Site Loader

Содержание

Транзистор — принцип работы.Основные параметры.

Как устроен транзистор.

Вне зависимости от принципа работы, полупроводниковый транзистор содержит в себе монокристалл из основного полупроводникового материала, чаще всего это — кремний, германий, арсенид галлия. В основной материал добавлены, легирующие добавки для формирования p-n перехода(переходов), металлические выводы.


Кристалл помещается в металлический, пластиковый или керамический корпус, для защиты от внешних воздействий. Однако, существуют также и бескорпусные транзисторы.

Принцип работы биполярного транзистора.

Биполярный транзистор может быть либо p-n-p, либо n-p-n в зависимости от чередования слоев полупроводника в кристалле. В любом случае выводы называются — база, коллектор и эмиттер. Слой полупроводника, соответствующий базе заключен между слоями эмиттера и коллектора. Он имеет принципиально очень малую ширину. Носители заряда движутся от эмиттера через базу — к коллектору. Условием возникновения тока между коллектором и эмиттером является наличие свободных носителей в области базы. Эти носители проникают туда при возникновении тока эмиттер-база. причиной которого может являться разность напряжения между этими электродами.

Т.е. — для нормальной работы биполярного транзистора в качестве усилителя сигнала всегда необходимо присутствие напряжения некого минимального уровня, для смещения перехода эмиттер-база в прямом направлении. Прямое смещение перехода база-эмиттер приоткрывая транзистор, задает так называемую — рабочую точку режима. Для гармоничного усиления сигнала по напряжению и току используют режим — А. В этом режиме напряжение между коллектором и нагрузкой, примерно равно половине питающего напряжения — т. е выходное сопротивление транзистора и нагрузки примерно равны . Если подавать теперь на переход база — эмиттер сигнал переменного тока, СОПРОТИВЛЕНИЕ эмиттер — коллектор будет изменяться, графически повторяя форму входного сигнала. Соответственно, то же будет происходить и с током через эмиттер к коллектору протекающим. Причем амплитуда тока будет большей, нежели амплитуда входного сигнала — будет происходить

усиление сигнала.

Если увеличивать напряжение смещения база — эмиттер дальше, это приведет к росту тока в этой цепи, и как результат — еще большему росту тока эмиттер — коллектор. В конце, концов ток перестает расти — транзистор переходит в полностью открытое состояние(насыщения). Если затем убрать напряжение смещения — транзистор закроется, ток эмиттер — коллектор уменьшится, почти исчезнет. Так транзистор может работать в качестве

электронного ключа. Этот режим наиболее эффективен в отношении управления мощностями, при протекании тока через полностью открытый транзистор величина падения напряжения минимальна. Соответственно малы потери тока и нагрев переходов транзистора.

Существует три вида подключения биполярного транзистора. С общим эмиттером (ОЭ) — осуществляется усиление как по току, так и по напряжению — наиболее часто применяемая схема.

Усилительные каскады построенные подобным образом, легче согласуются между собой, так как значения их входного и выходного сопротивления относительно близки, если сравнивать с двумя остальными видами включения (хотя иногда и отличаются в десятки раз).

С общим коллектором (ОК) осуществляется усиление только по току — применяется для согласования источников сигнала с высоким внутренним сопротивлением(импендансом) и низкоомными сопротивлениями нагрузок. Например, в выходных каскадах усилителей и контроллеров.

С общей базой (ОБ) осуществляется усиление только по напряжению. Имеет низкое входное и высокое выходное сопротивление и более широкий частотный диапазон. Это позволяет использовать подобное включение для согласования источников сигнала с низким внутренним сопротивлением(импендансом) с последующим каскадом усиления. Например — в входных цепях радиоприемных устройств.

Принцип работы полевого транзистора.

Полевой транзистор, как и биполярный имеет три электрода. Они носят названия — сток, исток и затвор. Если на затворе отсутствует напряжение, а на сток подано положительное напряжение относительно истока, то между истоком и стоком через канал течет максимальный ток.

Т. е. — транзистор полностью открыт. Для того, что бы его изменить, на затвор подают отрицательное напряжение, относительно истока. Под действием электрического поля (отсюда и название транзистора) канал сужается, его сопротивление растет, а ток через него уменьшается. При определенном значении напряжения канал сужается до такой степени, что ток практически исчезает — транзистор закрывается.

На рисунке изображено устройство полевого транзистора с изолированным затвором(МДП).

Если на затвор этого прибора не подано положительное напряжение, то канал между истоком и стоком отсутствует и ток равен нулю. Транзистор полностью закрыт. Канал возникает при некотором минимальном напряжении на затворе(напряжение порога). Затем сопротивление канала уменьшается, до полного открывания транзистора.

Полевые транзисторы, как с p-n переходом (канальные), так и МОП (МДП) имеют следующие схемы включения: с общим истоком (ОИ) — аналог ОЭ биполярного транзистора; с общим стоком (ОС) — аналог ОК биполярного транзистора; с общим затвором (ОЗ) — аналог ОБ биполярного транзистора.

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:
маломощные транзисторы — до 100 мВт ;
транзисторы средней мощности — от 0,1 до 1 Вт;
мощные транзисторы — больше 1 Вт.

Важные параметры биполярных транзисторов.

1. Коэффициент передачи тока(коэффициент усиления) — от 1 до 1000 при постоянном токе. С увеличением частоты постепенно снижается.
2. Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером(при разомкнутой базе) У специальных высоковольтных транзисторов, достигает десятков тысяч вольт.
3.Предельная частота, до которой коэффициент передачи тока выше 1. До 100000 гц. у низкочастотных транзисторов, свыше 100000 гц. — у высокочастотных.
4.Напряжение насыщения эмиттер-коллектор — величина падения напряжения между этими электродами у полностью открытого транзистора.

Важные параметры полевых транзисторов.

Усилительные свойства полевого транзистора определяются отношением приращения тока стока к вызвавшему его приращению напряжения затвор — исток, т. е.

ΔId /ΔUGS

Это отношение принято называть крутизной прибора, а по сути дела оно является передаточной проводимостью и измеряется в миллиамперах на вольт(мА /В).

Другие важнейшие параметры полевых транзисторов приведены ниже:
1. IDmax — максимальный ток стока.

2.UDSmax — максимальное напряжение сток-исток.

3.UGSmax — максимальное напряжение затвор-исток.

4.РDmax — максимальна мощность, которая может выделяться на приборе.

5.ton — типовое время нарастания тока стока при идеально прямоугольной форме входного сигнала.

6.toff — типовое время спада тока стока при идеально прямоугольной форме входного сигнала.

7.RDS(on)max — максимальное значение сопротивления исток — сток в включенном(открытом) состоянии.

На главную страницу

Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».

Биполярные транзисторы

3.9. Биполярные транзисторы

 

1. Общие сведения. Характеристики

 

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя р-n переходами и тремя выводами, служащий для усиления мощности. В транзисторе имеется три области – эмиттер (э), база (б) и коллектор (к). В зависимости от типа проводимости этих областей различают транзисторы n-p-n и p-n-p типа. Таким образом, в транзисторе имеется два p-n перехода: эмиттер-база (эмиттерный) и коллектор-база (коллекторный). Стрелка на условных обозначениях транзисторов (см. в начале главы) указывает направление от p области к n области. Принцип работы обоих типов транзисторов одинаков.

Толщина базы делается значительно меньше длины свободного пробега неосновных носителей тока, попадающих в нее из эмиттера, а концентрация основных носителей в базе много меньше концентрации основных носителей в эмиттере. В результате в базе сводится до минимума рекомбинация неосновных носителей с основными, пришедшими из эмиттера.

Площадь коллекторного перехода (перехода база-коллектор) значительно больше площади эмиттерного перехода (перехода база-эмиттер). Это делается для того, чтобы перехватить весь поток носителей, идущих от эмиттера, а также потому, что на коллекторном переходе выделяется большая мощность. Концентрация же основных носителей в коллекторе несколько меньше, чем в эмиттере.

В зависимости от того, какое напряжение (прямое или обратное) подано на переходы транзистора, выделяют четыре режима работы транзистора. В

активном режиме (он является основным) напряжение на эмиттерном переходе прямое, на коллекторном – обратное. В режиме отсечки (запирания) на оба перехода подается обратное напряжение. В режиме насыщения напряжение на обоих переходах прямое. В инверсном режиме на коллекторном переходе напряжение прямое, а на эмиттерном – обратное.

Рассмотрим работу транзистора n-p-n типа в активном режиме без нагрузки (рис. 3.30). На рисунке темными кружками изображены электроны, светлыми – дырки. Поскольку на переход база-эмиттер подано прямое напряжение, то сопротивление эмиттерного перехода мало и для получения тока на этом переходе достаточно напряжения Е1 в десятые доли вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико (на него подано обратное напряжение) и напряжение Е2 обычно составляет единицы и десятки вольт.

При увеличении прямого напряжения на эмиттерном переходе электроны из эмиттера переходят в базу. Благодаря малой толщине базы и малой концентрации в ней дырок лишь незначительная часть электронов рекомбинирует с дырками базы, образуя ток базы (его стараются сделать как можно меньше). Основная часть электронов достигает коллекторного перехода и под действием его обратного напряжения втягивается в коллектор (электроны являются неосновными носителями для базы и поле запирающего слоя на переходе коллектор-база является для них ускоряющим). Поэтому ток коллектора лишь немного меньше тока эмиттера: iэ=iк+iб.

Когда на эмиттерный переход не подано прямое напряжение, то через коллектроный переход протекает только небольшой обратный ток, созданный неосновными носителями. Таким образом, прямое напряжение эмиттерного перехода существенно влияет на токи эмиттера и коллектора: чем больше это напряжение, тем больше токи эмиттера и коллектора. Такое свойство транзистора позволяет использовать его в качестве электронного ключа, а также для усиления электрического тока.

Для расчета схем с транзисторами необходимо знать их характеристики (зависимости между токами и напряжениями). Для схемы включения транзистора с общим эмиттером (рис. 3.30) входная характеристика представляет собой зависимость силы тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном напряжении коллектр-эмиттер. Она имеет такой же вид, как прямая ветвь ВАХ полупроводникового диода. Выходные характеристики биполярного транзистора при схеме включения с общим эмиттером представляют собой зависимости силы тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при различных постоянных значениях тока базы (рис. 3.31).

Самая нижняя выходная характеристика построена для iб=0. Она похожа на обратную ветвь вольт-амперной характеристики полупроводникового диода. Чем больше сила тока базы, тем выше расположена выходная характеристика.

Активная область на семействе выходных характеристик транзистора (рис. 3.32) ограничена максимально допустимым током коллектора, максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер, гиперболой максимально допустимой мощности рассеяния и неуправляемым током коллектора (ток коллектора при iб=0). Для уменьшения нелинейных искажений рабочую область ограничивают также слева (см. штриховую линию на рис. 3.32).

Характеристики транзисторов, как и всех полупроводниковых элементов, очень сильно зависит от температуры. При увеличении температуры сопротивление полупроводников уменьшается и токи в них увеличиваются. Поэтому семейство выходных характеристик при увеличении температуры смещается вверх (рис. 3.33).

 

2. Определение структуры и выводов биполярных транзисторов

В последнее время все чаще используют транзисторы, извлеченные из неработающих электронных приборов. В связи с этим возникает проблема определения структуры и выводов транзисторов.

При экспериментальном определении структуры транзистора (р-n-р или n-р-n) его можно рассматривать состоящим из двух диодов, соединенных в зависимости от структуры анодами или катодами (рис. 3.34 а, б), причем точка соединения диодов соответствует выводу базы транзистора. Для определения структуры и вывода базы транзистора воспользуемся омметром с известной полярностью напряжения, подаваемого на гнезда омметра от внутреннего источника питания. Обычно положительный полюс внутреннего источника питания омметра соединен с гнездом “общий”.

Следует отметить, что существуют омметры и с другой полярностью напряжения на гнездах. Так, например, авометр Ц20-05 выпускается в двух модификациях: в одной из них на общее гнездо омметра выведен плюс внутреннего источника питания, а в другой — минус. Поэтому перед экспериментальным определением структуры и вывода базы транзистора следует с помощью диода с маркированной полярностью проверить, какой полюс внутреннего источника питания омметра соединен с общим гнездом.

При одной полярности щупов омметра, подключаемых к переходу транзистора, сопротивление перехода оказывается малым (прямое подключение), а при другой — большим (обратное подключение). Если при малом сопротивлении переходов транзистора плюсовой щуп омметра касался одного и того же вывода, значит это вывод базы и транзистор имеет структуру n-р-n. Если в этой же ситуации минусовой щуп омметра касался одного и того же вывода (базы), то транзистор р-n-р типа.

