ТРАНЗИСТОР • Большая российская энциклопедия

ТРАНЗИ́СТОР (от англ. transfer – пе­ре­но­сить и resistor – со­про­тив­ле­ние), управ­ляе­мый по­лу­про­вод­ни­ко­вый при­бор для уси­ле­ния, ге­не­ри­ро­ва­ния и пре­об­ра­зо­ва­ния элек­трич. ко­ле­ба­ний, вы­пол­нен­ный на ос­но­ве мо­но­кри­стал­лич. по­лу­про­вод­ни­ка; со­дер­жит не ме­нее трёх об­лас­тей с раз­лич­ной – элек­трон­ной (n) или ды­роч­ной (p) – про­во­ди­мо­стью. Изо­бре­тён в 1947 У. Шок­ли, У. Брат­тей­ном и Дж. Бар­ди­ном (Но­бе­лев­ская пр., 1956). По фи­зич. струк­ту­ре и ме­ха­низ­му управ­ле­ния то­ком Т. де­лят­ся на два боль­ших клас­са: би­по­ляр­ные (или про­сто Т.) и уни­по­ляр­ные (или по­ле­вые Т.).

Рис. 1. Схема включения биполярного транзистора n–p–n-типа в усилителях электрических колебаний: Э – эмиттер; К – коллектор; Б – база; Rн – нагрузка; U – напряжение источников питания;i – ток.

В би­по­ляр­ных Т. (БТ), со­дер­жа­щих два или бо­лее p–n-пе­ре­хо­да, но­си­те­ля­ми за­ря­да слу­жат как элек­тро­ны, так и дыр­ки. Раз­ли­ча­ют БТ p–n–p-ти­па и n–p–n-ти­па (рис. 1). Сред­няя об­ласть БТ (тол­щи­ной, как пра­ви­ло, неск. мкм и ме­нее) на­зы­ва­ет­ся ба­зой, две дру­гие, от­де­лён­ные от ба­зы p–n-пе­ре­хо­да­ми, – эмит­те­ром и кол­лек­то­ром; дей­ст­вие БТ ос­но­ва­но на управ­ле­нии по­то­ком не­ос­нов­ных но­си­те­лей за­ря­да, про­те­каю­щим че­рез ба­зу. Эмит­тер­ный пе­ре­ход сме­щён в пря­мом на­прав­ле­нии (по­ло­жи­тель­ный по­люс ис­точ­ни­ка пи­та­ния со­еди­нён с об­ла­стью р-ти­па, от­ри­ца­тель­ный – с об­ла­стью п-ти­па) и обес­пе­чи­ва­ет ин­жек­цию не­ос­нов­ных но­си­те­лей за­ря­да, кол­лек­тор­ный – сме­щён в об­рат­ном на­прав­лении и «со­би­ра­ет» ин­жек­ти­ро­ван­ные но­си­те­ли. БТ из­го­тов­ля­ют гл. обр. на ос­но­ве Si (ре­же Ge) по пла­нар­но-эпи­так­си­аль­ной и диф­фу­зи­он­но-сплав­ной тех­но­ло­гии. БТ ра­бо­та­ют в ши­ро­ком диа­па­зо­не час­тот (от со­тен кГц до де­сят­ков ГГц). Вы­ход­ная мощ­ность со­став­ля­ет от не­сколь­ких мВт до со­тен Вт, ми­ним. уро­вень шу­мов – неск. дБ, вре­мя пе­ре­клю­че­ния – от со­тен пс до де­сят­ков мкс.

Рис. 2. Структурная схема n-канального МОП-транзистора: И – исток; С – сток; З – затвор.

