Site Loader

Содержание

Как протекает ток в транзисторе

Транзисторы являются активными компонентами и используются повсеместно в электронных цепях в качестве усилителей и коммутационных устройств (транзисторных ключей). Как усилительные приборы они применяются в приборах высокой и низкой частоты, генераторах сигналов, модуляторах, детекторах и многих других цепях. В цифровых схемах, в импульсных блоках питания и управляемых электроприводах они служат в качестве ключей.

Биполярные транзисторы

Так называется наиболее распространенный тип транзистора. Они делятся на npn и pnp типы. Материалом для них наиболее часто является кремний или германий. Поначалу транзисторы делались из германия, но они были очень чувствительны к температуре. Кремниевые приборы гораздо более стойки к ее колебаниям и дешевле в производстве.

Различные биполярные транзисторы показаны на фото ниже.

Как устроен биполярный транзистор?

Принципы работы транзистора нужно изучать, начиная с его устройства. Рассмотрим структуру npn-транзистора, которая изображена на рис.ниже.

Как видим, он содержит три слоя: два с проводимостью n-типа и один – p-типа. Тип проводимости слоев определяется степенью легирования специальными примесями различных частей кремниевого кристалла. Эмиттер n-типа очень сильно легирован, чтобы получить множество свободных электронов как основных носителей тока. Очень тонкая база p-типа слегка легирована примесями и имеет высокое сопротивление, а коллектор n- типа очень сильно легирован, чтобы придать ему низкое сопротивление.

Принципы работы транзистора

Лучшим способом познакомиться с ними является экспериментальный путь. Ниже приведена схема простой цепи.

Поверните движок потенциометра в крайнее нижнее положение. Это понизит напряжение на базе (между базой и землёй) до нуля вольт (UBE = 0). Лампа не светится, что означает отсутствие тока через транзистор.

Если теперь поворачивать рукоятку от ее нижней позиции, то UBE постепенно увеличивается. Когда оно достигает 0,6 В, ток начинает втекать в базу транзистора, и лампа начинает светиться. Когда рукоятка сдвигается дальше, напряжение UBE остается на уровне 0,6 В, но ток базы увеличивается и это увеличивает ток через цепь коллектор-эмиттер. Если рукоятка сдвинута в верхнее положение, напряжение на базе будет немного увеличено до 0,75 В, но ток значительно возрастет и лампа будет светиться ярко.

А если измерить токи транзистора?

Если мы включим амперметр между коллектором (C) и лампой (для измерения IC), другой амперметр между базой (B) и потенциометром (для измерения IB), а также вольтметр между общим проводом и базой и повторим весь эксперимент, мы сможем получить некоторые интересные данные. Когда рукоятка потенциометра находится в его низшей позиции, UBE равно 0 В, также как и токи IC и IB. Когда рукоятку сдвигают, эти значения растут до тех пор, пока лампочка не начинает светиться, когда они равны: UBE = 0.6 В, IB = 0,8 мА и IC = 36 мА.

В итоге мы получаем от этого эксперимента следующие принципы работы транзистора: при отсутствии положительного (для npn-типа) напряжения смещения на базе токи через его выводы равны нулю, а при наличии напряжения и тока базы их изменения влияют на ток в цепи коллектор – эмиттер.

Что происходит при включении питания транзистора

Во время нормальной работы, напряжение, приложенное к переходу база-эмиттер, распределяется так, что потенциал базы (p-типа) приблизительно на 0,6 В выше, чем у эмиттера (n-типа). При этом к данному переходу приложено прямое напряжение, он смещен в прямом направлении и открыт для протекания тока из базы в эмиттер.

Гораздо более высокое напряжение приложено к переходу база-коллектор, причем потенциал коллектора (n-типа) оказывается более высоким, чем у базы (p-типа). Так что к переходу приложено обратное напряжение и он смещен в обратном направлении. Это приводит к образованию довольно толстого обедненного электронами слоя в коллекторе вблизи базы, когда к транзистору прикладывается напряжение питания. В результате ток через цепь коллектор-эмиттер не проходит. Распределение зарядов в зонах переходов npn-транзистора показан на рисунке ниже.

Какова роль тока базы?

Как же заставить работать наш электронный прибор? Принцип действия транзистора заключается во влиянии тока базы на состояние закрытого перехода база-коллектор. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, небольшой ток будет поступать в базу. Здесь его носителями являются положительно заряженные дырки. Они комбинируются с электронами, поступающими из эмиттера, обеспечивая ток IBE. Однако вследствие того, что эмиттер очень сильно легирован, гораздо больше электронов поступает из него в базу, чем способно соединиться с дырками. Это означает, что возникает большая концентрация электронов в базе, и большинство из них пересекает ее и попадает в обедненный электронами слой коллектора. Здесь они попадают под влияние сильного электрического поля, приложенного к переходу база-коллектор, проходят через обедненный электронами слой и основной объем коллектора к его выводу.

Изменения тока, втекающего в базу, влияют на количество привлеченных от эмиттера электронов. Таким образом, принципы работы транзистора могут быть дополнены следующим утверждением: очень небольшие изменения в базовом токе вызывают очень большие изменения в токе, протекающем от эмиттера к коллектору, т.е. происходит усиление тока.

Типы полевых транзисторов

По английски они обозначаются FETs – Field Effect Transistors, что можно перевести как «транзисторы с полевым эффектом». Хотя есть много путаницы в названиях для них, но встречаются в основном два основных их типа:

1. С управляющим pn-переходом. В англоязычной литературе они обозначаются JFET или Junction FET, что можно перевести как «переходный полевой транзистор». Иначе они именуются JUGFET или Junction Unipolar Gate FET.

2. С изолированным затвором (иначе МОП- или МДП-транзисторы). По английски они обозначаются IGFET или Insulated Gate FET.

Внешне они очень похожи на биполярные, что подтверждает фото ниже.

Устройство полевого транзистора

Все полевые транзисторы могут быть названы УНИПОЛЯРНЫМИ приборами, потому что носители заряда, которые образуют ток через них, относятся к единственному для данного транзистора типу – либо электроны, либо «дырки», но не оба одновременно. Это отличает принцип работы транзистора полевого от биполярного, в котором ток образуется одновременно обоими этими типами носителей.

Носители тока протекают в полевых транзисторах с управляющим pn-переходом по слою кремния без pn-переходов, называемому каналом, с проводимостью либо n-, либо p-типа между двумя выводами, именуемыми «истоком» и «стоком» – аналогами эмиттера и коллектора или, точнее ,катода и анода вакуумного триода. Третий вывод – затвор (аналог сетки триода) – присоединен к слою кремния с другим типом проводимости, чем у канала исток-сток. Структура такого прибора показана на рисунке ниже.

Как же работает полевой транзистор? Принцип работы его заключается в управлении поперечным сечением канала путем приложения напряжения к переходу затвор-канал. Его всегда смещают в обратном направлении, поэтому транзистор практически не потребляет тока по цепи затвора, тогда как биполярному прибору для работы нужен определенный ток базы. При изменении входного напряжения область затвора может расширяться, перекрывая канал исток-сток вплоть до полного его закрытия, управляя таким образом током стока.

Биполя́рный транзи́стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar ), в отличие от полевого (униполярного) транзистора.

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента (например, в схемах ТТЛ).

Содержание

Устройство [ править | править код ]

Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера (обозначается «Э», англ. E ), базы («Б», англ. B ) и коллектора («К», англ. C ). В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n (эмиттер — n-полупроводник, база — p-полупроводник, коллектор — n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты [1] .

С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы, но при изготовлении они существенно различаются степенью легирования для улучшения электрических параметров прибора. Коллекторный слой легируется слабо, что повышает допустимое коллекторное напряжение. Эмиттерный слой — сильно легированный: величина пробойного обратного напряжения эмиттерного перехода не критична, так как обычно в электронных схемах транзисторы работают с прямосмещённым эмиттерным переходом. Кроме того, сильное легирование эмиттерного слоя обеспечивает лучшую инжекцию неосновных носителей в базовый слой, что увеличивает коэффициент передачи по току в схемах с общей базой. Слой базы легируется слабо, так как располагается между эмиттерным и коллекторным слоями и должен иметь большое электрическое сопротивление.

Общая площадь перехода база-эмиттер выполняется значительно меньше площади перехода коллектор-база, что увеличивает вероятность захвата неосновных носителей из базового слоя и улучшает коэффициент передачи. Так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включён с обратным смещением, в нём выделяется основная доля тепла, рассеиваемого прибором, и повышение его площади способствует лучшему охлаждению кристалла. Поэтому на практике биполярный транзистор общего применения является несимметричным устройством (то есть инверсное включение, когда меняют местами эмиттер и коллектор, нецелесообразно).

Для повышения частотных параметров (быстродействия) толщину базового слоя делают меньше, так как этим, в том числе, определяется время «пролёта» (диффузии в бездрейфовых приборах) неосновных носителей. Но при снижении толщины базы снижается предельное коллекторное напряжение, поэтому толщину базового слоя выбирают исходя из разумного компромисса.

В первых транзисторах в качестве полупроводникового материала использовался металлический германий. Полупроводниковые приборы на его основе имеют ряд недостатков, и в настоящее время (2015 г.) биполярные транзисторы изготавливают в основном из монокристаллического кремния и монокристаллического арсенида галлия. Благодаря очень высокой подвижности носителей в арсениде галлия приборы на его основе обладают высоким быстродействием и используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах СВЧ-усилителей.

Принцип работы [ править | править код ]

В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении [2] (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт).

В транзисторе типа n-p-n [3] основные носители заряда в эмиттере (электроны) проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того, что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, бо́льшая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора, так как время рекомбинации относительно велико [4] . Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны) и переносит их в коллекторный слой. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно бо́льшим током коллектора.

Режимы работы [ править | править код ]

Напряжения
на эмиттере,
базе,
коллекторе
( U E , U B , U C <displaystyle U_,U_,U_> )
Смещение
перехода
база-эмиттер
для типа n-p-n
Смещение
перехода
база-коллектор
для типа n-p-n
Режим
для типа n-p-n
U E U B U C <displaystyle U_прямоеобратноенормальный
активный режим
U_>»> U E U B > U C <displaystyle U_U_> U_>»/>прямоепрямоережим насыщения
U_ U E > U B U C <displaystyle U_>U_ U_обратноеобратноережим отсечки
U_>U_>»> U E > U B > U C <displaystyle U_>U_>U_> U_>U_>»/>обратноепрямоеинверсный
активный режим
Напряжения
на эмиттере,
базе,
коллекторе
( U E , U B , U C <displaystyle U_,U_,U_> )
Смещение
перехода
база-эмиттер
для типа p-n-p
Смещение
перехода
база-коллектор
для типа p-n-p
Режим
для типа p-n-p
U E U B U C <displaystyle U_обратноепрямоеинверсный
активный режим
U_>»> U E U B > U C <displaystyle U_U_> U_>»/>обратноеобратноережим отсечки
U_ U E > U B U C <displaystyle U_>U_ U_прямоепрямоережим насыщения
U_>U_>»> U E > U B > U C <displaystyle U_>U_>U_> U_>U_>»/>прямоеобратноенормальный
активный режим

Нормальный активный режим [ править | править код ]

Переход эмиттер-база включён в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

Инверсный активный режим [ править | править код ]

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: UКБ>0; UЭБ Режим насыщения [ править | править код ]

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ. нас) и коллектора (IК. нас).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ. нас) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ. отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (UБЭ. нас) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки [ править | править код ]

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию UЭБ [5] [6] .

Барьерный режим [ править | править код ]

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включённый последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Схемы включения [ править | править код ]

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Схема включения с общей базой [ править | править код ]

  • Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.
  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α Достоинства
  • Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
  • Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

  • Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1
  • Малое входное сопротивление

Схема включения с общим эмиттером [ править | править код ]

  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
  • Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства

  • Большой коэффициент усиления по току.
  • Большой коэффициент усиления по напряжению.
  • Наибольшее усиление мощности.
  • Можно обойтись одним источником питания.
  • Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

  • Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором [ править | править код ]

  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
  • Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства

  • Большое входное сопротивление.
  • Малое выходное сопротивление.

Недостатки

  • Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры [ править | править код ]

  • Коэффициент передачи по току.
  • Входное сопротивление.
  • Выходная проводимость.
  • Обратный ток коллектор-эмиттер.
  • Время включения.
  • Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
  • Обратный ток коллектора.
  • Максимально допустимый ток.
  • Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

  • коэффициент усиления по току α;
  • сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току rэ, rк, rб, которые представляют собой:
  • rэ — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
  • rк — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
  • rб — поперечное сопротивление базы.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

h 11 ∍ = r δ + r ∍ 1 − α <displaystyle h_<11ackepsilon >=r_<delta >+<frac ><1-alpha >>> ;

h 12 ∍ ≈ r ∍ r κ ( 1 − α ) <displaystyle h_<12ackepsilon >approx <frac >(1-alpha )>>> ;

h 21 ∍ = β = α 1 − α <displaystyle h_<21ackepsilon >=eta =<frac <alpha ><1-alpha >>> ;

h 22 ∍ ≈ 1 r κ ( 1 − α ) <displaystyle h_<22ackepsilon >approx <frac <1>(1-alpha )>>> .

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода Cк. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода Cэ также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода rэ и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τз относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τф. Временем включения транзистора называется τвкл = τз + τф.

Биполярный СВЧ-транзистор [ править | править код ]

Биполярные СВЧ-транзисторы (БТ СВЧ) служат для усиления колебаний с частотой свыше 0,3 ГГЦ [7] . Верхняя граница частот БТ СВЧ с выходной мощностью более 1 Вт составляет около 10 ГГц. Большинство мощных БТ СВЧ по структуре относится к n-p-n типу [8] . По методу формирования переходов БТ СВЧ являются эпитаксиально-планарными. Все БТ СВЧ, кроме самых маломощных, имеют многоэмиттерную структуру (гребёнчатую, сетчатую) [9] . По мощности БТ СВЧ разделяются на маломощные (рассеиваемая мощность до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 1,5 Вт) и мощные (свыше 1,5 Вт) [10] . Выпускается большое число узкоспециализированных типов БТ СВЧ [10] .

Страшное слово – Транзистор

Ну вот, собственно, миновав семь скучных и бесполезных глав о всякой муре =), мы дошли-таки до самого интересного и захватывающего. До транзистора.

Современная электроника не смогла бы существовать, если бы не этот элемент! Ведь даже самая навороченная микросхема, где-то в глубине своей силиконовой души состоит из тех же самых транзисторов. Только – очень маленьких.

Транзистор – это усилительный элемент. Он усиливает слабую энергию подаваемого на него сигнала за счет энергии дополнительного источника питания.

Поясняю. Все мы ездили хоть раз на поезде, на электричке или, хотя бы, на трамвае. Когда поезд тормозит, всегда слышно характерное шипение. Это работает пневматический привод тормозов. Иными словами, сжатый воздух идет от бака к тормозам. Тормозные колодки подключены к поршню. Когда на поршень начинает давить сжатый воздух – поршень движется вперед и прижимает колодки плотно к колесу. Поезд тормозит… А отчего воздух начинает поступать на поршень? Вероятно, так хочет машинист. Он открывает у себя в кабине вентиль, и воздух идет. Все до неприличия просто!

Небольшая поясняющая картинка:

Теперь зададимся вопросом, а смог бы машинист остановить поезд, если бы тормозной рычаг был непосредственно связан с тормозными колодками? Наверно, нет. Каким бы качком он не был, остановить поезд человеку не под силу. А сжатый воздух делает это запросто, достаточно лишь открыть вентиль.

Посмотрим, что получилось: машинист тратит маленькую энергию на то, чтоб нажать тормозной рычаг. Открывается клапан, и мощный поток сжатого воздуха, с много большей энергией, прижимает тормозные колодки. То есть, клапан можно назвать усилительным элементом, который усиливает слабую энергию, затрачиваемую человеком за счет сильной энергии сжатого воздуха.

Смею Вас заверить, в транзисторе все абсолютно так же. Только через него проходит не сжатый воздух, а электрический ток. У транзистора три вывода: коллектор, эмиттер и база.

Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (Iк), между базой и эмиттером – слабый управляющий ток базы (Iб). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы, так же как и напор сжатого воздуха зависит от того, насколько открыт клапан. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается h31э. У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Итак, коэффициент усиления по току – это отношение коллекторного тока к току базы:

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

В этой схеме транзистор управляет яркостью свечения лампочки. Иными словами, он регулирует ток, протекающий через лампочку. Поскольку лампочка подключена к коллектору транзистора, то и ток, текущий через нее является током коллектора.

