Npn транзисторы – Работа PNP транзистора | Практическая электроника

Как работает транзистор npn, pnp

 Нашу сильную зависимость от электроники в современном мире не описать. Если сказать, что без электроники мы не проживем. Это не сказать ничего. Она уже сродни самому неотъемлемому, самому нужному и востребованному.  То количество мест и гаджетов, где мы с ней встречаемся, мы даже перечислять не будем, на это хватит фантазии и у вас. Мы же хотели рассказать об одном обязательной составляющей каждого электронного девайса, о транзисторе.
 Именно на транзисторах строятся все аналоговые и цифровые схемы применяемые в современных устройствах. А значит, от его работы зависит то, как эти самые гаджеты будут работать и то, как впоследствии электроника будет работать на нас. Такая неоспоримая цепочка…

Какие бывают транзисторы

 Мы не будем вводить вас в далекий экскурс с чего все начиналось, что электронные лампы были дедушками и бабушками современных транзисторов. Не будем рассказывать об электронной эмиссии. О том, что процесс в этих самых лампах схож с транзисторами. Не будем описывать и различия между ними.  Мы сразу приступим к главному. Надеясь на то, что все мы пропустили хотя и останется темным пятном, но не станет обременяющим обстоятельством препятствующим пониманию того, как же все-таки работает транзистор.

 Итак, транзисторы бывают биполярные и полевые. Суть работы тех и других одинакова, разве что их кристаллы, вернее то как сращены разные типы кристаллов, различны. В биполярных транзисторах это своеобразный гамбургер: p-n-p или n-p-n. То есть кристаллы с различной проводимостью напаяны последовательно друг за друга. Таким образуют они образуют своеобразный «бутерброд».
 В полевых транзисторах есть также n кристалл и p кристалл, но они между спаяны не последовательно, а параллельно. При этом ток не проходит через разные типы проводимости кристаллов, а идет все время по одному типу. А запирается в этом случае проводимый кристалл с помощью электрического поля управляющего затвора. Отсюда и название полевой.

 Еще транзисторы бывают низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные.  А также могут работать  с различными токами, но это все нюансы…

Как работает транзистор (картинка с анимацией – видео)

Итак, теперь непосредственно о насущном. То есть о том, ради чего мы собственно и начали эту статью.
 Самое сложное, что нам придется вам объяснить, так это то, что как раз и скрыто от глаз человека. Ведь движение тока в проводнике, в различного рода проводимости кристаллах, не посмотришь и не увидишь. Именно поэтому необходимо иметь большую фантазию и очень наглядное пособие, чтобы довести до вас принцип работы транзистора.

 Есть и еще одно «но». Человек всегда привык строить какие-то эквивалентные системы, если непосредственно изучаемая система не дает ему полного представления, а самое главное наглядного примера  о том, как же все-таки все устроено. Так и в нашем случае, взгляните на картинку…

 

Работа транзистора представлена в виде канала с управляемой средой, даже здесь два канала. В качестве каналов выступают контакты транзистора, а управляемой средой является ток. Управляя запорным клапаном на базе или затворе (маленький канал) мы тем самым открываем и большой канал, между эмиттером и коллектором или стоком и истоком. Именно этот большой канал и является нашей целью управления. Открывая маленький канал, мы открываем и большой! Вот главное правило работы транзистора. По-другому не бывает, по крайней мере, в нормальных режимах работы транзистора без пробоев. Управляющий клапан на базе, то есть  малый канал открывается первым, тем самым провоцируя и открывание большого канала.

 Не знаем, нужны ли вам другие описания почему именно так? Если кратко, то потому что есть зоны запирания, есть сопротивления этих зон и изменения сопротивления в зависимости от потенциала, подаваемого на них. Конечно это не описывает особенностей работы транзистора полностью и подробно, но об этом мы вам и не обещали рассказать. Самое главное было рассказать о принципе срабатывания и показать это на наглядной картинке, что собственно мы и выполнили. Принцип работы в этом случае действителен для всех видов транзисторов о которых, мы упоминали в нашем предыдущем абзаце. А также, для того чтобы закрепить ваше визуально- ассоциативное мышление с реальной невидимой действительностью необходимо взглянуть и на нижний правый угол картинки.
 На нем видно как в зависимости от пропуска тока, через контакты транзистора будут происходить и коммутации вокруг его выводов.