В по­ле­вых Т. (ПТ) про­те­ка­ние ра­бо­че­го то­ка обу­слов­ле­но но­си­те­ля­ми за­ря­да толь­ко од­но­го зна­ка (элек­тро­на­ми или дыр­ка­ми) – от­сю­да назв. уни­по­ляр­ный. В ПТ дви­же­ни­ем но­си­те­лей за­ря­да че­рез ка­нал (об­ласть управ­ляе­мой про­во­ди­мо­сти) от ис­то­ка (об­лас­ти, яв­ляю­щей­ся ис­точ­ни­ком ды­рок или элек­тро­нов в за­ви­си­мо­сти от ти­па про­во­ди­мо­сти ка­на­ла) к сто­ку (об­лас­ти, со­би­раю­щей эти за­ря­ды из ка­на­ла) управ­ля­ет спец. элек­трод – за­твор (рис. 2). Ис­ток, сток и за­твор по на­зна­че­нию эк­ви­ва­лент­ны со­от­вет­ст­вен­но эмит­те­ру, кол­лек­то­ру и ба­зе. По фи­зич. эф­фек­там, ле­жа­щим в ос­но­ве управ­ле­ния но­си­те­ля­ми за­ря­да, та­кие Т. ус­лов­но де­лят на две груп­пы: ПТ с управ­ляю­щим p–n-пе­ре­хо­дом или пе­ре­хо­дом ме­талл – ПП (Шотт­ки барь­е­ром) и ПТ с изо­ли­ро­ван­ным за­тво­ром, или МДП-Т. (см. МДП-струк­ту­ра). В ПТ в ка­че­ст­ве ПП ма­те­риа­ла ис­поль­зу­ют в осн. Si и GaAs, в ка­че­ст­ве ме­тал­лов – Al, Mo, Au, в ка­че­ст­ве ди­электри­ка – SiO₂ (т. н. МОП-Т.) или слои­стые струк­ту­ры, напр. SiO₂–Si₃N₄ (МНОП-Т.). В ПТ пер­вой груп­пы на­пря­же­ние, при­кла­ды­вае­мое к управ­ляю­ще­му элек­тро­ду – за­тво­ру (p–n-пе­ре­хо­ду или кон­так­ту ме­талл – по­лу­про­вод­ник), из­ме­ня­ет тол­щи­ну об­лас­ти про­стран­ст­вен­но­го за­ря­да; при этом из­ме­ня­ет­ся про­во­дя­щее се­че­ние ка­на­ла и, как след­ст­вие, си­ла ра­бо­че­го то­ка. ПТ с управ­ляю­щим p–n-пе­ре­хо­дом ха­рак­те­ри­зу­ют­ся наи­бо­лее низ­ким (сре­ди Т.) уров­нем шу­мов в ши­ро­ком диа­па­зо­не час­тот (ко­эф. шу­ма ок. 0,1 дБ на час­то­те 10 Гц и 2 дБ на час­то­те 400 МГц). ПТ с барь­е­ром Шотт­ки и МДП-Т. име­ют наи­бо­лее вы­со­кие ра­бо­чие час­то­ты (до 100 ГГц). Мощ­ные МДП-Т. об­ла­да­ют луч­ши­ми сре­ди ПП при­бо­ров им­пульс­ны­ми ха­рак­те­ри­сти­ка­ми.

Т. (как дис­крет­ные, так и в со­ста­ве ин­те­граль­ных схем) ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся во вход­ных це­пях ра­дио­элек­трон­ных уси­лит. уст­ройств, в ра­дио­пе­ре­даю­щей ап­па­ра­ту­ре, фор­ми­ро­ва­те­лях и уси­ли­те­лях им­пуль­сов, элек­трон­ных пе­ре­клю­ча­те­лях, ста­би­ли­за­то­рах, ис­точ­ни­ках вто­рич­но­го пи­та­ния, сис­те­мах ав­то­ма­тич. ре­гу­ли­ро­ва­ния, а так­же в элек­трон­ных ча­сах, мед. при­бо­рах, вы­чис­лит. уст­рой­ст­вах и др. См. так­же Си­ло­вые по­лу­про­вод­ни­ко­вые при­бо­ры.