Управляющий ток базы ограничивается резистором R1. Зная этот ток и коэффициент усиления транзистора (h31э), можно легко узнать ток коллектора. С другой стороны, зная, какой нам нужен ток коллектора, мы всегда можем вычислить ток базы и подобрать соответствующий резистор.

Пусть наша лампочка кушает ток 0,33 А,
а транзистор имеет h31э = 100.
Какой нужен ток базы, чтобы лампочка горела в полный накал?
И каким при этом будет сопротивление R1?

Полный накал – это когда ток потребления равен номинальному.
Номинальный – 0,33 А. Таким образом, необходимый ток коллектора – 0,33 А.
Ток базы должен быть меньше коллекторного в h31э раз. То есть – в 100 раз. То есть, он должен быть равен 0,33/100 = 0,0033А = 3,3 мА.
Ура, решили.

Теперь осталось вычислить сопротивление резистора в цепи базы. Вычисляем (по закону Ома):

U – нам известно – это напряжение питания, 9В
I – только что нашли – 0,0033 А

Арифметика, 2 класс: R = 9/0,0033 = 2700 Ом = 2,7 кОм.

Ответ: сопротивление резистора = 2,7 кОм

Просто? Еще бы! Но – не обольщайтесь. Дальше – хуже! =)

В следующих нескольких параграфах мы поговорим о вещах, отвлеченных от транзистора. Но после этого, обязательно к нему вернемся, уже с новыми интересными знаниями. И сможем уже более широко использовать этот элемент.

Как течет ток в транзисторе

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 9 сентября 2015 · Обновлено 29 августа 2018

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Так что, если вам интересно что такое транзистор, его принцип работы и вообще с чем его едят, то берем стул по удобнее и подходим поближе.

Продолжим, и у нас тут есть содержание, будет удобнее ориентироваться в статье &#128578;

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу а уделим внимание каждому, индивидуально.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Триоды за редким исключением применяют в аппаратуре для меломанов.

Биполярные транзисторы выглядеть могут так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие, выглядит как-то так.

Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит лишь в том что является «переносчиком» электрического заряда (электроны или «дырки» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой. В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения. Или тупо поменять полярность источника питания.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа, при прозвонке создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора n-p-n типа диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

Принцип работы биполярного транзистора

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок.

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

  1. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
  2. Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
  3. Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
  4. В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

  1. Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате ток базы отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
  2. Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора. В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.
  3. Режим насыщения транзистора —
    в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
  4. Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Транзистор в ключевом режиме

Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку.

Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи. Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.

В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Главное чтобы эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.

Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.

В результате мы вполне можем найти сопротивление резистора

Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе.

Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно? Что когда базовый резистор подключается к +5 В лампочка загорается, когда отключается -лампочка гаснет? Ответ может быть да а может и нет.

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Напряжение на базовом резисторе может возникнуть чудесным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти &#128578;

Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Между базой и эмиттером подключают еще один резистор Rбэ. Этот резистор выбирают номиналом как минимум в 10 раз больше базового резистора Rб (В нашем случае мы взяли резистор 4,3кОм).

Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока.

В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок.

Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению. Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель является частным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключем) является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,6-0,7В. Выходит что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6В.

Получилось 9,4В, одним словом почти сколько вошло столько и вышло. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит.

«В чем же смысл тогда таком включении транзистора?»- спросите вы. А вот оказывается эта схема обладает другим очень важным свойством. Схема включения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Но если сравнивать ток базы и ток коллектора то ток базы очень мал по сравнению с током коллектора. Получается ток нагрузки равен току коллектора. И в результате получилась вот такая формула.

Теперь я думаю понятно в чем суть схемы эмиттерного повторителя, только это еще не все.

Эмиттерный повторитель обладает еще одним очень ценным качеством — высоким входным сопротивлением. Это означает, что эта транзисторная схема почти не потребляет ток входного сигнала и не создает нагрузки для схемы -источника сигнала.

Для понимания принципа работы транзистора этих двух транзисторных схем будет вполне достаточно. А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь теория теорией а практика и личный опыт ценнее в сотни раз!

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.

Также обязательно подпишитесь на новые статьи, потому что дальше вас ждет много интересного и полезного.

Желаю вам удачи, успехов и солнечного настроения!

Биполярный транзистор является одним из старейших, но самым известным типом транзисторов, и до сих пор находит применение в современной электронике. Транзистор незаменим, когда требуется управлять достаточно мощной нагрузкой, для которой устройство управления не может обеспечить достаточный ток. Они бывают разного типа и мощности, в зависимости от исполняемых задач. Базовые знания и формулы о транзисторах вы можете найти в этой статье.

Введение

Прежде чем начать урок, давайте договоримся, что мы обсуждаем только один тип способ включения транзистора. Транзистор может быть использован в усилителе или приемнике, и, как правило, каждая модель транзисторов производится с определенными характеристиками, чтобы сделать его более узкоспециализированым для лучшей работы в определённом включении.

Транзистор имеет 3 вывода: база, коллектор и эмиттер. Нельзя однозначно сказать какой из них вход, а какой выход, так как все они связаны и влияют друг на друга так или иначе. При включении транзистора в режиме коммутатора (управление нагрузкой) он действует так: ток базы контролирует ток от коллектора к эмиттеру или наоборот, в зависимости от типа транзистора.

Есть два основных типа транзисторов: NPN и PNP. Чтобы это понять, можно сказать, что основное различие между этими двумя типами это направления электрического тока. Это можно видеть на рисунке 1.А, где указано направление тока. В транзисторе NPN, один ток течет от основания внутрь транзистора, а другой ток течет от коллектора к эмиттеру, а в PNP транзисторе всё наоборот. С функциональной точки зрения, разница между этими двумя типами транзисторов это напряжение на нагрузке. Как вы можете видеть на рисунке, транзистор NPN обеспечивает 0В когда он открыт, а PNP обеспечивает 12В. Вы позже поймете, почему это влияет на выбор транзистора.

Для простоты мы будем изучать только NPN транзисторы, но всё это применимо к PNP, принимая во внимание, что все токи меняются на противоположные.

Рисунок ниже показывает аналогию между переключателем (S1) и транзисторным ключом, где видно, что ток базы закрывает или открывает путь для тока от коллектора к эмиттеру:

Точно зная характеристики транзистора, от него можно получить максимальную отдачу. Основным параметром является коэффициент усиления транзистора по постоянному току, который обычно обозначается Hfe или β. Также важно знать максимальный ток, мощность и напряжение транзистора. Эти параметры можно найти в документации на транзистор, и они помогут нам определить значение резистора на базе, о чем рассказано дальше.

Использование NPN транзистора как коммутатора

На рисунке показано включение NPN транзистора в качестве коммутатора. Вы встретите это включение очень часто при анализе различных электронных схем. Мы будем изучать, как запустить транзистор в выбранном режиме, рассчитать резистор базы, коэффициент усиления транзистора по току и сопротивление нагрузки. Я предлагаю самый простой и самый точный способ для этого.

1. Предположим, что транзистор находится в режиме насыщения: При этом математическая модель транзистора становится очень простой, и нам известно напряжение на точке Vc. Мы найдем значение резистора базы, при котором всё будет правильно.

2. Определение тока насыщения коллектора: Напряжение между коллектором и эмиттером (Vce) взято из документации транзистора. Эмиттер подключен к GND, соответственно Vce= Vc – 0 = Vc. Когда мы узнали эту величину, мы можем рассчитать ток насыщения коллектора по формуле:

Иногда, сопротивления нагрузки RL неизвестно или не может быть точным, как сопротивление обмотки реле; В таком случае, достаточно знать, необходимый для запуска реле ток.
Убедитесь, что ток нагрузки не превышает максимальный ток коллектора транзистора.

3. Расчет необходимого тока базы: Зная ток коллектора, можно вычислить минимально необходимый ток базы для достижения этого тока коллектора, используя следующую формулу:

Из неё следует что:

4. Превышение допустимых значений: После того как вы рассчитали ток базы, и если он оказался ниже указанного в документации, то можно перегрузить транзистор, путем умножения расчетного тока базы например в 10 раз. Таким образом, транзисторный ключ будет намного более устойчивым. Другими словами, производительность транзистора уменьшится, если нагрузка увеличится. Будьте осторожны, старайтесь не превышать максимальный ток базы, указанный в документации.

5. Расчёт необходимого значения Rb: Учитывая перегрузку в 10 раз, сопротивление Rb может быть рассчитано по следующей формуле:

где V1 является напряжением управления транзистором (см. рис 2.а)

Но если эмиттер подключен к земле, и напряжение база-эмиттер известно (около 0,7В у большинстве транзисторов), а также предполагая, что V1 = 5V, формула может быть упрощена до следующего вида:

Видно, что ток базы умножается на 10 с учётом перегрузки.
Когда значение Rb известно, транзистор «настроен» на работу в качестве переключателя, что также называется «режим насыщения и отсечки «, где «насыщение» – когда транзистор полностью открыт и проводит ток, а «отсечение» – когда закрыт и ток не проводит.

Примечание: Когда мы говорим , мы не говорим, что ток коллектора должен быть равным . Это просто означает, что ток коллектора транзистора может подниматься до этого уровня. Ток будет следовать законам Ома, как и любой электрический ток.

Расчет нагрузки

Когда мы считали, что транзистор находится в режиме насыщения, мы предполагали что некоторые его параметры не менялись. Это не совсем так. На самом деле эти параметры менялись в основном за счет увеличения тока коллектора, и поэтому он является более безопасным для перегрузки. В документации указано изменение параметров транзистора при перегрузке. Например, в таблице на рисунке 2.В показано два параметра которые значительно меняются:

HFE (β) меняется в зависимости от тока коллектора и напряжения VCEsat. Но VCEsat само меняется в зависимости от тока коллектора и базы, что показано в таблице дальше.

Расчет может быть очень сложным, так как все параметры тесно и сложно взаимосвязаны, поэтому лучше взять худшие значения. Т.е. наименьший HFE, крупнейший VCEsat и VCEsat.

Типичное применение транзисторного ключа

1. Управление реле

В современной электронике транзисторный ключ используется для контроля электромагнитных реле, которое потребляют до 200 мА. Если вы хотите управлять реле логической микросхемой или микроконтроллером то транзистор незаменим. На рисунке 3.A, сопротивления резистора базы рассчитывается в зависимости от необходимого для реле тока. Диод D1 защищает транзистор от импульсов, которые катушка генерирует при выключении.

2. Подключение транзистора с открытым коллектором:

Многие устройства, такие как семейство микроконтроллеров 8051 имеют порты с открытым коллектором. Сопротивление резистора базы внешнего транзистора рассчитывается, как описано в этой статье. Заметим, что порты могут быть более сложными, и часто используют полевые транзисторы вместо биполярных и называются выходами с открытым стоком, но всё остаётся точно таким же как на рисунке 3.B

3. Создание логического элемента ИЛИ-НЕ (NOR):

Иногда в схеме необходимо использовать один логический элемент, и вы не хотите использовать 14-контактную микросхему с 4 элементами либо из-за стоимости или местом на плате. Её можно заменить парой транзисторов. Отметим, что частотные характеристики таких элементов зависят от характеристик и типа транзисторов, но обычно ниже 100 кГц. Уменьшение выходного сопротивления (Ro) приведет к увеличению потребления энергии, но увеличит выходной ток.
Вам надо найти компромисс между этими параметрами.

На рисунке выше показан логический элемент ИЛИ-НЕ построенный с использованием 2х транзисторов 2N2222. Это может быть сделано на транзисторах PNP 2N2907, с незначительными изменениями. Вы просто должны учитывать, что все электрические токи тогда текут в противоположном направлении.

Поиск ошибок в транзисторных схемах

При возникновении проблемы в цепях, содержащих много транзисторов, может быть весьма проблематично узнать, какой из них неисправен, особенно когда они все впаяны. Я даю вам несколько советов, которые помогут вам найти проблему в такой схеме достаточно быстро:

1. Температура: Если транзистор сильно греется, вероятно, где-то есть проблема. Необязательно что проблема в горячем транзисторе. Обычно дефектный транзистор даже не нагревается. Это повышение температуры может быть вызвано другим транзистором, подключенным к нему.

2. Измерение VCE транзисторов: Если они все одного типа и все работают, то они должны иметь приблизительно одинаковое VCE. Поиск транзисторов, имеющих различные VCE это быстрый способ обнаружения дефектных транзисторов.

3. Измерение напряжения на резисторе базы: Напряжение на резисторе базы достаточно важно (если транзистор включен). Для 5 В устройства управления транзистором NPN, падения напряжения на резисторе должно быть более 3В. Если нет падения напряжения на резисторе, то либо транзистор, либо устройство управления транзистора имеют дефект. В обоих случаях ток базы равен 0.

Итак, допустим в нашем распоряжении транзистор с коэффициентом усиления 200 (β = 200). Со стороны коллектора подключим относительно мощный источник питания в 20V, за счет энергии которого будет происходить усиление. Со стороны базы транзистора подсоединим слабый источник питания в 2V. К нему последовательно подсоединим источник переменного напряжения в форме синуса, с амплитудой колебаний в 0.1V. Это будет сигнал, который нужно усилить. Резистор Rb возле базы необходим для того, чтобы ограничить ток, идущий от источника сигнала, обычно обладающего слабой мощностью.

2. Расчет входного тока базы Ib

Теперь посчитаем ток базы Ib. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (Vmax) и минимальном (Vmin). Назовем эти значения тока соответственно – Ibmax и Ibmin.

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер VBE. Между базой и эмиттером располагается один PN-переход. Получается, что ток базы «встречает» на своем пути полупроводниковый диод. Напряжение, при котором полупроводниковый диод начинает проводить – около 0.6V. Не будем вдаваться в подробности вольт-амперных характеристик диода, и для простоты расчетов возьмем приближенную модель, согласно которой напряжение на проводящем ток диоде всегда 0.6V. Значит, напряжение между базой и эмиттером VBE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (VE = 0), то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (VB = 0.6V).

Посчитаем Ibmax и Ibmin с помощью закона Ома:

2. Расчет выходного тока коллектора iс

Теперь, зная коэффициент усиления (β = 200), можно с легкостью посчитать максимальное и минимальное значения тока коллектора ( Icmax и Icmin).

3. Расчет выходного напряжения Vout

Осталось посчитать напряжение на выходе нашего усилителя Vout. В данной цепи – это напряжение на коллекторе VC.

Через резистор Rc течет ток коллектора, который мы уже посчитали. Осталось подставить значения:

4. Анализ результатов

Как видно из результатов, VCmax получился меньше чем VCmin. Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе VRc отнимается от напряжения питания VCC. Однако в большинстве случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала – амплитуда, которая увеличилась c 0.1V до 1V. Частота и синусоидальная форма сигнала не изменились. Конечно же, соотношение Vout/Vin в десять раз – далеко на самый лучший показатель для усилителя, однако для иллюстрации процесса усиления вполне подойдет.

Итак, подытожим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе. Через базу течет ток Ib, несущий в себе постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая нужна для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал проводить – «открылся». Переменная составляющая – это, собственно, сам сигнал (полезная информация). Сила тока коллектор-эмиттер внутри транзистора – это результат умножения тока базы на коэффициент усиления β. В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором – результат умножения усиленного тока коллектора на значение резистора.

Таким образом, на вывод Vout поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний, но с сохранившейся формой и частотой. Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор берет у источника питания VCC. Если напряжения питания будет недостаточно, транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получится с искажениями.

Режимы работы биполярного транзистора

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы:

Режим отсечки (cut off mode).

Активный режим (active mode).

Режим насыщения (saturation mode).

Инверсный ражим (reverse mode ).

Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V – 0.7V, PN-переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор как бы заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

В активном режиме напряжение на базе достаточное, для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером открылся. В этом состоянии у транзистора присутствуют токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Иногда ток базы может оказаться слишком большим. В результате мощности питания просто не хватит для обеспечения такой величины тока коллектора, которая бы соответствовала коэффициенту усиления транзистора. В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечить источник питания, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.

В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен».

В данном режиме коллектор и эмиттер меняются ролями: коллекторный PN-переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. В результате ток из базы течет в коллектор. Область полупроводника коллектора несимметрична эмиттеру, и коэффициент усиления в инверсном режиме получается ниже, чем в нормальном активном режиме. Конструкция транзистора выполнена таким образом, чтобы он максимально эффективно работал в активном режиме. Поэтому в инверсном режиме транзистор практически не используют.

Основные параметры биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по току – соотношение тока коллектора IС к току базы IB. Обозначаетсяβ, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзисторов.

β – величина постоянная для одного транзистора, и зависит от физического строения прибора. Высокий коэффициент усиления исчисляется в сотнях единиц, низкий – в десятках. Для двух отдельных транзисторов одного типа, даже если во время производства они были “соседями по конвейеру”, β может немного отличаться. Эта характеристика биполярного транзистора является, пожалуй, самой важной. Если другими параметрами прибора довольно часто можно пренебречь в расчетах, то коэффициентом усиления по току практически невозможно.