Схема подключения транзистора (полевой транзистор)

Теперь о том же самом, но на примере подключения транзистора в схеме. На входе имеется сигнал достаточный для свечения лампы (светодиода) даже с учетом сопротивления транзистора. Но если подать на управляющий вывод (затвор) запирающий потенциал, то сопротивление увеличиться и лампа погаснет.

На самом деле это лишь один из примеров подключения транзистора. Вариаций его подключений великое множество. Здесь главное донести суть работы радиоэлемента, а не саму схему подключения.

Последнее о чем хотелось сказать в статье о принципах работы транзистора, так это о том, что база должна всегда оставаться чуть «зажата», то есть ограничена сопротивлением. Это видно из схемы.
 Это позволяет разграничить управляющий малый ток и большой управляемый. Если же убрать сопротивление, то ток будет течь по наименьшему сопротивлению, то есть весь через базу, а в этом случае теряется весь смысл транзистора, так как он ни чем ни будет управлять, а будет просто пропускать через себя ток. При этом большой ток через базу может еще и вывести его из строя, что нам ну совсем не надо!

xn—–7kcglddctzgerobebivoffrddel5x.xn--p1ai

20. Принцип работы биполярного транзистора. 21. Npn- и pnp-транзистор.

Разрез биполярного транзистора (bipolar junction transistor, или BJT) схематически показан на рисунке слева вверху. Он образуется двумя P-N переходами, соединенными встречно. В данном случае очень тонкая внутренняя область, называемая базой, имеет р-проводимость, а весь транзистор имеет структуру n-p-n (существуют также транзисторы p-n-p). К правому переходу прикладывается внешнее положительное напряжение, повышающее его потенциальный барьер, как показано на рисунке слева внизу. Тогда при понижении потенциального барьера левого перехода отрицательным внешним напряжением электроны пойдут в базу, но в силу ее очень малой толщины тут же достигнут правого перехода и будут подхвачены положительным напряжением правой области, переходя в нее. Следуя этому поведению электронов, левая область называется эмиттером, а правая – коллектором. То же самое будет и для дырок в p-n-p транзисторе.

Очень небольшая часть электронов, перешедших в базу соединится с дырками и взаимоуничтожится (рекомбинирует), эти носители образуют электрический ток базы. Основной ток пойдет в коллектор. Наиболее распространенная схема усиления с общим эмиттером приведена в центре рисунка. Она аналогична схеме включения лампового триода на рис.7, при этом коллектор похож на анод, а эмиттер на катод. Однако существует довольно существенное отличие: в лампах работают без тока сетки, тогда как в транзисторе принципиально должен быть ток базы. Это означает, что транзистор по этой схеме имеет сравнительно с лампой низкое входное сопротивление. Приведенный справа внизу на рисунке эмиттерный повторитель аналогичен катодному повторителю. Его усиление по напряжению примерно равно 1 (нет усиления), однако входные токи базы значительно меньше, то есть входное сопротивление выше, чем в усилителе с общим эмиттером. Усилительные свойства транзистора характеризуются статическим коэффициентом передачи тока h

21Э , приводимым в справочниках для схемы с общим эмиттером. Этот коэффициент дается для определенного режима по постоянному току (напряжение между коллектором и эмиттером, ток коллектора или эмиттера) и показывает во сколько раз ток коллектора больше тока базы (иначе, коэффициент усиления по току β).

22. Классы работы усилителя.