Чем объясняется малая толщина базы в транзисторе. Биполярный транзистор

Перейти к содержанию

Определение и история

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.
Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.
Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.
В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.
Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.
И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Виды транзисторов

По принципу действия и строению различают полупроводниковые триоды:

• полевые;
• биполярные;
• комбинированные.

Эти транзисторы выполняют одинаковые функции, однако существуют различия в принципе их работы.

Полевые

Данный вид триодов ещё называют униполярным, из-за электрических свойств – у них протекает ток только одной полярности. По строению и типу управления эти устройства подразделяются на 3 вида:

1. Транзисторы с управляющим p-n переходом (рис. 6).
2. С изолированным затвором (бывают со встроенным либо с индуцированным каналом).
3. МДП, со структурой: металл-диэлектрик-проводник.

Отличительная черта изолированного затвора – наличие диэлектрика между ним и каналом.

Детали очень чувствительны к статическому электричеству.

Схемы полевых триодов показано на рисунке 5.

Рис. 5. Полевые транзисторы

Обратите внимание на название электродов: сток, исток и затвор.

Полевые транзисторы потребляют очень мало энергии. Они могут работать больше года от небольшой батарейки или аккумулятора. Поэтому они нашли широкое применение в современных электронных устройствах, таких как пульты дистанционного управления, мобильные гаджеты и т.п.

Биполярные

Об этом виде транзисторов много сказано в подразделе «Базовый принцип работы». Отметим лишь, что название «Биполярный» устройство получило из-за способности пропускать заряды противоположных знаков через один канал. Их особенностью является низкое выходное сопротивление.

Транзисторы усиливают сигналы, работают как коммутационные устройства. В цепь коллектора можно включать достаточно мощную нагрузку. Благодаря большому току коллектора можно понизить сопротивление нагрузки.

Более детально о строении и принципе работы рассмотрим ниже.

Комбинированные

С целью достижения определённых электрических параметров от применения одного дискретного элемента разработчики транзисторов изобретают комбинированные конструкции. Среди них можно выделить:

• биполярные транзисторы с внедрёнными и их схему резисторами;
• комбинации из двух триодов (одинаковых или разных структур) в одном корпусе;
• лямбда-диоды – сочетание двух полевых триодов, образующих участок с отрицательным сопротивлением;
• конструкции, в которых полевой триод с изолированным затвором управляет биполярным триодом (применяются для управления электромоторами).

Комбинированные транзисторы – это, по сути, элементарная микросхема в одном корпусе.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.
Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.
Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».
Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.
Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.
Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.
Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.
Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.
Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.
Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.
Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной.
Также параметрами биполярного транзистора являются:

• обратный ток коллектор-эмиттер
• время включения
• обратный ток колектора
• максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Достоинства и недостатки биполярных транзисторов

К достоинствам биполярных транзисторов в сравнении с аналогами относятся:

• управление электрическими зарядами;
• надежность в работе;
• устойчивость к частотным помехам;
• малые шумовые характеристики;

К недостаткам можно отнести:

• обладает малым значением входного сопротивления, из-за которого ухудшаются характеристики по усилению сигналов;
• резкая чувствительность к статике зарядов;
• схема включения предполагает присутствие 2-х питаний;
• при высоких значениях температуры возможно повреждение транзистора.

Режимы работы

Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.

1. Инверсный активный режим. Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
2. Режим насыщения. Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
3. Режим отсечки. Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
4. Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.

 

Схемы включения

Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.

С общим эмиттером

Эта схема включения биполярных транзисторов обеспечивает наибольшее увеличение вольтамперных характеристик (ВАХ), поэтому является самой востребованной. Минус такого варианта – ухудшение усилительных свойств прибора при повышении частоты и температуры. Это означает, что для высокочастотных транзисторов рекомендуется подобрать другую схему.

С общей базой

Применяется для работы на высоких частотах. Уровень шумов снижен, усиление не очень велико. Каскады приборов, собранные по такой схеме, востребованы в антенных усилителях. Недостаток варианта – необходимость в двух источниках питания.