После того, как определена структура транзистора и найден вывод базы транзистора, приступают к определению выводов эмиттера и коллектора. На рисунках, поясняющих принцип работы биполярного транзистора, области эмиттера и коллектора выглядят симметрично и, казалось бы, что выводы коллектора и эмиттера можно поменять местами. Однако конструктивно эмиттер и коллектор выполняются по-разному (имеют неодинаковую концентрацию носителей заряда и площадь поверхности). Поэтому менять их местами не следует, так как получится существенно меньший коэффициент усиления по току и меньшая мощность рассеяния транзистора. Для некоторых транзисторов в этом случае может возникнуть лавинный пробой перехода база-эмиттер, что нарушит нормальную работу собранного электронного устройства. На рисунке 3.35 приведены две выходные характеристики транзистора КТ315А в схеме включения с общим эмиттером: 1 – для стандартного включения транзистора, 2 — для случая, когда эмиттер и коллектор транзистора поменяли местами (инверсный режим работы).

Существует несколько вариантов экспериментального определения выводов эмиттера и коллектора. Рассмотрим два из них.

Возьмем резистор сопротивлением 10-100 кОм и включим его между выводом базы и предполагаемым выводом коллектора. К выводам эмиттера и коллектора омметр можно подключить так, как показано на рисунках 3.36а и 3.36б для транзистора n-р-n типа, а на рисунках 3.37а и 3.37б — для транзистора р-n-р типа. На всех рисунках предполагаемый вывод коллектора расположен вверху (по рисунку). Правильному выбору выводов коллектора и эмиттера соответствует меньшее сопротивление, фиксируемое омметром, т.е. подключение по схемам рисунков 3.36а, 3.37а.

Рассмотрим второй вариант определения выводов коллектора и эмиттера. В качестве источника питания используют любой источник постоянного напряжения (3-9 В). Миллиамперметр включают между положительным полюсом источника и предполагаемым выводом коллектора для транзисторов n-р-n типа (рис. 3.38а и 3.38б), между отрицательным полюсом источника и предполагаемым выводом коллектора для транзисторов р-n-р типа (рис. 3.39а и 3.39б). Предполагаемый вывод коллектора, как и в предыдущем случае, расположен на рисунке вверху. Правильно выбранному выводу коллектора соответствует больший ток, фиксируемый миллиамперметром.

В этом варианте можно определить не только выводы транзистора, но и приблизительно определить коэффициент усиления транзистора по току: , где Iк — сила тока коллектора, Iб — сила тока базы.

Ток базы можно рассчитать по формуле  , где Uп — напряжение источника питания, Uбэ — напряжение между базой и эмиттером транзистора.

 

Для кремниевых транзисторов напряжение база-эмиттер составляет примерно 0,6 В. Выберем напряжение питания 4,5 В и сопротивление резистора 390 кОм. Тогда Iб = 10-2 мА, и коэффициент усиления определяется из формулы: , где Iк — сила тока коллектора в мА.

 

ГОСТ 20003-74 Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров / 20003 74

Термин

Буквенное обозначение

Определение

отечественное

международное

1. Обратный ток коллектора

D. Kollektorreststrom (bei offenem Emitter)

E. Collector cut-off current

F. Courant résiduel du collecteur

IКБО

IСВО

Ток через коллекторный переход при заданном обратном напряжении коллектор-база и разомкнутом выводе эмиттера

2. Обратный ток эмиттера

D. Emitterreststrom (bei offenem Kollektor)

E. Emitter cut-off current

F. Courant résiduel de l’émetteur

IЭБО

IЕВО

Ток через эмиттерный переход при заданном обратном напряжении эмиттер-база и разомкнутом выводе коллектора

3. Обратный ток коллектор-эмиттер

Ндп. Начальный ток коллектора

Ток коллектора закрытого транзистора

D. Kollektor- Emitter- Reststrom

E. Collector-emitter cut-off current

F. Courant résiduel du collecteur-émetteur

Ток в цепи коллектор-эмиттер при заданном обратном напряжении коллектора-эмиттер

1 При разомкнутом выводе базы IКЭО, IСЕO; при коротко замкнутых выводах эмиттера и базы IКЭК, ICES; при заданном сопротивлении в цепи база-эмиттер IКЭR, ICER; при заданном обратном напряжении эмиттер-база Iкэх, IСЕХ.

4. Обратный ток базы

D. Basis-Emitter-Reststrom

E. Base cut-off current

F. Courant résiduel de la base

IБЭХ

IВЕХ

Ток в цепи вывода базы при заданных обратных напряжениях коллектор-эмиттер и эмиттер-база

5. Критический ток биполярного транзистора

Iкр

 

Значение тока коллектора, при достижении которого значение fгр (|h21э|) падает на 3 дБ по отношению к его максимальному значению при заданном напряжении коллектор-эмиттер

6. Граничное напряжение биполярного транзистора

Ндп. Напряжение между коллектором и эмиттером при нулевом токе базы и заданном токе эмиттера

UКЭОгр

U(L)CEO

Напряжение между выводами коллектора и эмиттера при токе базы, равном нулю, и заданном токе эмиттера

7. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер

D. Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung

E. Saturation collector-emitter voltage

F. Tension de saturation collecteur-émetteur

UКЭнас

UCЕsat

Напряжение между выводами коллектора и эмиттера транзистора в режиме насыщения при заданных токах базы и коллектора

8. Напряжение насыщения база-эмиттер

D. Basis-Emitter-Sättigungsspannung

E. Saturation baseemitter voltage

F. Tension de saturation base-émetteur

UБЭнас

UВЕsat

Напряжение между выводами базы и эмиттера транзистора в режиме насыщения при заданных токах базы и коллектора

9. Плавающее напряжение эмиттер-база

E. Floating emitter-base voltage

F. Tension flottante émetteur-base

UЭБпл

UЕВfl

Напряжение между выводами эмиттера и базы при заданном обратном напряжении коллектор-база и при токе эмиттера, равном нулю

10. Напряжение смыкания биполярного транзистора

E. Punch-through (penetration) voltage

F. Tension de pénétration (tension de persage)

Ucмк

Upt

Обратное напряжение коллектор-база, при котором начинается линейное возрастание напряжения на разомкнутых выводах эмиттера и базы при увеличении напряжения коллектор-база

11. Пробивное напряжение эмиттер-база

D. Emitter-Basis-Durchbruchspannung

E. Breakdown emitter-base voltage

F. Tension de claquage émetteur-base

UЭБОпроб

U(BR)ЕВО

Пробивное напряжение, измеряемое между выводами эмиттера и базы, при заданном обратном токе эмиттера и токе коллектора, равном нулю

12. Пробивное напряжение коллектор-база

D. Kollektor-Basis-Durchbruchspannung

E. Breakdown collector-base voltage

F. Tension de claquage collecteur-base

UКБОпроб

U(BR)СВО

Пробивное напряжение, измеряемое между выводами коллектора и базы, при заданном обратном токе коллектора и токе эмиттера, равном нулю

13. Пробивное напряжение коллектор-эмиттер

D. Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung (bei vorgegebenen Bedingungen)

E. Breakdown collector-emitter voltage

F. Tension de claquage collecteur-émetteur

Пробивное напряжение, измеряемое между выводами коллектора и эмиттера при заданном токе коллектора

1 При токе базы, равном нулю, UКЭОпроб, U(BR)СВО;

при заданном сопротивлении в цепи база-эмиттер, UКЭRпроб, U(BR)СER;

при коротком замыкании в цепи база-эмиттер UКЭКпроб, U(BR)СES;

при заданном обратном напряжении база-эмиттер UКЭXпроб, U(BR)СEX.

14. Входное сопротивление биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Kleinsignaleingangswiderstand

E. Small-signal value of the short-circuit input impedance

F. Valeur de l’impédance d’entrée, sortie en court-circuit pour de petits signaux

h*11

h11

Отношение изменения напряжения на входе к вызвавшему его изменению входного тока в режиме короткого замыкания по переменному току на выходе транзистора

15. Коэффициент обратной связи по напряжению биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Kleinsignalspannungsrückwirkung

E. Small-signal value of the open-circuit reverse voltage transfer ratio

F. Valeur du rapport de transfert inverse de la tension, entrée en circuit ouvert de petits signaux

h*12

h12

Отношение изменения напряжения на входе к вызвавшему его изменению напряжения на выходе в режиме холостого хода во входной цепи по переменному току

16. Коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Kleinsignalstromverstärkung

E. Small-signal value of the short-circuit forward current transfer ratio

F. Valeur du rapport de transfert direct du courant, sortie en court-circuit pour de petits signaux

h*21

h21

Отношение изменения выходного тока к вызвавшему его изменению входного тока в режиме короткого замыкания выходной цепи по переменному току

17. Модуль коэффициента передачи тока биполярного транзистора на высокой частоте

D. Betrag der Kurzschlussstromverstärkung in Emitterschaltung bei HF

E. Modulus of the short-circuit forward current transfer ratio

F. Module du rapport de transfert direct du courant

|h21э|

|h21е|

Модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером в режиме малого сигнала на высокой частоте

18. Выходная полная проводимость биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Kleinsignalausgangsleitwert

E. Small-signal value of the open-circuit output admittance

F. Valeur de l’admittance de sortie, entrée en circuit ouvert pour de petits signaux

h*22

h22

Отношение изменения выходного тока к вызвавшему его изменению выходного напряжения в режиме холостого хода входной цепи по переменному току

19. Входное сопротивление биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером в режиме большого сигнала

E. Static value of the input resistance

F. Valeur statique de la résistance d’entrée

h11Э

h11Е

Отношение напряжения на входе транзистора к входному току при заданном постоянном обратном напряжении коллектор-эмиттер в схеме с общим эмиттером

20. Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора

D. Gleichstromverstärkung in Emitterschaltung

E. Static value of the forward current transfer ratio

F. Valeur statique du rapport de transfert direct du courant

h21Э

h21Е

Отношение постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор-эмиттер и токе эмиттера в схеме с общим эмиттером

21. Входная полная проводимость биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Komplexer Kleinsignaleingangsleitwert

E. Small-signal value of the short-circuit input admittance

F. Valeur de l’admittance d’entrée, sortie en court-circuit pour de petits signaux

y*11

y11

Отношение изменений комплексных величин входного тока к вызванному им изменению напряжения на входе при коротком замыкании по переменному току на выходе

22. Полная проводимость обратной передачи биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Komplexer Kleinsignalrückwirkungsleitwert

E. Small-signal value of the short-circuit reverse transfer admittance

F. Valeur de l’admittance de transfert inverse, entrée en court-circuit pour de petits signaux

y*12

y12

Отношение изменений комплексных величин входного тока к вызвавшему его изменению напряжения на выходе при коротком замыкании по переменному току на входе

23. Полная проводимость прямой передачи биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Komplexer Kleinsignalübertragungsleitwert vorwärts

E. Small-signal value of the short-circuit forward transfer admittance

F. Valeur de l’admittance de transfert direct, sortie en court-circuit pour de petits signaux

y*21

y21

Отношение изменений комплексных величин выходного тока к вызвавшему его изменению напряжения на входе при коротком замыкании по переменному току на выходе

24. Модуль полной проводимости прямой передачи биполярного транзистора

D. Betrag des Übertragungsleitwerts vorwärts

E. Modulus of the short-circuit forward transfer admittance

F. Module de l’admittance de transfert direct

|y21э|

|y21е|

Модуль полной проводимости прямой передачи в схеме с общим эмиттером

25. Выходная полная проводимость биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Komplexer Kleinsignalausgangsleitwert

E. Small-signal value of the short-circuit output admittance

F. Valeur de l’admittance de sortie, entrée en court-circuit pour de petits signaux

y*22

y22

Отношение изменений комплексных величин выходного тока к вызванному им изменению выходного напряжения при коротком замыкании по переменному току на входе

26. Статическая крутизна прямой передачи в схеме с общим эмиттером

Ндп. Статическая крутизна передаточной характеристики. Статическая крутизна характеристики

D. Statische Vorwärtssteilheit in Emitterschaltung

E. Static value of the forward transconductance

F. Pente statique de transfert direct

y21Э

y21Е

Отношение постоянного тока коллектора к постоянному напряжению база-эмиттер при заданном напряжении коллектор-эмиттер

27. Входная емкость биполярного транзистора

D. Eingangskapazität

E. Input capacitance

F. Capacité d’entrée

С*11

С11

Емкость, измеренная на входе транзистора при коротком замыкании по переменному току на выходе в режиме малого сигнала

28. Выходная емкость биполярного транзистора

D. Ausgangskapazität

E. Output capacitance

F. Capacité de sortie

С*22

С22

Емкость, измеренная на выходе транзистора, при разомкнутом входе по переменному току в режиме малого сигнала

28a. Емкость обратной связи биполярного транзистора

D. Rückwirkungskapazität

E. Feedback capacitance

F. Capacité de couplage à réaction

С*12

С*12

Емкость биполярного транзистора, измеренная между входным и выходным выводами при коротком замыкании по переменному току на входе в режиме малого сигнала

29. Предельная частота коэффициента передачи тока биполярного транзистора

D. Grenzfrequenz der Stromverstärkung

E. Cut-off frequency

F. Fréquence de conpure

fh31

fh31

Частота, на которой модуль коэффициента передачи тока падает на 3 дБ по сравнению с его низкочастотным значением

30. Граничная частота коэффициента передачи тока

D. Übergangsfrequenz der Stromverstärkung (Transitfrequenz)

E. Transition frequency

F. Fréquence de transition

fгр

fт

Частота, при которой модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером экстраполируется к единице.