Выбор рабочей точки усилителя определяет класс работы усилителя, изображенный на рисунке. Класс А предполагает работу всего сигнала в пределах линейной области и обеспечивает самые малые искажения сигнала, однако при низком к.п.д. Например, на приведенной схеме в резисторе нагрузки теряется по постоянному току значительная мощность при большой постоянной составляющей тока. Снизив постоянную составляющую тока в рабочей точке до нуля, получаем класс В. С целью дальнейшего уменьшения потерь мощности по постоянному току в коллекторном резисторе прибегают к комплементарной паре транзисторов (

n–p–n и p–n–p), включенных последовательно, как показано на рисунке справа . Каждый из транзисторов пары работает в одном полупериоде синусоиды сигнала, как показано в центе рисунка, во втором полупериоде он закрыт. Однако на практике трудно настроить усилитель, чтобы на выходе оба полупериода точно стыковались, на рисунке эта нестыковка преувеличена, что приведет к искажениям сигнала. По этой причине используется промежуточный класс АВ.

studfiles.net

Лекция №4 транзистор – это тоже просто

1. Биполярные транзисторы

Транзистор (transistor от слов transfer — передача и resistor — сопротивление) можно трактовать так: сопротивление в выходной цепи (например, между коллектором и эмиттером) может регулироваться входным сигналом (например, напряжением на базе).

Транзисторы биполярные– потому что при работе всегда происходит движение двух видов зарядов: электронов и дырок. Есть еще Униполярные (полевые, канальные) транзисторы, при их работе происходит движение либо электронов, либо дырок по специальному каналу (n– или p-типа).

Биполярные транзисторы – трехслойная структура с тремя выводами: эмиттер (излучатель зарядов), база (средняя часть), коллектор (собиратель зарядов). Биполярные транзисторы бывают двух типов: npn или pnp.

npn–транзистор

pnp–транзистор

Некоторые технические детали. Стрелка на изображении транзистора показывает возможное направление тока, то есть перемещение положительного заряда между эмиттером и коллектором. Направление тока совпадает с перемещением положительных дырок и противоположно перемещению отрицательных электронов. Не трудно убедиться, что электроны или дырки всегда двигаются от эмиттера к коллектору. Кроме того направление стрелки показывают полярность включения. Если потенциал эмиттера равен нулю, на коллекторе npn транзистора должен «плюс», а на коллекторе pnp транзистора – «минус». Направление стрелки еще показывает напряжение на базе, при которой транзистор «открывается» (начинает работать). В npn транзисторе напряжение на базе относительно эмиттера должно быть положительным, а в pnp транзисторе – отрицательным. Зная эту символику, легко анализировать разные схемы.

В цифровой технике наиболее распространенное включение транзисторов по схеме ОЭ (с общим эмиттером). Входное напряжение (на базе) и выходное (на коллекторе) измеряется относительно эмиттера, потенциал которого принимается за ноль. Это определяет схему включения коллектора: плюс в npn, минус в pnp транзисторе. В цепи коллектора и эмиттера может быть сопротивление, чтобы при открывании транзистора не замкнуть источник на землю «накоротко».

Менее распространены схемы включения ОБ (с общей базой: база заземлена, вход – эмиттер, выход – коллектор) и ОК (с общим коллектором: если эмиттер и коллектор поменять местами относительно положения на приведенном рисунке).

2. Процессы в биполярном транзисторе

В биполярных транзисторах есть движение зарядов обоих типов. Однако в npn–транзисторе главную роль играет электронная проводимость, в pnp–транзисторе – дырочная проводимость. То есть основным считается движение заряда от эмиттера к коллектору (электронов в npn, дырок в pnp). Перемещение свободных электронов происходит быстрее, чем «перескок по дыркам». Поэтому в современной технике предпочитают использовать npn–транзисторы.

Рассмотрим процессы в npn–транзисторе (включенном по схеме ОЭ). Все сказанное можно распространить и на pnp–транзистор, если в рассуждениях «плюс» и «минус», «электроны» и «дырки» поменять местами.

Под сопротивлением транзистора понимают сопртивление между эмиттером и коллектором. Если Rтр→∞, говорят «транзистор закрыт». Коллектор и эмиттер разомкнуты, ток в выходной цепи не протекает, на выходе оказывается высокое напряжение. Если Rтр→0, говорят «транзистор полностью открыт». Эмиттер и коллектор замыкаются накоротко, падение напряжение выделяется только на сопротивлении (включаемое между коллектором и источником). На входе – низкое напряжение, так как выход замкнут на землю.

