-0.72) В / 0.016 мА = 161 250 &ohm;

Мы могли бы заказать изготовление резистора данного номинала, но всегда есть допуск в котором мы работаем, это и влияние температуры и сопротивление дорожек на плате и шумы и множество других факторов, поэтому мы берём ближайший доступный номинал в каталоге (если вы работаете в компании – у вас всегда есть поставщик, который предоставляет каталог продукции, если вы делаете устройство для себя – вы смотрите, что есть в магазине). Ближайший доступный номинал – 160 кОм.

Напряжение на светодиоде должно быть равным 1,6 В, для создания падения напряжения потребуется резистор:

R = U/I = (3.3-1.6) В / 10 мА = 170 &ohm;

Смотрим в каталог, нам доступны 160 &ohm; или 180 &ohm;, выберем 180, так будет безопаснее для светодиода.

Усилитель звука на биполярном транзисторе

Для усиления звука используется тот же принцип, что и для усиления тока, принцип действия следующий: на базу подаётся усиливаемый сигнал, напряжение сигнала должно быть не ниже напряжения отсечки.

2.01. Первая модель транзистора: усилитель тока

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ


Итак, начнем. Транзистор – это электронный прибор, имеющий три вывода (рис. 2.1). Различают транзисторы n-p-n и p-n-p – типа. Транзисторы n-p-n – типа подчиняются следующим правилам (для транзисторов p-n-p – типа правила сохраняются, но следует учесть, что полярности напряжений должны быть изменены на противоположные):

Рис. 2.1. Условные обозначения транзистора и маленькие транзисторные модули.

1. Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.

2. Цепи база – эмиттер и база – коллектор работают как диоды (рис. 2.2). Обычно диод база – эмиттер открыт, а диод база – коллектор смещен в обратном направлении, т.е. приложенное напряжение препятствует протеканию тока через него.

Рис. 2.2. Выводы транзистора с точки зрения омметра.

3. Каждый транзистор характеризуется максимальными значениями Iк, Iб, и Uкэ. За превышение этих значений приходится расплачиваться новым транзистором. Следует помнить и о предельных значениях других параметров, например рассеиваемой мощности Iкэ Uкэ), температуры, Uбэ и др.

4. Если правила 1 – 3 соблюдены, то ток Iк прямо пропорционален току Iб и можно записать следующее соотношение:

Iк = h21эIб = βIб.

где h21э – коэффициент усиления по току (обозначаемый также β), обычно составляет около 100. Токи Iк и Iэ втекают в эмиттер. Замечание: коллекторный ток не связан с прямой проводимостью диода база-коллектор; этот диод смещен в обратном направлении. Будем просто считать, что «транзистор так работает».

Правило 4 определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

Запомните: параметр h21э нельзя назвать «удобным»; для различных транзисторов одного и того же типа его величина может изменяться от 50 до 250. Он зависит также от тока коллектора, напряжения между коллектором и эмиттером, и температуры. Схему можно считать плохой, если на ее характеристики влияет величина параметра h21э

Рассмотрим правило 2. Из него следует, что напряжение между базой и эмиттером нельзя увеличивать неограниченно, так-как если потенциал базы будет превышать потенциал эмиттера более чем на 0. 6 – 0,8 В (прямое напряжение диода), то возникнет очень большой ток. Следовательно, в работающем транзисторе напряжения на базе и эмиттере связаны следующим соотношением: Uб ≈ Uэ + 0,6 В (Uб = Uэ + Uбэ). Еще раз уточним, что полярности напряжений указаны для транзисторов n-p-n – типа, их следует изменить на противоположные для транзисторов p-n-p – типа.

Обращаем ваше внимание на то, что, как уже отмечалось, ток коллектора не связан с проводимостью диода. Дело в том, что обычно к диоду коллектор – база приложено обратное напряжение. Более того, ток коллектора очень мало зависит от напряжения на коллекторе (этот диод подобен небольшому источнику тока), в то время как прямой ток, а следовательно, и проводимость диода резко увеличиваются при увеличении приложенного напряжения.


Некоторые основные транзисторные схемы


Основы транзисторов

Основы транзисторов

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ИНДЕКСНУЮ СТРАНИЦУ

ТРАНЗИСТОРЫ

В. Райан 2002 – 09

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

Транзисторы можно рассматривать как тип переключателя, т.к. может много электронных компонентов.Они используются в различных схемах и вы обнаружите, что схема, построенная в школе, редко Технологический отдел не содержит хотя бы одного транзистора. Они есть занимает центральное место в электронике, и есть два основных типа; НПН и ПНП. Большинство схемы, как правило, используют NPN. Есть сотни транзисторов, которые работают при разных напряжениях, но все они попадают в эти две категории.

     
   

ДВА ПРИМЕРА РАЗЛИЧНЫЕ ФОРМЫ ТРАНЗИСТОРА

Транзисторы изготавливаются различной формы, но у них три вывода (ножки).
BASE — вывод, отвечающий за активацию транзистора.
КОЛЛЕКТОР – положительный провод.
ИЗЛУЧАТЕЛЬ – отрицательный вывод.
На приведенной ниже схеме показано условное обозначение транзистора NPN . Они не всегда располагайте, как показано на схемах слева и справа, хотя вкладка на типе, показанном слева, обычно находится рядом с эмиттер.

Провода на транзистор не всегда может быть в таком расположении. При покупке транзистор, в инструкциях обычно четко указывается, какой вывод является БАЗА, ИЗЛУЧАТЕЛЬ или КОЛЛЕКТОР.

   

 

   

ПРОСТОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРА

   

СХЕМА А

СХЕМА «В»

   

На схеме ‘A’ показан NPN-транзистор, часто используется как тип переключателя. Небольшой ток или напряжение на база позволяет большему напряжению проходить через два других провода (от коллектора до эмиттера ).

Схема, показанная на схеме B , основана на транзисторе NPN. При нажатии переключателя ток проходит через резистор в база транзистора. Затем транзистор позволяет току поток от +9 вольт к 0vs, и лампа загорается.

Транзистор должен получать напряжение на своей базе и до такое бывает лампа не горит.

Резистор присутствует для защиты транзистора, так как он может быть поврежден легко из-за слишком высокого напряжения/тока. Транзисторы — вещь необходимая. компонент во многих цепях и иногда используются для усиления сигнала.

   
 
   

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОДРОБНЕЕ О ТРАНЗИСТОРЫ (ПАРЫ ДАРЛИНГТОНА)

   

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ УКАЗАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ СТРАНИЦА

   
 
   
 

 

   
   
   

Транзисторы с биполярным переходом | Теория твердотельных устройств

Биполярный переходной транзистор (BJT) был назван потому, что его работа включает проводимость двумя носителями: электронами и дырками в одном кристалле. Первый биполярный транзистор был изобретен в Bell Labs Уильямом Шокли, Уолтером Браттейном и Джоном Бардином так поздно в 1947 году, что он не был опубликован до 1948 года. Таким образом, многие тексты различаются по дате изобретения. Браттейн изготовил германиевый транзистор с точечным контактом , имеющий некоторое сходство с диодом с точечным контактом. В течение месяца у Шокли был более практичный переходной транзистор , который мы опишем в следующих параграфах. Они были удостоены Нобелевской премии по физике в 1956 году за транзистор.

