Что такое транзисторы. Обучающее видео

Привет!

В своих обучающих роликах мы уже прошли пассивные компоненты и немного затронули активную часть электроники. Прошлый выпуск был о диодах — советуем посмотреть, если вы еще не видели. А сегодняшний выпуск будет о короле всей микропроцессорной техники, совершившем революцию в приборостроении — транзисторе. Предлагаем присоединиться к изучению.

Транзистор — наверное, самый важный компонент в современной микроэлектронике. Его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.

Работа транзистора похожа на работу водопроводного крана. Только вместо воды – электрический ток. Возможны три состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт), состояние покоя (транзистор закрыт) и полуоткрытое состояние — в нем транзистор работает в усилительном режиме. Приоткрывая или призакрывая кран, мы регулируем мощность потока воды. Другими словами: это электронная кнопка, которая нажимается не пальцем, а подачей напряжения.

Бывают как большие, таки и очень маленькие транзисторы. Например, центральные процессоры компьютеров или телефонов внутри состоят из взаимодействующих между собой транзисторов размером с десяток нанометров. Популярный в мобильных устройствах процессор Snapdragon 835 скрывает в себе 3 миллиарда транзисторов размерами в 10 нм каждый! (для сравнения — размеры бактерий в среднем составляют 50-500 нм).

Существуют биполярные и полевые транзисторы. Разберем, в чем между ними разница.

Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы имеют три контакта:

• Коллектор — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять
• База — через неё подаётся небольшой ток, чтобы разблокировать большой, то есть открыть «кран»
• Эмиттер — через него проходит ток с коллектора и базы, когда транзистор «открыт»

Чтобы транзистор пропускал через себя ток, ему на базу ПОСТОЯННО должен подаваться небольшой сигнал. Как только сигнал прекратится, транзистор закроется.

Основная характеристика биполярного транзистора — показатель усиления hfe, или gain. Он показывает, во сколько раз пропускаемый через транзистор ток может быть больше, чем маленький ток, идущий через базу.

Например, Если hfe = 100, и к базе проходит ток 1 мА, то транзистор пропустит через себя максимум в сто раз больший ток — 100 мА. Если в этом случае на участке с большим током находится компонент, который потребляет, например 8 мА, ему будет предоставлено 8 мА, а у транзистора останется «запас». Если же имеется компонент, который потребляет 20 мА, ему будут предоставлены только ограниченные 10 мА. На этом принципе можно сделать стабилизацию тока в схеме.

Также транзисторы имеют максимально допустимые напряжения и токи на контактах. Превышение этих величин грозит чрезмерным нагревом и разрушением транзистора.

NPN и PNP типы

Описанный ранее транзистор — это так называемый NPN-транзистор. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. То есть внутри транзистора получаются два P-N перехода, такие же, как в диодах. NPN-транзистор пропускает через себя ток, когда ему на базу подаются положительные заряды.

PNP-транзисторы отличаются «перевёрнутым» поведением: ток свободно протекает, если базу подключить к минусу питания, то есть заземлить. Когда через базу идёт ток, сам транзистор закрывается.

На схемах такие транзисторы отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N.

P-N переход внутри транзистора — это диод, который обладает свойственным падением напряжения, около 0.5 Вольта. То есть после транзистора напряжение будет немного меньше, чем до него. Этого недостатка лишены полевые транзисторы.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы (FET, Field Effect Transistor) имеют то же назначение, но отличаются внутренним устройством. Частным видом этих компонентов являются транзисторы MOSFET (транзисторы с изолированным затвором).

Полевые транзисторы тоже обладают тремя контактами:

• Сток (drain) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять
• Затвор (gate) — на него подаётся напряжение, чтобы разрешить течение тока; затвор заземляется, чтобы заблокировать ток.
• Исток (source) — через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт»

От биполярных транзисторов они отличаются двумя особенностями: управление «краном» осуществляется исключительно при помощи напряжения: ток через затвор, в отличие от биполярных транзисторов, не идёт.

Так происходит, потому что затвор вместе со стоком образует конденсатор. После того, как мы подали на затвор сигнал и конденсатор зарядился, ему больше не нужно постоянное поддержание сигнала. Если отключить сигнал и просто оставить такой полевой транзистор как есть, он может быть открытым сам по себе еще очень долгое время.