Итак, на эмиттере – ноль, на коллекторе – плюс. Напряжение на базе меняется, и именно Uбэ (напряжение базы относительно эмиттера) определяет, закрыт или открыт транзистор.

+

Uвых

Как и в случае диода будем рассматривать процессы в виде перемещения зарядов под действием электрических сил и в виде поведения частиц в потенциальной яме (дырки при этом похожи на шарики, стремящиеся занять нижнее положение, а электроны подобны пузырькам воздуха в жидкости).

Рассмотрим два случая. Первый случай, пусть Uбэ соответствует логическому нулю – низкому напряжению: Uбэ = 0 или Uбэ < 0 или положительное, но Uбэ < Uпор ~ 0.5В. Проще считать Uбэ ≤ 0, так как при Uбэ=0 за счет контактной разности потенциалов на базе появится небольшой минус.

Второй случай, пусть Uбэ соответствует логической единице – высокому напряжению: Uбэ положительное и Uбэ >> Uпор ~ 0.5В, но меньше напряжения источника (5В). Обычно Uбэ ~ 2В – 2.5В.

Если на входе (базе) 0 или минус, все переходы закрыты, транзистор закрыт, токи не протекают, Rтр→∞

­

Если на входе (базе) плюс, то электроны эмиттера идут на базу и большинство попадают на коллектор. Дырки базы идут на эмиттер, транзистор открыт, Rтр=0.

Получается интересный эффект: переход Б-К остается закрытым даже в рабочем состоянии, а электроны, попавшие с эмиттера на базу, далее проходят на коллектор. Это связано с тем, что переход Б-К закрыт для основных носителей (дырок базы и электронов коллектора), а для неосновных носителей (электронов, попавших на базу p–типа) переход является открытым.

С ростом напряжения на базе транзистор «открывается», увеличивается ток в выходной цепи (эмиттер – коллектор), но достаточно быстро при Uвх>2 В (при ЭДС=5В) наступает насыщение: транзистор полностью открыт, увеличение Uэб уже не влияет на токи и напряжения в выходной цепи.

studfiles.net

npn транзистор

Транзисторы подразделяются на полевые и биполярные. Транзисторы pnp и npn типа относятся к биполярным. Такое название обусловлено тем, что в виде носителей высыпают как позитивные, так и негативные заряды. Они бывают низкочастотные и высокочастотные. Их управление осуществляется с помощью тока, а не напряжения. Существует несколько вариантов выполнения корпусов для такого изделия. Это в основном зависит от требуемой мощности транзистора, так что размер может колебаться от микрочипов, до довольно мощных приборов, так как мощность может составлять более одно Вата.

Транзистор npn типа имеет обратную проводимость. Они изготавливаются из германия или кремния. Изначально все производились из германия но со временем кремний вытеснил этот элемент, так как имеет более подходящие свойства. Одна крайняя часть транзистора носит названия эмиттер, другая – коллектор промежуточная часть между ними – база. С помощью этих трех электродов в транзисторе образуется два p-n перехода между базой и коллектором, а также между базой и эмиттером. Подобно обыкновенному выключателю, транзистор npn типа может быть в двух состояниях – «выключенном» и «включенном». Но при этом у него нет каких-либо механических движущихся частей. Все переключения происходят исключительно благодаря электрическим сигналам.

Часто возникает вопрос как проверить транзистор npn? Методика проверки не так уж и сложна. Требуется проверить целостность и работоспособность p-n переходов. Для проверки нужно подключить «плюс» к аноду, а минус к диоду. В таком случае, при пропускании тока, транзистор будет открыт и ток пойдет. Если же совершить подключение наоборот по отношению к вышеописанному, то транзистор станет закрытым и ток через него идти не должен. Если же ток проходит в обоих направлениях, то транзистор считается пробитым. Ели транзистор не пропускает ни в одном направлении, то он в «обрыве». Использовать такое устройство уже нельзя. Такую проверку можно осуществить с помощью прибора, который называется мультиметр.