Транзистор с биполярным переходом, показанный на рисунке ниже (a), представляет собой трехслойный полупроводниковый сэндвич NPN с эмиттером и коллектором на концах и базой между ними. Это как если бы к двухслойному диоду был добавлен третий слой. Если бы это было единственным требованием, у нас была бы не более пары встречно-параллельных диодов. На самом деле, гораздо проще построить пару встречно-параллельных диодов. Ключ к изготовлению транзистора с биполярным переходом состоит в том, чтобы сделать средний слой, базу, как можно тоньше, не закорачивая внешние слои, эмиттер и коллектор.Мы не можем переоценить важность тонкой базовой области.

Соединения BJT

Устройство на рисунке ниже (а) имеет пару переходов, эмиттер-база и база-коллектор, а также две области обеднения.

(a) Биполярный транзистор с NPN-переходом. (b) Подайте обратное смещение на переход базы коллектора.

Принято смещать в обратном направлении переход база-коллектор биполярного транзистора, как показано на (рисунок выше (b). Обратите внимание, что это увеличивает ширину обедненной области.Напряжение обратного смещения для большинства транзисторов может составлять от нескольких вольт до десятков вольт. В коллекторной цепи нет протекания тока, кроме тока утечки.

На рисунке ниже (a) к цепи эмиттерной базы добавлен источник напряжения. Обычно мы смещаем прямое смещение перехода эмиттер-база, преодолевая потенциальный барьер 0,6 В. Это похоже на прямое смещение переходного диода. Этот источник напряжения должен превышать 0,6 В, чтобы основные носители (электроны для NPN) перетекали из эмиттера в базу, становясь неосновными носителями в полупроводнике P-типа.

Если бы область базы была толстой, как в паре встречно-параллельных диодов, весь ток, поступающий на базу, вытекал бы из вывода базы. В нашем примере с транзистором NPN электроны, покидающие эмиттер и направляющиеся в базу, будут объединяться с дырками в базе, освобождая место для создания дополнительных дырок на (+) клемме батареи на базе по мере выхода электронов.

Однако основание изготовлено тонким. Несколько основных носителей в эмиттере, инжектированных в базу в качестве неосновных носителей, фактически рекомбинируют.См. рисунок ниже (б). Несколько электронов, инжектированных эмиттером в базу NPN-транзистора, попадают в дырки. Кроме того, небольшое количество электронов, попадающих в базу, течет непосредственно через базу к положительному выводу батареи. Большая часть эмиттерного тока электронов диффундирует через тонкую базу в коллектор. Более того, модуляция малого тока базы приводит к большему изменению тока коллектора. Если базовое напряжение падает ниже примерно 0,6 В для кремниевого транзистора, большой ток эмиттер-коллектор перестает протекать.

Биполярный транзистор с переходом NPN с обратным смещением коллектор-база: (a) Добавление прямого смещения к переходу база-эмиттер приводит к (b) малому току базы и большим токам эмиттера и коллектора.

Усилитель тока BJT

На рисунке ниже мы более подробно рассмотрим текущий механизм усиления. У нас есть увеличенный вид транзистора с переходом NPN с акцентом на тонкую базовую область. Хотя это не показано, мы предполагаем, что внешние источники напряжения 1) смещают в прямом направлении переход эмиттер-база, 2) смещают в обратном направлении переход база-коллектор.Ток уходит от эмиттера к (-) клемме аккумулятора. Базовый ток соответствует токам, поступающим на базовую клемму от (+) клеммы аккумулятора.

Расположение электронов, попадающих в базу: (а) Потерянные из-за рекомбинации с базовыми дырками. (b) Вытекает основной свинец. (c) Большая часть диффундирует из эмиттера через тонкую базу в обедненную область база-коллектор, и (d) быстро сметается сильным электрическим полем обедненной области в коллектор.

Основными носителями в эмиттере N-типа являются электроны, которые становятся неосновными носителями при входе в базу P-типа.Эти электроны сталкиваются с четырьмя возможными судьбами при входе в тонкую базу P-типа. Некоторые из них на рисунке выше (а) попадают в отверстия в основании, которые способствуют протеканию тока базы к клемме (+) батареи. Не показано, дырки в базе могут диффундировать в эмиттер и соединяться с электронами, внося свой вклад в ток на клеммах базы. Немногие в (b) текут через базу к (+) клемме аккумулятора, как если бы база была резистором. И (а), и (б) вносят вклад в очень малый базовый ток. Ток базы обычно составляет 1% от тока эмиттера или коллектора для маломощных транзисторов. Большинство эмиттерных электронов диффундирует прямо через тонкую базу (с) в обедненную область база-коллектор. Обратите внимание на полярность обедненной области, окружающей электрон в точке (d). Сильное электрическое поле быстро уносит электрон в коллектор. Сила поля пропорциональна напряжению коллекторной батареи. Таким образом, 99% тока эмиттера протекает в коллектор. Он управляется током базы, который составляет 1% от тока эмиттера. Это потенциальный коэффициент усиления по току, равный 99, отношение I C / I B , также известное как бета, β.

Эта магия, диффузия 99% носителей эмиттера через базу, возможна только при очень тонкой базе. Как сложилась бы судьба базовых миноритариев в базе в 100 раз толще? Можно было бы ожидать, что скорость рекомбинации электронов, попадающих в дырки, будет намного выше. Возможно, 99% вместо 1% провалились бы в ямы, так и не добравшись до коллектора. Во-вторых, ток базы может контролировать 99% тока эмиттера, только если 99% тока эмиттера диффундирует в коллектор. Если все это вытекает из базы, никакой контроль невозможен.

Еще одна особенность, объясняющая переход 99% электронов от эмиттера к коллектору, заключается в том, что в реальных транзисторах с биполярным переходом используется небольшой сильно легированный эмиттер. Высокая концентрация эмиттерных электронов заставляет многие электроны диффундировать в базу. Меньшая концентрация легирования в базе означает, что в эмиттер диффундирует меньше дырок, что увеличивает ток базы. Сильно благоприятствует диффузия носителей от эмиттера к базе.

Тонкое основание и сильно легированный эмиттер помогают поддерживать высокую эффективность эмиттера , например 99%. Это соответствует 100% распределению тока эмиттера между базой (1%) и коллектором (99%). Эффективность эмиттера известна как α = I C / I E .

Типы BJT Транзисторы с биполярным переходом

доступны как устройства PNP, так и устройства NPN. Мы представляем сравнение этих двух на рисунке ниже. Разница заключается в полярности диодных переходов базы-эмиттера, что обозначено направлением стрелки эмиттера схематического символа.Он указывает в том же направлении, что и стрелка анода для переходного диода, по ходу тока. См. диодный переход, рисунок предыдущий. Точка стрелки и полоса соответствуют полупроводникам P-типа и N-типа соответственно. Для эмиттеров NPN и PNP стрелка указывает соответственно в направлении от основания и от него. Схематической стрелки на коллекторе нет. Однако переход база-коллектор имеет ту же полярность, что и переход база-эмиттер по сравнению с диодом. Обратите внимание, мы говорим о диоде, а не о источнике питания, полярности.