С общим коллектором

Для такого варианта характерна передача входного сигнала обратно на вход, что существенно уменьшает его уровень. Коэффициент усиления по току – высокий, по напряжению – небольшой, что является минусом этого способа. Схема приемлема для каскадов приборов в случаях, если источник входного сигнала обладает высоким входным сопротивлением.

Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?

• Материал, из которого он изготовлен, – арсенид галлия или кремний.
• Частоту. Она может быть – сверхвысокая (более 300 МГц), высокая (30-300 МГц), средняя – (3-30 МГц), низкая (менее 3 МГц).
• Максимальную рассеиваемую мощность.

PNP-транзистор: подключение источников напряжения

Источник напряжения между базой и эмиттером (VBE) подключается отрицательным полюсом к базе и положительным к эмиттеру, потому что работа PNP-транзистора происходит при отрицательном смещении базы по отношению к эмиттеру.

Напряжение питания эмиттера также положительно по отношению к коллектору (VCE). Таким образом, у транзистора PNP-типа вывод эмиттера всегда более положителен по отношению как к базе, так и к коллектору.

Источники напряжения подключаются к PNP-транзистору, как показано на рисунке ниже.

На этот раз коллектор подключен к напряжению питания VCC через нагрузочный резистор, RL, который ограничивает максимальный ток, протекающий через прибор. Базовое напряжения VB, которое смещает ее в отрицательном направлении по отношению к эмиттеру, подано на нее через резистор RB, который снова используется для ограничения максимального тока базы.

Работа PNP-транзисторного каскада

Итак, чтобы вызвать протекание базового тока в PNP-транзисторе, база должна быть более отрицательной, чем эмиттер (ток должен покинуть базу) примерно на 0,7 вольт для кремниевого прибора или на 0,3 вольта для германиевого. Формулы, используемые для расчета базового резистора, базового тока или тока коллектора такие же, как те, которые используются для эквивалентного NPN-транзистора и представлены ниже.

Мы видим, что фундаментальным различием между NPN и PNP-транзистором является правильное смещение pn-переходов, поскольку направления токов и полярности напряжений в них всегда противоположны. Таким образом, для приведенной выше схеме: IC = IE – IB, так как ток должен вытекать из базы.

Как правило, PNP-транзистор можно заменить на NPN в большинстве электронных схем, разница лишь в полярности напряжения и направлении тока. Такие транзисторы также могут быть использованы в качестве переключающих устройств, и пример ключа на PNP-транзисторе показан ниже.

Рассмотрим отличия PNP-типа на схеме включения с общей базой

Действительно, из нее можно увидеть, что ток коллектора IC (в случае транзистора NPN) вытекает из положительного полюса батареи B2, проходит по выводу коллектора, проникает внутрь него и должен далее выйти через вывод базы, чтобы вернуться к отрицательному полюсу батареи. Таким же образом, рассматривая цепь эмиттера, можно увидеть, как его ток от положительного полюса батареи B1 входит в транзистор по выводу базы и далее проникает в эмиттер.

По выводу базы, таким образом, проходит как ток коллектора IC, так и ток эмиттера IE. Поскольку они циркулируют по своим контурам в противоположных направлениях, то результирующий ток базы равен их разности и очень мал, так как IC немного меньше, чем IE. Но так как последний все же больше, то направление протекания разностного тока (тока базы) совпадает с IE, и поэтому биполярный транзистор PNP-типа имеет вытекающий из базы ток, а NPN-типа – втекающий.

Отличия PNP-типа на примере схемы включения с общим эмиттером

В этой новой схеме PN-переход база-эмиттер открыт напряжением батареи B1, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении посредством напряжения батареи В2. Вывод эмиттера, таким образом, является общим для цепей базы и коллектора.

Полный ток эмиттера задается суммой двух токов IC и IB; проходящих по выводу эмиттера в одном направлении. Таким образом, имеем IE = IC + IB.