Входное сопротивление – сопротивление в транзисторе, которое «встречает» ток базы. Обозначается Rin (Rвх). Чем оно больше – тем лучше для усилительных характеристик прибора, поскольку со стороны базы обычно находиться источник слабого сигнала, у которого нужно потреблять как можно меньше тока. Идеальный вариант – это когда входное сопротивление равняется бесконечность.

Rвх для среднестатистического биполярного транзистора составляет несколько сотен КΩ (килоом). Здесь биполярный транзистор очень сильно проигрывает полевому транзистору, где входное сопротивление доходит до сотен ГΩ (гигаом).

Выходная проводимость – проводимость транзистора между коллектором и эмиттером. Чем больше выходная проводимость, тем больше тока коллектор-эмиттер сможет проходить через транзистор при меньшей мощности.

Также с увеличением выходной проводимости (или уменьшением выходного сопротивления) увеличивается максимальная нагрузка, которую может выдержать усилитель при незначительных потерях общего коэффициента усиления. Например, если транзистор с низкой выходной проводимостью усиливает сигнал в 100 раз без нагрузки, то при подсоединении нагрузки в 1 КΩ, он уже будет усиливать всего в 50 раз. У транзистора, с таким же коэффициентом усиления, но с большей выходной проводимостью, падение усиления будет меньше. Идеальный вариант – это когда выходная проводимость равняется бесконечность (или выходное сопротивление Rout = 0 (Rвых = 0)).

Частотная характеристика – зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты входящего сигнала. С повышением частоты, способность транзистора усиливать сигнал постепенно падает. Причиной тому являются паразитные емкости, образовавшиеся в PN-переходах. На изменения входного сигнала в базе транзистор реагирует не мгновенно, а с определенным замедлением, обусловленным затратой времени на наполнение зарядом этих емкостей. Поэтому, при очень высоких частотах, транзистор просто не успевает среагировать и полностью усилить сигнал.

РадиоКот :: Страшное слово — Транзистор

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы электроники >

Страшное слово — Транзистор

Современная электроника не смогла бы существовать, если бы не этот элемент! Ведь даже самая навороченная микросхема, где-то в глубине своей силиконовой души состоит из тех же самых транзисторов. Только — очень маленьких.

Транзистор — это усилительный элемент. Он усиливает слабую энергию подаваемого на него сигнала за счет энергии дополнительного источника питания.


Поясняю. Все мы ездили хоть раз на поезде, на электричке или, хотя бы, на трамвае. Когда поезд тормозит, всегда слышно характерное шипение. Это работает пневматический привод тормозов. Иными словами, сжатый воздух идет от бака к тормозам. Тормозные колодки подключены к поршню. Когда на поршень начинает давить сжатый воздух — поршень движется вперед и прижимает колодки плотно к колесу. Поезд тормозит… А отчего воздух начинает поступать на поршень? Вероятно, так хочет машинист. Он открывает у себя в кабине вентиль, и воздух идет. Все до неприличия просто!

Небольшая поясняющая картинка:

Теперь зададимся вопросом, а смог бы машинист остановить поезд, если бы тормозной рычаг был непосредственно связан с тормозными колодками? Наверно, нет. Каким бы качком он не был, остановить поезд человеку не под силу. А сжатый воздух делает это запросто, достаточно лишь открыть вентиль.

Посмотрим, что получилось: машинист тратит маленькую энергию на то, чтоб нажать тормозной рычаг. Открывается клапан, и мощный поток сжатого воздуха, с много большей энергией, прижимает тормозные колодки. То есть, клапан можно назвать усилительным элементом, который усиливает слабую энергию, затрачиваемую человеком за счет сильной энергии сжатого воздуха.

Смею Вас заверить, в транзисторе все абсолютно так же. Только через него проходит не сжатый воздух, а электрический ток. У транзистора три вывода: коллектор, эмиттер и база.

Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (Iк), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (Iб). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы, так же как и напор сжатого воздуха зависит от того, насколько открыт клапан. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается h31э. У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Итак, коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:

h31э = Iк / Iб

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

Iк = Iб * h31э

Рисуем схему.

В этой схеме транзистор управляет яркостью свечения лампочки. Иными словами, он регулирует ток, протекающий через лампочку. Поскольку лампочка подключена к коллектору транзистора, то и ток, текущий через нее является током коллектора.

Управляющий ток базы ограничивается резистором R1. Зная этот ток и коэффициент усиления транзистора (h31э), можно легко узнать ток коллектора. С другой стороны, зная, какой нам нужен ток коллектора, мы всегда можем вычислить ток базы и подобрать соответствующий резистор.

Немножко посчитаем 🙂

.

Пусть наша лампочка кушает ток 0,33 А,
а транзистор имеет h31э = 100.
Какой нужен ток базы, чтобы лампочка горела в полный накал?
И каким при этом будет сопротивление R1?

Полный накал — это когда ток потребления равен номинальному.
Номинальный — 0,33 А. Таким образом, необходимый ток коллектора — 0,33 А.
Ток базы должен быть меньше коллекторного в h31э раз. То есть — в 100 раз. То есть, он должен быть равен 0,33/100 = 0,0033А = 3,3 мА.
Ура, решили!!!

Теперь осталось вычислить сопротивление резистора в цепи базы. Вычисляем (по закону Ома):

R = U/I

U — нам известно — это напряжение питания, 9В
I — только что нашли — 0,0033 А

Арифметика, 2 класс: R = 9/0,0033 = 2700 Ом = 2,7 кОм.

Ответ: сопротивление резистора = 2,7 кОм

Просто? Еще бы! Но — не обольщайтесь. Дальше — хуже! =)

В следующих нескольких параграфах мы поговорим о вещах, отвлеченных от транзистора. Но после этого, обязательно к нему вернемся, уже с новыми интересными знаниями. И сможем уже более широко использовать этот элемент.

<<—Вспомним пройденное—-Поехали дальше—>>


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Почему ток все еще течет через коллектор, хотя в транзисторной цепи нет Vcc

Это связано со структурой транзистора BJT. Давайте посмотрим на NPN:

Источник изображения

У вас есть область коллектора из полупроводника N-типа, база P-типа и эмиттер N-типа. Я не буду вдаваться в подробности, поскольку это выходит за рамки вопроса, но давайте удовлетворим его вопросом — не похожи ли коллектор и эмиттер?

Что вы сделали, это подключите эмиттер к земле, а коллектор — к земле через резистор. Затем вы подали напряжение на базу.

Обычно то, что вы ожидаете от напряжения на базе, это для тока, протекающего от базы к эмиттеру — это в основном диод с основанием, являющимся анодом, а эмиттер, являющийся катодом. Если напряжение на катоде выше, чем база, этот поток тока через переход база-эмиттер вызовет ток, протекающий от коллектора к эмиттеру.

Однако в вашем случае коллектор не имеет более высокого потенциала, чем основа, он имеет более низкий потенциал. Вот тут-то и возникает мой вопрос — так же, как и соединение база-эмиттер, соединение база-коллектор также является PN-переходом, который также является диодом. Опять же, основание — это анод, но на этот раз коллектор — это катод. Это означает, что при подаче более высокого напряжения на базу, чем на катод, ток будет течь от базы через катод.

Теперь у вас есть ток, протекающий от базы к катоду, через резистор к земле, таким образом, таинственный поток тока идентифицируется.

Чтобы уточнить далее, вот ваша схема, если мы рассматриваем PN переходы как диоды (*):

смоделировать эту схему — схема, созданная с использованием CircuitLab

Вы можете видеть, как ток теперь может течь как через диод Base-Emitter, так и через диод Base-Collector.


С точки зрения того, почему ваша текущая диаграмма показывает ток коллектора как отрицательный, это почти наверняка связано с тем, как вы исследовали провод в вашей симуляции.

Имитационный зонд будет настроен таким образом, чтобы поток тока в коллектор считался «положительным». Кроме того, будет настроен второй датчик, чтобы ток, протекающий через резистор сверху вниз, считался «положительным».

Однако в этом случае ток течет из коллектора («отрицательный» с точки зрения датчиков) и в резистор («положительный» с точки зрения второго датчика). В результате в знаке есть несоответствие.

По сути это похоже на наличие двух амперметров подряд, но один подключен назад. Они будут показывать равные, но противоположные показания.


Информация о бонусе

Теперь ток базового коллектора будет намного ниже, чем ток базового эмиттера, отчасти потому, что у вас есть последовательный резистор от коллектора к земле, который будет падать некоторое напряжение и таким образом ограничивать ток (так же, как последовательный резистор со светодиодом) , но также отчасти потому, что структура NPN является более сложной.

Эмиттер легирован сильнее, чем коллектор, что означает, что на переходе BE на самом деле падение напряжения будет намного ниже, чем на переходе BC. В результате, даже без резистора ток BC будет значительно меньше, чем ток BE.

На самом деле вы можете использовать транзистор BJT в обратном направлении (поменять местами C и B), но производительность будет сильно ухудшена.


(*) Диодный вид не полностью представляет NPN-транзистор. Если вы соедините два диода вместе, вы не получите NPN-транзистор из-за металлических проводов диода между ними. Однако он точно отображает эффект, который вы видите.

В NMOS течет ли ток от источника к стоку или наоборот?

Я не брал никаких классов полупроводников, но если вы заинтересованы в ответе, ограниченном работой на уровне схемы, быстрый ответ:

с NMOS ток течет от стока к источнику (стрелка указывает на устройство от источника) с PMOS , ток течет от источника к стоку (стрелка указывает на устройство на источнике)

На приведенной выше схеме слова P-channel относятся к типу канала, который формируется под шлюзом. P означает, что канал образуется в полупроводнике P-типа, а N означает полупроводник N-типа.

Что касается путаницы. Вы правы, это сбивает с толку. То, что вы видите, известно как терминал, связанный с исходным телом. В некоторых приложениях это полезно (подробнее см. Ниже). Пока игнорируйте его.

Обычно при рассмотрении схемы аналоговой схемы принято видеть стрелки на клемме источника транзистора.

При рассмотрении цифровых схем на уровне транзисторов (в отличие от затворов, т. Е. Вентилей AND, OR, XOR), обычно стрелок нет. Отличительным аспектом является то, что у PMOS будет небольшой пузырь на терминале Gate, а у NMOS не будет никакого пузырька. Будьте уверены, это фактически одни и те же транзисторы (как PMOS, так и NMOS) как в аналоговых, так и в цифровых приложениях. Но то, как они работают, совсем другое.

Интересный факт для начинающего Транзистор представляет собой устройство с четырьмя терминалами: Gate, Drain, Source и Body. В качестве введения в микроэлектронику принято игнорировать терминал корпуса, но только для того, чтобы помочь вам познакомиться с основными уравнениями. Однако существует явление полупроводника, известное как телесный эффект, который добавляет дополнительный уровень сложности для ручных вычислений в отношении расчета рабочей точки покоя транзистора (рабочая точка покоя — это важное слово, с которым вы столкнетесь; это просто фантазия слово, обозначающее рабочую точку IV или ток-напряжение рассматриваемого транзистора.)

Моделирование транзистора является очень сложным делом и представляет собой дисциплину электротехники или прикладной физики. В любом вводном учебнике по микроэлектронике обычно начинается глава, в которой упоминается pn-переход (тип легированного кремниевого полупроводника).

Если вы действительно заинтересованы, и имеете базовые знания о квадратичных уравнениях и алгебре, вы можете взглянуть на большой вводный учебник, написанный Бехзадом Разави . Я хотел бы иметь эту книгу, когда я взял микроэлектронику в университете. Однако это предполагает понимание основных схем (то есть резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности).

Как работают транзисторы — простое объяснение

Транзистор — полезный и практичный компонент, который можно использовать для создания множества интересных проектов. В этом практическом руководстве вы узнаете, как работают транзисторы, и сможете использовать их в своих будущих схемах.

HILDA — электрическая дрель

Многофункциональный электрический инструмент способн…

На самом деле это довольно просто, если вы изучите основы. Мы сосредоточимся на двух наиболее распространенных транзисторах: биполярных и MOSFET.

Транзистор может работать в 2 режимах:

  1. ключевой режим
  2. режиме усиления

В ключевом режиме транзистор работает как электронный переключатель. Он может включать и выключать ток. Проще всего представить себе транзистор как реле без каких-либо движущихся частей. Транзистор похож на реле в том смысле, что вы можете использовать его для включения и выключения чего-либо.

В режиме усиления транзистор может быть включен частично и это режим работы полезен при усилении слабого сигнала.

Как работают биполярные транзисторы

Начнем с классического биполярного NPN транзистора. У него три вывода:

  • База (b — base)
  • Коллектор (c — collector)
  • Эмиттер (e — emitter)

Когда транзистор включен, то через него может течь ток от коллектора к эмиттеру. Когда он выключен, ток не течет. В приведенном ниже примере транзистор выключен. Это означает, что через него не может протекать ток, поэтому светодиод не светиться.

Чтобы включить транзистор, вам необходимо подать напряжение около 0,7 В на базу относительно эмиттера. Если бы у вас была батарея 0,7 В вы могли бы подключить ее между базой и эмиттером и транзистор бы включился. Поскольку у большинства из нас нет батареи с напряжением 0,7 В, то как мы можем включить транзистор?

Легко! Переход транзистора база-эмиттер работает как диод. Диод имеет прямое напряжение, которое он «берет» из имеющегося напряжения питания. Если вы последовательно подключите резистор, то остальная часть напряжения упадет на резисторе. Таким образом, вы автоматически получите около 0,7 В, добавив всего один резистор.

Это тот же принцип используется для ограничения тока через светодиод, чтобы он не сгорел.

Если вы еще добавите кнопку, то вы можете управлять транзистором и, следовательно, светодиодом, включая и выключая его с помощью кнопки:

Выбор номиналов компонентов схемы

Чтобы выбрать необходимые номиналы компонентов, вам нужно знать еще один важный параметр транзистора — коэффициент усиления.

Когда ток течет от базы к эмиттеру, транзистор включается, так что больший ток может течь от коллектора к эмиттеру.

Между величинами этих двух токов существует связь. Это называется усилением транзистора. Для транзистора общего назначения, такого как BC547 или 2N3904 коэффициент усиления составляет в среднем около 100. Это означает, что если вы подадите ток 0,1 мА на переход база-эмиттер, то по направлению коллектор-эмиттер вы получите ток 10 мА (в 100 раз больше).

Какое должно быть сопротивление резистора R1, чтобы получить ток 0,1 мА?

Если у нас в качестве источника питания батарея 9 В и мы знаем что падение напряжения на переходе база-эмиттер составляет 0,7 В, то на резисторе останется 8,3 В. Чтобы найти сопротивление резистора вы можете использовать закон Ома:

То есть вам необходимо использовать резистор сопротивлением 83 кОм. Это не стандартное значение, поэтому из стандартного номинального ряда возьмем самое близкое значение равное 82 кОм.

Резистор R2 предназначен для ограничения тока, проходящего через светодиод. Сопротивление 1 кОм будет достаточным.

Как подобрать транзистор

NPN-транзистор является наиболее распространенным типом биполярных транзисторов. Но есть еще один тип биполярного транзистора — PNP-транзистор, который работает точно также как и NPN-транзистор, только все токи идут в противоположном направлении.

При выборе транзистора важно учитывать, какой ток транзистор может пропустить через себя без повреждения. Это называется током коллектора (Ic ).

Как работает MOSFET транзистор

MOSFET транзистор (полевой транзистор) — еще один очень распространенный тип транзистора. Он также имеет три вывода:

  • Затвор (G — gate )
  • Исток (S — source )
  • Сток (D — drain )

N-канальный MOSFET работает также как и биполярный NPN-транзистор, но с одним важным отличием:

  • В биполярном NPN транзисторе ток, протекающий через переход база-эмиттер определяет силу тока, текущего через переход коллектор-эмиттер.
  • В MOSFET транзисторе напряжение между затвором и истоком определяет, какой ток будет течь от стока к истоку.

Вот почему для MOSFET транзистора вам не нужен резистор, включенный последовательно с затвором, как в случае с NPN-транзистором. Вместо этого вам понадобится резистор, подключенный между затвором и минусом питания, чтобы надежно отключить транзистор, когда кнопка не нажата:

Поскольку напряжение на затворе определяет, сколько тока может протекать от стока к истоку, вы можете подумать о добавлении резистора последовательно с кнопкой. Таким образом, у вас получиться делитель напряжения, с помощью которого вы можете выставить точное напряжение на затворе.