Сравните NPN-транзистор (a) с PNP-транзистором (b). Обратите внимание на направление стрелки эмиттера и полярность питания.

Источники напряжения для транзисторов PNP инвертированы по сравнению с транзисторами NPN, как показано на рисунке выше. В обоих случаях переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении. База PNP-транзистора имеет отрицательное смещение (b) по сравнению с положительным (a) для NPN. В обоих случаях переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Источник питания коллектора PNP является отрицательным по сравнению с положительным для транзистора NPN.

Биполярный переходной транзистор: (а) поперечное сечение дискретного устройства, (б) условное обозначение, (в) поперечное сечение интегральной схемы.

Обратите внимание, что биполярный транзистор на рисунке выше (а) имеет сильное легирование в эмиттере, на что указывает обозначение N+. База имеет нормальный уровень примеси фосфора. Основание намного тоньше, чем показано на поперечном сечении не в масштабе. Коллектор слегка легирован, на что указывает обозначение N. Коллектор должен быть слегка легирован, чтобы переход коллектор-база имел высокое напряжение пробоя.Это приводит к высокому допустимому напряжению питания коллектора. Кремниевые транзисторы с малым сигналом имеют напряжение пробоя 60-80 В. Хотя для высоковольтных транзисторов оно может достигать сотен вольт. Коллектор также должен быть сильно легирован, чтобы свести к минимуму омические потери, если транзистор должен работать с большим током. Эти противоречивые требования удовлетворяются за счет более сильного легирования коллектора в области металлического контакта. Коллектор у базы слабо легирован по сравнению с эмиттером.Сильное легирование эмиттера дает низкое напряжение пробоя эмиттер-база примерно 7 В в транзисторах с малым сигналом. Из-за сильно легированного эмиттера переход эмиттер-база имеет характеристики, подобные стабилитрону при обратном смещении.

Кристалл BJT , представляющий собой часть нарезанной и нарезанной кубиками полупроводниковой пластины, монтируется коллектором вниз к металлическому корпусу силовых транзисторов. То есть металлический корпус электрически соединен с коллектором. Небольшой сигнальный кристалл может быть залит эпоксидной смолой.В мощных транзисторах алюминиевые соединительные провода соединяют базу и эмиттер с выводами корпуса. Кристаллы транзисторов с малым сигналом могут быть установлены непосредственно на подводящие провода. Несколько транзисторов могут быть изготовлены на одном кристалле, называемом интегральной схемой . Даже коллектор может быть приклеен к проводу вместо корпуса. Интегральная схема может содержать внутреннюю разводку транзисторов и других интегральных компонентов. Встроенный BJT, показанный на (рис. (c) выше), намного тоньше, чем на чертеже «не в масштабе».Область P+ изолирует несколько транзисторов на одном кристалле. Слой алюминиевой металлизации (не показан) соединяет множество транзисторов и других компонентов. Область эмиттера сильно легирована N+ по сравнению с базой и коллектором для повышения эффективности эмиттера.

Дискретные PNP-транзисторы почти такого же высокого качества, как и NPN-аналоги. Тем не менее, интегрированные PNP-транзисторы далеко не так хороши, как разновидность NPN в одном и том же кристалле интегральной схемы. Таким образом, интегральные схемы максимально используют разнообразие NPN.

ОБЗОР:

  • Биполярные транзисторы проводят ток, используя как электроны, так и дырки в одном и том же устройстве.
  • Работа биполярного транзистора в качестве усилителя тока требует, чтобы переход коллектор-база был смещен в обратном направлении, а переход эмиттер-база был смещен в прямом направлении.
  • Транзистор отличается от пары встречных диодов тем, что база, центральный слой, очень тонкая. Это позволяет основным носителям из эмиттера диффундировать в качестве неосновных носителей через базу в обедненную область перехода база-коллектор, где их собирает сильное электрическое поле.
  • Эффективность эмиттера повышается за счет более сильного легирования по сравнению с коллектором. Эффективность излучателя: α = I C / I E , 0,99 для малосигнальных устройств
  • Коэффициент усиления по току равен β=I C /I B , от 100 до 300 для маломощных транзисторов.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

Транзисторный тест

для идентификации клемм, типа и состояния.

– Все о технике

Как выполнить тест транзистора для определения клемм, типа (NPN или PNP) и состояния (хорошее или плохое)

Как мы знаем, транзистор является наиболее часто используемым компонентом в любом проекте, схеме или устройстве, но вы не можете использовать его до проверки транзистора.Самая важная задача в любом проекте или сборке схемы — знать “ Как выполнить тест транзистора “. Этот тест транзисторов поможет вам идентифицировать терминал , NPN/PNP и Исправные/поврежденные транзисторы .

Этот тест применим только для транзисторов BJT . Поэтому перед любым тестом транзистора нам нужно знать о структуре биполярного транзистора .

Транзистор (BJT)

A BJT (Bipolar Junction Transistor) представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами.Он состоит из двух переходных диодов P-N , сплавленных вместе, образующих три слоя, известных как база, эмиттер и коллектор .

 

Существует два типа транзисторов в зависимости от полярности слоев.

НПН

В этом BJT Base , то есть слой P, легированный , зажат между слоями , легированными N, известными как коллектор и эмиттер .

Разница между коллектором и эмиттером заключается в том, что эмиттер представляет собой слой , сильно легированный .

NPN соответствует двум диодам, сплавленным вместе клеммой Anode, как показано на рисунке ниже.

 

Читайте также: разница между силовым трансформатором и распределительным трансформатором

ПНП Транзистор

PNP состоит из слоя , легированного N ( Base ), зажатого между слоями , легированными P, известными как коллектор и эмиттер .

Транзистор

PNP соответствует двум диодам, катодный вывод этих двух диодов сплавлен вместе, как показано на рисунке ниже.

 

Также читайте : Как проверить реле?

В этом тесте транзисторов используется функция тестирования диодов мультиметра. Итак, ради этого теста транзистора вам нужно знать о тесте диода .

режим проверки диодов:

Прямое смещение P-N перехода: мультиметр показывает некоторое напряжение и издает звуковой сигнал.

Обратное смещение P-N перехода: мультиметр показывает OL (превышение предела)

Идентификация терминала

Первым шагом в тесте транзистора является определение выводов ( База, эмиттер и коллектор ) транзистора.

Сначала нужно пометить выводы транзистора цифрами 1,2,3 . Для этого держите транзистор плоской стороной к себе и начинайте с левой стороны, как показано на рисунке ниже.

Читайте также: Тиристор | Его работа, типы и приложения

Идентификация базового терминала
  • Переведите мультиметр в режим проверки диодов .
  • Поместите черный (общий) щуп и красный щуп на любые две клеммы одновременно.
  • Проверьте все возможные комбинации клемм, например, 1-2 , 1-3 , 2-1 , 2-3 , 3-1 , 3-2 .
  • Две из этих комбинаций должны пройти проверку диодов (показания показывают напряжение от 0,5 В до 0,8 В ), общая клемма в этих двух комбинациях является базовой клеммой .
  • Предположим, комбинации 2-1 и 2-3 проходят проверку диодов, тогда 2 является базовой клеммой.