В этой схеме ток базы IB просто «ответвляется» от тока эмиттера IE, также совпадая с ним по направлению. При этом транзистор PNP-типа по-прежнему имеет вытекающий из базы ток IB, а NPN-типа – втекающий.

В третьей из известных схем включения транзисторов, с общим коллектором, ситуация точно такая же. Поэтому мы ее не приводим в целях экономии места и времени читателей.

Где транзисторы купить?

Как и все другие радиокомпоненты транзисторы можно купить в  любом ближайшем  магазине радиодеталей. Если вы живете где-нибудь на окраине и о подобных магазинах не слышали (как я раньше) то остается последний вариант — заказать транзисторы в интернет- магазине. Я сам частенько заказываю радиодетали через интернет-магазины ведь в обычном оффлайн магазине может чего-нибудь просто не оказаться.

Впрочем если вы собираете устройство чисто для себя то можно не париться а добыть из старой, отслужившей свое техники и так сказать вдохнуть в старый радиокомпонет новую жизнь.

Чтож друзья, а на этом у меня все. Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-либо вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение. Кстати не забывайте, что каждый кто впервые оставит комментарий получит подарок.

Источники

• https://habr.com/ru/post/133136/
• https://www.asutpp.ru/kak-rabotaet-tranzistor.html
• https://principraboty.ru/bipolyarnyy-tranzistor-princip-raboty-dlya-chaynikov/
• https://www.RadioElementy.ru/articles/bipolyarnye-tranzistory/
• https://www.syl.ru/article/204552/new_pnp-tranzistor-shema-podklyucheniya-kakaya-raznitsa-mejdu-pnp-i-npn-tranzistorami
• http://popayaem. ru/bipolyarnyj-tranzistor-princip-raboty-dlya-chajnikov.html

[свернуть]

Похожая запись

You missed

Adblock
detector

Основной переключатель Power MOSFET и двойная зарядка BJT

%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 6 0 объект /Title (nus3116mt — Основной переключатель Power MOSFET и BJT с двойной зарядкой) >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > транслировать BroadVision, Inc.2020-11-11T10:07:01+08:002016-05-09T14:41:14-07:002020-11-11T10:07:01+08:00application/pdf

nus3116mt — Главный выключатель питания MOSFET и двойная зарядка BJT

ОН Полупроводник

–12 В, –6,2 А, одиночный P-канал с двойным Транзисторы PNP low Vce(sat), 3×3 мм Пакет WDFN Это устройство объединяет один высокопроизводительный силовой МОП-транзистор и два транзистора с низким Vce(sat), что значительно сокращает пространство компоновки и оптимизация характеристик зарядки в портативных устройствах с батарейным питанием. электроника.

Acrobat Distiller 10.0.0 (Windows)uuid:feb72b54-7593-4dcb-9713-b4f69445b560uuid:a961679b-1973-46f8-a465-c9d677fd43b0Print конечный поток эндообъект 5 0 объект >

эндообъект 7 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 90 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > эндообъект 17 0 объект > эндообъект 18 0 объект > эндообъект 19 0 объект > эндообъект 20 0 объект > эндообъект 21 0 объект > эндообъект 22 0 объект > эндообъект 23 0 объект > транслировать HUnFȯG{EƎVl䁦StH*O»mes9sYbJ\ (𐜿Z2XSB (~1P%AbbMcIJIɋ,9b=&:hМhKmBaY~Y192’2B1]&Rb,aWtu|յvM3x8ez()6bn2,slm

Что такое транзисторы и как ими пользоваться Они? – NightShade Electronics

перейти к содержанию

Создано 30 января 2021 г.

Последнее обновление 30 января 2021 г.

byAaron Liebold

Печать

• Главная 9 0004
• Учебники по электронике
• Компоненты
• Что такое транзисторы и как их использовать?

< Все темы

Два сквозных транзистора рядом с транзистором для поверхностного монтажа

Транзисторы — это электрические компоненты, которые усиливают слабые сигналы в большие сигналы. Они потребляют небольшое количество энергии и выделяют большое количество энергии. Транзистор функционирует как аэрозольный баллончик; небольшое усилие на сопле может высвободить много энергии.