Как выбрать MOSFET-транзистор

В приведенном выше примере используется N-канальный полевой транзистор. Полевые транзисторы с P-каналом работают так же, только ток течет в противоположном направлении, а напряжение затвор-исток должно быть отрицательным.

На выбор доступны тысячи различных полевых транзисторов. Но если вы хотите построить схему, приведенную выше, то вы можете применить BS170 или IRF510.

При выборе полевого транзистора следует учитывать две вещи:

  1. Пороговое напряжение затвор-исток. Для включения транзистора требуется более высокое напряжение.
  2. Непрерывный ток стока. Это максимальный ток, который может протекать через транзистор.

Есть и другие важные параметры, о которых следует помнить, в зависимости от области применения. Но это выходит за рамки данной статьи. Помните об этих двух параметрах, и у вас будет хорошая отправная точка.

Зачем нужен транзистор?

У меня часто возникает вопрос: зачем нам транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к батарее?

Преимущество транзистора заключается в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большим током и напряжением.

Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многое другое при помощи микроконтроллера / Raspberry Pi / Arduino. Выход микроконтроллера может обеспечить всего несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять, например уличным освещением 230 В, вы не можете сделать это напрямую микроконтроллером

Вместо этого вы можете использовать реле. Но даже реле обычно требует большего тока, чем может обеспечить выход микроконтроллера. Поэтому вам понадобится транзистор для управления реле:

 

Транзистор как усилитель

Транзистор также может работать в качестве усилителя слабых сигналов, то есть он может находиться в любом положении между «полностью включено» и «полностью выключено».

Это означает, что слабый сигнал может управлять транзистором и создать более сильную копию этого сигнала на переходе коллектор-эмиттер (или сток-исток). Таким образом, транзистор может усиливать слабые сигналы.

Вот простой усилитель для управления динамиком сигналом прямоугольной формы:

 

Паяльный фен YIHUA 8858

Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

О транзисторах «на пальцах». Часть 1. Биполярные транзисторы — radiohlam.ru

В этом цикле статей мы попытаемся просто и доходчиво рассказать о таких непростых компонентах, как транзисторы.

Сегодня этот полупроводниковый элемент встречается почти на всех печатных платах, в любом электронном устройстве (в сотовых телефонах, в радиоприёмниках, в компьютерах и другой электронике). Транзисторы являются основой для построения микросхем логики, памяти, микропроцессоров… Вот давайте и разберёмся, что это чудо из себя представляет, как работает и чем вызвана такая широта его применения.

Транзистор — это электронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий с помощью входного сигнала управлять током.

Многие считают, что транзистор усиливает входной сигнал. Спешу огорчить, — сами по себе, без внешнего источника питания, транзисторы ничего не усилят (закон сохранения энергии ещё никто не отменял). На транзисторе можно построить усилитель, но это лишь одно из его применений, и то, для получения усиленного сигнала нужна специальная схема, которая проектируется и рассчитывается под определённые условия, плюс обязательно источник питания.

Сам по себе транзистор может только управлять током.

Что нужно знать из самого важного? Транзисторы делятся на 2 большие группы: биполярные и полевые. Эти 2 группы отличаются по структуре и принципу действия, поэтому про каждую из этих групп мы поговорим отдельно.

Итак, первая группа — биполярные транзисторы.

Эти транзисторы состоят из трёх слоёв полупроводника и делятся по структуре на 2 типа: pnp и npn. Первый тип (pnp) иногда называют транзисторами прямой проводимости, а второй тип (npn) — транзисторами обратной проводимости.

Что означают эти буквы? Чем отличаются эти транзисторы? И почему именно двух проводимостей? Как обычно — истина где-то рядом. © Всё гениальное — просто. N — negative (англ.) — отрицательный. P — positive (англ.) — положительный. Это обозначение типов проводимостей полупроводниковых слоёв из которых транзистор состоит. «Положительный» — слой полупроводника с «дырочной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют положительный знак), «отрицательный» — слой полупроводника с «электронной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют
отрицательный знак).

Структура и обозначение биполярных транзисторов на схемах показаны на рисунке справа. У каждого вывода имеется своё название. Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база. Как на схеме узнать базовый вывод? Легко. Он обозначается площадкой, в которую упираются коллектор и эмиттер. А как узнать эмиттер? Тоже легко, — это вывод со стрелочкой. Оставшийся вывод — это коллектор. Стрелочка на эмиттере всегда показывает направление тока. Соответственно, для npn транзисторов — ток втекает через коллектор и базу, а вытекает из эмиттера, для pnp транзисторов наоборот, — ток втекает через эмиттер, а вытекает через коллектор и базу.

Тонем в теории глубже… Три слоя полупроводника образуют в транзисторе два pn-перехода. Один — между эмиттером и базой, его обычно называют эмиттерный, второй — между коллектором и базой, его обычно называют коллекторный.

На каждом из двух pn-переходов может быть прямое или обратное смещение, поэтому в работе транзистора выделяют четыре основных режима, в зависимости от смещения pn-переходов (помним да, что если на стороне с проводимостью p-типа напряжение больше, чем на стороне с проводимостью n-типа, то это прямое смещение pn-перехода, если всё наоборот, то обратное). Ниже, на рисунках, иллюстрирующих каждый режим, стрелочками показано направление от большего напряжения к меньшему (это не направление тока!). Так легче ориентироваться: если стрелочка направлена от «p» к «n» — это прямое смещение pn-перехода, если от «n» к «p» — это обратное смещение.

Режимы работы биполярного транзистора:

1) Если на эмиттерном pn-переходе прямое смещение, а на коллекторном — обратное, то транзистор находится в нормальном активном режиме (иногда говорят просто: «активный режим», — опуская слово нормальный). В этом режиме ток коллектора зависит от тока базы и связан с ним следующим соотношением: Iк=Iб*β.

Активный режим используется при построении транзисторных усилителей.

2) Если на обоих переходах прямое смещение — транзистор находится в режиме насыщения. При этом ток коллектора перестаёт зависеть от тока базы в соответствии с указанной выше формулой (в которой был коэффициент β), он перестаёт увеличиваться, даже если продолжать увеличивать ток базы. В этом случае говорят, что транзистор полностью открыт или просто открыт. Чем глубже мы уходим в область насыщения — тем больше ломается зависимость Iк=Iб*β. Внешне это выглядит так, как будто коэффициент β уменьшается. Ещё скажу, что есть такое понятие, как коэффициент насыщения. Он определяется как отношение реального тока базы (того, который у вас есть в данный момент) к току базы в пограничном состоянии между активным режимом и насыщением.

3) Если у нас на обоих переходах обратное смещение — транзистор находится в режиме отсечки. При этом ток через него не течёт (за исключением очень маленьких токов утечки — обратных токов через pn-переходы). В этом случае говорят, что транзистор полностью закрыт или просто закрыт.

Режимы насыщения и отсечки используются при построении транзисторных ключей.

4) Если на эмиттерном переходе обратное смещение, а на коллекторном — прямое, то транзистор попадает в инверсный активный режим. Этот режим является довольно экзотическим и используется редко. Несмотря на то, что на наших рисунках эмиттер не отличается от коллектора и по сути они должны быть равнозначны (посмотрите ещё раз на самый верхний рисунок, — на первый взгляд ничего не изменится, если поменять местами коллектор и эмиттер), на самом деле у них есть конструктивные отличия (например в размерах) и равнозначными они не являются. Именно из-за этой неравнозначности и существует разделение на «нормальный активный режим» и «инверсный активный режим».

Иногда ещё выделяют пятый, так называемый, «барьерный режим». В этом случае база транзистора закорочена с коллектором. По сути правильнее было бы говорить не о каком-то особом режиме, а об особом способе включения. Режим тут вполне обычный — близкий к пограничному состоянию между активным режимом и насыщением. Его можно получить и не только закорачивая базу с коллектором. В данном конкретном случае вся фишка в том, что при таком способе включения, как бы мы не меняли напряжение питания или нагрузку — транзистор всё равно останется в этом самом пограничном режиме. То есть транзистор в этом случае будет эквивалентен диоду.

Итак, c теорией пока закончили. Едем дальше.

Биполярный транзистор управляется током. То есть, для того, чтобы между коллектором и эмиттером мог протекать ток (по другому говоря, чтобы транзистор открылся), — должен протекать ток между эмиттером и базой (или между коллектором и базой — для инверсного режима). Более того, величина тока базы и максимально возможного тока через коллектор (при таком токе базы) связаны постоянным коэффициентом β (коэффициент передачи тока базы): IБ*β=IK.

Кроме параметра β используется ещё один коэффициент: коэффициент передачи эмиттерного тока (α). Он равен отношению тока коллектора к току эмиттера: α=Iк/Iэ. Значение этого коэффициента обычно близко к единице (чем ближе к единице — тем лучше). Коэффициенты α и β связаны между собой следующим соотношением: β=α/(1-α).

В отечественных справочниках часто вместо коэффициента β указывают коэффициент h21Э (коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером), в забугорной литературе иногда вместо β можно встретить hFE. Ничего страшного, обычно можно считать, что все эти коэффициенты равны, а называют их зачастую просто «коэффициент усиления транзистора».

Что нам это даёт и зачем нам это надо? На рисунке слева изображены простейшие схемы. Они эквивалентны, но построены с участием транзисторов разных проводимостей. Также присутствуют: нагрузка, в виде лампочки накаливания, переменный резистор и постоянный резистор.

Смотрим на левую схему. Что там происходит? Представим себе, что ползунок переменного резистора в верхнем положении. При этом на базе транзистора напряжение равно напряжению на эмиттере, ток базы равен нулю, следовательно ток коллектора тоже равен нулю (IК=β*IБ) — транзистор закрыт, лампа не светится. Начинаем опускать ползунок вниз
— напряжение на нём начинает опускаться ниже, чем на эмиттере — появляется ток из эмиттера в базу (ток базы) и одновременно с этим — ток из эмиттера в коллектор (транзистор начнёт открываться). Лампа начинает светиться, но не в полный накал. Чем ниже мы будем перемещать ползунок переменного резистора — тем ярче будет гореть лампа.

И тут, внимание! Если мы начнём перемещать ползунок переменного резистора вверх — то транзистор начнёт закрываться, а токи из эмиттера в базу и из эмиттера в коллектор — начнут уменьшаться. На правой схеме всё то же самое, только с транзистором другой проводимости.

Рассмотренный режим работы транзистора как раз является активным. В чём суть? Ток управляет током? Именно, но фишка в том, что коэффициент β может измеряться десятками и
даже сотнями. То есть для того, чтобы сильно менять ток, протекающий из эмиттера в коллектор, нам достаточно лишь чуть-чуть изменять ток, протекающий из эмиттера в базу.

В активном режиме транзистор (с соответствующей обвязкой) используется в качестве усилителя.

Мы устали… отдохнём немного…

И снова вперёд!

Теперь разберёмся с работой транзистора в качестве ключа. Смотрим на левую схему. Пусть переключатель S будет замкнут в положении 1. При этом база транзистора через резистор R притянута к плюсу питания, поэтому ток между эмиттером и базой отсутствует и транзистор закрыт. Представим, что мы перевели переключатель S в положение 2. Напряжение на базе становится меньше, чем на эмиттере, — появляется ток между эмиттером и базой (его величина определяется сопротивлением R). Сразу возникает ток КЭ. Транзистор открывается, лампа загорается. Если мы снова вернём переключатель S в положение 1 — транзистор закроется, лампа погаснет. (на правой схеме всё то же самое, только транзистор другой проводимости)

В этом случае говорят, что транзистор работает в качестве ключа. В чём суть? Транзистор переключается между двумя состояниями — открытым и закрытым. Обычно при использовании транзистора в качестве ключа — стараются, чтобы в открытом состоянии транзистор был близок к насыщению (при этом падение напряжения между коллектором и эмиттером, а значит и потери на транзисторе, — минимальны).Для этого специальным образом рассчитывают ограничительный резистор в цепи базы. Состояний глубокого насыщения и глубокой отсечки обычно стараются избежать, потому что в этом случае увеличивается время переключения ключа из одного состояния в другое.

Небольшой пример расчётов. Представим себе, что мы управляем лампой накаливания 12В, 50мА через транзистор. Транзистор у нас работает в качестве ключа, поэтому в открытом состоянии должен быть близок к насыщению. Падение напряжения между коллектором и эмиттером учитывать не будем, поскольку для режима насыщения оно на порядок меньше напряжения питания. Так как через лампу течёт ток 50 мА, то нам нужно выбрать транзистор с максимальным током КЭ не менее 62,5 мА (обычно рекомендуют использовать компоненты на 75% от их максимальных параметров, это такой своеобразный запас). Открываем справочник и ищем подходящий p-n-p транзистор. Например КТ361. В нашем случае по току подходят с буквенными индексами «а, б, в, г», так как максимальное напряжение КЭ у них 20В, а у нас в задаче всего 12В.

Предположим, что использовать будем КТ361А, с коэффициентом усиления от 20 до 90. Так как нам нужно, чтобы транзистор гарантированно открылся полностью, — в расчёте будем использовать минимальный Кус=20. Теперь думаем. Какой минимальный ток должен течь между эмиттером и базой, чтобы через КЭ обеспечить ток 50 мА?

50 мА/ 20 раз = 2,5 мА

Токоограничивающий резистор какого номинала нужно поставить, чтобы пустить через БЭ ток 2,5 мА?

Тут всё просто. Закон Ома: I=U/R. Следовательно R=(12 В питания — 0,65 В потери на pn-переходе БЭ) / 0,0025 А = 4540 Ом. Так как 2,5 мА — это минимальный ток, который в нашем случае должен протекать из эмиттера в базу, то нужно выбрать из стандартного ряда ближайший резистор меньшего сопротивления. Например, с 5% отклонением это будет резистор 4,3 кОм.

Теперь о токе. Для зажигания лампы с номинальным током 50 мА нам нужно коммутировать ток всего 2,5 мА. И это при использовании ширпотребовского, копеечного транзистора, с низким Кус, разработанного 40 лет назад. Чувствуете разницу? Насколько можно уменьшить габариты выключателей (а значит и их стоимость) при использовании транзисторов.

Вернёмся опять к теории.

В рассмотренных выше примерах мы использовали только одну из схем включения транзистора. Всего же, в зависимости от того, куда мы подаём управляющий сигнал и откуда снимаем выходной сигнал (от того, какой электрод для этих сигналов является общим) выделяют 3 основных схемы включения биполярных транзисторов (ну, логично, да? — у транзистора 3 вывода, значит если делить схемы по принципу, что один из выводов общий, то всего может быть 3 схемы):

1) Схема с общим эмиттером.

Если считать, что входной ток — это ток базы, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора и выходное напряжение — это напряжение между коллектором и эмиттером, то можно записать, что: Iвых/Iвх=Iк/Iб=β , Rвх=Uбэ/Iб.

Кроме того, так как Uвых=Eпит-Iк*R, то видно, что, во-первых, выходное напряжение легко можно сделать гораздо выше входного, а во-вторых, что выходное напряжение инвертировано по отношению ко входному (когда Uбэ=Uвх увеличивается и входной ток растёт — выходной ток также растёт, но Uкэ=Uвых при этом уменьшается).

Такая схема включения (для краткости её обозначают ОЭ) является наиболее распространённой, поскольку позволяет усилить как ток, так и напряжение, то есть позволяет получить максимальное усиление мощности. Замечу, что эта дополнительная мощность у усиленного сигнала берётся не из воздуха и не от самого транзистора, а от источника питания (Eпит), без которого транзистор ничего не сможет усилить и вообще никакого тока в выходной цепи не будет. (Я думаю, — мы позже, в отдельной статье, про то, как именно работают транзисторные усилители и как их рассчитывать, подробнее напишем).

2) Схема с общей базой.

Здесь входной ток — это ток эмиттера, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь коллектора нагрузке. Для этой схемы: Iвых≈Iвх, т.к. Iк≈Iэ, Rвх=Uбэ/Iэ.

Такая схема (ОБ) усиливает только напряжение и не усиливает ток. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается.

3) Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Здесь входной ток — это ток базы, а входное напряжение подключено к переходу БЭ транзистора и нагрузке, выходной ток — ток эмиттера, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь эмиттера нагрузке. Для этой схемы: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=(IК+IБ)/IБ=β+1, т.к. обычно коэффициент β достаточно большой, то иногда считают Iвых/Iвх≈β. Rвх=Uбэ/Iб+R. Uвых/Uвх=(Uбэ+Uвых)/Uвых≈1.

Как видим, такая схема (ОК) усиливает ток и не усиливает напряжение. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается. Кроме того, данная схема имеет самое большое входное сопротивление.