Примечание. Частота, равная произведению модуля коэффициента передачи тока на частоту измерения, которая находится в диапазоне частот, где справедлив закон изменения модуля коэффициента передачи тока 6 дБ на октаву

31. Максимальная частота генерации биполярного транзистора

E. Maximum frequency of oscillation

F. Fréquence maximale d’oscillation

fmax

fmax

Наибольшая частота, при которой транзистор способен генерировать в схеме автогенератора

32. Коэффициент шума биполярного транзистора

D. Rauschzahl

E. Noise figure

F. Facteur de bruit

Kш

F

Отношение мощности шумов на выходе транзистора к той ее части, которая вызвана тепловыми шумами сопротивления источника сигнала

32а. Минимальный коэффициент шума биполярного транзистора

D. Minimale Rauschzahl

E. Minimal noise figure

F. Facteur de bruit minimum

Kшmin

Fmin

Значение коэффициента шума биполярного транзистора в условиях настройки входной и выходной цепей, соответствующей наименьшему значению коэффициента шума

32б. Эквивалентное напряжение шума биполярного транзистора

D. Äquivalente Rauschspannung

E. Equivalent noise voltage

F. Tension de bruit équivalente

Uш

Un

Напряжение шума идеального источника эквивалентного напряжения, включенного последовательно с выводом базы и выводом эмиттера и характеризующего шум биполярного транзистора, который считается бесшумным

33. Коэффициент насыщения биполярного транзистора

Ндп. Степень насыщения

E. Saturation coefficient

F. Coefficient de saturation

Кнас

Кsat

Отношение тока базы в режиме насыщения к току базы на границе насыщения

34. Коэффициент усиления по мощности биполярного транзистора

D. Leistungsverstärkung

E. Power gain

F. Gain en puissance

КyP

GP

Отношение мощности на выходе транзистора к мощности, подаваемой на вход транзистора, при определенной частоте и схеме включения

34a. Оптимальный коэффициент усиления по мощности биполярного транзистора

D. Optimale Leistungsverstärkung

E. Optimal power gain

F. Gain de puissance optimum

КyPonm

GPopt

Значение коэффициента усиления на мощности биполярного транзистора в условиях настройки входной и выходной цепей, соответствующее минимальному коэффициенту шума

35. Коэффициент полезного действия коллектора

D. Kollektorwirkungsgrad

E. Collector efficiency

F. Efficacité du collocteur

ηK

ηC

Отношение выходной мощности транзистора к мощности, потребляемой от источника коллекторного питания

36. Время задержки для биполярного транзистора

D. Verzögerungszeit

E. Delay time

F. Retard à la croissance

tзд

td

Интервал времени между моментом нарастания фронта входного импульса до значения, соответствующего 10 % его амплитуды, и моментом нарастания фронта выходного импульса до значения, соответствующего 10 % его амплитуды

37. Время нарастания для биполярного транзистора

D. Anstiegszeit

E. Rise time

F. Temps de croissance

tнр

tr

Интервал времени между моментами нарастания фронта выходного импульса от значения соответствующего 10 % его амплитуды, до значения, соответствующего 90 % его амплитуды

38. Время рассасывания для биполярного транзистора

D. Speicherzeit

E. Carrier storage time

F. Retard à la décroissance

tрас

ts

Интервал времени между моментом подачи на базу запирающего импульса и моментом, когда напряжение на коллекторе транзистора достигает заданного уровня

39. Время спада для биполярного транзистора

D. Abfallzeit

E. Fall time

F. Temps de décroissance

tсп

tf

Интервал времени между моментами спада среза выходного импульса от значения, соответствующего 90 % его амплитуды, до значения, соответствующего 10 % его амплитуды

40. Время включения биполярного транзистора

D. Einschaltzeit

E. Turn-on time

F. Temps total d’établissement

tвкл

ton

Интервал времени, являющийся суммой времени задержки и времени нарастания

41. Время выключения биполярного транзистора

D. Ausschaltzeit

E. Turn-off time

F. Temps total de coupure

tвыкл

toff

Интервал времени между моментом подачи на базу запирающего импульса и моментом, когда напряжение на коллекторе транзистора достигает значения, соответствующего 10 % его амплитудного значения

42. Сопротивление базы биполярного транзистора

D. Basisbahnwiderstand

E. Base intrinsic resistance

F. Résistance intrinséque de base

rK

rbb

Сопротивление между выводом базы и переходом база-эмиттер

43. Емкость эмиттерного перехода

D. Kapazität der Emittersperrschicht

E. Emitter capacitance

F. Capacité émetteur

Cэ

Cе

Емкость между выводами эмиттера и базы транзистора при заданных обратном напряжении эмиттер-база и разомкнутой коллекторной цепи

44. Емкость коллекторного перехода

D. Kapazität der Kollektorsperrschicht

E. Collector capacitance

F. Capacité collecteur

Cк

Cс

Емкость между выводами базы и коллектора транзистора при заданных обратном напряжении коллектор-база и разомкнутой эмиттерной цепи

45. Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте биполярного транзистора

D. HF-Rückwirkungszeitkonstante

E. Collector-base time constant

ts

tc

Произведение сопротивления базы на активную емкость коллекторного перехода

46. Коэффициент отражения входной цепи биполярного транзистора

D. Eingangsreflexionsfaktor

S*11

S*11

Отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной волны к падающей на входе транзистора при значениях сопротивления источника и нагрузки, равных характеристическому сопротивлению

47. Коэффициент обратной передачи напряжения

D. Spannungsübertragungsfaktor rückwärts

S*12

S*12

Отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной волны на входе к падающей волне на выходе транзистора при значениях сопротивления источника и нагрузки, равных характеристическому сопротивлению

48. Коэффициент прямой передачи напряжения

D. Spannungsübertragungsfaktor vorwätrs

S*21

S*21

Отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной волны на выходе и падающей волны на входе транзистора при значениях сопротивления источника и нагрузки, равных характеристическому сопротивлению

49. Коэффициент отражения выходной цепи биполярного транзистора

D. Ausgangsreflexionsfaktor

S*22

S*22

Отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной волны к падающей на выходе транзистора при значениях сопротивления источника и нагрузки, равных характеристическому сопротивлению

50. Постоянный ток коллектора

D. Kollektorgleichstrom

E. Collector (d.с.) current

F. Courant continu de collecteur

IK

IC

Постоянный ток, протекающий через коллекторный переход

51. Постоянный ток эмиттера

D. Emittergleichstrom

E. Emitter (d.c.) current

F. Courant continu d’emetteur

IЭ

IЕ

Постоянный ток, протекающий через эмиттерный переход

52. Постоянный ток базы

D. Basisgleichstrom

E. Base (d.c.) current

F. Courant continu de base

IБ

IВ

Постоянный ток, протекающий через базовый вывод

53. Постоянный ток коллектора в режиме насыщения

E. Saturation collector current

F. Courant de saturation collecteur

IKнас

ICsat

54. Постоянный ток базы в режиме насыщения

E. Saturation base current

F. Courant de saturation base

IБнас

IBsat

55. Импульсный ток коллектора

IK

Импульсное значение тока коллектора при заданной скважности и длительности пульса

56. Импульсный ток эмиттера

IЭ,и

Импульсное значение тока эмиттера при заданной скважности и длительности импульса

57. Постоянное напряжение эмиттер-база

D. Emitter-Basis-Spannung

E. Emitter-base (d.с.) voltage

F. Tension continue émetteur-base

U1ЭБ

U1ЕБ

Постоянное напряжение между выводами эмиттера и базы

58. Постоянное напряжение коллектор-база

D. Kollektor-Basis-Spannung

E. Collector-base (d.c.) voltage

F. Tension continue collecteur-base

U2КБ

U2СВ

Постоянное напряжение между выводами коллектора и базы

59. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер

D. Kollektor-Emitter-Spannung (bei vorgegebenen Bedingungen)

E. Collector-emitter (d.c.) voltage

F. Tension continue collecteur-émetteur

U3КЭ

U3СЕ

Постоянное напряжение между выводами коллектора и эмиттера

1 При заданном обратном токе эмиттера в токе коллектора, равном нулю, UЭБ0, UEB0.

2 При заданном токе коллектора и токе эмиттера, равном нулю, UКБ0, UCB0.

3 При заданном токе коллектора и токе базы, равном нулю, Uкэо, UСЕО;

при заданном токе коллектора и сопротивлении в цепи база-эмиттер, UR, UR.

при заданном токе коллектора и коротком замыкании в цепи база-эмиттер, UкэК, US;

при заданном токе коллектора в заданном обратном напряжении эмиттер-база UКЭХ, UX.

60. Выходная мощность биполярного транзистора

D. Ausgangsleistung

E. Output power

Рвых

Рout

Мощность, которую отдает транзистор в типовой схеме генератора (усилителя) на заданной частоте

61. Постоянная рассеиваемая мощность биполярного транзистора

D. Gesamtverlustleistung

E. Total input power (d.c.) to all electrodes

F. Puissance totale d’entrée (continúe) de toutes les electrodes

Р

Рtot

Суммарное значение постоянной мощности, рассеиваемой в транзисторе

62. Средняя рассеиваемая мощность биполярного транзистора

D Mittlere Verlustleistung

E. Total input power (average) to all electrodes

F. Puissance totale d’entrée (moyenne) de toutes les électrodes

Рср

РAV

Усредненное за период значение мощности, рассеиваемой в транзисторе

63. Импульсная рассеиваемая мощность биполярного транзистора

D. Impulsverlustleistung

E. Peak power dissipation

F. Puissance dissipée de crète

Ри

РМ

64. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора

D. Gleichstrom Kollektorverlustleistung

E. Collector (d.c.) power dissipation

F. Puissance dissipée (continue) au collecteur

РК

РС

Постоянное значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора

65. Средняя рассеиваемая мощность коллектора

D. Mittlere Kollektorverlustleistung

E. Collector (average) power dissipation

F. Ruissance dissipée (moyenne) au collecteur

РК.ср

Рс(AV)

Усредненное за период значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора

65a. Выходная мощность в пике огибающей биполярного транзистора

Е Peak envelope power

Рвых,п.о

 

Мощность двухтонового сигнала в нагрузке биполярного транзистора, равная мощности однотонового, имеющего ту же амплитуду, что и двухтоновый сигнал в пике огибающей.