Полевым транзистор называется, потому что тот самый внутренний конденсатор создает электрическое поле, позволяющее электронам свободно проходить через непроводящую в обычном состоянии пластинку. Решающее значение здесь имеет, до какого напряжения зарядится конденсатор. Чем сильнее будет поле, тем легче электронам будет пройти по нему. Если же поле будет слишком слабым — электроны вообще не смогут пролететь через транзистор.

В этом минус полевого транзистора: необходимое напряжение для его открытия практически в десять раз больше, чем у биполярного. А плюс в том, что на пути электронов нет никакого перехода, поэтому отсутствует падение напряжения и можно добиться очень маленького сопротивления внутри транзистора. Это позволяет оперировать гораздо большими мощностями при тех же размерах.

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены. P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

IGBT

Существуют еще IGBT транзисторы — это совмещенные в одном корпусе маломощный полевой транзистор, и мощный биполярный. Такая конструкция сглаживает минусы обеих типов и используется в основном в промышленных установках для работы с очень большими мощностями.

Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

Одной из типичных задач транзистора является включение и выключение определённого компонента схемы. Например, мощные моторы или сверхъяркие лампочки могут потреблять десятки ампер и больше. При подключении таких нагрузок напрямую через маломощную кнопку, она быстро выйдет из строя. Но если использовать транзисторы, можно легко управлять любой нагрузкой.

Соберем на макетной плате самую простую схему с использованием транзистора в режиме ключа. Включим через него светодиодную ленту. Берем стандартный NPN-транзистор. К его второй ножке — базе — подключаем маломощную кнопку. На кнопку с плюса питания подадим сигнал через резистор, который будет ограничивать силу тока базы. Первую ножку транзистора — эмиттер — подсоединим к минусу, поскольку именно минус питания будет пропускаться через транзистор. Третья ножка транзистора — коллектор — подключится к минусовому контакту светодиодной ленты.

Два контакта вставляем в линию питания, на них мы подадим 12 В с лабораторного блока. К светодиодной ленте плюс питания подключаем напрямую, а минус берем с выхода транзистора.

Готово. При нажатии на кнопку транзистор открывается и лента светится. При отпускании — лента гаснет. Таким способом через маленькую кнопку можно включить даже очень мощные устройства, главное подобрать нужный по характеристикам транзистор.

Если вам пришла в голову ошеломительная идея, как улучшить какое-то свое устройство – пожалуйста, у нас в магазине вы можете подобрать множество транзисторов под свою задачу! Все компоненты, которые мы использовали, можно купить в магазине.

Опубликовано: 2018-08-01 Обновлено: 2021-08-30

Автор: Магазин Electronoff

Введение в электронику. Транзисторы

Серия статей известного автора множества радиолюбительских публикаций  Дригалкина В.В.  для начинающих радиолюбителей

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Транзистор входит в целую группу деталей, которую называют полупроводниковые приборы. Кроме транзистора, в нее входят диоды, стабилитроны и другие детали. В каждой из них использован полупроводниковый материал (полупроводник). Что это такое? Все существующие вещества можно условно поделить на три большие группы. Одни из них – медь, железо, алюминий и прочие металлы – хорошо проводят электрический ток. Это проводники. Древесина, фарфор, пластмасса совсем не проводят тока. Они – непроводники, изоляторы (диэлектрики).
Полупроводники же занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Такие материалы проводят ток только при определенных условиях.

Из полупроводниковых приборов транзистор чаще всего применяется в радиоэлектронике, особенно биполярный. Первые такие транзисторы были изготовлены на основе германия. В настоящее время их изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия. У биполярного транзистора три вывода: база (б), эмитер (е) и коллектор (к). Назначение выводов называют цоколевкой или в народе – расПИНовкой (от английского PIN – вывод). Цоколевку транзисторов можно найти в специальной справочной литературе.

Транзистор – усилительный прибор. Условно его можно сравнить с таким известным Вам устройством, как рупор. Довольно произнести что-нибудь перед узким отверстием рупора, направив широкое отверстие в сторону приятеля, который стоит за несколько десятков метров, и голос, усиленный рупором, будет ему хорошо слышан. Если воспринять узкое отверстие как вход рупора-усилителя, а широкий – как выход, то можно сказать, что исходный сигнал в несколько раз более сильный от входных. Это и есть показатель усилительной способности рупора, его коэффициент усиления. Некоторые разновидности транзисторов и их обозначение на принципиальной схеме представлены на Рис. 1.