Оранжевыми стрелками на приведённых выше схемах показаны контура протекания токов, создаваемых источником питания выходной цепи (Епит) и самим входным сигналом (Uвх). Как видите, в схеме с ОБ ток, создаваемый Eпит, протекает не только через транзистор, но и через источник усиливаемого сигнала, а в схеме с ОК, наоборот, — ток, создаваемый входным сигналом, протекает не только через транзистор, но и через нагрузку (по этим приметам можно легко отличить одну схему включения от другой).

Ну и на последок поговорим о том, как проверить биполярный транзистор на исправность. В большинстве случаев о исправности транзистора можно судить по состоянию pn-переходов. Если рассматривать эти pn-переходы независимо друг от друга, то транзистор можно представить как совокупность двух диодов (как на рисунке слева). В общем-то взаимное влияние pn-переходов и делает транзистор транзистором, но при проверке можно с этим взаимным влиянием не считаться, поскольку напряжение к выводам транзистора мы прикладываем попарно (к двум выводам из трёх). Соответственно, проверить эти pn-переходы можно обычным мультиметром в режиме проверки диодов. При подключении красного щупа (+) к катоду диода, а чёрного к аноду — pn-переход будет закрыт (мультиметр показывает бесконечно большое сопротивление), если поменять щупы местами — pn-переход будет открыт (мультиметр показывает падение напряжения на открытом pn-переходе, обычно 0,6-0,8 В). При подключении щупов между коллектором и эмиттером мультиметр будет показывать бесконечно большое сопротивление, независимо от того какой щуп подключен к коллектору, а какой к эмиттеру.

Продолжение следует…

Как проходит ток в биполярном переходном транзисторе (BJT)?

Спасибо, что указали, где вы взяли диаграмму, которую добавили к вашему вопросу. (Вероятно, теперь вам следует включить его в свой вопрос, а не оставлять как комментарий к другому полученному вами ответу.) Вот диаграмма, о которой вы спрашивали:

Я думаю, что диаграмма была попыткой проиллюстрировать обычный поток тока с левой стороны и поток электронов с правой стороны.Но они допустили ошибку и использовали схематический символ PNP слева, хотя должны были остаться со схематическим обозначением NPN в обоих случаях. Если вы замените PNP слева символом NPN, тогда диаграмма будет иметь смысл в контексте иллюстрации традиционных направлений тока слева и направлений электронного тока справа.


Трудно не заметить, что ваш вопрос практически полностью изменился. Итак, вышесказанное — это то, что я написал тогда, чтобы ответить на вопрос, который, как мне казалось, вы тогда задавали.

Новый вопрос другой. И, наверное, было бы лучше задать этот новый вопрос здесь. Изменение вопроса приводит к тому, что ответы кажутся несвязными и, возможно, даже неактуальными, и это не помогает будущим читателям, которые могут увидеть вопрос, а затем некоторые ответы и полностью озадачиться.

Что касается «направления тока» и, по крайней мере, что касается медной проводки (которая имеет только электроны в зоне проводимости для переноса тока, в отличие от алюминия, который имеет более «нюансные» нюансы), вы просто решаете, будете ли вы говорят о движущихся положительных или отрицательных зарядах.Бенджамин Франклин много веков назад не знал, как все это работает, и имел хотя бы шанс «сделать все правильно». Несмотря на 50% шансов, он ошибся и решил, что это положительные обвинения. С тех пор, отчасти из-за того, что в более ранней литературе были сделаны те же предположения, мы застряли на этом.

Итак. Не увлекайтесь этим мысленно. Поскольку большая часть остального мира приняла и использует старую точку зрения Бенджамина Франклина о направлении потока заряда, все, что вы будете делать, это постоянно сбивать с толку себя и других каждый раз, чтобы поговорить с кем-то еще, если вы решите, что будете изолированный голос бросает вызов условности, которую сейчас используют все остальные.Конечно, в реальности все может быть иначе. Но пока вы остаетесь последовательными, это не имеет значения.

Таким образом, текущий выполняет поток от коллектора к эмиттеру в NPN. Если вы принимаете соглашение, согласно которому в качестве носителя заряда используются «антиэлектроны». Если вы откажетесь принять это и пойдете своим путем, настаивая на использовании электронов в качестве носителя заряда, то, конечно, он перейдет от эмиттера к коллектору. Если это поможет, переверните это и посмотрите на PNP. Здесь, используя обычное соглашение Бенджамина Франклина, ток течет от эмиттера к коллектору, а с использованием вашего электронного соглашения он течет от коллектора к эмиттеру.Как раз наоборот.

Может, пока лучше просто принять другую идею. Что в BJT, работающем в активных или насыщенных областях, ток эмиттера представляет собой сумму токов коллектора и базы, независимо от того, на каком направлении вы сами настаиваете. Направление, которое вы используете для своего воображения, не имеет большого значения, если вы придерживаетесь своего подхода. Проблема возникает только тогда, когда вы хотите общаться с другими. Затем вы должны использовать все, что они используют, чтобы понять и ответить вам.В противном случае разговор превращается в дискуссию, и в итоге ничего не делается.

Хорошая модель постоянного тока для BJT называется моделью Эберса-Молла. Если вам интересно, посмотрите этот ответ EE.SE, который я дал. Здесь вы можете увидеть самую простую (DC) модель BJT, которая существует. (В нем отсутствует уравнение, которое описывает изменение токов насыщения в зависимости от температуры, но в остальном оно полное.) Здесь представлены три полностью эквивалентных модели и BJT.Между ними нет никакой разницы, за исключением их математической формулировки и того, какая ментальная перспектива выбрана для подчеркивания модели. Я думаю, что если вы мысленно изо всех сил пытаетесь овладеть этими эквивалентными моделями, вы поймете, почему ваши дебаты здесь довольно второстепенны в более широкой схеме вещей и почему лучше всего, если вы просто научитесь использовать термины, как их используют другие, и двигаться дальше. .

Я не говорю вам забывать физику, такую ​​как тот факт, что электроны — это наше текущее рабочее убеждение о носителях заряда (физика всегда предварительная и никогда абсолютная в своих заявлениях о фактах.) Хорошо иметь в виду идею о том, что термически возбужденные электроны легко перемещаются из валентных зон в зону проводимости в металлах, и что модель электронного облака работает достаточно хорошо для объяснения всего диапазона наблюдаемого поведения тока, длины свободного пробега , средняя скорость и т. д. в металлах (а также в других материалах). И это объясняет, почему проводники тоже никогда не бывают прозрачными. Знание этой детали дает много хорошего. Но , а не , важно в дискуссиях об электронике, чтобы вы придерживались своего оружия и настаивали на том, что поток тока связан с электронами.С таким же успехом вы можете сказать, что это связано с антиэлектронами, и уметь объяснять и проектировать схемы.

Так что вам действительно нужно дать волю этой проблеме и придерживаться традиционного подхода. (В противном случае вы всегда будете плыть против условностей.)


Токи внутри BJT немного сложнее, чем то, что появляется снаружи, где соединяются провода. См. Диаграмму ниже со страницы 61, раздел 3-2, книги Джейкоба Миллмана «Микроэлектроника», 1979 г. (На схеме показан транзистор PNP.) Но ничего из этого не применимо, когда вы просто подключаете BJT к цепи — поскольку такие детали скрыты от вас.

Как работают транзисторы (NPN и MOSFET)

Транзистор — это простой компонент, который можно использовать для создания множества интересных проектов. В этом практическом руководстве вы узнаете, как работают транзисторы, и сможете использовать их в своей следующей схеме.

На самом деле это довольно просто, если вы изучите основы. Мы сосредоточимся на двух наиболее распространенных транзисторах; BJT и MOSFET .

Транзистор работает как электронный переключатель. Он может включать и выключать ток. Проще всего представить себе транзистор как реле без каких-либо движущихся частей. Транзистор похож на реле в том смысле, что вы можете использовать его для включения и выключения чего-либо.

Но транзистор также можно частично включить, что полезно для создания усилителей.

Как работают транзисторы (БЮТ)

Начнем с классического транзистора NPN.Это биполярный транзистор (BJT) , имеющий три ножки:

  • База (б)
  • Коллектор (в)
  • Излучатель (д)

Если вы включите его, через него может течь ток от коллектора к эмиттеру. Когда он выключен, ток не может течь.

В приведенном ниже примере схемы транзистор выключен. Это означает, что через него не может протекать ток, поэтому светоизлучающий диод (LED) также выключен.

Для включения транзистора необходимо напряжение около 0.7В между базой и эмиттером.

Если бы у вас была батарея 0,7 В, вы могли бы подключить ее между базой и эмиттером, и транзистор включился бы.

Поскольку у большинства из нас нет батареи 0,7 В, как нам включить транзистор?

Легко! Часть транзистора база-эмиттер работает как диод. Диод имеет прямое напряжение , которое он «берет» из имеющегося напряжения. Если вы добавите резистор последовательно, остальная часть напряжения упадет на резисторе.

Таким образом, вы автоматически получите около 0,7 В, добавив резистор.

Это тот же принцип, который вы используете для ограничения тока через светодиод, чтобы он не взорвался.

Если вы также добавите кнопку, вы можете управлять транзистором и, следовательно, светодиодом, включаться и выключаться с помощью кнопки:

Выбор значений компонентов

Чтобы выбрать значения компонентов, вам нужно знать еще одну вещь о том, как работают транзисторы:

Когда ток течет от базы к эмиттеру, транзистор включается, так что больший ток может течь от коллектора к эмиттеру.

Существует связь между величинами двух токов. Это называется коэффициентом усиления транзистора .

Для транзистора общего назначения, такого как BC547 или 2N3904, это может быть около 100.

Это означает, что если у вас есть ток 0,1 мА от базы к эмиттеру, вы можете получить 10 мА (в 100 раз больше), протекающее от коллектора к эмиттеру.

Какое сопротивление резистора необходимо для R1, чтобы ток протекал 0,1 мА?

Если батарея 9В, а база-эмиттер транзистора захватывает 0.7 В, на резисторе осталось 8,3 В.

Вы можете использовать закон Ома, чтобы найти номинал резистора:

Треугольник закона Ома

Значит нужен резистор на 83 кОм. Это не стандартное значение, но 82 кОм, и это достаточно близко.

R2 предназначен для ограничения тока светодиода. Вы можете выбрать значение, которое вы выбрали бы, если бы вы подключили светодиод и резистор непосредственно к батарее 9 В, без транзистора. Например, 1 кОм должен работать нормально.

Посмотрите видеообъяснение транзистора, которое я сделал несколько лет назад (простите за олдскульное качество):

Как выбрать транзистор

NPN-транзистор является наиболее распространенным из биполярных переходных транзисторов (BJT) . Но есть еще один, называемый PNP-транзистором, который работает точно так же, только все токи имеют противоположное направление.

При выборе транзистора важно помнить о том, какой ток транзистор может выдерживать.Это называется током коллектора (I C ).

БЕСПЛАТНО Бонус: Загрузите основные электронные компоненты [PDF] — мини-книгу с примерами, которая научит вас, как работают основные компоненты электроники.

Как работает полевой МОП-транзистор

MOSFET-транзистор — еще один очень распространенный тип транзисторов. Он также имеет три контакта:

  • Затвор (g)
  • Источник (и)
  • Сток (d)
Символ MOSFET (N-канал)

MOSFET работает аналогично BJT-транзистору, но с одним важным отличием:

В биполярном транзисторе , ток от базы к эмиттеру определяет, сколько тока может протекать от коллектора к эмиттеру.

В MOSFET-транзисторе , напряжение между затвором и истоком определяет, сколько тока может протекать от стока к истоку.

Пример: как включить полевой МОП-транзистор

Ниже приведен пример схемы включения полевого МОП-транзистора.

Значение R1 не критично, но около 10 кОм должно работать нормально. R2 устанавливает яркость светодиода. 1 кОм подойдет для большинства светодиодов. Q1 может быть практически любым n-канальным MOSFET, например BS170.

Чтобы включить MOSFET-транзистор, вам необходимо напряжение между затвором и истоком, которое выше порогового напряжения вашего транзистора.Например, BS170 имеет пороговое напряжение затвор-исток , равное 2,1 В. (Вы найдете эту информацию в таблице).

Пороговое напряжение полевого МОП-транзистора — это фактически напряжение, при котором он отключается. Итак, чтобы правильно включить транзистор, вам нужно напряжение немного выше этого.

Насколько выше, зависит от того, какой ток вы хотите иметь (и вы найдете эту информацию в таблице данных). Если вы поднимете на пару вольт выше порогового значения, этого обычно более чем достаточно для слаботочных вещей, таких как включение светодиода.

Обратите внимание, что даже если вы используете достаточно высокое напряжение для протекания тока 1 А, это не означает, что вы получите 1 А. Это просто означает, что у может быть ток с током 1А, если вы захотите. Но то, что вы к нему подключаете, определяет фактический ток.

Таким образом, вы можете подниматься настолько высоко, насколько хотите, при условии, что вы не превышаете максимально допустимое напряжение затвор-исток (которое составляет 20 В для BS170).

В приведенном выше примере ворота подключаются к напряжению 9 В, когда вы нажимаете кнопку.Это включает транзистор.

Как выключить полевой МОП-транзистор?

Одна важная вещь, которую нужно знать о MOSFET, заключается в том, что он также действует как конденсатор. То есть часть затвор-исток. Когда вы прикладываете напряжение между затвором и истоком, это напряжение остается там до тех пор, пока оно не разрядится.

Без резистора (R1) в приведенном выше примере транзистор не выключился бы. С резистором есть путь для разряда конденсатора затвор-исток, чтобы транзистор снова отключился.

Как выбрать МОП-транзистор

В приведенном выше примере используется полевой МОП-транзистор с N-каналом . P-channel MOSFET работают точно так же, только ток течет в противоположном направлении, а напряжение затвор-исток должно быть отрицательным, чтобы включить его.

Существуют тысячи различных полевых МОП-транзисторов на выбор. Но если вы хотите построить схему, приведенную выше, и получить конкретную рекомендацию, BS170 и IRF510 — два обычных.

При выборе полевого МОП-транзистора следует учитывать две вещи:

  • Пороговое напряжение затвор-исток .Для включения транзистора вам потребуется более высокое напряжение.
  • Непрерывный ток утечки . Это максимальное количество тока, которое может протекать через транзистор.

Есть и другие важные параметры, о которых следует помнить, в зависимости от того, что вы делаете. Но это выходит за рамки данной статьи. Помните об этих двух параметрах, и у вас будет хорошая отправная точка.

Зачем нужен транзистор?

Мне часто задают вопрос: зачем нам транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к аккумулятору?

Преимущество транзистора заключается в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большими током и напряжением.

Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многое другое с Raspberry Pi / Arduino / микроконтроллера. Выходные контакты этих плат обычно могут обеспечить всего несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять уличным освещением 110 В для патио, вы не можете сделать это напрямую с помощью булавки.

Вместо этого вы можете сделать это через реле. Но даже реле обычно требует большего тока, чем может обеспечить вывод. Итак, вам понадобится транзистор для управления реле:

Подключите левую сторону резистора к выходному контакту (например, от Arduino) для управления реле.

Но транзисторы также полезны для более простых схем датчиков, таких как эта схема светового датчика, схема сенсорного датчика или схема H-моста.

Транзисторы используются практически во всех схемах. Это действительно самый важный компонент в электронике.

Транзистор как усилитель

Транзистор — это еще и то, что заставляет работать усилители. Вместо того, чтобы иметь только два состояния (ВКЛ / ВЫКЛ), он также может быть где угодно между «полностью включен» и «полностью выключен».

Это означает, что слабый сигнал почти без энергии может управлять транзистором, чтобы создать гораздо более сильную копию этого сигнала в части коллектор-эмиттер (или сток-исток) транзистора.Таким образом, транзистор может усиливать слабые сигналы.

Ниже представлен простой усилитель для управления динамиком. Чем выше входное напряжение, тем выше ток от базы к эмиттеру и тем выше ток через динамик.

Изменяющееся входное напряжение приводит к изменению тока в динамике, что создает звук.

Усилитель с общим эмиттером

Обычно вы добавляете еще пару резисторов к смещению транзистора. В противном случае вы получите много искажений.Но это уже для другой статьи.

Если вы хотите узнать больше об использовании транзистора в качестве усилителя, на сайте electronics-lab.com есть несколько хороших руководств по трем основным настройкам усилителя BJT.

Вопросы?

Вы понимаете, как сейчас работают транзисторы? Или вы все еще в замешательстве? Позвольте мне знать в комментариях ниже.

Как работает транзистор?