Примечание. Под двухтоновым сигналом понимают сигнал, состоящий из двух синусоидальных сигналов равной амплитуды с разными частотами

65б. Коэффициент комбинационных составляющих третьего порядка биполярного транзистора

Е Third order intermodulation products factor

М3

 

Отношение наибольшей амплитуды напряжения комбинационной составляющей третьего порядка спектра выходного сигнала к амплитуде основного тона при подаче на вход биполярного транзистора двухтонового сигнала равных амплитуд

65в. Коэффициент комбинационных составляющих пятого порядка биполярного транзистора

Е Fifth order intermodulation products factor

Термины, относящиеся к максимально допустимым параметрам**

М5

 

Отношение наибольшей амплитуды напряжения комбинационной составляющей пятого порядка спектра выходного сигнала к амплитуде основного тона при подаче на вход биполярного транзистора двухтонового сигнала равных амплитуд

66. Максимально допустимый постоянный ток коллектора

D. Maximal zulässiger Kollektorgleichstrom

E. Maximum collector (d.с.) current

F. Courant continu de collecteur maximal

IКmax

IСmax

67. Максимально допустимый постоянный ток эмиттера

D. Maximal zulässiger Emittergleichstrom

E. Maximum emitter (d.c.) current

F. Courant continu d’emetteur maximal

IЭmax

IЕmax

68. Максимально допустимый постоянный ток базы

D. Maximal zulässiger Basisgleichstrom

E. Maximum base (d.c.) current

F. Courant continu de base maximal

IБmax

IВmax

69. Максимально допустимый импульсный ток коллектора

D. Maximal zulässiger Kollektorimpulsstrom

E. Maximum peak collector current

F. Courant de crête de collecteur maximal

IК,и max

IСМmax

70. Максимально допустимый импульсный ток эмиттера

D. Maximal zulässiger Emitterimpulsstrom

E. Maximum peak emitter current

F. Courant de crête d’emetteur maximal

IЭ,и max

IЕМmax

71. Максимально допустимый постоянный ток коллектора в режиме насыщения

E. Maximum saturation collector current

F. Courant de saturation collecteur maximal

IК нас max

IС sat max

72. Максимально допустимый постоянный ток базы в режиме насыщения

E. Maximum saturation base current

F. Courant de saturation base maximal

IБ нас max

IВ sat max

73. Максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база

D. Maximal zulässige Emitter-Basis-Gleichspannung

E. Maximum emitter-base (d.c.) voltage

F. Tension continue émetteur-base maximale

IЭБ max

IЕВ max

74. Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-база

D. Maximal zulässige Kollektor-Basic-Gleichspannung

E. Maximum collector-base (d.c.) voltage

F. Tension continue collecteur-base maximale

UКБ max

UСВ max

75. Максимально допустимое постоянное напряжение коллектора-эмиттер

D. Maximal zulässige Kollektor-Emitter-Gleichspannung

E. Maximum collector-emitter (d.c.) voltage

F. Tension continue collecteur-émetteur maximale

UКЭ max

UСЕ max

76. Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-эмиттер

D. Maximal zulässige Kollektor-Emitter-Impulsspannung

E. Maximum peak collector-emitter voltage

F. Tension de crête collecteur-émetteur maximale

UКЭ, и max

UСЕМ max

77. Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-база

D. Maximal zulässige Kollektor-Basis-Impulsspannung

E. Maximum peak collector-base voltage

F. Tension de crête collector-base maximale

UКБ, и max

UСВМ max

78. Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора

D. Maximal zulässige Kollektorverlustleistung

E. Maximum collector power dissipation (d.c.)

F. Puissance dissipée au collecteur (continue) maximale

РК max

РC max

79. Максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность коллектора

E. Maximum collector power dissipation (average)

F. Puissance dissipée au collecteur (moyenne) maximale

РК, ср max

80. Максимально допустимая импульсная рассеиваемая мощность биполярного транзистора

D. Maximal zulässige Impulsverlustleistung

E. Maximum peak power dissipation

F. Puissance dissipée de crête maximale

Ри max

РМ max

Напряжение — баз — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Напряжение — баз

Cтраница 2

Ток эмиттера определяется в основном напряжением база — эммиттер и очень слабо зависит от напряжения на коллекторе. Отсюда следует, что и ток коллектора 1К а / э очень слабо зависит от напряжения коллектор — эмиттер.  [16]

По входной статической ВАХ транзистора определяется напряжение база — эмиттер 1 / БЭ 0 5 В.  [17]

Rs, где вэ — — переменная составляющая напряжения база — эмиттер; — переменная составляющая эмиттерного тока; i3 — R3 — падение напряжения, представляющее собой напряжение обратной сязи ыос, пропорциональное току.  [18]

Дс максимально, падение на Д) минимально, напряжение база — эмиттер транзистора минимально, a R2 имеет наименьшее значение.  [19]

Как показано в [2], в необходимых случаях падение напряжения база — эмиттер может быть приближенно учтено без существенного усложнения методики расчета цепей смещения.  [21]

Входной сигнал не вызывает перегрузки, если напряжение на транзисторе ( напряжение база — коллектор) не становится ниже 0 2 — 0 3 в. Уменьшение до нуля этого напряжения приводит к росту базового тока, заряжающего переходной конденсатор, а при дальнейшем росте амплитуды входного сигнала коллекторный переход открывается и на выходе возникает блокирующий импульс обратной полярности.  [22]

На эквивалентной схеме рис. 134 эффект потенциального барьера учитывается током 1 А есееу пропорциональным напряжению база — коллектор.  [23]

При этом часто бывает так, что формирование задержки и фронта может происходить, когда напряжение база — эмиттер исследуемого транзистора не достигло своего порогового значения. В этом случае аппроксимация входной характеристики транзистора при расчете с помощью одной прямой может привести к существенной неточности.  [24]

Изменение прямого падения напряжения на диоде Д6 в зависимости от температуры компенсирует влияние температуры на напряжение база — эмиттер триада ПТ. Диод Д7 действует как шунтирующий вентиль для поддержания тока в нагрузке и дросселе фильтра, когда оба тиристора заперты. Он способствует поддержанию устойчивости всей схемы.  [26]

Очевидно, такая система чувствительна к допустимым производственным разбросам прямого падения напряжения на Д, напряжению база — эмиттер транзистора, а также к значению внутреннего сопротивления и напряжения источника Vs. Для транзистора с большим усилением ток базы 0 92 ма может включить 50 — 60 ма коллекторного тока; диод Д будет пропускать при этом ток до 60 ма. При таком токе прямое падение на нем составляет 0 7 в, и транзистор окажется смещенным в прямом направлении.  [27]

Характеристики германиевого ( МП41) и кремниевого ( П307) транзисторов, дающие зависимость коллекторного тока от напряжения база — эмиттер.  [28]

В момент освещения фотодиода ( при прохождении выреза диска перед фотодиодом) сопротивление последнего резко уменьшается, уменьшается напряжение база — эмиттер и триод ПТ-1 запирается. Это вызывает срабатывание триггера, собранного на триодах ПТ-2 и ПТ-3, и на выходе схемы возникает импульс, продолжительность которого определяется временем освещенности фотодиода.  [30]

Страницы:      1    2    3    4    5

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)

4.13.    Пробой транзисторов | Электротехника

На процессы в транзисторе существенное влияние оказывает напряжение на коллекторе. Такое влияние обусловлено следующим. При изменении напряжения изменяется толщина области объем­ного заряда коллекторного перехода и соответственно толщина базы, а при достаточно больших коллекторных напряжениях начинает сказываться лавинное размножение.

С повышением напряжения на коллекторе толщина базы ста­новится меньше, что приводит к увеличению градиента концент­рации носителей заряда в базе, к уменьшению времени, в течение которого носители находятся в базе и, следовательно, к уменьшению роли рекомбинации в базе. Это ведет к росту коэффициен­тов передачи  и .

Смыкание переходов

При достаточно больших напряжениях на коллекторном переходе область объемного заряда коллектор­ного перехода может достигнуть эмиттерного перехода – произойдет так называемое смыкание переходов. При этом по­тенциальный барьер эмиттерного перехода понижается, резко возрастает ток эмиттера, а значит, и ток коллектора. Таким образом, смы­кание переходов является одной из причин, ограничивающих напряже­ние коллектора.

Лавинный пробой транзистора в схеме с ОБ

Второй при­чиной, ограничивающей напряжение коллектора, является лавинное раз­множение. При этом существенную роль играет режим цепи базы. Если ток в цепи базы не ограничен, что наблюдается, например, в схеме с общей базой, то пробой транзисто­ров не отличается от пробоя полу­проводникового диода. В этом слу­чае в коллекторном переходе прои­зойдет лавинный пробой при про­бивном напряжении .

Лавинный пробой коллекторного перехода представляет собой обра­тимый процесс, если ограничить возрастающий при пробое ток. С увеличением тока коллектора при лавинном размножении лавинный пробой может перейти в тепловой пробой с появлением отрицательного дифференциаль­ного сопротивления на выходе транзистора. Этот переход к теп­ловому пробою наиболее вероятен в транзисторах, изготовлен­ных из германия (материала с малой шириной запрещенной зоны).

Пробой транзистора в схеме с ОЭ

Если ток базы зафиксирован (напри­мер, при разомкнутой цепи базы или при включении в нее доста­точно большого сопротивления), то в транзисторе начинает проявляться обратная связь. Образующиеся при лавинном раз­множении пары носителей заряда разделяются электрическим полем коллекторного перехода: неосновные для базы носители уходят в коллектор, а основные – в базу. Таким образом, в базе создается избыточный заряд основных носителей и соответственно изменяется ее потенциал. Получающееся при этом напряжение открывает эмиттерный переход и увеличивает ток эмиттера.

Если вывод базы отключен от схемы, т.е. ток базы равен нулю, то основные носители заряда, накопившиеся в базе, могут исчез­нуть только двумя путями: либо уйти в эмиттер, либо рекомбинировать с неосновными носителями, инжектированными эмиттером. Од­нако транзистор делают так, что вероятность этих событий довольно мала.. Из эмиттера в базу проходит гораздо больше носителей, чем из базы в эмиттер, и носители, инжек­тированные в базу, почти не рекомбинируя, доходят до коллектора. Следовательно, каждый основной носитель, оказавшийся в базе в результате ударной иониза

ции в коллекторном переходе, вызовет инжекцию из эмиттера в базу большого числа неосновных носителей, что и приведет к существенному росту тока коллектора.

Пробивное напряжение коллектор-эмиттер при  = 0 мо­жет быть значительно меньше пробивного напряжения коллектор-база при = 0.

Отсюда можно сделать следующие практические выводы:

1) необходимо иметь в виду возможность пробоя тран­зистора, включенного по схеме с общим эмиттером, при значи­тельно меньших напряжениях, чем пробивное напряжение кол­лекторного перехода, если в цепь базы включено относительно большое сопротивление. Эти процессы будут обратимыми, если ток коллектора ограничен параметрами внешней схемы (например, сопротивлением нагрузки). В противном случае мощность, выделяющаяся в коллекторном перехо
де, может превысить допустимое значение, тогда произойдет необратимый тепловой пробой транзистора;

2) при включении транзистора в схему, находящуюся под напряжением (например, при измерении параметров транзисто­ров), вначале необходимо присоединить вывод базы, а затем вы­воды эмиттера и коллектора, чтобы не возникло условие нуле­вого тока базы

Вторичный пробой

Под вторичным пробоем понимают явле­ния, связанные с разогревом коллекторного перехода и приводя­щие к резкому увеличению коллекторного тока при одновремен­ном уменьшении коллекторного напряжения. При вторичном про­бое транзистора, как и при тепловом пробое диода, происходит шнурование тока, проходящего через коллекторный переход. Шнурование тока связано с наличием различного рода дефек­тов на поверхности и в объеме транзисторной структуры, которые могут приводить к локальному увеличению плотности тока через коллекторный переход.

Локальное увеличение плотности тока приводит к локальному разогреву участка коллекторного перехода и может вызвать его расплавление. В этом случае расплав полупроводника коллекторной области проникает в базу и достигает эмиттерной области. Эмиттерная и коллекторная области соединяются перемычкой такого же типа проводимости. При исследовании такого транзистора выпрямляющие свойства переходов остаются, а эмиттер соединяется с коллектором накоротко.

Работа биполярного транзистора. | Для дома, для семьи

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем разбираться с устройством и работой биполярного транзистора.
В предыдущей части мы узнали как устроен транзистор, в общих чертах рассмотрели технологии изготовления германиевых и кремниевых транзисторов и разобрались как они маркируются.

Сегодня мы проведем несколько опытов и убедимся, что биполярный транзистор действительно состоит из двух диодов, включенных встречно, и что транзистор является усилителем сигнала.

Нам понадобится маломощный германиевый транзистор структуры p-n-p из серии МП39 – МП42, лампа накаливания, рассчитанная на напряжение 2,5 Вольта и источник питания на 4 – 5 Вольт. Вообще, для начинающих радиолюбителей я рекомендую собрать небольшой регулируемый блок питания, с помощью которого Вы будете питать свои конструкции.

1. Транзистор состоит из двух диодов.

Чтобы убедиться в этом, соберем небольшую схему: базу транзистора VT1 соединим с минусом источника питания, а вывод коллектора с одним из выводов лампы накаливания EL. Теперь если второй вывод лампы соединить с плюсом источника питания, то лампочка загорится.

Лампочка загорелась потому, что на коллекторный переход транзистора мы подали прямое — пропускное напряжение, которое открыло коллекторный переход и через него потек прямой ток коллектора . Величина этого тока зависит от сопротивления нити накала лампы и внутреннего сопротивления источника питания.

А теперь рассмотрим эту же схему, но транзистор изобразим в виде пластины полупроводника.

Основные носители заряда в базе электроны, преодолевая p-n переход, попадают в дырочную область коллектора и становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны базы поглощаются основными носителями в дырочной области коллектора дырками. Таким же образом дырки из области коллектора, попадая в электронную область базы, становятся неосновными и поглощаются основными носителями заряда в базе электронами.

На контакт базы, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, будет поступать практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов из области базы. А контакт коллектора, соединенный с положительным полюсом источника питания через нить накала лампы, способен принять такое же количество электронов, благодаря чему будет восстанавливаться концентрация дырок в области базы.

Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через коллекторный переход будет течь ток коллектора . И чем больший будет этот ток, тем ярче будет гореть лампа.

Лампочка будет гореть и в случае, если ее включить в цепь эмиттерного перехода. На рисунке ниже показан именно этот вариант схемы.