Если пропустить через участок база-эмитер слабый ток, он будет усилен транзистором в десятки и даже в сотни раз. Усиленный ток потечет через участок коллектор-эмитер2. В зависимости от наибольшего тока, что можно пропускать через коллектор, транзисторы разделяют на маломощные, средней и большой мощности. Кроме того, эти полупроводниковые приборы могут быть структуры р-п-р или n-p-n (на английском). Так различаются транзисторы с разным расположением пластов полупроводниковых материалов3 (если в диоде два пласта материалов, то здесь их три) . Тем не менее, не думайте, что транзисторы разной структуры имеют и разное усиление. Это совсем не обязательно. Усилительная способность транзистора определяется его так называемым статическим коэффициентом передачи тока. Для некоторых конструкций этот коэффициент важный, и его указывают в описании.
Статический коэффициент передачи тока транзистора указывает во сколько раз больший ток по участку коллектор-эмиттер способен пропустить транзистор по отношению к току база-эмиттер. Для некоторых схем этот параметр очень важен. В отечественной схемотехнике он обозначается как h31э, в зарубежной как hFE.
Приведу пример: допустим, hFE = 500, и через переход база-эмиттер проходит ток 0.1mA, тогда транзистор пропустит максимум через себя 50mA. Если в электрической цепи за транзистором стоит деталь, потребляющая 30mA, то у транзистора будет запас, и он передаст именно 30mA, но если стоит деталь, потребляющая больше 50mA (например, 80mA), то ей будет доступно всего 50mA.
В электронных конструкциях может встретится еще одна разновидность транзистора – полевой. У него чаще всего три вывода, но называют их по-другому: затвор (как база), исток (эмитер), сток (коллектор). Некоторые полевые транзисторы в металлическом корпусе имеют четыре вывода – затвор, исток, сток и корпус. Последний вывод, как Вы уже догадались, соединен с корпусом транзистора. Подбирать эти транзисторы по усилительной способности не нужно, а вот проверять исправность особенно не нового транзистора рекомендуется, т.к. “полевики” выходят из строя при самых непредвиденных обстоятельствах. В частности полевые транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, поэтому их рекомендуется проверять, предварительно организовав заземление. Для снятие статики достаточно коснуться рукой батареи отопления или любых заземленных предметов. При хранении полевых транзисторов, особенно маломощных, их выводы должны быть замкнуты между собой. Полевые транзисторы, благодаря ряду уникальных параметров, в том числе высокому входному сопротивлению, находят широкое применение в блоках питания компьютеров, мониторов, телевизоров и другой радиоэлектронной аппаратуры.

Транзисторы бывают и однопереходные. У этой детали две базы и один эмиттер. В отличии от биполярных и полевых транзисторов однопереходные представляет собой прибор с отрицательным сопротивлением. Это означает, что в определённых условиях входное напряжение или сигнал могут уменьшаться даже при возрастании выходного тока через нагрузку. Когда однопереходном транзистор находится во включённом состоянии, выключить его можно только разомкнув цепь, либо сняв входное напряжение.

По диапазону рабочих частот транзисторы делятся на низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные.

По мощности различают транзисторы малой, средней и большой мощности. Чем мощнее транзистор – тем больше его внешний вид. Такие транзисторы имеют отверстия для крепления на радиатор – кусочек алюминия, который рассеивает тепло полупроводника, выделяемое во время его работы.

Среди транзисторов присутствуют фотоэлементы. Фототранзистор отличается от классического варианта тем, что область базы доступна для светового облучения, за счёт чего появляется возможность управлять усилением электрического тока с помощью оптического излучения. Применяют два варианта включения фототранзисторов: диодное — с использованием только двух выводов (эмиттера и коллектора) и транзисторное — с использованием трех выводов, когда на вход подают не только световой, но и электрический сигналы.

---

Перейти к следующей статье: Тиристоры

---

---

В чем разница между транзисторами PNP и NPN?

Обновлено 26.10. 2022

Транзистор, пожалуй, самое важное изобретение в электронной технике и основа практически всех интегральных схем (ИС). Транзистор представляет собой электронное устройство с тремя выводами, которое можно использовать для управления потоком электрического тока, и он был первым электронным устройством, которое могло усиливать или переключать электрический ток. Это простое устройство можно использовать для создания сложных электронных схем, и, хотя существуют и другие типы транзисторов, транзисторы с биполярным переходом по-прежнему широко используются в цифровых схемах.