Спросил: Тони Уилан

Ответ

Конструкция транзистора позволяет ему работать как усилитель или переключатель.Это достигается за счет использования небольшого количества электричества для управления воротами на гораздо большем подача электричества, очень похожая на поворот клапана для управления подачей воды. Транзисторы

состоят из трех частей: базы, коллектора и эмиттера. База это устройство управления затвором для большего источника электроэнергии. Коллекционер — это большее электрическое питание, и эмиттер является выходом для этого источника. Отправив различные уровни тока от базы, количество тока, протекающего через затвор от коллектора может регулироваться.Таким образом, очень небольшое количество тока может быть используется для управления большим током, как в усилителе. Тот же процесс используется для создать двоичный код для цифровых процессоров, но в этом случае порог напряжения для открытия коллекторного затвора необходимо пять вольт. Таким образом, транзистор используется в качестве переключателя с двоичной функцией: пять вольт — включено, менее пяти вольт — выключено.

Полупроводящие материалы — вот что делает возможным создание транзисторов.Большинство людей знакомы с электропроводящими и непроводящими материалами. Металлы обычно считаются как проводящие. Такие материалы, как дерево, пластик, стекло и керамика непроводящие или изоляторы. В конце 1940-х годов группа ученых, работающая в Bell Лаборатории в Нью-Джерси обнаружили, как брать определенные типы кристаллов и использовать их в качестве электронные устройства управления за счет использования их полупроводниковых свойств. неметаллические кристаллические структуры обычно считаются изоляторами.Но по заставляя кристаллы германия или кремния расти с примесями, такими как бор или фосфора кристаллы приобретают совершенно другие электропроводящие свойства. По помещая этот материал между двумя проводящими пластинами (эмиттером и коллектором), транзистор сделан. Подавая ток на полупроводниковый материал (основание), электроны собираться до тех пор, пока не будет сформирован эффективный канал, по которому проходит электричество Учеными, ответственными за изобретение транзистора, были Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли.Их патент назывался: «Три Элемент электродной цепи из полупроводниковых материалов ».

Артикул:


Ответил: Стивен Портц, учитель технологий, средняя школа космического побережья, Флорида

Существует два основных типа транзисторов-переходных транзисторов и полевых транзисторов. Каждый работает по-своему. Но полезность любого транзистора заключается в его возможность управления сильным током при слабом напряжении. Например, транзисторы в система громкой связи усиливает (усиливает) слабое напряжение, возникающее, когда человек говорит в микрофон.Электричество, идущее от транзисторов, достаточно сильное, чтобы использовать громкоговоритель, который издает звуки намного громче, чем голос человека.

ПЕРЕХОДНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Соединительный транзистор состоит из тонкого кусочка одного типа полупроводниковый материал между двумя более толстыми слоями противоположного типа. Например, если средний слой p-типа, внешние слои должны быть n-типа. Такой транзистор — это Транзистор NPN. Один из внешних слоев называется эмиттером, а другой известен. как коллекционер.Средний слой — это основа. Места присоединения эмиттера к база и база, соединяющая коллектор, называются узлами.

Слои NPN-транзистора должны иметь правильное напряжение, подключенное к ним. В Напряжение базы должно быть положительнее, чем у эмиттера. Напряжение коллектор, в свою очередь, должен быть более положительным, чем у цоколя. Напряжения питается от батареи или другого источника постоянного тока. Эмиттер подает электроны.База оттягивает эти электроны от эмиттера, потому что он имеет более положительное напряжение, чем эмиттер. Это движение электронов создает поток электричества через транзистор.

Ток проходит от эмиттера к коллектору через базу. Изменения в напряжение, подключенное к базе, изменяет поток тока, изменяя количество электроны в базе. Таким образом, небольшие изменения в базовом напряжении могут вызвать большие изменения тока, вытекающего из коллектора.

Производители также производят соединительные транзисторы PNP. В этих устройствах эмиттер и коллектор — это полупроводниковый материал p-типа и база n-типа. Соединение PNP Транзистор работает по тому же принципу, что и транзистор NPN. Но он отличается в одном уважать. Основной поток тока в транзисторе PNP регулируется путем изменения количество дырок, а не количество электронов в основании. Также этот тип Транзистор работает правильно только в том случае, если отрицательные и положительные соединения к нему являются обратная сторона транзистора NPN.

ТРАНЗИСТОРЫ ПОЛЕВОГО ЭФФЕКТА

Полевой транзистор имеет только два слоя полупроводника. материал, один поверх другого. Электричество проходит через один из слоев, называемый канал. Напряжение, подключенное к другому слою, называемому затвором, мешает ток, протекающий в канале. Таким образом, напряжение, подключенное к затвору, управляет сила тока в канале. Существует две основных разновидности полевого эффекта. транзисторы — полевой транзистор на стыке (JFET) и металлооксидный полупроводник полевой транзистор (MOSFET).Большинство транзисторов, содержащихся в сегодняшних интегральные схемы — это МОП-транзисторы.
Ответил: Джастин Шорс, ученик старшей школы

Radartutorial

pnp- Работа транзистора

Коллектор

База

Излучатель

прямое смещение

обратное смещение

Рисунок 1. Правильно смещенный pnp-транзистор

Коллектор

База

Излучатель

прямое смещение

обратное смещение

Рисунок 1. Правильно смещенный pnp-транзистор

Транзистор pnp работает практически так же, как транзистор npn.Однако, поскольку эмиттер, база и коллектор в pnp-транзисторе сделаны из материалы, которые отличаются от материалов, используемых в транзисторе npn, в блоке pnp протекают разные носители тока. Большинство носителей тока в pnp-транзисторе — это дырки. Это в отличие от npn-транзистор, в котором основными носителями тока являются электроны. Чтобы поддержать это другой тип тока (поток в дырке), батареи смещения поменяны местами для pnp-транзистора.Типичная установка смещения для pnp-транзистора показана на рисунке 1.

Обратите внимание, что процедура, использованная ранее для правильного смещения npn-транзистора, также применима. здесь к транзистору pnp. Первая буква (p) в последовательности pnp указывает полярность напряжения, необходимого для эмиттера ( p ositive), а вторая буква (n) указывает полярность базового напряжения ( n egative). Поскольку переход база-коллектор всегда имеет обратное смещение, тогда напряжение противоположной полярности (отрицательное) необходимо использовать для коллектора.Таким образом, база pnp-транзистора должна быть отрицательной. по отношению к эмиттеру, а коллектор должен быть более отрицательным, чем база. Помните, что, как и в случае транзистора npn, эта разница в питающем напряжении равна необходимо, чтобы ток (поток дырок в случае транзистора pnp) от эмиттер к коллектору. Хотя ток через отверстие является преобладающим типом протекания тока в pnp-транзистор, дырочный поток происходит только внутри самого транзистора, в то время как электроны текут во внешней цепи.Однако именно внутренний поток дырок приводит к потоку электронов во внешних проводах, подключенных к транзистору.

Коллектор

База

Излучатель

прямое смещение

Рис. 2. Смещенный в прямом направлении переход в pnp-транзисторе.

Коллектор

База

Излучатель

прямое смещение

Рис. 2. Смещенный в прямом направлении переход в pnp-транзисторе.

pnp разветвление с прямым смещением

Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда переход эмиттер-база смещен в прямом направлении.При показанной настройке смещения положительный полюс батареи отталкивает эмиттерные отверстия. к базе, в то время как отрицательный вывод направляет электроны базы к эмиттеру. Когда эмиттерная дырка и базовый электрон встречаются, они объединяются. Для каждого электрона, который объединяет с отверстием другой электрон покидает отрицательную клемму аккумулятора и попадает в база. В то же время электрон покидает эмиттер, создавая новую дырку, и входит в положительный полюс аккумуляторной батареи.Это движение электронов в базу и из эмиттера составляет ток базы (I B ), и путь, по которому проходят эти электроны, называется схемой эмиттер-база.

pnp разветвление с обратным смещением

В обратносмещенном переходе (рисунок 3) отрицательное напряжение на коллекторе и положительное напряжение на базовом блоке основных носителей тока от пересечения перекрестка.

Однако это же отрицательное напряжение коллектора действует как прямое смещение для меньшинства. текущие отверстия в основании, которые пересекают переход и входят в коллектор.Меньшинство Текущие электроны в коллекторе также воспринимают прямое смещение — положительная база напряжение — и переместимся в базу. Отверстия в коллекторе заполнены электронами, которые течь с минусовой клеммы АКБ. При этом электроны покидают отрицательный полюс батареи, другие электроны в основании разрывают свои ковалентные связи и введите положительный полюс аккумуляторной батареи. Хотя есть только меньшинство текущих расход в обратносмещенном переходе, он все еще очень мал из-за ограниченного количества неосновных носителей тока.

Коллектор

База

Излучатель

обратное
смещение
переход

Рис. 3. Обратносмещенный переход в pnp-транзисторе.

Коллектор

База

Излучатель

обратное
смещение
переход

Рис. 3. Обратносмещенный переход в pnp-транзисторе.

Взаимодействие pnp Junction

Коллектор

База

Излучатель

обратное
смещение
переход

вперед
смещение
переход

отверстие
поток

электронный поток

Я С

I B

Рисунок 4: Работа pnp-транзистора.

Коллектор

База

Излучатель

обратное
смещение
переход

вперед
смещение
переход

отверстие
поток

электронный поток

Я С

I B

Рисунок 4: Работа pnp-транзистора.

Взаимодействие между переходы с прямым и обратным смещением в Транзистор pnp очень похож на транзистор npn, за исключением того, что в pnp-транзисторе большинство носителей тока представляют собой дырки.В pnp-транзисторе, показанном на рисунке 4, положительное напряжение на эмиттере отталкивает отверстия к основанию. Один раз в основании дырки объединяются с электронами базы. Но опять же, помните, что база область сделана очень тонкой, чтобы предотвратить рекомбинацию дырок с электронами. Следовательно, более 90 процентов отверстий, которые входят в основание, притягиваются к большим отрицательное напряжение коллектора и проходит прямо через базу. Однако для каждого электрона и дырки, которые объединяются в основной области, другой электрон покидает отрицательный вывод базовый аккумулятор (V BB ) и поступает в базу как базовый ток (I B ).На В то же время один электрон покидает отрицательную клемму батареи, другой электрон покидает эмиттер как IE (создающий новое отверстие) и входит в положительный вывод V BB . Между тем в коллекторной цепи электроны от коллекторной батареи (V CC ) введите коллектор как Ic и объедините с лишними отверстиями от основания. Для каждой лунки который нейтрализуется в коллекторе электроном, другой электрон покидает эмиттер и начинает свой путь обратно к положительной клемме V CC .

Рисунок 5: Полный ток, протекающий через pnp-транзистор.

Рисунок 5: Полный ток, протекающий через pnp-транзистор.

Хотя ток во внешней цепи pnp-транзистора противоположен направлении к направлению npn-транзистора, основные носители всегда текут из эмиттер к коллектору. Этот поток основных носителей также приводит к формированию две отдельные токовые петли в каждом транзисторе.Один контур — это путь базового тока, а другой контур — это путь коллекторного тока. Комбинация тока в обоих этих контуров (I B + I C ) приводит к общему току транзистора (I E ). Самое важное, что нужно помнить о двух разных типах транзисторов, это то, что напряжение эмиттер-база pnp-транзистора имеет такое же управляющее влияние на коллекторный ток как у npn-транзистора. Проще говоря, увеличение Напряжение прямого смещения транзистора уменьшает барьер перехода эмиттер-база.Этот действие позволяет большему количеству носителей достичь коллектора, вызывая увеличение тока. от эмиттера к коллектору и через внешнюю цепь. И наоборот, уменьшение в прямом смещении снижает ток коллектора.

NPN и PNP транзистор: различия и их характеристики

Транзисторы PNP и NPN являются BJT и являются основным электрическим компонентом, используемым в различных электрических и электронных схемах для создания проектов.В работе транзисторов PNP и NPN в основном используются дырки и электроны. Эти транзисторы могут использоваться как усилители, переключатели и генераторы. В транзисторе PNP большинство носителей заряда представляют собой дырки, а большинство носителей заряда NPN — электроны. За исключением того, что полевые транзисторы имеют только один вид носителя заряда. Основное различие между транзисторами NPN и PNP заключается в том, что транзистор NPN получает питание, когда ток проходит через базовый вывод транзистора. В транзисторе NPN ток проходит от вывода коллектора к выводу эмиттера.Транзистор PNP включается, когда нет тока на клемме базы транзистора. В транзисторе PNP ток проходит от вывода эмиттера к выводу коллектора. В результате транзистор PNP включается сигналом низкого уровня, а транзистор NPN включается сигналом высокого уровня.


Разница между транзисторами NPN и PNP

Основное различие между транзисторами NPN и PNP заключается в том, что такое транзисторы PNP и NPN, их конструкция, работа и их применение.

Что такое транзистор PNP?

Термин «PNP» означает «положительный», «отрицательный», «положительный» и также известен как поиск источников. Транзистор PNP представляет собой BJT; в этом транзисторе буква «P» указывает полярность напряжения, необходимого для вывода эмиттера. Вторая буква «N» указывает полярность клеммы базы. В транзисторах такого типа большинство носителей заряда представляют собой дырки. В основном этот транзистор работает так же, как транзистор NPN.

Материалы, необходимые для изготовления выводов эмиттера (E), базы (B) и коллектора (C) в этом транзисторе, отличаются от материалов, используемых в транзисторе NPN.Выводы BC этого транзистора постоянно смещены в обратном направлении, тогда для вывода коллектора следует использовать напряжение –Ve. Следовательно, вывод базы PNP-транзистора должен быть -Ve по отношению к выводу эмиттера, а вывод коллектора должен быть -Ve, чем вывод базы.

Конструкция

Конструкция транзистора PNP показана ниже. Основные характеристики обоих транзисторов аналогичны, за исключением того, что смещение направлений тока и напряжения инвертируется для любой из достижимых 3-х конфигураций, а именно с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.

Конструкция транзистора PNP

Напряжение между VBE (базой и выводом эмиттера) составляет –Ve на выводе базы и + Ve на выводе эмиттера. Так как для этого транзистора вывод базы постоянно смещен на -Ve относительно вывода эмиттера. Также VBE положительный по отношению к коллектору VCE.

Источники напряжения, подключенные к этому транзистору, показаны на рисунке выше. Вывод эмиттера соединен с «Vcc» нагрузочным резистором «RL». Этот резистор останавливает прохождение тока через устройство, которое связано с выводом коллектора.

Базовое напряжение «VB» подключено к базовому резистору «RB», который смещен отрицательно по отношению к выводу эмиттера. Чтобы базовый ток протекал через PNP-транзистор, вывод базы транзистора должен быть более отрицательным, чем вывод базы, примерно на 0,7 В (или) a-Si устройства.

Основное различие между PNP и NPN транзисторами заключается в правильном смещении стыков транзисторов. Направления тока и полярности напряжения постоянно противоположны друг другу.

Что такое транзистор NPN?

Термин «NPN» означает «отрицательный», «положительный», «отрицательный» и также известен как «опускание». NPN-транзистор представляет собой BJT , в этом транзисторе начальная буква «N» обозначает отрицательно заряженное покрытие материала. Где «P» указывает полностью заряженный слой. Два транзистора имеют положительный слой, расположенный посередине двух отрицательных слоев. Как правило, транзистор NPN используется в различных электрических цепях для переключения и усиления сигналов, которые проходят через них.

NPN-транзистор включает в себя три клеммы, такие как база, эмиттер и коллектор. Эти три клеммы можно использовать для подключения транзистора к печатной плате. Когда через этот транзистор протекает ток, на его базовый вывод поступает электрический сигнал. Вывод коллектора создает на более сильный электрический ток , а вывод эмиттера превышает этот более сильный ток в цепи. В транзисторе PNP ток проходит через коллектор к выводу эмиттера.

Обычно используется транзистор NPN, потому что его очень просто сгенерировать. Для правильной работы NPN-транзистора он должен быть создан из полупроводникового объекта, который держит некоторый ток. Но не такое максимальное количество, как чрезвычайно проводящие материалы, такие как металл. Кремний — один из наиболее часто используемых в полупроводниках. Эти транзисторы — простые транзисторы, которые можно построить из кремния.

NPN-транзистор используется на печатной плате компьютера для преобразования информации в двоичный код, и эта процедура выполняется с помощью множества крошечных переключателей, включаемых и выключаемых на платах.Мощный электрический сигнал поворачивает выключатель, а отсутствие сигнала — выключение.

Конструкция

Конструкция NPN-транзистора показана ниже. Напряжение на базе транзистора составляет + Ve и –Ve на выводе эмиттера транзистора. Вывод базы транзистора всегда положительный по отношению к эмиттеру, а также напряжение на коллекторе + Ve по отношению к выводу эмиттера транзистора. В этом транзисторе клемма коллектора связана с VCC через RL

NPN Конструкция транзистора

Этот резистор ограничивает ток, протекающий через самый высокий базовый ток.В транзисторе NPN поток электронов через базу представляет собой действие транзистора. Основная характеристика этого транзисторного действия — соединение между цепями i / p и o / p. Потому что усилительные свойства транзистора проистекают из результирующего управления, которое база использует на коллекторе для эмиттерного тока.