Идентификация эмиттера и коллектора

При успешной идентификации базового терминала два терминала ( 1 и 3 ) остаются неизвестными. если вы идентифицируете второй терминал, впоследствии вы узнаете и третий терминал.

  • Установите мультиметр в режим проверки диодов .
  • Запишите показание напряжения базовой клеммы с обеих клемм 1 и 3 одну за другой.
  • Терминал, имеющий более высокое напряжение между ними, является Излучателем .
  • Терминал с более низким напряжением по сравнению с другим Коллектор .

В этом примере предположим, что 2-1 показание напряжения = 0,6 В и 2-3 показание напряжения = 0,7 В

  • Таким образом, излучатель является клеммой 3, а коллектор — клеммой 1.

Читайте также: Как проверить диод и методы тестирования диода, светодиода и стабилитрона

Тип: NPN или PNP

Следующим шагом в тесте транзистора является определение того, является ли передатчик NPN или PNP .

Этот шаг зависит от результатов приведенного выше теста транзистора.

НПН-тест
  • Переведите мультиметр в режим проверки диодов .
  • Поместите красный щуп (положительный) на базовую клемму и черную клемму (общую или отрицательную) на Излучатель и Коллектор один за другим.
  • Если они проходят проверку диодов, это означает, что переходы имеют прямое смещение и это транзистор NPN .

Если вы не знаете терминалы.

  • Установите мультиметр в режим проверки диодов .
  • Проверьте все шесть комбинаций клемм для проверки диодов.
  • Обратите внимание на те  две комбинации,  , проверка диода которых положительна (мультиметр издает звуковой сигнал или показывает напряжение).
  • Если общий вывод в этих двух комбинациях подключить к красному щупу мультиметра, транзистор NPN .
ПНП-тест Тест транзистора

PNP немного отличается от теста транзистора NPN .

  • Переведите мультиметр в режим проверки диодов .
  • Соедините черный датчик (общий) с основанием и красный датчик с излучателем и коллектором по одному.
  • Если обе эти комбинации проходят проверку диодов, транзистор имеет номер PNP .

Если вы не знаете терминалы.

  • Проверьте все (шесть) возможных комбинаций клемм для проверки диодов .
  • Обратите внимание на две комбинации , которые прошли проверку диодов.
  • Если общий вывод в этих двух комбинациях подключен к Black или общему щупу мультиметра, транзистор PNP .

Проверка транзистора (исправен или поврежден)

Этот тест транзистора помогает нам определить, исправен ли транзистор или поврежден .

Установите мультиметр в режим проверки диодов и проверьте все возможные комбинации для проверки диодов. Запишите показания для каждой комбинации.

Если транзистор соответствует показаниям, указанным в таблице ниже, он исправен .

 

Если показания не совпадают с приведенной выше таблицей, транзистор поврежден и требует замены .

 

 

Вы также можете прочитать:

НПН Транзистор

НПН транзистор

Когда один p-тип полупроводниковый слой зажат между двумя n-типами полупроводниковых слоев формируется npn-транзистор.

НПН условное обозначение транзистора

символ цепи и диод аналогия транзистора npn показана на рисунке ниже.

В На приведенном выше рисунке показано, что электрический ток всегда течет из p-области в n-область.

НПН конструкция транзистора

Транзистор npn состоит из трех полупроводниковых слоев: один слой полупроводника p-типа и два полупроводника n-типа слои.

Слой полупроводника p-типа зажат между двумя слоями n-типа. полупроводниковые слои.

Транзистор npn имеет три вывода: эмиттер, базу и коллекционер. Клемма эмиттера подключена к левой стороне слой n-типа. Клемма коллектора подключена справа боковой слой n-типа. Базовый терминал подключен к слой р-типа.

npn-транзистор имеет два p-n соединения. Между эмиттером образуется один переход и база. Этот переход называется переходом эмиттер-база или эмиттерный переход. Другое соединение образуется между база и коллектор. Это соединение называется коллектор-база. переход или коллекторный переход.

Рабочий транзистора npn

Беспристрастный npn-транзистор

Когда нет напряжения применяется к транзистору, он называется несмещенным транзистор.С левой стороны n-область (эмиттер) и с правой стороны n-регион (коллектор), бесплатно электроны являются основными носителями, а дырки неосновные носители, тогда как в p-области (базе) дырки являются основные носители и свободные электроны составляют меньшинство перевозчики.

Мы известно, что носители заряда (свободные электроны и дырки) всегда старайтесь двигаться из области с более высокой концентрацией в область с более низкой область концентрации.

Для свободные электроны, n-область – это область с более высокой концентрацией р-область — область более низкой концентрации. Точно так же для отверстия, p-область является областью более высокой концентрации и n-область – область более низкой концентрации.

Следовательно, в свободные электроны в левой части n-области (эмиттер) и правой боковые n-области (коллектор) испытывают силу отталкивания от друг с другом.В результате свободные электроны слева и правые n-области (эмиттер и коллектор) будут двигаться в р-область (базу).

Во время В этом процессе свободные электроны встречаются с дырками в p-область (база) возле стыка и заполните их. Как результат, истощение область (положительные и отрицательные ионы) формируется на переход эмиттер-база и переход база-коллектор.

В переход эмиттера к базе, обедненная область пронизана аналогично ближе к основанию; от базы к коллектору стыка, область обеднения проникает больше в сторону базовая сторона.

Это Это связано с тем, что в месте перехода эмиттер-база эмиттер сильно легировано, а основание слегка легировано, поэтому обедненная область проникает больше в сторону основания и меньше в сторону сторона эмиттера.Точно так же в переходе база-коллектор коллектор сильно легирован, а база легирована слабо, поэтому область истощения больше проникает в сторону основания и меньше в сторону коллектора.

коллекционер область слабо легирована, чем область эмиттера, поэтому ширина обедненного слоя со стороны коллектора больше ширина обедненного слоя со стороны эмиттера.

Почему истощение область проникает больше в сторону слаболегированной стороны, чем сильно допинговая сторона?

Мы известно, что легирование – это процесс добавления примесей в собственный полупроводник, чтобы улучшить его электрическую проводимость. Электропроводность полупроводника зависит от добавленного к нему уровня легирования.

Если полупроводниковый материал сильно легирован, его электрические проводимость очень высокая. Это означает, что сильно допинг полупроводниковый материал имеет большое количество носителей заряда которые проводят электрический ток.

Если полупроводниковый материал слегка легирован, его электрические проводимость очень низкая. Это означает, что слегка допинг полупроводниковый материал имеет небольшое количество носителей заряда которые проводят электрический ток.

Мы известно, что в полупроводнике n-типа свободными электронами являются основные носители заряда и дырки являются неосновным зарядом перевозчики.

В npn-транзистор, левая сторона n-области (эмиттер) сильно легированный. Таким образом, эмиттер имеет большое количество свободных электронов.

Мы известно, что в полупроводнике p-типа дырки составляют большинство носители заряда и свободные электроны составляют неосновной заряд перевозчики.

р-область (база) слабо легирована. Так что база небольшая количество отверстий.

правая часть n-области (коллектор) умеренно легирована. Его уровень легирования находится между уровнем эмиттера и базы.