Оба используются в различных схемах усиления и модуляции; наиболее частым среди его применений является полное включение и выключение, что называется режимом переключения. Легко запомнить, что NPN означает «отрицательный-положительный-отрицательный», а PNP означает «положительный-отрицательный-положительный». Давайте подробнее рассмотрим, как работают транзисторы NPN и PNP.

Существует два основных типа транзисторов: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). BJT изготовлены из легированных материалов и могут быть сконфигурированы как NPN и PNP. Транзистор представляет собой активное устройство с тремя выводами, и эти три вывода известны как эмиттер (E), база (B) и коллектор (C) 9.0011 (рис. 1) . База отвечает за управление транзистором, в то время как коллектор является положительным выводом, а эмиттер — отрицательным выводом.

Физика полупроводников БЯТ здесь обсуждаться не будет, но стоит упомянуть, что БЯТ изготавливается с тремя отдельно легированными областями с двумя переходами. PNP-транзистор имеет одну N-область между двумя P-областями (фиг. 2) , тогда как NPN-транзистор имеет одну P-область между двумя N-областями (фиг. 3) .

Соединения между областями N и P аналогичны соединениям в диодах, и они также могут быть смещены в прямом или обратном направлении. BJT могут работать в разных режимах в зависимости от смещения перехода:

• Зона отсечки: BJT работает в этой зоне при операциях переключения. В отсечке транзистор неактивен.
• Активная область: BJT работает в этой зоне для цепей усилителя, поскольку транзистор может действовать как достаточно линейный усилитель.
• Область насыщения: BJT работает в этой зоне при операциях переключения. Транзистор выглядит как короткое замыкание между выводами коллектора и эмиттера.
• Реверс Активная область: Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении. Этот режим используется редко.

В транзисторе NPN положительное напряжение подается на клемму коллектора для создания тока, протекающего от коллектора к эмиттеру. В транзисторе PNP положительное напряжение подается на эмиттерную клемму для создания тока, протекающего от эмиттера к коллектору. В транзисторе NPN ток течет от коллектора (C) к эмиттеру (E)

(рис. 4) .

Однако в транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору (рис. 5) .

Here is a list of some classic general-purpose BJTs (Fig. 6) :

• NPN — 2N2222
• NPN — 2N3904
• NPN — TIP120
• PNP — 2N2907
• PNP — 2N3906

Основной принцип любого биполярного транзистора заключается в управлении током третьей клеммы напряжением между двумя другими клеммами. Принцип работы НПН и ПНП абсолютно одинаков. Разница только в их смещении и полярности питания для каждого типа.

Будущее транзисторов PNP и NPN неясно. Это обе хорошо зарекомендовавшие себя технологии с долгой историей использования. Однако более новые технологии, такие как MOSFET (полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник) и JFET (полевые транзисторы с переходом), становятся все более популярными, и вполне возможно, что они могут в конечном итоге заменить транзисторы PNP и NPN.

Тем не менее, оба транзистора, скорее всего, будут использоваться в высокоскоростных маломощных устройствах следующего поколения. Транзисторы PNP имеют преимущество более низкого напряжения включения, что делает их идеальными для использования в высокоскоростных приложениях. Транзисторы NPN обладают преимуществом более высокой пропускной способности по току, что делает их идеальными для использования в устройствах с низким энергопотреблением.

Первоначально опубликовано 13 апреля 2017 г.

Разница между диодом и транзистором (со сравнительной таблицей)

Диод и Транзистор считаются основой электронных устройств и схем. Но на этом сходство между этими важнейшими устройствами в области электроники заканчивается. Основное различие между диодом и транзистором заключается в том, что диод представляет собой устройство с двумя выводами , которое пропускает ток только в одном направлении от анода к катоду.

Напротив, транзистор представляет собой трехконтактное устройство , которое пропускает ток из области высокого сопротивления в область низкого сопротивления. Само слово «транзистор» выражает его функцию, слово «транзистор» образовано от двух слов: «Передача» и «Резистор» . Таким образом, это считается устройством, которое передает сопротивление из одной области в другую.

Существуют определенные факторы, которые отличают эти два устройства, такие как область истощения, приложения и т. д. Мы обсудим все эти факторы с помощью сравнительной таблицы.