А теперь немного изменим схему и базу транзистора VT1 подключим к плюсу источника питания. В этом случае лампа гореть не будет, так как p-n переход транзистора мы включили в обратном направлении. А это значит, что сопротивление p-n перехода стало велико и через него течет лишь очень малый обратный ток коллектора Iкбо не способный раскалить нить накала лампы EL. В большинстве случаев этот ток не превышает нескольких микроампер.

А чтобы окончательно убедиться в этом, опять рассмотрим схему с транзистором, изображенным в виде пластины полупроводника.

Электроны, находящиеся в области базы, переместятся к плюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода. Дырки, находящиеся в области коллектора, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Но, так как в каждой из областей базы и коллектора присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через коллекторный переход будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и этого тока не будет хватать, чтобы зажечь нить накала лампы.

2. Работа транзистора в режиме переключения.

Сделаем еще один опыт, показывающий один из режимов работы транзистора.
Между коллектором и эмиттером транзистора включим последовательно соединенные источник питания и ту же лампу накаливания. Плюс источника питания соединим с эмиттером, а минус через нить накала лампы с коллектором. Лампа не горит. Почему?

Все очень просто: если приложить напряжение питания между эмиттером и коллектором, то при любой полярности один из переходов окажется в прямом, а другой в обратном направлении и будет мешать прохождению тока. В этом не трудно убедиться, если взглянуть на следующий рисунок.

На рисунке видно, что эмиттерный переход база-эмиттер включен в прямом направлении и находится в открытом состоянии и готов принять неограниченное количество электронов. Коллекторный переход база-коллектор, наоборот, включен в обратном направлении и препятствует прохождению электронов к базе.

Отсюда следует, что основные носители заряда в области эмиттера дырки, отталкиваемые плюсом источника питания, устремляются в область базы и там взаимопоглощаются (рекомбинируют) с основными носителями заряда в базе электронами. В момент насыщения, когда с той и с другой стороны свободных носителей заряда не останется, их движение прекратится, а значит, перестает течь ток. Почему? Потому что со стороны коллектора не будет подпитки электронами.

Получается, что основные носители заряда в коллекторе дырки притянулись отрицательным полюсом источника питания, а некоторые из них взаимно поглотились электронами, поступающими со стороны минуса источника питания. А в момент насыщения, когда с обеих сторон не останется свободных носителей заряда, дырки, за счет своего преобладания в области коллектора, заблокируют дальнейший проход электронам к базе.

Таким-образом между коллектором и базой образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Конечно, благодаря магнитному полю и тепловому воздействию мизерный ток все же протекать будет, но сила этого тока так мала, что не способна раскалить нить накала лампы.

Теперь в схему добавим проволочную перемычку и ей замкнем базу с эмиттером. Лампочка, включенная в коллекторную цепь транзистора, опять не будет гореть. Почему?

Потому что при замыкании базы и эмиттера перемычкой коллекторный переход становится просто диодом, на который подается обратное напряжение. Транзистор находится в закрытом состоянии и через него идет лишь незначительный обратный ток коллектора Iкбо.

А теперь схему еще немного изменим и добавим резистор сопротивлением 200 – 300 Ом, и еще один источник напряжения в виде пальчиковой батарейки.
Минус батарейки соедините через резистор с базой транзистора, а плюс батарейки с эмиттером. Лампа загорелась.

Лампа загорелась потому, что мы подключили батарейку между базой и эмиттером, и тем самым подали на эмиттерный переход прямое отпирающее напряжение. Эмиттерный переход открылся и через него пошел прямой ток, который открыл коллекторный переход транзистора. Транзистор открылся и по цепи эмиттер-база-коллектор потек коллекторный ток , во много раз больший тока цепи эмиттер-база. И благодаря этому току лампочка загорелась.

Если же мы поменяем полярность батарейки и на базу подадим плюс, то эмиттерный переход закроется, а вместе с ним закроется и коллекторный переход. Через транзистор потечет обратный коллекторный ток Iкбо и лампочка потухнет.

Резистор ограничивает ток в базовой цепи. Если ток не ограничивать и на базу подать все 1,5 вольта, то через эмиттерный переход потечет слишком большой ток, в результате которого может произойти тепловой пробой перехода и транзистор выйдет из строя. Как правило, для германиевых транзисторов отпирающее напряжение составляет не более 0,2 вольта, а для кремниевых не более 0,7 вольта.

И опять разберем эту же схему, но транзистор представим в виде пластины полупроводника.

При подаче отпирающего напряжения на базу транзистора открывается эмиттерный переход и свободные дырки из эмиттера начинают взаимопоглощаться с электронами базы, создавая небольшой прямой базовый ток .

Но не все дырки, вводимые из эмиттера в базу, рекомбинируют с ее электронами. Как правило, область базы делается тонкой, а при изготовлении транзисторов структуры p-n-p концентрацию дырок в эмиттере и коллекторе делают во много раз большей, чем концентрацию электронов в базе, поэтому лишь малая часть дырок поглощается электронами базы.

Основная же масса дырок эмиттера проходит базу и попадает под действие более высокого отрицательного напряжения действующего в коллекторе, и уже вместе с дырками коллектора перемещается к его отрицательному контакту, где и взаимопоглощается вводимыми электронами отрицательным полюсом источника питания GB.

В результате этого сопротивление коллекторной цепи эмиттер-база-коллектор уменьшится и в ней течет прямой коллекторный ток во много раз превышающий базовый ток цепи эмиттер-база.

Чем больше отпирающее напряжение на базе, тем больше дырок вводится из эмиттера в базу, тем значительнее ток в коллекторной цепи. И, наоборот, чем меньше отпирающее напряжение на базе, тем меньший ток в коллекторной цепи.

Если в момент работы транзистора в базовую и коллекторную цепи включить миллиамперметр, то при закрытом транзисторе токов в этих цепях практически не было бы.

При открытом же транзисторе ток базы составлял бы 2-3 mA, а ток коллектора был бы около 60 – 80 mA. Все это говорит о том, что транзистор может быть усилителем тока.

В этих опытах транзистор находился в одном из двух состояний: открытом или закрытом. Переключение транзистора из одного состояния в другое происходило под действием отпирающего напряжения на базе . Такой режим транзистора называют режимом переключения или ключевым. Такой режим работы транзистора используют в приборах и устройствах автоматики.

На этом закончим, а в следующей части разберем работу транзистора в режиме усиления на примере простого усилителя звуковой частоты, собранного на одном транзисторе.
Удачи!

Литература:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Е. Айсберг — Транзистор?.. Это очень просто! 1964г.

Emitter Voltage — обзор

Рассмотрим обычно используемую схему, показанную на рис. 4.14a. Мы опустили батарею и показали только клемму на 12 В; предполагается, что между клеммой и массой подключена батарея на 12 В. Это обычное дело в электронных схемах, поскольку для питания всех схем в электронном устройстве используется только одна батарея или один источник питания. Как показано на рисунке, напряжение смещения получается от общей шины 12 В, что устраняет необходимость в отдельной батарее смещения.Схема делителя напряжения R 1 и R 2 обеспечивает напряжение прямого смещения транзистора npn . Для прямого смещения базовое напряжение должно быть более положительным, чем напряжение эмиттера на 0,7 В. Следовательно, R E является частью цепи смещения, поскольку оно повышает напряжение эмиттера при протекании тока коллектора. Пока мы можем поддерживать базу на 0,7 В более положительной, чем эмиттер, транзистор правильно смещен.Кроме того, эта оригинальная компоновка из трех резисторов смещения также обеспечивает защиту транзистора от теплового разгона: мы знаем, что при повышении температуры кремниевого материала его сопротивление уменьшается, что, в свою очередь, вызывает увеличение тока в материале; цикл повторяется до тех пор, пока устройство не будет разрушено. Если это произойдет в схеме на рис. 4.14a, дополнительное падение напряжения из-за любого увеличения тока через R E уменьшает напряжение прямого смещения, тем самым уменьшая ток через транзистор и стабилизируя схему до того, как возникнет какое-либо повреждение. сделано.

Рис. 4.14. (a) транзисторный усилитель с самосмещением, (b) эквивалентный делитель напряжения Тевенина, (c) эквивалентная схема постоянного тока для установки рабочей точки постоянного тока, (d) характеристики коллектора транзистора. Показаны линия нагрузки и точка Q для схемы (а).

Пример 4.5

Перед тем, как сигнал может быть усилен, необходимо завершить проектирование постоянного тока, которое мы сейчас покажем для усилителя с заземленным эмиттером на рис. 4.14a. Линия нагрузки, которая должна быть наложена на характеристики коллектора, получается путем применения закона Кирхгофа по напряжению к выходному контуру на рис.4.14a, которое дает уравнение

(4.17) Ic = VCCRE + RL − 1RE + RLVce

Поскольку значения для V CC , R E и R L приняты в Схема рис. 4.14a, мы можем нарисовать линию нагрузки на выходных характеристиках. Теперь остается только установить точку Q (рабочая точка), которая должна быть выбрана в середине линии нагрузки, то есть I b ≈ 17 мкА.Чтобы разработать схему смещения, которая будет давать это значение, мы сначала найдем эквивалентную схему Тевенина для цепи смещения делителя напряжения. Это просто, если перерисовать делитель напряжения, как показано на рис. 4.14b. Заменив делитель напряжения на рис. 4.14a эквивалентом Тевенина, мы получим схему на рис. 4.14c, которую легче анализировать. Для входного контура теперь мы можем записать

(4,18) VTh = RThIb + Vbe + REIc

, где мы аппроксимировали ток эмиттера, протекающий через R E током коллектора, т.е.е., I e I c . Вышеупомянутое уравнение, которое имеет два неизвестных тока, можно дополнительно упростить, используя расчетное уравнение. (4.8) для BJT, который связывает два неизвестных как I c = βI b , чтобы получить базовый ток смещения как

(4,19) Ib = VTh − VbeβRE + RTh

Это расчетное уравнение для I b , которое будет использоваться для фиксации точки Q . R Th и V Th можно выбрать, выбрав R 1 и R 2 , V быть ≈ 0,7 В для кремниевых транзисторов, и β можно получить из характеристик коллектора. После определения I b , I c и V ce в рабочей точке можно найти из βI b и Eq.(4.17) или просто считывая значения I c , V ce из характеристик коллектора в рабочей точке. (Обратите внимание, что между усилителем из предыдущего раздела, рис. 4.13a и рис. 4.14c существует непрерывность. За исключением R E , они одинаковы, если V Th = V BB и R Th = R с .)

Давайте теперь проверим значения, приведенные на рис. 4.14a, и убедимся, что они действительно дают желаемую точку Q . В Th = (4 / (4 + 27)) × 12 = 1,55 В и R Th = 4,27 / (4 + 27) = 3,5 кОм. Коэффициент усиления β определяется путем нахождения отношения Δ I c / Δ I b с использованием графиков характеристик коллектора. Таким образом, около вершины β = Δ I c / Δ I b = (5.9 — 4,6) мА / (100 — 80) мкА = 65, а в нижней части графиков β = (2 — 1) / (0,04 — 0,02) = 50. Так как рабочая точка находится внизу На графиках мы используем β = 50 и получаем для I b = (1,55 — 0,7) В / (50,1 + 3,5) кОм = 16 мкА, что дает нам Q -точку около середины грузовой марки. Ток коллектора в точке Q равен I c = βI b = 50 · 16 = 0.8 мА и напряжение коллектор-эмиттер по формуле. (4,17) равно В ce = В CC I c ( R E + R L ) = 12 — 0,8 6) = 6,4 В. Эти значения сверяются со значениями, полученными путем считывания I c , V ce из характеристик коллектора в точке Q .

Напряжение на клеммах транзистора

Транзистор клеммы напряжения


напряжение питания полярности для npn и pnp транзисторы показаны на рисунках ниже.

Напряжение питания полярности для npn транзистора

npn-транзистор образован сэндвичем одного p-типа полупроводниковый слой между двумя n-типами полупроводниковые слои.

Полярность напряжения питания для npn-транзистора указана на рисунок ниже.

напряжение питания между базой и эмиттером обозначается как V BE .База смещена положительно по отношению к эмиттер и стрелка указывают от положительного основания к отрицательный эмиттер. Направление стрелки обозначает направление тока поток.

напряжение питания между коллектором и базой обозначается Автор: V CB . Коллекционер настроен на более высокую положительный уровень, чем базовый, чтобы сохранить коллектор-базу соединение с обратным смещением.

Напряжение питания полярности для pnp транзистора

pnp-транзистор образован сэндвичем одиночного n-типа полупроводниковый слой между двумя полупроводниками p-типа слои.

Полярность напряжения питания для pnp-транзистора указана на рисунок ниже.