Когда атом теряет или отдает электрон, становится положительным ионом. С другой стороны, когда атом получает или принимает электрон, он становится отрицательным ионом.

атомы, отдающие электроны, называются донорами, а атомы которые принимают электроны, называются акцепторами.

Излучатель-база развязка:

Пусть Предположим, что в левой n-области (эмиттере) каждый атом имеет три свободных электрона, а в р-области каждый атом имеет по одной дырке.

Во время распространение процесс, свободные электроны перемещаются из эмиттера (n-область) к основанию (p-регион). Точно так же отверстия перемещаются от основания (p-регион) в эмиттер (n-регион).

В эмиттер-база переход, когда атомы n-области (эмиттера) встречаются с p-областью (базовые) атомы, каждый атом n-области отдает три свободных электрона до трех атомов р-области. В результате n-область (эмиттер) атом, отдавший три свободных электрона, станет положительным ион и три атома p-области (основания), которые принимают (каждый принять один свободный электрон) три свободных электрона станут отрицательные ионы.Таким образом, каждая n-область (эмиттер) положительного иона производит три отрицательных иона p-области (основания).

Следовательно, в обедненная область на переходе эмиттер-база содержит больше отрицательные ионы, чем положительные ионы. Отрицательные ионы находятся в p-области (основании) вблизи перехода и положительных ионов находятся в n-области (эмиттер) вблизи перехода.

Следовательно, в обедненная область больше проникает в сторону р-области (база), чем n-область (эмиттер).

База-коллектор развязка:

Пусть Предположим, что в правой части n-области (коллектор) каждый атом имеет два свободных электрона, а в р-области каждый атом имеет по одному отверстие.

Во время процесс диффузии, свободные электроны перемещаются из коллектора (n-регион) в основание (p-регион).Точно так же дырки перемещаются из от базы (p-регион) к коллектору (n-регион).

В базовый коллектор переход, когда атомы n-области (коллектор) встречаются с атомы p-области (основы), каждый атом n-области (коллектор) отдает два свободных электрона на два атома p-области (основания). Как результат, атом n-области (коллектор), который отдает два свободных электрона станет положительным ионом, а два атома p-области (основания) который принимает (каждый принимает по одному свободному электрону) два свободных электроны станут отрицательными ионами.Таким образом, каждая n-область (коллектор) положительный ион образует две р-области (основа) отрицательный ионы.

Следовательно, в обедненная область на переходе база-коллектор содержит больше отрицательные ионы, чем положительные ионы. Отрицательные ионы находятся в p-области (основании) вблизи перехода и положительных ионов находятся в n-области (коллекторе) рядом с переходом.

Следовательно, в обедненная область больше проникает в сторону р-области (база), чем n-область (коллектор).

Однако, ширина обедненного слоя со стороны коллектора более ширина обедненного слоя со стороны эмиттера. Это потому, что область коллектора легирована слабее, чем область эмиттера.

Предвзятый npn-транзистор

Когда внешний напряжение подается на npn-транзистор, говорят, что это смещенный npn-транзистор.В зависимости от полярности приложенное напряжение, npn транзистор может работать в трех режимах: активный режим, режим отсечки и режим насыщения.

Транзистор npn часто работает в активном режиме, потому что в В активном режиме транзистор npn усиливает электрический ток.

Так давайте посмотрим, как работает npn-транзистор в активном режиме.

Пусть Рассмотрим npn-транзистор, как показано на рисунке ниже. В на рисунке ниже переход эмиттер-база смещен в прямом направлении напряжением постоянного тока В ЕЕ и переходом база-коллектор смещен в обратном направлении постоянным напряжением V CC .

Излучатель-база развязка:

Срок прямому смещению большое количество свободных электронов в левая сторона n-области (излучатель) испытывает силу отталкивания от отрицательную клемму батареи постоянного тока, а также они испытывать силу притяжения от положительного терминала батарея.В результате свободные электроны начинают течь от эмиттера к базе. Аналогичным образом отверстия в основании испытывать силу отталкивания от положительного вывода батареи, а также испытывать силу притяжения от минусовая клемма аккумулятора. В результате начинают появляться дыры. течет от базы к эмиттеру.

Срок к приложенному внешнему напряжению каждый атом-эмиттер имеет более чем один или два свободных электрона.Следовательно, каждый эмиттерный атом отдает более одного или двух свободных электронов более положительным ионы. В результате положительные ионы становятся нейтральными. Точно так же каждый основной атом принимает большее количество электронов. от большего количества отрицательных ионов. В результате отрицательные ионы становятся нейтральный. Мы знаем, что область истощения есть не что иное, как сочетание положительных ионов и отрицательных ионов.

Таким образом, ширина обеднения на переходе эмиттер-база уменьшается на подать прямое напряжение смещения.

Мы знать, что электрический ток означает поток носителей заряда. То свободные электроны (отрицательные носители заряда) перетекают из эмиттера в основание, тогда как дырки (носители положительного заряда) вытекают из основания к эмиттеру.Эти носители заряда проводят электрический ток. Тем не менее, обычный текущее направление совпадает с направлением отверстий.

Таким образом, электрический ток течет от базы к эмиттеру.

База-коллектор развязка:

Срок к обратному смещению большое количество свободных электронов в правая сторона н-область (коллектор) испытывает силу притяжения от положительной клеммы аккумулятора.Следовательно, бесплатно электроны удаляются от соединения и направляются к плюсовая клемма аккумулятора. В результате большое количество нейтральных атомов-коллекторов теряет электроны и становится положительные ионы. С другой стороны, дырки в p-области (основание) испытывать силу притяжения от отрицательного терминала батарея. Следовательно, отверстия удаляются от соединения и течь к отрицательной клемме аккумулятора.Как В результате большое количество нейтральных атомов основания получает электроны и становится отрицательными ионами.

Таким образом, ширина обедненной области увеличивается в основании-коллекторе узел. Другими словами, количество положительных и отрицательных ионов увеличивается на переходе база-коллектор.

Коллектор-база-эмиттер текущий:

свободные электроны, которые текут от эмиттера к базе из-за прямое смещение будет сочетаться с отверстиями в основании. Тем не мение, основа очень тонкая и слегка легированная. Так только, маленький процент свободных электронов эмиттера соединяется с дырками в базовом районе. Осталось большое количество свободных электроны пересекают базовую область и достигают район коллектора. Это связано с положительным напряжением питания применяется у коллектора. Следовательно, свободные электроны вытекают из эмиттера к коллектору.На коллекторе оба свободных электрона эмиттера а свободные электроны коллектора производят ток, протекая к положительной клемме аккумулятора. Таким образом, на выходе возникает усиленный ток.

В npn-транзистор, электрический ток в основном проводится свободные электроны.

ТРАНЗИСТОРЫ

 

ТРАНЗИСТОРЫ ТРАНЗИСТОРЫ
Транзистор представляет собой электронное устройство, способное выполнения большинства функций вакуумных ламп. Это очень небольшое, легкий вес и не требует обогревателя. Он также механически прочный и не улавливает паразитные сигналы. Транзисторы получили широкое распространение. уже более десяти лет, но по сравнению с некоторыми компонентами они на замену они относительно новые. По мере продвижения исследований новые открытия часто приводят к модификации некоторых элементов теории транзисторов.

Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство, состоящее из материалов двух типов. каждый из которых проявляет электрические свойства.Полупроводники – это материалы чьи резистивные характеристики находятся примерно посередине между этими хороших проводников и изоляторов. Интерфейс между частями называется перекресток. Селеновые и германиевые диоды (выпрямители) являются примерами такие устройства и называются переходными диодами. Большинство транзисторов изготовлено германия, к которому добавляют определенные примеси для придания определенных свойств. Используемые примеси обычно представляют собой мышьяк или индий.

Тип транзистора, который может использоваться в некоторых приложениях на месте триодной лампы является «переходным» транзистором, который на самом деле имеет два соединения.Он имеет эмиттер, базу и коллектор, соответствующие катод, сетка и пластина соответственно в триодной лампе. Переходные транзисторы бывают двух типов: тип NPN и тип PNP (см. рис. 8-224).

Теория работы транзистора

Прежде чем можно будет объяснить работу транзистора и значение “N” и “P”, необходимо рассмотреть теорию действия транзистора.

Электрон — отрицательно заряженная частица. В любом материале есть это электроны, удаленные друг от друга на какое-то незначительное расстояние. В любое время есть электрон, есть отрицательный заряд. Атом полупроводника материал имеет определенное количество электронов, в зависимости от типа материал. Если один из электронов удалить, дырка, из которой электроны перемещенный электрон более положителен, чем удаленный электрон.

Считается, что дырка имеет положительный заряд.Если электрон из соседний атом движется в дырку, дырка, по-видимому, движется к место, откуда пришел электрон. Отверстие на самом деле не движется; это заполняется в одном месте и формируется в другом. В А на рис. 8-225 электроны представлены черными точками, а отверстия — пунктирными кружками.

В B на рис. 8-225 электроны переместились на одну позицию влево. их положения, занятого в A на рис. 8-225. По сути, отверстия имеют, поэтому переместил на один пробел вправо.

Движение электронов является текущим. В этом же смысле движение отверстий также является текущим. Электронный ток движется в одном направлении; отверстие ток течет в обратном направлении. Движение заряда равно ток. В транзисторах как электроны, так и дырки действуют как носители тока.

В транзисторах материалы, называемые N-материалами и P-материалами используются. N-материалы богаты электронами и, следовательно, электроны выступают в роли носителей. В P-материале отсутствуют электроны, поэтому имеет отверстия в качестве носителей.

Транзистор NPN не взаимозаменяем с транзистором PNP и наоборот наоборот Однако, если все источники питания перепутаны местами, их можно поменять местами.

Поскольку для транзисторной схемы критична температура, должно быть достаточное охлаждение для транзисторов. Еще одна предосторожность наблюдать, что применимо к любой цепи: мощность никогда не должна сознательно применяться к разомкнутой цепи.

Диоды

На рис. 8-226 показан германиевый диод, состоящий из двух разных виды полупроводниковых материалов. С батареей, подключенной, как показано, положительные дырки и электроны отталкиваются батареей к переходу, вызывая взаимодействие между дырками и электронами. Это приводит к электроны, протекающие через переход к дыркам и к положительному клемма аккумулятора. Отверстия перемещаются к отрицательной клемме батарея.Это называется прямым направлением и представляет собой «высокий» ток.

При подключении аккумулятора, как показано на рис. 8-227, отверстия и электроны должны быть оттянуты от соединения, и небольшое взаимодействие между дырки и электроны происходит на стыке. Это приводит к очень малому ток, называемый обратным током.

Потенциал на электродах транзисторных диодов подается с батарея называется смещением.Это может быть как прямое, так и обратное смещение, т. то есть в направлении сильного тока или слабого тока.

N-германий производится с добавлением примеси, такой как мышьяк дать ему избыток электронов. Мышьяк легко отдает свои электроны и может использоваться как носитель. P-германий имеет примесь, такую ​​как добавлен индий. Это забирает электроны у германия и оставляет дырки, или положительные носители.

Стабилитроны

Стабилитроны (иногда называемые «пробивными диодами») используются в основном для регулирования напряжения.Они разработаны так, что они сломаются (пропустить ток), когда потенциал цепи равен или превышает желаемого напряжения. Ниже желаемого напряжения стабилитрон блокирует схема, как и любой другой диод, смещенный в обратном направлении. Поскольку стабилитрон обеспечивает свободный поток в одном направлении, когда он используется в сети переменного тока. цепи необходимо использовать два диода, включенных в противоположных направлениях. Этот заботится об обоих чередованиях тока.

Стабилитрон можно использовать во многих местах, где используется вакуумная трубка, заполненная газом. нельзя использовать, потому что он меньше по размеру и может использоваться в низком напряжении схемы.Газонаполненная трубка используется в цепях выше 75 вольт, но Стабилитрон можно использовать для регулирования напряжения до 3,5 вольт.

Транзистор PNP

На рис. 8-228 показана схема транзистора с питанием по батареям. Цепь эмиттера смещена от батареи Ee в прямом направлении. или сильноточное направление потока. Коллекторная цепь смещена от батареи E, в обратном или слаботочном направлении. Если переключатель в эмиттере цепь была замкнута (переключатель коллектора разомкнут), большой ток эмиттера мог бы поток, так как он смещен в прямом направлении.Если коллекторный переключатель были замкнуты (переключатель эмиттера разомкнут), протекал бы слабый ток, так как смещены в обратном направлении.

При этом дырочный ток течет в обратном направлении в той же схеме, как показано на рисунке 8-229. Дырочный ток течет от положительной клеммы батареи, тогда как электрон ток возникает на отрицательной клемме. Работа с обоими переключателями закрытый такой же, как и у PNP-транзистора, за исключением того, что теперь эмиттер выбрасывает электроны вместо дырок в базу и коллектор, будучи положительный, соберет электроны.Вновь наблюдается значительный рост ток коллектора при замкнутом эмиттерном ключе. С эмиттерным переключателем открыт, ток коллектора будет мал, так как он смещен на обратный поток.

На первый взгляд может показаться, что транзистор не может усиливать, т. к. в коллекторной цепи ток меньше, чем в эмиттерной. Помните, однако, что эмиттер смещен в прямом направлении и небольшой напряжение вызывает большой ток, который эквивалентен низкому сопротивлению.Коллекторная цепь смещена в обратном направлении, и большое напряжение вызывает небольшой ток, который эквивалентен высокому сопротивлению.

Когда оба переключателя замкнуты, возникает явление, известное как работа транзистора. имеет место. Излучатель, смещенный в прямом направлении, имеет положительный отверстия, выбрасываемые через соединение в область «N» основания. ( плюсовая клемма аккумулятора отталкивает отверстия через переход.) Коллектор, будучи смещенным отрицательно, теперь будет притягивать эти отверстия через соединение от базы к коллектору.

Это собирание отверстий коллектором вызывает гораздо больший реверс ток, чем был бы, если бы эмиттерный ключ был разомкнут. Большой увеличение тока обратного коллектора вызвано так называемым транзистором действие, при котором дырки от эмиттера переходят к коллектору. Вместо отверстия, протекающие через базу и обратно к эмиттеру, они протекают через коллектор, Ec и Ee к эмиттеру; фактический базовый ток очень маленький.