Содержание: Диод и транзистор

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Основные отличия
4. Заключение

Сравнительная таблица

Параметры	Диод	Транзистор
Определение	Диод представляет собой устройство с двумя выводами, пропускающее ток только в одном направлении.	Транзистор представляет собой устройство с тремя выводами, позволяющее току течь из области с высоким сопротивлением в область с низким сопротивлением
Формирование	Он образуется путем соединения полупроводника P-типа с полупроводником N-типа.	Образуется путем прокладывания слоя материала P-типа или N-типа между двумя материалами N-типа или P-типа на каждом конце.
Символ цепи
Слой истощения	Образуется только одна область истощения.	Образуются две обедненные области.
Количество соединений	Только одно соединение между полупроводниками P-типа и N-типа.	Два перехода формируются один между эмиттером и базой и другой между базой и коллектором.
Клеммы	2 клеммы в диоде, т.е. анод и катод.	3 вывода в транзисторе, то есть эмиттер, база и коллектор.
Рассматривается как	Может рассматриваться как переключатель.	Можно рассматривать как переключатель или усилитель.
Применения	Выпрямитель, удвоитель напряжения, ограничитель напряжения и т. д.	Усилитель, осциллятор и т. д.

Определение

Диод

Диод состоит из двух образцов полупроводника, один из которых представляет собой полупроводник P-типа , а другой — полупроводник N-типа. Соединение, образованное соединением этих двух полупроводников, называется PN-соединением. Слой обеднения формируется из-за разной концентрации носителей заряда в обеих областях.

В полупроводнике P-типа основными носителями являются дырки, а в полупроводнике N-типа основными носителями являются электроны. Теперь поведение PN-перехода будет отличаться в несмещенном режиме и в смещенном режиме.

Давайте сначала обсудим беспристрастный режим . В несмещенном режиме электроны из N-области и дырки из P-области будут двигаться к переходу из-за градиента концентрации. Наступит стадия, когда через переход перестанут диффундировать носители заряда. Этот этап называется стадия насыщения.

После этого электроны и дырки, достигшие перехода, рекомбинируют. В связи с этим будет ограничено движение дальнейших мажоритарных перевозчиков. Образовавшаяся таким образом область называется обедненным слоем. Это создаст внутреннее электрическое поле.

Теперь переходим к режиму со смещением , когда применяется смещение, т.е. соединение P-типа с положительной клеммой и N-типа с отрицательной клеммой. Прямой ток начнет течь от анода к катоду. Ширина области обеднения уменьшается с увеличением прямого смещения.

Аналогичным образом ширина обедненного слоя увеличивается при обратном смещении в режиме обратного смещения. Ток, который течет в диоде из-за неосновных носителей заряда. Это называется обратным током насыщения , потому что он насыщается после определенного обратного напряжения. Далее оно не увеличивается с увеличением обратного напряжения.

Обратный ток увеличивается только с увеличением температуры .

Транзистор

Транзистор представляет собой трехконтактное устройство, состоящее из трех областей и двух переходов. Областями являются эмиттер , база и коллектор . Двумя переходами являются переход база-эмиттер , переход база-эмиттер и переход база-коллектор .

Эти регионы имеют разные характеристики, и все они разного размера. Эмиттер сильно легирован, так что можно создать больше носителей заряда; база слабо легирована, так что рекомбинирует лишь несколько носителей заряда, а коллектор умеренно легирован.

Размер коллектора больше, чем у эмиттера и коллектора, а размер базы наименьший среди всех трех областей. Ширина обедненного слоя между коллектором и базой больше ширины перехода база-эмиттер.

Эмиттер и база подключены к батарее таким образом, что они работают в режиме прямого смещения, в то время как коллектор и база подключены к батарее таким образом, что она становится смещенной в обратном направлении. Следовательно, большинство носителей заряда будут течь от эмиттера к базе, а затем от базы к коллектору. Чем больше размер коллектора, тем больше носителей заряда он соберет и отвод тепла также будет происходить легче.

Ключевые различия между диодом и транзистором

1. Принципиальное различие между диодом и транзистором заключается в том, что диод представляет собой устройство с двумя выводами , а транзистор – это устройство с тремя выводами .
2. PN-переходной диод состоит из одной области обеднения , то есть между P-типом и N-типом, а транзистор состоит из двух слоев обеднения.
3. Диод считается переключателем , так как он может выполнять переключение, но транзистор может выполнять переключение так же, как усиление.
4. Для работы диода требуется только одна батарея, а для работы транзистора требуется две батареи .