Во многом показания транзистора npn типа зависят от температуры реального режима работы. Изменение показаний параметров приходит с повышением температуры. Что бы транзистор работал как можно лучше, нужно исключить длительные нагрузки, которые доходят до предельно допустимых. Поэтому не нужно ставить транзисторы маленьких мощностей. Если требуются сверх мощные устройства, то можно включить несколько транзисторов параллельно.

solo-project.com

Транзистор биполярный, описание транзисторов, функция транзистора, npn-транзистор, pnp-транзистор, типы транзисторов

Описание транзисторов

Описание транзисторов удобно начать с описания функции, которую они выполняют. Основная функция биполярного транзистора – усиливать ток и напряжение. Например, они могут усиливать слаботочные выходные сигналы интегральных микросхем таким образом, чтобы ими можно было управлять лампой, реле и т.д. Во многих схемах транзистор служит для преобразования изменяющегося тока в изменяющееся напряжение. Т.е. транзистор работает как усилитель напряжения.

Транзистор может работать как ключ (либо полностью открыт и через него может течь максимально возожный ток, либо полностью закрыт и ток через него не течёт) или как усилитель (всегда частично открыт)

npn-транзистор, pnp-транзистор

Существуют следующие типы транзисторов: npn и pnp с различным обозначением на схемах. Буквы, обозначающие выводы транзистора, относятся к слоям полупроводника, из которого сделан транзистор. Большинство биполярных транзисторов, используемых сегодня, являются npn-транзисторами потому, что они самые простые в производстве из кремния. Если Вы новичок в электронике, лучше всего начинать изучение с npn-транзисторов.

Пожалуй, одним из самых известных отечественных транзисторов структуры npn является транзистор КТ315, а структуры pnp – транзистор КТ361.

Выводы биполярного транзистора обозначаются следующими буквами: B – (база), C – (коллектор), E – (эмиттер), в русском варианте, соответсвенно Б, К и Э. Эти термины относятся к внутренней организации транзистора, но не помогают понять, как транзистор работает. Поэтому, просто запомните их.

В добавление к pnp-транзисторам и npn-транзисторам (имеющим общее название – транзисторы биполярные) существуют полевые транзисторы, часто называемые FETs. Они имеют другое схематическое обозначение и характеристики.

katod-anod.ru

Биполярные транзисторы – это… Что такое Биполярные транзисторы?

Обозначение биполярных транзисторов на схемах

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером 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 (инжектируются) 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 сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных 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 (I_э=I_б + I_к). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (I_к = α I_э) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передает ток. 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). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.

Режимы работы биполярного транзистора

• Нормальный активный режим;
• Инверсный активный режим;
• Режим насыщения;
• Режим отсечки;

Нормальный активный режим

Переход эмиттер — база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор — база — в обратном (закрыт)

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).

Режим отсечки

В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты).

Схемы включения

Схема включения с общей базой

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

• коэффициент усиления по току I_вых/I_вх.

Для схемы с общей базой I_вых/I_вх=I_к/I_э=α [α<1])

• входное сопротивление R_вхб=U_вх/I_вх=U_бэ/I_э.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и составляет десятки Ом, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Недостатки схемы с общей базой :

• Схема не усиливает ток, так как α < 1
• Малое входное сопротивление
• Два разных источника напряжения для питания.

Достоинства:

• Хорошие температурные и частотные свойства.

Схема включения с общим эмиттером

I_вых=I_к

I_вх=I_б

U_вх=U_бэ

U_вых=U_кэ

Достоинства:

• Большой коэффициент усиления по току
• Большое входное сопротивление
• Можно обойтись одним источником питания

Недостатки:

• Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Схема с общим коллектором

I_вых=I_э

I_вх=I_б

U_вх=U_бк

U_вых=U_кэ

Достоинства:

• Большое входное сопротивление
• Малое выходное сопротивление

Недостатки:

• Не усиливает напряжение

Схему с таким включением также называют «эмиттерным повторителем»

Технология изготовления транзисторов 1

• Планарно-эпитаксиальная
• Сплавная
  • Дифузионный
  • Дифузионносплавной

Применение транзисторов

Ссылки и литература

dic.academic.ru