NPN-транзистор — это устройство, активируемое током. Когда транзистор включен, большой ток IC подается между выводами коллектора и эмиттера в транзисторе.Но это происходит только тогда, когда крошечный ток смещения «Ib» протекает через вывод базы транзистора. Это биполярный транзистор; ток — это отношение двух токов (Ic / Ib), называемое усилением постоянного тока устройства.

Указывается с помощью «hfe» или в наши дни beta. Значение бета может достигать 200 для типичных транзисторов. Когда NPN-транзистор используется в активной области, тогда базовый ток «Ib» обеспечивает i / p, а ток коллектора «IC» дает o / p. Коэффициент усиления по току NPN-транзистора от C до E называется альфа (Ic / Ie), и это предназначение самого транзистора.Поскольку Ie (ток эмиттера) является суммой крошечного тока базы и огромного тока коллектора. Значение альфа очень близко к единице, а для типичного маломощного сигнального транзистора значение находится в диапазоне от 0,950 до 0,999.

Символы транзисторов

Схематические символы для NPN и PNP транзисторов очень похожи. Основное отличие — это путь стрелки над выводом эмиттера. В транзисторе NPN символ стрелки указывает наружу, тогда как в транзисторе PNP символ стрелки указывает внутрь.

Символ транзистора PNP показан на рисунках выше, где стрелка показывает, что поток тока будет от вывода эмиттера к коллектору, тогда как в транзисторе NPN поток тока будет от коллектора к выводу эмиттера.

Транзисторы PNP и NPN
Что лучше NPN или PNP?

Оба транзистора, такие как NPN и PNP, являются BJT. Это устройства управления током, особенно используемые для усиления и переключения. Как правило, транзистор NPN в основном используется в схеме, так как в транзисторе NPN проводимость тока обусловлена ​​электронами, тогда как в PNP проводимость тока обусловлена ​​отверстиями.Когда электроны более подвижны, тогда проводимость NPN-транзистора высокая.

Термины NPN и PNP показывают напряжение, необходимое для трех выводов переходной транзисторной базы, эмиттера и коллектора. Эти два транзистора спроектированы из разных материалов, потому что текущая разработка в них также меняется. В некоторых случаях, когда на эмиттер подается напряжение, электроны будут течь через базу и, наконец, достигнут клеммы коллектора. Это происходит из-за того, что клеммы базы этих транзисторов очень тонкие, а также слегка легированы.

Транзистор NPN более предпочтителен по сравнению с PNP, потому что мы знаем, что в PNP дырки являются основными носителями заряда, тогда как в NPN электроны являются основными носителями заряда. Таким образом, подвижность дырок не ускоряется по сравнению с подвижностью электронов. В разных приложениях используются разные типы транзисторов, такие как PNP и NPN. Таким образом, дырки подвижны не так быстро, как электроны, поэтому NPN-транзистор более предпочтителен.

Разница между NPN и PNP транзисторами

Одно из основных различий между этими двумя транзисторами состоит в том, что в NPN-транзисторе ток будет проходить между коллектором и выводом эмиттера, как только положительное питание подается на вывод базы. транзистор.В транзисторе PNP носитель заряда подает ток от вывода эмиттера к коллектору, как только отрицательное питание подается на вывод базы. Различия между NPN и PNP транзисторами в табличной форме различаются по разным факторам.

Разница между транзисторами NPN и PNP заключается в следующем.

Транзистор NPN

Транзистор PNP

В транзисторе NPN слой P разделяет два слоя типа N В транзисторе PNP, слой типа N разделяет два слоя P слои
NPN обозначает отрицательно-положительный и отрицательный PNP обозначает положительный отрицательный и положительный
Поток тока в транзисторе NPN идет от клеммы коллектора к эмиттеру Поток тока в транзисторе PNP составляет от вывод эмиттера к коллектору
Этот транзистор активируется, когда основные носители заряда, такие как электроны, входят в вывод базы Этот транзистор активируется, когда основные носители заряда, такие как дыры, входят в вывод базы
Внутренний ток этого транзистора будет развиваться из-за изменения расположения электронов. Внутренний ток этого транзистора будет развиваться из-за изменения расположения отверстий.
В этом транзисторе внешний ток может развиваться из-за потока дырок В этом транзисторе внешний ток может возникать из-за потока электронов
Основными носителями заряда в NPN-транзисторе являются электроны тогда как неосновные носители заряда — дырки. Большинство носителей заряда в транзисторе PNP представляют собой дырки, тогда как неосновные носители заряда — электроны.
Низкий уровень сигнала заземления Высокий уровень сигнала заземления
Слабые источники тока от вывода эмиттера к базе Слабые источники тока от вывода базы к эмиттеру
В этом транзисторе, переход коллектор-база имеет обратное смещение В этом транзисторе переход коллектор-база имеет обратное смещение
В этом транзисторе переход эмиттер-база смещен в прямом направлении В этом транзисторе переход эмиттер-база смещен в прямом направлении
В этом транзисторе вывод коллектора является выводом положительного напряжения В этом транзисторе выводом эмиттера является вывод положительного напряжения
Время переключения этого транзистора меньше Время переключения этого транзистора меньше
Как только ток в базовом выводе уменьшается, этот переход r не работает через клемму коллектора и отключается. Когда на клемме базы присутствует ток, этот транзистор выключается.
Ключевое различие между транзисторами NPN и PNP

Транзисторы PNP и NPN представляют собой трехконтактные устройства, изготовленные из легированных материалов, часто используемых в устройствах переключения и усиления. В каждом биполярном транзисторе есть комбинация диодов с PN переходом. Когда подключена пара диодов, получается бутерброд. Это своего рода полупроводник посреди двух похожих типов.

Итак, есть только два вида биполярных сэндвичей, а именно PNP и NPN.В полупроводниковых устройствах NPN-транзистор обычно имеет высокую подвижность электронов, которая оценивается как подвижность дырки. Таким образом, он пропускает огромное количество тока и работает очень быстро. К тому же конструкция этого транзистора проста из кремния.

  • Оба транзистора собраны из специальных материалов, и ток в этих транзисторах также разный.
  • В транзисторе NPN текущий ток проходит от вывода коллектора к выводу эмиттера, тогда как в PNP поток тока проходит от вывода эмиттера к выводу коллектора.
  • PNP-транзистор состоит из двух слоев материала P-типа и слоя, зажатого слоем N-типа. Транзистор NPN состоит из двух слоев материала N-типа и слоя, зажатого слоем P-типа.
  • В NPN-транзисторе положительное напряжение устанавливается на клемму коллектора, чтобы генерировать ток от коллектора. Для транзистора PNP на выводе эмиттера устанавливается положительное напряжение, чтобы генерировать поток тока от вывода эмиттера к коллектору.
  • Основной принцип работы NPN-транзистора заключается в том, что когда ток увеличивается на выводе базы, затем транзистор включается, и он полностью работает от вывода коллектора к выводу эмиттера.
  • Когда вы уменьшаете ток на базу, транзистор включается, и ток становится настолько низким. Транзистор больше не работает через вывод коллектора к выводу эмиттера и выключается.
  • Основной принцип работы транзистора PNP — это когда ток присутствует на базе транзистора PNP, а затем транзистор выключается. Когда нет тока на базе транзистора, транзистор включается.
Характеристики транзисторов PNP и NPN

Переключающие характеристики транзисторов PNP и NPN аналогичны.Основное отличие состоит в том, что характеристическая кривая PNP-транзистора поворачивается на 180 градусов для измерения напряжений обратной полярности, а также значений тока. На характеристической кривой будет существовать линия динамической нагрузки для измерения значения точки Q. Подобно NPN, транзистор PNP также используется в схемах усиления и переключения.

Как идентифицировать транзисторы PNP и NPN

Идентификация транзисторов PNP и NPN включает разные этапы.

Для транзистора NPN

  • В мультиметре выберите режим измерения на диоде.
  • Поместите положительный щуп измерителя на базовый вывод транзистора
  • Поместите отрицательный щуп на вывод эмиттера на штырьке так, чтобы напряжение можно было заметить внутри измерителя
  • Таким же образом поместите отрицательный щуп на клемму коллектора относительно контакта 2, тогда вы можете наблюдать напряжение внутри мультиметра.
  • Итак, это известно как NPN-транзистор.
  • Вывод эмиттера — это материал n-типа, который равен катодному выводу диода
  • Базовый вывод — материал p-типа, который равен анодному выводу. диода
  • Коллекторный вывод выполнен из материала n-типа, который равен катодному выводу диода.
  • Если положительный и отрицательный щуп мультиметра подключен к клеммам анода и катода, то он будет отображать напряжение. Если этими соединениями поменяться местами, на нем не будет отображаться никакого значения.

Для транзистора PNP

  • В мультиметре выберите режим измерения на диоде.
  • Поместите положительный щуп на вывод эмиттера транзистора.
  • Поместите отрицательный щуп к клемме базы, тогда вы сможете заметить некоторое напряжение на мультиметре.
  • Таким же образом поместите отрицательный щуп к основанию относительно клеммы коллектора, тогда вы сможете наблюдать некоторое напряжение внутри мультиметра.
  • Таким образом, он удостоверится, что это транзистор PNP, и основная логика этого в основном включает в себя следующее.
  • Вывод эмиттера — это материал P-типа, который равен анодному выводу диода
  • Базовый вывод — материал N-типа, который равен катодному выводу диода
  • Вывод коллектора — P -тип материала, который соответствует анодному выводу диода

Если положительный зонд этого мультиметра может быть подключен к анодному выводу, а отрицательный зонд может быть подключен к катодному выводу, после этого он будет отображать некоторое напряжение.Если оба соединения поменяны местами, значение не будет отображаться.

В этом заключается основная разница между транзисторами NPN и PNP, которые используются для проектирования электрических и электронных схем и различных приложений. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или чтобы узнать больше о различных типах конфигураций транзисторов, вы можете дать свой совет, прокомментировав в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какой транзистор имеет более высокую подвижность электронов?

Как протекает ток в транзисторе PNP? — Мворганизация.org

Как протекает ток в транзисторе PNP?

Транзистор PNP включается, когда через базу протекает небольшой ток. Направление тока в транзисторе PNP — от эмиттера к коллектору. В транзисторе PNP электроны снимаются с клеммы базы. Ток, который входит в базу, усиливается на концах коллектора.

Как протекает ток в BJT?

Как проходит ток в биполярном переходном транзисторе (BJT)? таким образом, согласно условию, поток тока прямо противоположен направлению потока электронов.поэтому ток должен течь от вывода коллектора к эмиттеру в транзисторе npn.

Актуален для BJT?

Этот эффект можно использовать для усиления входного напряжения или тока. BJT можно рассматривать как источники тока с управлением по напряжению, но их проще охарактеризовать как источники тока с регулируемым током или усилители тока из-за низкого импеданса в базе.

Как протекает ток?

Ток — это поток электронов, но ток и электроны текут в противоположном направлении.Ток течет от положительного к отрицательному, а электроны — от отрицательного к положительному. Ток определяется количеством электронов, проходящих через поперечное сечение проводника за одну секунду.

Что означает транзистор PNP?

PNP против транзистора NPN

Транзистор PNP Транзистор NPN
Символ
Напряжение коллектор-эмиттер Отрицательный Положительно
Стрелка излучателя Указывается на Выделено

Какова полная форма транзистора PNP?

PNP означает «Положительный», «Отрицательный», «Положительный».Также известен как поиск. На модуле ввода-вывода вход PNP, когда он не задействован, подтягивается до высокого состояния, например. + 5В. NPN или PNP обычно относятся к цифровым сигналам.

Что такое PNP NPN?

Датчики

PNP выдают положительный выходной сигнал на вход вашего промышленного управления, в то время как датчики NPN выдают отрицательный сигнал во включенном состоянии. NPN, или «понижающие» выходные датчики, работают противоположным образом, понижая напряжение заземления на входе, когда он включен.

Что такое PNP и NPN?

В NPN-транзисторе положительное напряжение подается на вывод коллектора для создания тока, протекающего от коллектора к эмиттеру.В транзисторе PNP на вывод эмиттера подается положительное напряжение для создания тока, протекающего от эмиттера к коллектору.

Нормально ли открыт PNP?

PNP — (транзистор PNP) NO — нормально открытый, это означает, что на выходе нет напряжения, пока датчик не сработал (см. Рисунок, выходной разъем датчика PNP № 4).

Что такое проводка PNP?

PNP = переключаемый положительный. NPN = переключаемый отрицательный. «Переключено» означает, какая сторона управляемой нагрузки (реле, маленький индикатор, вход ПЛК) переключается электрически.Либо нагрузка подключается к отрицательному, а положительный переключается (PNP), либо нагрузка подключается к положительному, а отрицательный переключается (NPN…

Что лучше NPN или PNP?

Транзистор NPN имеет электроны в качестве основных носителей заряда, тогда как транзистор PNP имеет дырки в качестве основных носителей заряда. Подвижность электронов лучше подвижности дырок. подвижность электронов больше, чем у дырок, поэтому транзисторы npn быстрее, чем pnp, поэтому они предпочтительнее..

NPN быстрее, чем PNP?

В транзисторе NPN основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями заряда — дырки. В NPN электроны подвижны быстрее, потому что NPN состоит из электронов. NPN имеет более быструю частотную характеристику, чем PNP, из-за быстрой подвижности электронов.

Используются ли транзисторы PNP?

Транзисторы

PNP используются для источника тока, то есть ток течет из коллектора. Транзисторы PNP используются в качестве переключателей. Они используются в схемах усиления.

Могу ли я использовать NPN вместо PNP?

Как правило, транзисторы PNP могут заменять транзисторы NPN в большинстве электронных схем, единственная разница заключается в полярности напряжений и направлениях тока. Транзисторы PNP также могут использоваться в качестве переключающих устройств, и ниже показан пример транзисторного переключателя PNP.

Как узнать, является ли транзистор NPN или PNP?

Подсоедините положительный вывод мультиметра к базе (B) транзистора, а отрицательный вывод подсоедините к эмиттеру (E) транзистора.Если это транзистор NPN, то измеритель должен показывать падение напряжения от 0,45 до 0,9 В. Если это транзистор PNP, он должен отобразить «OL» (Over Limit).

Как подключить транзистор PNP?

Прежде всего, чтобы включить PNP-транзистор, необходимо, чтобы напряжение на базе было ниже, чем на эмиттере. Для такой простой схемы обычно подключают эмиттер к плюсу источника питания. Таким образом, вы будете знать, какое напряжение у вас на эмиттере.

Когда транзистор PNP используется в качестве усилителя?

Когда NPN-транзистор используется в качестве усилителя, электроны основных носителей заряда эмиттера N-типа перемещаются от эмиттера к базе, а затем от базы к коллектору.

Что верно для транзистора PNP?

Что из следующего верно для транзистора PNP? Пояснение: 2–5% дырок теряются при рекомбинации с электронами в базовой области. Большинство носителей заряда — это дырки для транзистора PNP. Таким образом, ток коллектора немного меньше тока эмиттера.

Как датчик NPN используется в качестве PNP?

Для подключения черного провода к выбранному вами каналу. Настроить соответствующий канал как вход.Если вы используете датчик NPN, вы также должны настроить соответствующий вход в режиме «открытого стока», чтобы включить внутренний подтягивающий сигнал. И наоборот, если вы используете датчик PNP, отключите открытый сток.

Какие типы транзисторов?

Некоторые типы транзисторов перечислены ниже:

  • Биполярный переходной транзистор.
  • Диффузионный транзистор.
  • Лавинный транзистор.
  • Транзистор Шоттки.
  • Транзистор Дарлингтона.
  • Гетеропереход биполярный транзистор.
  • Полевой транзистор.
  • Соединительный полевой транзистор.

Каков принцип работы транзистора?

Транзистор состоит из двух PN-диодов, соединенных спиной друг к другу. Он имеет три вывода: эмиттер, базу и коллектор. Основная идея транзистора заключается в том, что он позволяет вам управлять потоком тока через один канал, изменяя интенсивность гораздо меньшего тока, протекающего через второй канал.

Что такое транзистор со схемой?

На схеме «A» показан NPN-транзистор, который часто используется в качестве переключателя.Небольшой ток или напряжение на базе позволяет большему напряжению проходить через два других вывода (от коллектора к эмиттеру). Схема, показанная на схеме B, основана на транзисторе NPN.

Какие два типа транзисторов?