Транзисторы изготовлены из полупроводников, которые проводят электричество только при определенных условиях. Обычно они изготавливаются из трех слоев кремния, которые химически обрабатываются, чтобы немного различаться. Смещая материал в середине полупроводника (изменяя его напряжение по отношению к остальной части устройства), основной путь тока транзистора либо позволяет протекать току, либо сильно ограничивает его. Поскольку он может управлять потоком энергии без каких-либо движущихся частей (например, реле), транзисторы и другие полупроводниковые компоненты называются твердотельными компонентами.

Различные типы транзисторов

Существуют две основные категории транзисторов, BJT и MOSFET, и каждая из них бывает двух типов.

BJT (транзисторы с биполярным переходом)

BJT лучше всего описывается как усилитель тока. Три вывода BJT называются коллектором, эмиттером и базой. Первичный путь тока находится между коллектором и эмиттером. База используется для смещения транзистора для управления первичным потоком.

Два типа BJT — NPN и PNP. Названия NPN и PNP произошли от конструкции BJT. Полупроводниковый материал, такой как кремний (используемый в большинстве полупроводниковых устройств), не проводит электричество в своем элементарном состоянии. Чтобы сделать его способным проводить электричество, элементарный кремний намеренно «легируют» другими материалами. Эти материалы заряжены либо положительно (P), либо отрицательно (N). Отрицательные примеси, такие как фосфор, имеют избыток электронов, которые могут перемещаться. Положительные примеси, такие как бор, имеют «дырки», которые могут быть заполнены электронами. Теперь, в зависимости от смещения напряжения, электроны могут перемещаться из материалов N в материалы P, создавая проводящий путь, который позволяет течь электричеству.

Величина тока, протекающая по основному пути биполярного транзистора, прямо пропорциональна величине тока, протекающего через базу транзистора. Соотношение этих двух токов и есть бета-уровень транзистора (AKA hFE). Для многих биполярных транзисторов их бета-уровень составляет около 100. Это означает, что если вы пропускаете 1 мА тока через базу транзистора, транзистор будет пропускать 100 мА тока через коллектор и эмиттер.

Что мы еще не обсуждали, так это направление тока, протекающего через транзистор. Как вы могли догадаться, это зависит от конструкции слоев транзистора.

NPN-транзистор

NPN-транзистор состоит из N слоев снаружи (коллектор и эмиттер) и P-слоя посередине (база). Основной (большой) поток тока идет от коллектора к эмиттеру. Поток тока через базу транзистора NPN течет в базу и из эмиттера. Это означает, что напряжения на клеммах должны создавать правильные токи. Коллектор должен иметь самое высокое напряжение на транзисторе NPN. Тогда ток может течь от коллектора к эмиттеру. Точно так же напряжение базы должно быть выше напряжения эмиттера, когда транзистор открыт, и ниже или равно напряжению эмиттера, когда транзистор выключен. Для этого между нагрузкой и землей обычно используется NPN-транзистор. Тогда эмиттер всегда будет равен или ниже напряжения на коллекторе и эмиттере.

Транзистор PNP

Транзистор PNP состоит из слоев P снаружи (эмиттер и коллектор) и слоя N посередине (база). Основной (большой) поток тока идет от эмиттера к коллектору. Поток тока через базу PNP-транзистора течет в эмиттер и выходит из базы. Опять же, напряжения на клеммах должны создавать правильные токи. Эмиттер должен иметь самое высокое напряжение на транзисторе PNP. Затем ток течет от эмиттера к коллектору. Напряжение базы должно быть меньше напряжения эмиттера, когда транзистор включен, и больше или равно напряжению эмиттера, когда транзистор выключен. Для этого между источником и нагрузкой обычно используется PNP-транзистор. Тогда эмиттер всегда будет равен или больше напряжения коллектора или базы. Заряд затвора относится к истоку или стоку, в зависимости от типа МОП-транзистора.