напряжение питания между базой и эмиттером обозначается как V BE .База смещена отрицательно по отношению к эмиттер и стрелка указывает от положительного эмиттера к отрицательной базе. Направление стрелки обозначает направление тока.

напряжение питания между коллектором и базой обозначается Автор: V CB . Коллекционер настроен на более высокую отрицательный уровень, чем базовый, чтобы сохранить коллектор-базу соединение с обратным смещением

Типичный напряжения для транзистора

База-излучатель напряжения (V

BE ) для npn и pnp транзисторов

транзистор обычно работает в активной области для усиления электрический ток.В активной области эмиттерный переход (J E ) имеет прямое смещение, а коллекторный переход (J C ) имеет обратное смещение.

типичное напряжение база-эмиттер (V BE ) для обоих npn и pnp транзисторы следующие:

Если транзистор изготовлен из кремниевого материала, Напряжение база-эмиттер (V BE ) будет равно 0.7 В.

Если транзистор изготовлен из германиевого материала, Напряжение база-эмиттер ( ВЕ ) составит 0,3 В.

Коллектор-база напряжения (В

CB ) для npn и pnp транзисторов

типовые напряжения коллектор-база (V CB ) для как npn, так и pnp транзисторы будут иметь напряжение от 3 В до 20 В.



Как рассчитать напряжения в транзисторах

Чтобы транзисторы работали правильно, правильные напряжение смещения и ток должны подаваться в правильных точках.Это напряжение смещения варьируется в зависимости от типа транзистора и используемых конструкционных материалов. Функция транзистора, будь то усилитель или переключатель, также будет определять количество напряжений, необходимых для достижения ожидаемых результатов. Множество используемых конфигураций транзисторов, работающих как переключатели или усилители, также играют роль в определении величины и направления напряжения, необходимого для нормальной работы транзистора.

Обратная связь и смещение

    Определите напряжения смещения базы, измерив разность напряжений между двумя концами базового резистора (Rb).Это должно быть равно напряжению питания (Vcc).

    Определите падение напряжения между переходами коллектора и эмиттера (Vce) транзистора по формуле Vce = Vcc — IcRc, где «Vce» — напряжение коллектора-эмиттера; «Vcc» — напряжение питания; и «IcRc» — это падение напряжения на базовом резисторе (Rb).

    Определите Vcc в цепи с обратной связью. Это можно сделать по формуле: Vcc = Vrc + Vrb + Vbe + (Ic + Ib) Rc + IbRb + Vbe, где «Vrc» — напряжение на резисторе коллектора; «Vrb» — это напряжение на резисторе базы (подключенном к базе) и переходе между резистором коллектора и коллектором транзистора; и «Vbe» — напряжение на базе и эмиттере транзистора.

Напряжения переключения

    Определите напряжения отключения и насыщения. Напряжение насыщения соответствует максимальному напряжению, проходящему через транзистор, в то время как напряжение отключения равно нулю, как показывает следующий расчет для насыщения: Vbb> IcRb / (Ic / Ib) + 0,7 В

    Определите напряжение отключения. Базовый ток должен быть равен нулю, и, следовательно, ток коллектора должен быть равен нулю, чтобы это утверждение было верным: Vce = Vcc.

    Постройте график линии нагрузки с «Ic» против «Vce», чтобы определить оптимальное рабочее напряжение, используя значения:

    Vce = 0, Ic = Vcc / RL Vce = Vcc = Ic = 0

    Средняя точка определяет оптимальное напряжение для работы транзистора.

Поваренная книга по биполярным транзисторам

— Часть 1


Биполярный транзистор является наиболее важным «активным» схемным элементом, используемым в современной электронике, и он составляет основу большинства линейных и цифровых ИС, операционных усилителей и т. Д. В своей дискретной форме он может функционировать либо как цифровой переключатель, либо как как линейный усилитель и доступен во многих формах низкой, средней и высокой мощности. В этом вводном эпизоде ​​основное внимание уделяется теории, характеристикам и конфигурациям схем транзисторов.Остальные семь частей серии представят широкий спектр практических схем применения биполярных транзисторов.

ОСНОВЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Биполярный транзистор (впервые изобретен в 1948 году) представляет собой трехконтактное устройство усиления тока (база, эмиттер и коллектор), в котором небольшой входной ток может управлять величиной гораздо большего выходного тока. Термин «биполярный» означает, что устройство изготовлено из полупроводниковых материалов, в которых проводимость зависит как от положительных, так и от отрицательных (основных и неосновных) носителей заряда.

Обычный транзистор изготовлен из трехслойного полупроводникового материала n-типа и p-типа, с базовым или «управляющим» выводом, подключенным к центральному слою, а выводы коллектора и эмиттера подключены к внешним слоям. Если он использует многослойную конструкцию n-p-n, как на рис. 1 (a) , он известен как транзистор n-pn и использует стандартный символ на рис. 1 (b) .

РИСУНОК 1. Базовая конструкция (a) и обозначение (b) npn-транзистора.


Если он использует структуру p-n-p, как на рис. 2 (a) , он известен как транзистор pnp и использует символ на рис. 2 (b) .

РИСУНОК 2. Базовая конструкция (a) и обозначение (b) pnp-транзистора.


При использовании для транзисторов npn и pnp требуется источник питания соответствующей полярности, как показано на рис. 3 .

РИСУНОК 3. Подключения полярности к (a) npn-транзисторам и (b) pnp-транзисторам.


Устройству npn требуется источник питания, который делает коллектор положительным по отношению к эмиттеру — его выходной ток или ток сигнала главной клеммы (I c ) протекает от коллектора к эмиттеру, а его амплитуда регулируется входным «управляющим» током ( I b ), который течет от базы к эмиттеру через внешний токоограничивающий резистор (R b ) и положительное напряжение смещения. Транзистору pnp требуется отрицательное питание — ток его основного вывода течет от эмиттера к коллектору и управляется входным током эмиттер-база, который течет до отрицательного напряжения смещения.

В первые годы использования биполярных транзисторов большинство транзисторов были изготовлены из германиевых полупроводниковых материалов. У таких устройств было много практических недостатков: они были хрупкими, чрезмерно чувствительными к температуре, с электронным шумом и очень низкими показателями мощности. Германиевые транзисторы уже устарели. Практически все современные биполярные транзисторы изготовлены из кремниевых полупроводниковых материалов. Такие устройства надежны, обладают хорошей мощностью, не слишком чувствительны к температуре и генерируют незначительный электронный шум.

Сегодня доступно очень большое количество превосходных типов кремниевых биполярных транзисторов. На рис. 4 перечислены основные характеристики двух типичных маломощных типов общего назначения — 2N3904 (npn) и 2N3906 (pnp), каждый из которых размещен в пластиковом корпусе TO-92 и имеет штифт на нижней стороне. соединения показаны на схеме.

РИСУНОК 4. Общие характеристики и схема маломощных кремниевых транзисторов 2N3904 и 2N3906.


Обратите внимание, при чтении списка Рисунок 4 , что V CEO (max) — это максимальное напряжение, которое может быть приложено между коллектором и эмиттером, когда база разомкнута, а V CBO (max) — максимальное напряжение, которое может быть приложено между коллектором и базой при разомкнутой цепи эмиттера. I C (max) — это максимальный средний ток, который может протекать через клемму коллектора устройства, а P T (max) — максимальная средняя мощность, которую устройство может рассеять без использования внешний радиатор, при нормальной комнатной температуре.

Одним из наиболее важных параметров транзистора является его коэффициент передачи прямого тока, или h fe — это коэффициент усиления по току или отношение выходного / входного тока устройства (обычно от 100 до 300 в двух перечисленных устройствах). Наконец, цифра f T указывает доступное произведение коэффициента усиления / ширины полосы частот устройства, т. Е. Если транзистор используется в конфигурации обратной связи по напряжению, которая обеспечивает усиление по напряжению x100, ширина полосы составляет 1/100 от f T цифра, но если коэффициент усиления по напряжению уменьшается до x10, ширина полосы увеличивается до f T /10 и т. Д.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА

Чтобы получить максимальное значение от транзистора, пользователь должен понимать как его статические (постоянный ток), так и динамические (переменный ток) характеристики. На рисунке 5 показаны статические эквивалентные схемы npn- и pnp-транзисторов.

РИСУНОК 5. Статические эквивалентные схемы npn- и pnp-транзисторов.


Стабилитрон неизбежно формируется каждым из np- или pn-переходов транзистора, и, таким образом, транзистор (в статических терминах) равен паре обратно соединенных стабилитронов, подключенных между выводами коллектора и эмиттера, с выводом базы. подключены к их «общей» точке.В большинстве маломощных транзисторов общего назначения переход база-эмиттер имеет типичное значение стабилитрона в диапазоне от 5 В до 10 В — типичное значение стабилитрона перехода база-коллектор находится в диапазоне от 20 В до 100 В.

Таким образом, переход база-эмиттер транзистора действует как обычный диод при прямом смещении и как стабилитрон при обратном смещении. В кремниевых транзисторах смещенный в прямом направлении переход пропускает небольшой ток, пока напряжение смещения не возрастет примерно до 600 мВ, но при превышении этого значения ток быстро увеличивается.При прямом смещении фиксированным током прямое напряжение перехода имеет тепловой коэффициент около -2 мВ / 0 C. Когда транзистор используется с разомкнутой схемой эмиттера, переход база-коллектор действует так же. описан, но имеет большее значение стабилитрона. Если транзистор используется с разомкнутой базой, путь коллектор-эмиттер действует как стабилитрон, включенный последовательно с обычным диодом.

Динамические характеристики транзистора можно понять с помощью , рис. 6, , на котором показаны типичные характеристики прямого перехода маломощного кремниевого npn-транзистора с номинальным значением 100 h fe (коэффициент усиления по току).

РИСУНОК 6. Типичные передаточные характеристики маломощных npn-транзисторов со значением h fe , равным 100 номиналу.


Таким образом, когда ток базы (I b ) равен нулю, транзистор пропускает только небольшой ток утечки. Когда напряжение коллектора превышает несколько сотен милливольт, ток коллектора почти прямо пропорционален токам базы и мало зависит от значения напряжения коллектора. Таким образом, устройство может использоваться в качестве генератора постоянного тока, подавая фиксированный ток смещения в базу, или может использоваться в качестве линейного усилителя путем наложения входного сигнала на номинальный входной ток.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Транзистор может использоваться во множестве различных конфигураций основных схем, и оставшаяся часть этого вступительного эпизода представляет собой краткое изложение наиболее важных из них. Обратите внимание, что хотя все схемы показаны с использованием транзисторов типа npn, их можно использовать с типами pnp, просто изменив полярность схемы и т. Д.

ДИОД И ЦЕПИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

Переход база-эмиттер или база-коллектор кремниевого транзистора может использоваться как простой диод или выпрямитель, или как стабилитрон, используя его с соответствующей полярностью. На рисунке 7 показаны два альтернативных способа использования npn-транзистора в качестве простого диодного зажима, который преобразует прямоугольный входной сигнал, связанный по переменному току, в прямоугольный выходной сигнал, который колеблется между нулем и положительным значением напряжения, т. Е. Который «фиксирует» выходной сигнал. к нулевой контрольной точке либо через внутреннюю базу-эмиттер транзистора, либо через «диодный» переход база-коллектор.

РИСУНОК 7. Схема ограничивающего диода, использующая npn-транзистор в качестве диода.


На рисунке 8 показан npn-транзистор, используемый в качестве стабилитрона, который преобразует нерегулируемое напряжение питания в стабилизированный выходной сигнал с фиксированным значением с типичным значением в диапазоне от 5 В до 10 В, в зависимости от конкретного транзистора. Для этого применения подходит только переход база-эмиттер транзистора с обратным смещением. Если используется переход база-коллектор с обратным смещением, значение стабилитрона обычно возрастает до диапазона 30–100 В, и транзистор может самоуничтожиться (из-за перегрева) при довольно низких уровнях тока стабилитрона.

РИСУНОК 8. Транзистор, используемый в качестве стабилитрона.


На рисунке 9 показан транзистор, используемый в качестве простого электронного переключателя или цифрового инвертора. Его база приводится в действие (через R b ) цифровым входом с нулевым или положительным значением напряжения, а нагрузка R L подключается между коллектором и положительной шиной питания. Когда входное напряжение равно нулю, транзистор отключен и через нагрузку протекает нулевой ток, поэтому между коллектором и эмиттером появляется полное напряжение питания.Когда на входе высокий уровень, транзисторный ключ полностью включен (насыщен), и в нагрузке протекает максимальный ток, и между коллектором и эмиттером вырабатывается всего несколько сотен милливольт. Таким образом, выходное напряжение представляет собой инвертированную форму входного сигнала.

РИСУНОК 9. Транзисторный переключатель или цифровой инвертор.