Сумма тока коллектора и тока базы равна току эмиттера.В типичных транзисторах ток коллектора может составлять 80-99% ток эмиттера, а оставшаяся часть течет через базу.

Транзистор NPN

На рис. 8-230 подключен NPN-транзистор. в цепь. Обратите внимание, что полярность батареи обратная. для PNP-транзистора. Но поменяв местами типы материалов транзисторов, эмиттер по-прежнему смещен в прямом направлении, а коллектор по-прежнему смещается в обратном направлении.

В этой схеме слабый сигнал, подаваемый на входную клемму, вызывает небольшое изменение токов как эмиттера, так и коллектора; однако коллекционер будучи высоким сопротивлением, требуется лишь небольшое изменение тока для получения большие изменения напряжения. Поэтому на выходе появляется усиленный сигнал терминалы.

Схема на этом рисунке называется усилителем с заземленной базой. потому что база общая для входа и выхода (эмиттер и коллектор) схемы.

На рис. 8-231 показан другой тип цепи связь. Это называется усилителем с заземленным эмиттером и аналогично на обычный триодный усилитель. Эмиттер подобен катоду, т. основание в виде сетки, а коллектор в виде пластины. Коллекционер необъективен для обратного течения.

Если входной сигнал колеблется в положительном направлении, как показано на рис. 8-231, это поможет смещению и увеличит ток базы и эмиттера. Это увеличивает ток коллектора, делая верхнюю выходную клемму более отрицательный.В следующем полупериоде сигнал будет противодействовать смещению и уменьшаться. ток эмиттера и коллектора. Следовательно, выход будет положительным. Он на 180° не совпадает по фазе с входным сигналом, как и в обычном ламповый усилитель на триоде.

Поскольку ток базы составляет очень небольшую часть от общего тока эмиттера, требуется лишь очень небольшое изменение базового тока, чтобы вызвать большое изменение в токе коллектора. Поэтому он снова усиливает сигнал. Эта схема имеет самый высокий коэффициент усиления (выход/вход) среди различных транзисторных усилителей.Транзистор PNP также можно было бы использовать, если бы полярность батареи была обратной.

Использование транзисторов

Транзисторы можно использовать во всех приложениях, где используются электронные лампы, в пределах определенных ограничений, налагаемых их физическими характеристиками. То Основным недостатком транзисторов является их малая выходная мощность и ограниченный Диапазон частот. Однако, поскольку они составляют примерно одну тысячную физический размер вакуумной трубки, их можно использовать в компактном оборудовании.Их вес, составляющий примерно одну сотую веса вакуумной трубки, составляет оборудование намного легче. Их жизнь примерно в три раза больше, чем вакуумной лампы, а их потребляемая мощность составляет всего одну десятую от из вакуумной трубки.

Транзисторы могут быть необратимо повреждены из-за перегрева или неправильной полярности источника питания. По этой причине необходимо соблюдать осторожность при установке их в цепь, чтобы предотвратить эти условия.

Транзисторы можно устанавливать в миниатюрные ламповые патроны или впаивать непосредственно в цепи.Техническое обслуживание не требуется на них, кроме как удалить и заменить их по мере необходимости.

При первом поиске транзисторных цепей могут возникнуть проблемы. опытный в понимании из схемы, является ли транзистор NPN или PNP. См. рис. 8-232, на котором показан схематический символ для двух типов транзисторов. Обратите внимание на стрелку в линии эмиттера. Когда эта стрелка указывает в сторону от основания, это NPN; если стрелка направленный к базе, это PNP-транзистор.

Простое правило для определения типа транзистора PNP или NPN выглядит следующим образом: если это PNP, центральная буква «N» указывает на отрицательный база или, другими словами, что база будет проводить более свободно на отрицательном обвинение. Если транзистор является NPN, «P» указывает на положительную базу. и транзистор будет проводить более свободно при положительном базовом заряде.


Так как существуют разные типы транзисторов на основе метода используемых при их изготовлении, существует несколько способов идентификации транзистора в цепи как NPN или PNP.Один из методов, используемых для идентификации тип транзистора, называемый переходным транзистором, показан на рисунке 8-233. В этом случае метод, используемый для определения того, какой из трех проводов к транзистору подключен вывод базы, который является выводом коллектора, и какой вывод эмиттера зависит от физического расстояния между выводами. Обратите внимание, что два отведения расположены близко друг к другу, а одно отведение дальше друг от друга. Центральный лидер всегда является базой. Ближайший к основанию вывод вывод эмиттера, а вывод дальше — это вывод коллектора.Схема показанное на этом рисунке, справедливо для всех транзисторов с переходным типом. Для получения подробной информации о любом транзисторе обратитесь к соответствующему изготовителю. следует ознакомиться с публикациями.
  

Транзисторный режим (NPN)

Транзисторный режим (NPN)
Далее: Основные конфигурации цепей Up: Транзисторы с биполярным переходом Предыдущая статья: Биполярные переходные транзисторы

Если коллектор, эмиттер и база транзистора NPN закорочены вместе, как показано на рисунке 5.2а, процесс диффузии описанное ранее для диодов приводит к образованию двух обедненных области, окружающие основание, как показано на рисунке. Диффузия отрицательных носителей в основу и положительные носители вне базы приводит к относительному электрическому потенциалу, как показано на рисунок 5.2б.

 
Рисунок 5.2:  а) Транзистор NPN с коллектором, базой и эмиттер замкнут накоротко, и б) уровни напряжения, развивающиеся в пределах короткозамкнутый полупроводник.

Когда транзистор смещен для нормальной работы, как в рисунок 5.3а, базовая клемма немного положительна с относительно эмиттера (около 0,6 В для кремния), а коллектор положительно на несколько вольт. При правильном смещении транзистор создает . Область обеднения на переходе база-коллектор с обратным смещением растет и способен поддерживать повышенное изменение электрического потенциала указано на рисунке 5.3b.

 
Рисунок 5.3: а) Транзистор NPN смещен для работы и б) уровни напряжения, возникающие в смещенном полупроводнике.

Для типичного транзистора от 95% до 99% носителей заряда от эмиттер попадают в коллектор и составляют почти все ток коллектора. чуть меньше и можно написать , где сверху до 0,99.

Поведение транзистора можно описать характеристикой кривые, показанные на рисунке 5.4. Каждая кривая начинается с нуля нелинейным образом, плавно растет, затем округляет колено, чтобы войти в область практически постоянного . Эта плоская область соответствует условию, когда истощение область на переходе база-эмиттер практически исчезла.Чтобы быть полезным в качестве линейного усилителя, транзистор должен работать исключительно в плоской области, где ток коллектора определяется базовым током.

 
Рисунок 5.4:  Характеристики транзистора NPN.

Небольшой ток, поступающий в базу, контролирует гораздо больший ток. в коллектор. Мы можем написать

где коэффициент усиления по постоянному току и называется статическим коэффициент передачи прямого тока.Из предыдущего определения и сохранения зарядка, у нас есть

Ибо у нас есть и транзистор ток усилительное устройство.