MOSFET (металлооксидные полевые транзисторы)

В то время как BJT являются усилителями тока, MOSFET больше похожи на резисторы, управляемые напряжением. МОП-транзисторы также имеют три вывода, называемые стоком, истоком и затвором. Основной путь тока проходит через исток и сток, в то время как затвор заряжается, открывая или закрывая полевой МОП-транзистор. В отличие от BJT, которые построены слоями, MOSFET имеют полный путь или канал из одного типа полупроводникового материала; Тип P или N. Затем рядом с каналом размещается противоположный тип (например, N-канальный полевой МОП-транзистор имеет некоторое количество материала P рядом с каналом). Эти два материала затем смещаются в проводящее состояние электрическим полем, а не потоком тока. Таким образом, открытие MOSFET похоже на зарядку конденсатора. Он не требует постоянного тока, чтобы держать его открытым.

В отличие от многослойных биполярных транзисторов, полевые МОП-транзисторы имеют полный путь или канал из полупроводникового материала одного типа; Тип P или N. Затем рядом с каналом размещается противоположный тип (например, N-канальный полевой МОП-транзистор имеет некоторое количество материала P рядом с каналом). Эти два материала затем смещаются в проводящее состояние электрическим полем, а не потоком тока. Таким образом, открытие MOSFET похоже на зарядку конденсатора. Он не требует постоянного тока, чтобы держать его открытым. Сопротивление MOSFET пропорционально электрическому заряду на затворе. Без заряда МОП-транзистор имеет огромное сопротивление, что, по сути, создает разомкнутую цепь. Когда затвор полностью заряжен, полевой МОП-транзистор может иметь сопротивление менее миллиома. Затвор типичного полевого МОП-транзистора должен быть заряжен до 1,5–10 В, чтобы полностью открыться. МОП-транзисторы в нижней части этого диапазона напряжения затвора имеют внутреннюю схему для повышения напряжения затвора выше, чем приложенное извне напряжение. Они считаются логический уровень MOSFET.

Большинство современных полевых МОП-транзисторов содержат встроенный диод для предотвращения повреждения от электростатического разряда. Это называется корпусным диодом. МОП-транзистор должен быть ориентирован так, чтобы корпусный диод был направлен против предполагаемого потока тока через МОП-транзистор (указывая на более высокое напряжение). В противном случае ток всегда будет течь от высокого напряжения к низкому, хоть и корпусному диоду.

N-канальный МОП-транзистор

N-канальный МОП-транзистор включается путем зарядки затвора до напряжения, превышающего напряжение на клемме истока. Это создает электрическое поле, необходимое для вытягивания электронов из N-канала в соседний материал P, создавая проводящий путь. N-канальный МОП-транзистор обычно размещают между нагрузкой и землей, так что затвор может легко управляться напряжением выше, чем на клемме истока. МОП-транзистор выключается путем прижимания клеммы затвора к земле.

МОП-транзистор с каналом P

МОП-транзистор с каналом P включается путем снижения напряжения затвора ниже напряжения на клемме истока. Это создает электрическое поле, которое притягивает электроны из соседнего N-материала в P-канал, создавая проводящий путь. Он выключается, подтягивая клемму затвора обратно до (или выше) напряжения на клемме стока. Это позволяет легко использовать P-канальный полевой МОП-транзистор между истоком и нагрузкой, поскольку на клемме истока всегда будет самое высокое напряжение в цепи, что позволяет легко подтянуть затвор к напряжению ниже, чем на истоке.

Когда использовать MOSFET по сравнению с BJT

Использовать MOSFET, когда:

• Транзистор должен переключаться напряжением, а не током.
• Большой ток должен переключаться с помощью слаботочного устройства, такого как микроконтроллер.

Используйте биполярный транзистор, когда:

• Транзистор должен переключаться током, а не напряжением.
• Желательна линейная область, например схема усилителя.