Базовая схема Figure 9 предназначена для использования в качестве простого цифрового переключателя или инвертора, управляющего чисто резистивной нагрузкой.Его можно использовать в качестве электронного переключателя, который приводит в действие катушку реле или другую высокоиндуктивную нагрузку (например, двигатель постоянного тока), подключив его, как показано на рис. 10 , рис. 10 , в котором диоды D1 и D2 защищают транзистор от переключателя высокой мощности. — индуцированные обратные ЭДС от индуктивной нагрузки в момент отключения питания.

РИСУНОК 10. Транзисторный переключатель (цифровой инвертор), управляющий катушкой реле (или другой индуктивной нагрузкой).


ЦЕПИ ЛИНЕЙНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Транзистор можно использовать в качестве линейного усилителя тока или напряжения, подав соответствующий ток смещения в его базу, а затем подав входной сигнал между соответствующей парой клемм.В этом случае транзистор может использоваться в любом из трех основных режимов работы, каждый из которых обеспечивает уникальный набор характеристик. Эти три режима известны как «общий эмиттер» (, рисунок 11, ), «общая база» (, рисунок 12, ) и «общий коллектор» (, рисунки 13 и 14, ).

В схеме с общим эмиттером (которая показана в очень простой форме на , рис. 11, ), резистивная нагрузка R L подключена между коллектором транзистора и положительной линией питания, а ток смещения подается в базу через резистор R b , значение которого выбирается для установки коллектора на значение половины напряжения покоя (для обеспечения максимальных неискаженных колебаний выходного сигнала).Входной сигнал подается между базой транзистора и эмиттером через конденсатор C, а выходной сигнал (который инвертирован по фазе относительно входа) принимается между коллектором и эмиттером. Эта схема дает среднее значение входного импеданса и довольно высокий общий коэффициент усиления по напряжению.

РИСУНОК 11. Линейный усилитель с общим эмиттером.


В схеме с общей базой на рис. 12 база смещена через R b и развязана по переменному току (или заземлена по переменному току) через конденсатор C b .Входной сигнал эффективно применяется между эмиттером и базой через C1, а усиленный, но не инвертированный выходной сигнал эффективно берется между коллектором и базой. Эта схема отличается хорошим коэффициентом усиления по напряжению, почти единичным коэффициентом усиления по току и очень низким входным сопротивлением.

РИСУНОК 12. Линейный усилитель с общей базой.


В цепи общего коллектора постоянного тока на рис. 13 коллектор закорочен на низкоомную положительную шину питания и, таким образом, фактически находится на уровне импеданса «виртуальной земли».Входной сигнал подается между базой и землей (виртуальный коллектор), а неинвертированный выход берется между эмиттером и землей (виртуальный коллектор). Эта схема дает почти единичный общий коэффициент усиления по напряжению, а ее выход «следует» за входным сигналом. Таким образом, он известен как повторитель постоянного напряжения (или эмиттерный повторитель) и имеет очень высокий входной импеданс (равный произведению значений R L и h fe ).

РИСУНОК 13. Линейный усилитель постоянного тока с общим коллектором или повторитель напряжения.


Обратите внимание, что приведенная выше схема может быть модифицирована для использования переменного тока, просто смещая транзистор на половину напряжения питания и связывая входной сигнал с базой по переменному току, как показано в базовой схеме на рис. R1-R2 обеспечивает смещение половинного напряжения питания.

РИСУНОК 14. Усилитель с общим коллектором переменного тока или повторитель напряжения.


Диаграмма на Рис. 15 суммирует рабочие характеристики трех основных конфигураций усилителя.Таким образом, усилитель с общим коллектором дает почти единичный общий коэффициент усиления по напряжению и высокий входной импеданс, в то время как усилители с общим эмиттером и общей базой дают высокие значения усиления по напряжению, но имеют значения входного сопротивления от среднего до низкого.

РИСУНОК 15. Сравнительные характеристики трех основных схемных конфигураций.


ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Рисунок 16 показывает — в базовой форме — как пару усилителей основного типа Рисунок 11 можно соединить вместе, чтобы образовать «дифференциальный» усилитель или «длиннохвостую пару», которая выдает пропорциональный выходной сигнал. на разницу между двумя входными сигналами.В этом случае Q1 и Q2 имеют общий эмиттерный резистор («хвост»), а схема смещена (через R1-R2 и R3-R4), так что два транзистора пропускают идентичные токи коллектора (таким образом, обеспечивая нулевую разницу между токами коллектора). два напряжения коллектора) в условиях покоя с нулевым входом.

РИСУНОК 16. Дифференциальный усилитель или длиннохвостая пара.


Если в приведенной выше схеме возрастающее входное напряжение подается только на вход одного транзистора, это приводит к падению выходного напряжения этого транзистора и (в результате действия связи эмиттера) вызывает выходное напряжение другого транзистора. транзистор поднимается на аналогичную величину, что дает большое дифференциальное выходное напряжение между двумя коллекторами.С другой стороны, если на входы обоих транзисторов подаются идентичные сигналы, оба коллектора будут перемещаться на одинаковые величины, и, таким образом, схема будет производить нулевой дифференциальный выходной сигнал. Таким образом, схема выдает выходной сигнал, пропорциональный разнице между двумя входными сигналами.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДАРЛИНГТОНА

Входное сопротивление схемы эмиттерного повторителя Рис. 13 равно произведению значений R L и значений h fe транзистора — если требуется сверхвысокий входной импеданс, его можно получить, заменив одиночный транзистор на пара транзисторов, подключенных по схеме «Дарлингтон» или «Супер-Альфа», как показано на Рис. 17 .Здесь эмиттерный ток входного транзистора подается непосредственно на базу выходного транзистора, и пара действует как один транзистор с общим значением h fe , равным произведению двух отдельных значений hfe, т. Е. Если каждое из них Транзистор имеет значение h fe , равное 100, пара действует как одиночный транзистор с h fe , равным 10 000, а полная схема имеет входное сопротивление 10 000 x R L .

РИСУНОК 17. Эмиттерный повторитель Дарлингтона или Супер-Альфа постоянного тока.


ЦЕПИ МУЛЬТИВИБРАТОРА

Мультивибратор — это, по сути, цифровая схема с двумя состояниями, которая может переключаться из состояния с высоким выходом в состояние с низким выходом или наоборот, с помощью сигнала запуска, который может быть получен от внешнего источника или с помощью автоматического или срабатывающий механизм синхронизации. Транзисторы могут использоваться в четырех основных типах схем мультивибратора, как показано на рис. 18–21 .

Схема , рис. 18, , представляет собой простой бистабильный мультивибратор с перекрестной связью, запускаемый вручную, в котором смещение базы каждого транзистора происходит от коллектора другого, так что один транзистор автоматически отключается при включении другого. , наоборот.

РИСУНОК 18. Бистабильный мультивибратор с ручным запуском.


Таким образом, выходной сигнал может быть понижен путем кратковременного отключения Q2 через S2, таким образом закорачивая путь Q2 база-эмиттер. Когда Q2 отключает привод базы питания R2-R4 на базу Q1, схема автоматически блокируется в этом состоянии до тех пор, пока Q1 не будет аналогичным образом отключен через S1, после чего выход снова блокируется в высоком состоянии и так до бесконечности.

На рисунке 19 показан — в базовой форме — моностабильный мультивибратор или схема генератора однократных импульсов.Его выход (от коллектора Q1) обычно низкий, так как Q1 обычно смещается через R5, но переключается на высокий уровень в течение заданного периода (определяемого значениями компонентов C1-R5), если Q1 на короткое время выключается кратковременным закрытием кнопки « Пуск »переключатель S1.

РИСУНОК 19. Моностабильный мультивибратор с ручным запуском.


Фактический период времени моностабильности начинается при отпускании кнопочного переключателя «Пуск» и имеет период (P) приблизительно 0.7 x C1 x R5, где P выражено в мкСм, C в мкФ, а R в килом.

На рисунке 20 показан нестабильный мультивибратор или автономный генератор прямоугольной волны, в котором периоды включения и выключения прямоугольной волны определяются значениями компонентов C1-R4 и C2-R3. По сути, эта схема действует как пара перекрестно связанных моностабильных схем, которые последовательно автоматически запускают друг друга. Если периоды синхронизации C1-R4 и C2-R3 идентичны, схема генерирует свободный прямоугольный выходной сигнал.Если два периода синхронизации не идентичны, схема генерирует асимметричный выходной сигнал.

РИСУНОК 20. Нестабильный мультивибратор или автономный прямоугольный генератор.


Наконец, На рисунке 21 показан базовый триггер Шмитта или схема преобразователя синусоидального сигнала в прямоугольный. Действие схемы здесь таково, что Q2 внезапно переключается из состояния «включено» в состояние «выключено» или наоборот, когда база Q1 поднимается выше или ниже заранее определенных уровней «триггерного» напряжения.

РИСУНОК 21. Триггер Шмитта или преобразователь синусоидального сигнала в прямоугольный.


Если на вход схемы подается синусоидальный сигнал разумной амплитуды, схема, таким образом, генерирует выходной сигнал симпатической прямоугольной формы. NV


Основы работы с транзисторами

Основы работы с транзисторами

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

ТРАНЗИСТОРЫ

В.Райан 2002 — 09

ФАЙЛ PDF — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПЕЧАТНОЙ ВЕРСИИ РАБОЧАЯ ТАБЛИЦА НА ОСНОВЕ УПРАЖНЕНИЯ НИЖЕ

Транзисторы можно рассматривать как разновидность переключателя, так как может много электронных компонентов. Они используются в различных схемах и вы обнаружите, что схема, построенная в школе, Технологический отдел не содержит хотя бы одного транзистора.Они есть центральный в электронике и бывает двух основных типов; НПН и ПНП. Наиболее схемы обычно используют NPN. Существуют сотни работающих транзисторов. при разных напряжениях, но все они попадают в эти две категории.

ДВА ПРИМЕРА РАЗЛИЧНЫЕ ФОРМЫ ТРАНЗИСТОРА

Транзисторы бывают разной формы, но у них есть три отведения (ножки).
BASE — вывод, отвечающий за активацию транзистора.
КОЛЛЕКТОР — положительный вывод.
ЭМИТТЕР — это отрицательный вывод.
На схеме ниже показан символ транзистора NPN . Они не всегда располагайте так, как показано на схемах слева и справа, хотя вкладка на типе, показанном слева, обычно находится рядом с эмиттер.

Выводы на транзистор не всегда может быть в таком расположении. При покупке транзистор, в направлениях обычно четко указывается, какой вывод является БАЗА, ЭМИТТЕР или КОЛЛЕКТОР.

ПРОСТОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРА

ДИАГРАММА ‘A’

ДИАГРАММА ‘B’

На схеме A показан NPN-транзистор, который часто используется как переключатель.Небольшой ток или напряжение на база позволяет большему напряжению проходить через два других вывода (от коллектора к эмиттеру ).

Схема, показанная на схеме B , основана на транзисторе NPN. При нажатии переключателя ток проходит через резистор в база транзистора. Затем транзистор пропускает ток. течет с +9 вольт на 0вс, и лампа загорается.

Транзистор должен получить напряжение на своей базе и до тех пор, пока это случается лампа не горит.

Резистор присутствует для защиты транзистора, так как они могут быть повреждены легко из-за слишком высокого напряжения / тока. Транзисторы необходимы компонент во многих схемах и иногда используется для усиления сигнала.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ТРАНЗИСТОРЫ (ПАРЫ ДАРЛИНГТОНА)

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ УКАЗАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНИКИ СТР.

Что такое транзистор? Определение, символ, клеммы и условия эксплуатации

Определение: Транзистор — это полупроводниковое устройство, которое передает слабый сигнал от цепи с низким сопротивлением к цепи с высоким сопротивлением.Слова trans означают свойство передачи и istor означают свойство сопротивления , предлагаемое соединениям. Другими словами, это переключающее устройство, которое регулирует и усиливает электрический сигнал, например напряжение или ток.

Транзистор состоит из двух диодов PN, соединенных спина к спине. Он имеет три вывода: эмиттер, базу и коллектор. Основа — это средняя часть, состоящая из тонких слоев. Правая часть диода называется эмиттерным диодом, а левая часть — коллекторно-базовым диодом.Эти имена даны по общему выводу транзистора. Эмиттерный переход транзистора подключен к прямому смещению, а переход коллектор-база подключен к обратному смещению, что обеспечивает высокое сопротивление.

Символы транзисторов

Существует два типа транзисторов, а именно транзистор NPN и транзистор PNP. Транзистор, который имеет два блока из полупроводникового материала n-типа и один блок из полупроводникового материала P-типа, известен как транзистор NPN.Точно так же, если материал имеет один слой материала N-типа и два слоя материала P-типа, то он называется транзистором PNP. Символ NPN и PNP показан на рисунке ниже.