Далее: Основные конфигурации цепей Up: Транзисторы с биполярным переходом Предыдущая статья: Биполярные переходные транзисторы
Дуг Гингрич
Вт, 13 июля, 16:55:15 по восточному поясному времени 1999

Краткое и очень простое руководство по выбору транзистора

Вы затрудняетесь с выбором транзистора для своего будущего проекта? Мысль о выборе правильного транзистора заставляет вас нервничать? Если да, то вы в правильном месте!

В этом посте мы проведем вас через процесс выбора правильного транзистора в соответствии с вашим приложением.Планируете ли вы использовать транзистор в качестве переключателя или усилителя, у нас есть все необходимое!

Прежде чем перейти к процессу выбора транзистора, давайте сначала разберемся, что такое транзистор. Существуют в основном два типа транзисторов — BJT (транзисторы с биполярным переходом) и FET (транзисторы с полевым эффектом). Транзисторы служат либо для усиления, либо для переключения в большинстве электронных схем. Напряжения, подаваемые на его выводы, определяют режим работы транзистора.

Транзисторы

состоят из двух типов областей — p-типа и n-типа. Эти области создаются путем добавления в полупроводник примесей (обычно кремния), и этот процесс называется легированием. Для формирования области p-типа в качестве легирующего материала используется бор. Поскольку бор имеет три электрона на внешней оболочке, он соединяется с тремя электронами кремния, оставляя «дырку» вместо четвертого электрона. Так формируются дырки, производящие положительный заряд, поэтому эта область называется областью «р-типа».

Точно так же для формирования области n-типа используется фосфор (имеющий пять валентных электронов). Четыре его электрона спариваются с четырьмя электронами кремния, и один электрон остается свободным для перемещения. Это создает общий отрицательный заряд, поэтому область называется областью «n-типа».

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из двух p-n переходов, соединенных встречно-параллельно. Он может иметь два типа конфигураций – PNP или NPN, в зависимости от концентрации легирования. Обычно кремний используется в качестве подложки внутри биполярного транзистора и легируется в соответствии с требованиями по напряжению и току.BJT имеет три вывода — базу, эмиттер и коллектор. Если это PNP-транзистор, вывод базы подключается к области n-типа, а выводы коллектора и эмиттера подключаются к каждой из двух областей p-типа.

Полевые транзисторы

также имеют три контакта, как и биполярные транзисторы, но они сделаны с использованием только одного типа материала в качестве основной подложки, то есть либо p-типа, либо n-типа. Три терминала называются затвором, стоком и истоком. Затвор подключен к основной подложке, а исток и сток подключены к сильно легированным областям p- или n-типа.

При работе в качестве усилителя транзистор преобразует малый входной ток в большой выходной ток, давая на выходе усиленный ток. При работе в качестве переключателя транзистор принимает небольшой ток в качестве входа и использует его для управления большим током в другом месте, поэтому меньший входной ток включает больший ток.

Чтобы понять, как протекает ток через транзистор, рассмотрим два p-n перехода, соединенных встречно-параллельно. Основными носителями в областях n-типа являются электроны, а основными носителями в области p-типа являются дырки.Учитывая, что у нас есть NPN-транзистор, и мы прикладываем отрицательное напряжение к области n-типа (эмиттеру), электроны утекают от отрицательного напряжения в область p-типа (базу). Мы понимаем, что область эмиттер-база смещена в прямом направлении.

Электроны, попавшие в область р-типа, некоторые из них рекомбинируют с дырками, присутствующими в базе, в то время как другие продолжают течь к коллектору, образуя коллекторный ток. Количество электронов, втекающих в область коллектора, можно варьировать, контролируя базу.Переход коллектор-база смещен в обратном направлении, поскольку на коллектор подается положительное напряжение.

Теперь мы знаем, что транзисторы работают, когда электроны перетекают от эмиттера к коллектору через базу, и, варьируя концентрации легирования и приложенные напряжения на каждом из трех выводов, можно управлять режимом работы транзистора.

Прежде чем подавать какое-либо напряжение на транзистор, убедитесь, что вы сверились с его техническим описанием и выяснили, какая из его ветвей является базой, какая — эмиттером, а какая — коллектором.Как только вы разберетесь с этим, вы сможете подавать на него питание. Если вы подключите транзистор неправильно, есть вероятность, что вы получите сгоревший транзистор и запах гари!

Обычно при подключении транзистора в качестве усилителя переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а область база-коллектор смещен в обратном направлении. Например, если вы используете NPN-транзистор, вы должны подключить положительный источник напряжения к области p-типа (базе), а отрицательный вывод — к эмиттеру, который состоит из материала n-типа.Это делает переход база-эмиттер смещенным в прямом направлении. Точно так же, чтобы сместить обратное смещение перехода коллектор-база, вы должны подать положительное напряжение на коллектор и отрицательное напряжение на базу. Входной сигнал усилителя подается через переход эмиттер-база, а выходной сигнал поступает с коллектора.

При подключении транзистора в качестве ключа обычная практика заключается в заземлении эмиттера и подаче сигнала переключения в качестве входа на базу. Выходная нагрузка подключена к коллектору, который транзистор будет включать и выключать с помощью сигнала, подаваемого на базу.Транзистор работает в областях «насыщения» и «отсечки», когда он включен и выключен соответственно.

Вот некоторые ключевые характеристики транзисторов, которые вы должны знать, прежде чем покупать транзистор для своего будущего проекта.

Токовый коллектор

Максимальный ток коллектора для обычных транзисторов измеряется в миллиамперах, а для мощных транзисторов — в амперах. Максимальное значение тока коллектора, указанное в паспорте транзистора, не должно превышаться.

Напряжение насыщения

Для работы транзистора в режиме насыщения между коллектором и эмиттером должно быть приложено определенное напряжение. Вы можете легко найти это напряжение, указанное как V CE в техническом описании транзистора. Это напряжение должно присутствовать между коллектором и эмиттером, чтобы транзистор мог войти в режим насыщения.

Напряжение пробоя

Два напряжения пробоя — напряжение пробоя между коллектором и базой и напряжение пробоя между коллектором и эмиттером — важные характеристики транзисторов.Эти значения не должны превышаться во время работы, потому что избыточное напряжение может повредить ваш транзистор.

Коэффициент усиления по току

Еще одной важной характеристикой является коэффициент усиления транзистора по прямому току, сокращенно обозначаемый как β. Небольшой входной ток на базе используется для управления большим током на коллекторе. Ток в базе усиливается в соответствии со значением β.

Эта характеристика используется в усилителях на основе транзисторов, которые обычно используются в радиочастотных схемах и других схемах усиления звука.Различные приложения требуют разного коэффициента усиления по току, поэтому важно проверять значение β при выборе транзистора.

Материал

Обычно транзисторы изготавливаются из кремния в качестве основной полупроводниковой подложки. Это связано с тем, что кремний обладает превосходными свойствами и обеспечивает напряжение перехода около 0,6 Вольт. Другие полупроводниковые материалы также используются для изготовления транзисторов, но они обладают другими свойствами и имеют другое напряжение перехода.

Полярность

Как объяснялось в предыдущих разделах, транзисторы могут быть PNP или NPN.Это влияет на полярность выходного напряжения. Обычно нам требуется положительное выходное напряжение, поэтому транзисторы NPN обычно используются во многих приложениях.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.