Как использовать транзисторы?

Транзисторы можно использовать двумя способами: цифровым или аналоговым. При использовании транзисторов в цифровом виде они полностью открыты и полностью закрыты, как переключатель. Чтобы использовать транзисторы в качестве аналоговых устройств, их частично открывают, чтобы регулировать мощность, проходящую через них.

Использование транзисторов в качестве переключателей

Использование биполярного транзистора в качестве переключателя

Поскольку биполярный транзистор действительно является усилителем тока, он всегда работает в своей «линейной» области работы. В линейном режиме транзистор открывается пропорционально управляющему сигналу (току базы). Итак, чтобы использовать биполярный транзистор в качестве переключателя, вам нужно, чтобы через базу протекал достаточный ток, чтобы он легко позволял всему необходимому току течь через коллектор и эмиттер. Поскольку BJT очень похож на диод, он не сопротивляется протеканию тока, а только создает падение напряжения. Из-за этого ток через коллектор и эмиттер, а также ток через базу приходится ограничивать сопротивлением. Выбрать это сопротивление для базы — это просто взять напряжение от базы к эмиттеру (NPN) или от коллектора к базе (PNP), вычесть падение напряжения на транзисторе (обычно около 0,6 В) и разделить это напряжения на необходимый базовый ток. Минимальный базовый ток, необходимый для работы в качестве переключателя, равен требуемому току эмиттер-коллектор, деленному на бета-уровень транзистора (hFE).

Использование NPN BJT в качестве переключателя

Если нам нужно переключить ток 1 А через эмиттер-коллектор, а коэффициент бета транзистора равен 100, нам нужно, чтобы при включении транзистора через базу проходило не менее 10 мА. на.

\(\large I_{база} = \frac{I_{коллектор}}{hFE} = \frac{1A}{100} = 10 мА\)

Если это транзистор NPN и напряжение на базе 5 В, а эмиттер подключен к земле, последовательно с базой должно быть сопротивление 440 Ом.

\(\large R_{база} = \frac{V_{база-коллектор}}{I_{база}} = \frac{5V – 0,6V}{0,010A} = 440\Omega\)

Потому что немного больше тока поможет открыть транзистор больше, я бы, вероятно, использовал резистор 330 Ом, который даст 13,3 мА, что позволит протекать до 1,33 А через коллектор и эмиттер.

\(\большой I_{база} = \frac{V_{база-коллектор}}{R} = \frac{5В – 0,6В}{330\Omega} = 13,3мА\)

\(\большой I_ {коллектор} \leq I_{база} \times hFE = 13,3 мА \times 100 = 1,33A\)

Использование МОП-транзистора в качестве переключателя

Переключение питания МОП-транзистора на печатной плате

МОП-транзистор очень хорошо подходит для использования в качестве переключателя, поскольку его линейная рабочая область очень мала. Когда затвор полевого МОП-транзистора заряжается выше порогового напряжения , сопротивление полевого МОП-транзистора резко уменьшается, что позволяет легко протекать току. Сопротивление полевого МОП-транзистора будет продолжать уменьшаться по мере увеличения напряжения на затворе, что может быть сделано для уменьшения потерь мощности в МОП-транзисторе.

МОП-транзистор, в отличие от биполярного транзистора, не требует резистора на затворе для ограничения тока. Вам может понадобиться ограничить пусковой ток с помощью резистора, если вы заряжаете затвор от устройства с низким током, такого как микроконтроллер. Однако для МОП-транзистора требуется подтягивающий или подтягивающий резистор, чтобы гарантировать его выключение. Если вы просто отключите затвор MOSFET от управляющего сигнала, он не обязательно выключится, потому что затвор все еще заряжен, и этому заряду некуда деваться.

Использование транзисторов в качестве усилителей

Я упомянул тот факт, что транзисторы не всегда полностью открываются и закрываются, и что это можно использовать для ограничения потока энергии.