Стрелка в символе указывает направление протекания обычного тока в эмиттере с прямым смещением, приложенным к переходу эмиттер-база. Единственная разница между транзисторами NPN и PNP заключается в направлении тока.

Клеммы транзистора

Транзистор имеет три вывода: эмиттер, коллектор и базу.Клеммы диода подробно описаны ниже.

Эмиттер — Секция, которая снабжает большую часть основного носителя заряда, называется эмиттером. Эмиттер всегда подключен с прямым смещением по отношению к базе, так что он подает основной носитель заряда на базу. Переход эмиттер-база вводит большое количество основных носителей заряда в базу, потому что она сильно легирована и имеет умеренный размер.

Коллектор — Секция, которая собирает большую часть основного носителя заряда, подаваемого эмиттером, называется коллектором.Коллектор-база всегда имеет обратное смещение. Его основная функция заключается в удалении большинства зарядов из соединения с базой. Коллекторная часть транзистора умеренно легирована, но больше по размеру, так что она может собирать большую часть носителей заряда, подаваемых эмиттером.

База — Средняя часть транзистора называется базой. База образует две цепи: входную цепь с эмиттером и выходную цепь с коллектором. Цепь эмиттер-база смещена в прямом направлении и обеспечивает низкое сопротивление цепи.Коллектор-база имеет обратное смещение и обеспечивает более высокое сопротивление цепи. База транзистора слегка легирована и очень тонкая, из-за чего основной носитель заряда подается на базу.

Работа транзистора

Обычно для изготовления транзисторов используется кремний из-за их высокого напряжения, большего тока и меньшей температурной чувствительности. Часть эмиттер-база, смещенная в прямом направлении, составляет базовый ток, протекающий через базовую область.Величина базового тока очень мала. Ток базы заставляет электроны перемещаться в область коллектора или создавать дыру в области базы.

База транзистора очень тонкая и слегка легированная, из-за чего в ней меньше электронов по сравнению с эмиттером. Несколько электронов эмиттера объединяются с отверстием в базовой области, а оставшиеся электроны перемещаются к области коллектора и составляют ток коллектора.Таким образом, можно сказать, что большой ток коллектора достигается за счет изменения базовой области.

Условия эксплуатации транзистора

Когда эмиттерный переход находится в прямом смещении, а коллекторный переход находится в обратном смещении, то говорят, что он находится в активной области. Транзистор имеет два перехода, которые могут быть смещены по-разному. Различная рабочая проводимость транзистора показана в таблице ниже.

Состояние Эмиттерный переход (EB) Коллекторный переход (CB) Область действия
FR С прямым смещением С обратным смещением Активным
FF Смещение вперед Смещение вперед Насыщенность
RR Обратносмещенный Обратносмещенный Отсечка
RF с обратным смещением с прямым смещением с обратным смещением

FR — В этом случае переход эмиттер-база подключен с прямым смещением, а переход коллектор-база подключен с обратным смещением.Транзистор находится в активной области, и ток коллектора зависит от тока эмиттера. Транзистор, который работает в этой области, используется для усиления.

FF — В этом состоянии оба разветвителя находятся в прямом смещении. Транзистор находится в состоянии насыщения, и ток коллектора перестает зависеть от тока базы. Транзисторы действуют как замкнутый переключатель.

RR Оба тока имеют обратное смещение. Эмиттер не подает основной носитель заряда на базу, и ток носителей не собирается коллектором.Таким образом, транзисторы действуют как замкнутый переключатель.

RF — Переход эмиттер-база находится в обратном смещении, а переход коллектор-база остается в прямом смещении. Поскольку коллектор слабо легирован по сравнению с эмиттерным переходом, он не подает основной носитель заряда на базу. Таким образом достигается плохая работа транзистора.

Транзисторы 101

Транзисторы 101 Изучение транзисторов
(через простую схему драйвера светодиода)

Светодиод

Светодиод — это устройство, показанное выше.Кроме того красные, они также могут быть желтыми, зелеными и синими. Буквы LED означают свет Излучающий диод. Что важно помнить о диодах (включая светодиоды) заключается в том, что ток может течь только в одном направлении.

Чтобы светодиод заработал, нужен источник питания и резистор. Если вы попытаетесь использовать светодиод без резистора, вы, вероятно, перегорите светодиод. Светодиод имеет очень маленькое сопротивление поэтому через него будет протекать большое количество тока, если вы не ограничите ток с резистором.Если вы попытаетесь использовать светодиод без источника питания, вы можете быть очень разочарованы.

Итак, в первую очередь сделаем наш Светодиод загорается при настройке схемы ниже.

Шаг 1.) Сначала вам нужно найти положительная нога светодиода. Самый простой способ сделать это — поискать нога, которая длиннее.

Шаг 2.) Как только вы узнаете, с какой стороны положительный, включите светодиод макет таким образом, положительный отрезок находится в одном ряду, а отрицательный — в другом. (На картинке ниже ряды вертикальные.)

Шаг 3.) Поместите одну ногу 220 резистор ом (не имеет значения, на какой ноге) в том же ряду, что и отрицательный ножка светодиода. Затем поместите другую ножку резистора в пустой ряд.

Шаг 4.) Отключите блок питания. адаптер от блока питания. Затем поместите заземляющий (черный провод) конец адаптер питания в боковом ряду с синей полосой рядом Это. Затем вставьте положительный (красный провод) конец адаптера источника питания в боковой ряд с красной полосой рядом.

Шаг 5.) Используйте короткую перемычку. (используйте красный цвет, поскольку он будет подключен к положительному напряжению), чтобы перейти от положительный ряд мощности (тот, рядом с которым есть красная полоса) к положительному ножка светодиода (не в том же отверстии, а в том же ряду). Использовать другой короткая перемычка (используйте черный цвет) для перехода от заземляющего ряда к резистору (нога, не подключенная к светодиоду). См. Картинку ниже если необходимо.

Макет должен выглядеть как на картинке ниже.

Теперь подключите блок питания к стену, а затем подключите другой конец к адаптеру питания и Светодиод должен загореться.Ток течет от положительной ножки светодиода. через светодиод к отрицательной ножке. Попробуйте повернуть светодиод. Должно не загорается. Ток не может течь от отрицательного полюса светодиода к положительная нога.

Люди часто думают, что резистор должен быть первым на пути от положительного к отрицательному, чтобы ограничить количество тока, протекающего через светодиод. Но ток ограничен резистор независимо от того, где находится резистор. Даже когда вы впервые включаете мощность, ток будет ограничен определенной величиной, и его можно найти используя закон Ома.

Вездесущая полезность закона Ома:
[Напряжение (вольт) = ток (амперы) X сопротивление (Ом)]

Закон Ома можно использовать с резисторами найти ток, протекающий по цепи. Закон I = V / R (где I = ток, V = напряжение на резисторе и R = сопротивление). Для В приведенной выше схеме мы можем использовать только закон Ома для резистора, поэтому мы должны использовать то что при горит светодиоде на нем падение напряжения 1.9 (Кстати: падение напряжения зависит от типа светодиода).Это означает, что если положительная нога подключена к 5 вольт, отрицательная нога будет на 3,1 вольта (т. е. 5,0–1,9 = 3,1). Теперь, когда мы знаем напряжение на обеих сторонах резистор и может использовать закон Ома для расчета силы тока. Текущий (5,0-1,9) / 220 = 3,6 / 2000 = 0,0014 Ампер = 14 мА

Это ток, протекающий через путь от 5В к GND. Это означает, что через оба канала проходит 14 мА. Светодиод и резистор (так как они включены последовательно). Если мы хотим изменить ток, протекающий через светодиода (таким образом, изменяя яркость) мы можем поменять резистор.Меньший резистор пропускает больше тока, а резистор большего размера пропускает меньше текущий поток. Будьте осторожны при использовании резисторов меньшего размера, потому что они будут раздражаться. Кроме того, некоторые светодиоды будут повреждены, если вы ими воспользуетесь. за пределами их максимального номинального тока … так что не используйте резистор, который настолько мал что вы будете генерировать чрезвычайно высокий ток (примечание: наш светодиод имеет максимум рабочий ток 20 мА).

Далее мы хотим иметь возможность превратить светодиод включается и выключается без изменения схемы.Для этого мы научимся использовать другой электронный компонент, транзистор.

Транзистор

Транзисторы основные компоненты во всей современной электронике. Это просто переключатели, которые мы можем использовать для включения и выключения. Несмотря на то, что они простые, они самый важный электрический компонент. Например, транзисторы почти единственные компоненты, используемые для построения процессора Pentium. Один Pentium 4 имеет около 55 миллионов транзисторов (именно поэтому эти чипы так чертовски горячий).Те, что в Pentium, меньше чем те, которые мы будем использовать, но они работают одинаково.

Транзисторы (2N2222), которые мы будем использовать в наших проектах, выглядят так:

Транзистор имеет три ножки, Коллектор (C), база (B) и эмиттер (E). Иногда они помечены на плоская сторона транзистора. Транзисторы обычно имеют одну круглую сторону и одна плоская сторона. Если плоская сторона обращена к вам, ножка эмиттера Слева опорная ножка находится посередине, а коллекторная ножка находится на справа (примечание: некоторые специальные транзисторы имеют другую конфигурацию контактов, чем пакет ТО-92, описанный выше).

Обозначение транзистора

В электрические схемы (схемы) для представления NPN транзистора

Базовая схема

База (B) — переключатель включения / выключения для транзистора. Если к базе идет ток, будет путь от коллектора (C) к эмиттеру (E), где может течь ток (Переключатель включен.) Если к базе не течет ток, значит, нет ток может течь от коллектора к эмиттеру.(Переключатель выключен.)

Ниже приведена базовая схема, которую мы будем использовать для всех наших транзисторов.

Чтобы построить эту схему, нам нужно только добавить транзистор и еще один резистор к схеме, которую мы построили выше для светодиода. Перед внесением любых изменений отключите блок питания от адаптера блока питания. на макете. Чтобы вставить транзистор в макет, разъедините ножки немного и поместите его на макет так, чтобы каждая ножка находилась в отдельном ряду. В ножка коллектора должна быть в том же ряду, что и ножка резистора, который подключен к земле (с помощью черной перемычки).Затем переместите перемычку переход от земли к резистору 220 Ом к эмиттеру транзистора.

Далее поместите одну ногу 100 кОм резистор в ряду с базой транзистора и другой ножкой в пустая строка, и ваша макетная плата должна выглядеть, как на картинке ниже.

Теперь наденьте один конец желтой перемычки. провод в положительном ряду (рядом с красной линией), а другой конец — в ряд с ножкой резистора 100 кОм (конец не подключен к Основание).Снова подключите источник питания, транзистор включится, и Загорится светодиод. Теперь переместите один конец желтой перемычки из положительный ряд к основному ряду (рядом с синей линией). Как только ты снимите желтую перемычку с плюса питания, есть ток не течет к базе. Это заставляет транзистор выключиться и ток не может течь через светодиод. Как мы увидим позже, очень через резистор 100 кОм протекает небольшой ток. Это очень важно потому что это означает, что мы можем контролировать большой ток в одной части цепи (ток, протекающий через светодиод) только с небольшим током от Вход.

Вернуться к закону Ома

Мы хотим использовать закон Ома, чтобы найти ток на пути от входа к базе транзистора и ток, протекающий через светодиод. Для этого нам нужно использовать два основных факты о конкретных транзисторах, которые мы используем:

1.) Если транзистор включен, тогда базовое напряжение на 0,7 вольт выше, чем напряжение эмиттера.

2.) Если транзистор включен, напряжение коллектора на 1,6 вольт выше, чем напряжение эмиттера.

Итак, когда резистор 100 кОм подключен к 5 В постоянного тока, схема будет выглядеть так:

Таким образом, ток, протекающий через резистор 100 кОм, равен (5 — 0,7) / 100000 = 0,000043 A = 0,043 мА.

Ток, протекающий через резистор 220 Ом, равен (3,1 — 1,6) / 220 = 0,0068 А = 6,8 мА.

Если мы хотим, чтобы ток протекал больше через светодиод, мы можем использовать меньший резистор (вместо 220) и мы будет получать больше тока через светодиод без изменения величины тока который идет от входной линии к базовому резистору 100 кОм.Это означает, что мы можем контролировать вещи, которые используют большая мощность (например, электродвигатели) с дешевыми транзисторными схемами малой мощности. Скоро вы узнаете, как использовать компьютер для управления событиями в реальном мире. Несмотря на то Выходы стандартного компьютера под управлением Windows не могут обеспечить достаточный ток для включения света и двигателей включения и выключения, компьютер может включать и выключать транзисторы (поскольку для этого требуется слабый ток) и Транзисторы могут управлять большим током для ламп и двигателей.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.