Типы транзисторов и обозначения их схем Ранее мы упоминали, что существует два типа транзисторов; Биполярные и полевые транзисторы.

Каковы два основных применения транзистора?

Основное применение транзисторов включает в себя коммутационные приложения или как усиление, так и переключение.

Что такое транзистор и его применение?

Транзисторы — это трехконтактное полупроводниковое устройство, используемое для регулирования тока или для усиления входного сигнала в более сильный выходной сигнал. Транзисторы также используются для переключения электронных сигналов.

Как определить транзистор?

Биполярный переходной транзистор (BJT) В пластиковом корпусе одна сторона транзистора плоская, которая является передней стороной, а контакты расположены последовательно. Чтобы идентифицировать булавки, держите переднюю плоскую сторону к себе и считайте их как один, два и т. Д.В большинстве транзисторов NPN это будет 1 (коллектор), 2 (база) и 3 (эмиттер).

Серия тренингов по электричеству и электронике ВМС (NEETS), модуль 7

Модуль 7 — Введение в твердотельные устройства и источники питания

Страницы i — ix, От 1-1 до 1-10, От 1-11 до 1-20, 1-21 до 1-30, 1-31 до 1-40, С 1-41 по 1-47, От 2-1 до 2-10, 2-11 до 2-20, 2-21 до 2-30, 2-31 до 2-40, 2-41 до 2-50, 2-51 до 2-54, От 3-1 до 3-10, С 3-11 до 3-20, С 3-21 до 3-30, 3-31 до 3-40, 3-41 до 3-50, 3-51 до 3-54, С 4-1 по 4-10, С 4-11 до 4-20, С 4-21 до 4-30, 4-31 до 4-40, С 4-41 по 4-50, С 4-51 по 4-62, индекс


Для дальнейшего улучшения эффективности транзистора, коллектор физически больше базы по двум причинам: (1) увеличивают вероятность сбора носителей, которые диффундируют в сторону, а также непосредственно через базовую область, и (2) чтобы коллектор мог обрабатывать больше тепла без повреждений.

Таким образом, общий ток в Транзистор NPN проходит через вывод эмиттера. Следовательно, в процентном отношении I E — это 100 процентов. На с другой стороны, поскольку база очень тонкая и слегка легированная, меньший процент от общего тока (эмиттер ток) будет течь в цепи базы, чем в цепи коллектора. Обычно не более 2–5 процентов общий ток — это базовый ток (I B ), а оставшиеся от 95 до 98 процентов — ток коллектора (I C ).Между этими двумя токами существует очень простая взаимосвязь:

I E = I B + I C


Проще говоря, это означает, что ток эмиттера разделен на ток базы и ток коллектора. С количество тока, выходящего из эмиттера, является исключительно функцией смещения эмиттер-база, и потому что коллектор принимает большую часть этого тока, небольшое изменение смещения эмиттер-база будет иметь гораздо большее влияние на величину тока коллектора, чем он будет иметь ток базы.В заключение отметим, что относительно небольшое смещение эмиттер-база контролирует относительно большой ток между эмиттером и коллектором.

Q6. Чтобы правильно смещать NPN-транзистор, напряжение какой полярности подается на коллектор и как оно соотносится с напряжением базы?

Q7. Почему проводимость через смещенный в прямом направлении переход NPN-транзистора в основном в одном направлении, а именно от эмиттера к базе?

Q8. В транзисторе NPN какая секция сделана очень тонкой по сравнению с два других раздела?

Q9.Какой процент тока в транзисторе NPN достигает коллектора?

Работа транзистора PNP

Транзистор PNP работает практически так же, как транзистор NPN. Однако, поскольку эмиттер, база и коллектор в транзисторе PNP сделаны из материалов, которые отличаются от тех, которые используются в транзисторе NPN, в блоке PNP протекают другие носители тока. Большинство нынешних носителями в транзисторе PNP являются дыры.Это контрастирует с NPN-транзистором, где основной ток носителями являются электроны. Для поддержки этого другого типа тока (дырочного потока) батареи смещения меняются местами. транзистор PNP. Типичная установка смещения для транзистора PNP показана на рисунке 2-8. Обратите внимание, что процедура использованный ранее для правильного смещения NPN-транзистора здесь также применяется к PNP-транзистору. Первая буква (P) в последовательность PNP указывает полярность напряжения, необходимого для эмиттера (положительный), а вторая буква (N) указывает полярность базового напряжения (отрицательная).Поскольку соединение база-коллектор всегда обратное смещен, то для коллектора необходимо использовать напряжение противоположной полярности (отрицательное). Таким образом, база ПНП Транзистор должен быть отрицательным по отношению к эмиттеру, а коллектор должен быть более отрицательным, чем база. Помните, что, как и в случае с NPN-транзистором, эта разница в питающем напряжении необходима для того, чтобы ток (дырочный поток в случае транзистора PNP) от эмиттера к коллектору.Хотя поток дыры является преобладающим типом протекания тока в транзисторе PNP, протекание дырок происходит только внутри транзистора. сам, в то время как электроны текут во внешней цепи. Однако именно поток внутренних дырок приводит к электронному поток во внешних проводах, подключенных к транзистору.

2-11



Рисунок 2-8. — Правильно смещенный транзистор PNP.


ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ PNP В ПЕРЕДНЕЕ СМЕЩЕНИЕ . — Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда эмиттер-база соединение на рисунке 2-9 смещено вперед. При показанной настройке смещения положительный полюс батареи отталкивает отверстия эмиттера к базе, в то время как отрицательный вывод направляет электроны базы к эмиттеру. Когда эмиттерная дырка и базовый электрон встречаются, они объединяются. Для каждого электрона, который соединяется с дыркой, другой электрон покидает отрицательную клемму аккумулятора и попадает в базу.При этом электрон уходит эмиттер, создавая новое отверстие, входит в положительный полюс батареи. Это движение электронов в база и выход из эмиттера составляют ток базы (IB), и путь, по которому проходят эти электроны, называется как цепь эмиттер-база.

2-12



Рисунок 2-9. — Прямо смещенный переход в транзисторе PNP.


ОБРАТНОЕ СМЕЩЕНИЕ PNP . — В обратносмещенном переходе (рис. 2-10) отрицательный напряжение на коллекторе и положительное напряжение на базе блокируют пересечение основных носителей тока соединение. Однако это же отрицательное напряжение коллектора действует как прямое смещение для неосновных токовых отверстий в базы, которые пересекают стык и входят в коллектор. Электроны неосновного тока в коллекторе также ощутите прямое смещение — положительное напряжение базы — и переместитесь в базу.Отверстия в коллекторе заполнены электроны, которые текут с отрицательной клеммы аккумулятора. При этом электроны покидают отрицательную клемма батареи, другие электроны в базе разрывают свои ковалентные связи и входят в положительную клемму батарея. Хотя в переходе с обратным смещением протекает только незначительный ток, он все же очень мал. из-за ограниченного количества неосновных носителей тока.

2-13



Рисунок 2-10.- Обратно-смещенный переход в PNP-транзисторе.


ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ PNP . — Взаимодействие между прямым и обратным смещением Переходы
в транзисторе PNP очень похожи на переходы в транзисторе NPN, за исключением того, что в транзисторе PNP, большинство носителей тока — дырки. В транзисторе PNP, показанном на рисунке 2-11, положительное напряжение на излучатель отталкивает отверстия в сторону основания. Попав в базу, дырки соединяются с электронами базы.Но опять же, помните, что базовая область сделана очень тонкой, чтобы предотвратить рекомбинацию дырок с электронами. Следовательно, более 90 процентов отверстий, которые входят в базу, притягиваются к большому отрицательному напряжению коллектора и пройти прямо через базу. Однако для каждого электрона и дырки, которые объединяются в основной области, другой электрон покидает отрицательный полюс базовой батареи (V BB ) и входит в базу в качестве базового тока (I B ).В то же время один электрон покидает отрицательную клемму батареи, другой электрон покидает эмиттер как I E (создавая новое отверстие) и входит в положительную клемму V BB . Между тем в коллекторной цепи электроны из коллекторной батареи (V CC ) попадают в коллектор как Ic и объединяются с избыточными дырками. от базы. Для каждой дырки, нейтрализованной в коллекторе электроном, другой электрон покидает эмиттер и начинает свой путь обратно к положительной клемме V CC .

2-14



Рисунок 2-11. — Работа транзистора PNP.


Хотя ток во внешней цепи PNP-транзистора противоположен направлению тока В NPN-транзисторе основные носители всегда текут от эмиттера к коллектору. Этот поток большинства носители также приводят к образованию двух отдельных токовых петель внутри каждого транзистора.Один цикл — это путь базового тока, а другой контур — путь тока коллектора. Комбинация тока в обоих эти петли (I B + I C ) приводят к полному току транзистора (I E ). Большинство Важно помнить о двух разных типах транзисторов: напряжение эмиттер-база Транзистор PNP имеет такое же регулирующее влияние на ток коллектора, что и транзистор NPN.В простом В терминах увеличения напряжения прямого смещения транзистора уменьшается барьер перехода эмиттер-база. Это действие позволяет большему количеству носителей достигать коллектора, вызывая увеличение тока, протекающего от эмиттера к коллектору и через внешнюю цепь. И наоборот, уменьшение напряжения прямого смещения снижает ток коллектора.

Q10. Каковы основные носители тока в транзисторе PNP?

Q11.Какие отношения между полярностью напряжения, приложенного к транзистору PNP, и полярности напряжения, приложенного к транзистору NPN?

Q12. Какое буквенное обозначение базового тока?

Q13. Назовите две токовые петли в транзисторе.

ОСНОВНОЙ УСИЛИТЕЛЬ ТРАНЗИСТОРА


На предыдущих страницах мы объяснили внутреннюю работу транзистора и ввели новые термины, такие как эмиттер, база и коллектор.Поскольку вы уже должны быть знакомы со всеми новыми терминами

2-15


упоминалось ранее и с внутренней работой транзистора мы перейдем к базовому транзистору усилитель мощности.

Чтобы понять общую работу транзисторного усилителя, вы должны учитывать только ток в и из транзистора и через различные компоненты в цепи. Следовательно, с этого момента только схематический символ транзистора будет использоваться на иллюстрациях, и вместо того, чтобы думать о большинстве и неосновные носители, мы теперь начнем думать с точки зрения эмиттерного, базового и коллекционного тока.

Прежде чем переходить к базовому транзисторному усилителю, вам следует ознакомиться с двумя терминами: УСИЛЕНИЕ и УСИЛИТЕЛЬ. Усиление — это процесс увеличения силы СИГНАЛА. Сигнал — это просто генерал термин, используемый для обозначения любого конкретного тока, напряжения или мощности в цепи. Усилитель — это устройство который обеспечивает усиление (увеличение тока, напряжения или мощности сигнала) без заметного изменения исходный сигнал.

Транзисторы часто используются в качестве усилителей. Некоторые транзисторные схемы — ТЕКУЩИЕ усилители, с малым сопротивлением нагрузки; другие схемы предназначены для усиления НАПРЯЖЕНИЯ и имеют высокий сопротивление нагрузке; другие усиливают СИЛУ.

Теперь взглянем на NPN-версию базового транзистора. усилитель на рисунке 2-12, и давайте посмотрим, как он работает.

Пока в этом обсуждении отдельная батарея используется для обеспечения необходимого напряжения прямого смещения.Хотя раньше использовалась отдельная батарея. для удобства использовать батарею для смещения эмиттер-база нецелесообразно. Например, потребуется аккумулятор чуть более 0,2 В для правильного прямого смещения германиевого транзистора, в то время как аналогичный кремниевый транзистор будет требуется напряжение чуть более 0,6 вольт. Однако обычные батареи не имеют таких значений напряжения. Кроме того, поскольку напряжения смещения довольно критичны и должны поддерживаться в пределах нескольких десятых одного вольта, с ними легче работать токи, протекающие через резисторы с большим омическим сопротивлением, чем через батареи.

Путем вставки одного или нескольких резисторов в цепи, могут быть реализованы различные методы смещения и исключена батарея эмиттер-база. В Помимо отказа от батареи, некоторые из этих методов смещения компенсируют небольшие отклонения в транзисторных характеристиках. характеристики и изменения проводимости транзистора в результате температурных отклонений. Обратите внимание на рисунок 2-12 видно, что батарея эмиттер-база была удалена, а резистор смещения R B был вставлен между коллектор и база.Резистор RB обеспечивает необходимое прямое смещение для перехода эмиттер-база. Текущий течет в цепи смещения эмиттер-база от земли к эмиттеру, через вывод базы и через R B к V CC. Поскольку ток в базовой цепи очень мал (несколько сотен микроампер) и прямое сопротивление цепи транзистор имеет низкий уровень, только несколько десятых вольт положительного смещения будут ощущаться на базе транзистора. Тем не менее, этого достаточно напряжения на базе, вместе с землей на эмиттере и большим положительным напряжением на коллектор, чтобы правильно смещать транзистор.

2-16



Рисунок 2-12. — Базовый транзисторный усилитель.


При правильном смещении Q1 постоянный ток течет непрерывно, с входным сигналом или без него, на всем протяжении всю схему. Постоянный ток, протекающий по цепи, вызывает не только базовое смещение; это также развивает напряжение коллектора (V C ), когда оно течет через Q1 и R L .Обратите внимание на коллекционера напряжение на выходном графике. Поскольку он присутствует в цепи без входного сигнала, выходной сигнал начинается на уровне VC и либо увеличивается, либо уменьшается. Эти постоянные напряжения и токи, которые существовали в цепи до приложение сигнала известно как напряжение и ток покоя (состояние покоя схемы).

Резистор RL, резистор нагрузки коллектора, помещен в схему, чтобы сохранить полный эффект коллектора. напряжение питания от коллектора.Это позволяет изменять напряжение коллектора (В C ) в зависимости от входа. сигнал, который, в свою очередь, позволяет транзистору усиливать напряжение. Без RL в цепи напряжение на коллектор всегда будет равен V CC .

Конденсатор связи (C C ) — еще один новый дополнение к схеме транзистора. Он используется для передачи входного сигнала переменного тока и блокировки постоянного напряжения от предыдущий контур. Это предотвращает влияние постоянного тока в схеме слева от разделительного конденсатора на смещение. на Q1.Конденсатор связи также блокирует смещение Q1 от достижения источника входного сигнала.

Вход к усилителю подается синусоидальная волна, которая изменяется на несколько милливольт выше и ниже нуля. Он вводится в цепь за счет конденсатора связи и применяется между базой и эмиттером. Когда входной сигнал станет положительным, напряжение на переходе эмиттер-база становится более положительным. По сути, это увеличивает прямое смещение, которое заставляет базовый ток увеличиваться с той же скоростью, что и входной синусоидальный сигнал.Эмиттерный и коллекторный токи также увеличиваются, но намного больше, чем базовый ток. С увеличением тока коллектора больше напряжения разработан по R L . Поскольку напряжение на R L и напряжение на Q1 (коллектор к эмиттеру) должно составлять в сумме V CC , увеличение напряжения на R L приводит к равному снижению

2-17


напряжение на Q1.Следовательно, выходное напряжение усилителя, снятое на коллекторе Q1 с относительно эмиттера, это отрицательное изменение напряжения, которое больше, чем входное, но имеет тот же синус волновые характеристики.

При отрицательном изменении входа входной сигнал противодействует прямому предвзятость. Это действие снижает базовый ток, что приводит к уменьшению как эмиттерных, так и коллекторных токов. В уменьшение тока через R L уменьшает его падение напряжения и вызывает напряжение на транзисторе возрастать вместе с выходным напряжением.Следовательно, выход для отрицательного изменения входа — это положительное чередование напряжения, которое больше входного, но имеет те же синусоидальные характеристики.

Изучая как входные, так и выходные сигналы для одного полного чередования входных данных, мы видим, что выходные усилителя является точным воспроизведением входа за исключением обратной полярности и увеличенного амплитуда (несколько милливольт по сравнению с несколькими вольт).

Версия PNP этого усилителя показана на верхняя часть фигуры. Основное различие между усилителями NPN и PNP заключается в полярности источник напряжения. При отрицательном V CC базовое напряжение PNP немного отрицательно по отношению к земле, что обеспечивает необходимое условие прямого смещения между эмиттером и базой.

Когда вход PNP сигнал становится положительным, он противодействует прямому смещению транзистора.Это действие отменяет некоторые негативные напряжение на переходе эмиттер-база, которое снижает ток через транзистор. Следовательно, напряжение на нагрузочном резисторе уменьшается, а напряжение на транзисторе увеличивается. Поскольку V CC является отрицательный, напряжение на коллекторе (V C ) идет в отрицательном направлении (как показано на выходном графике) в сторону -V CC (например, от -5 вольт до -7 вольт).Таким образом, на выходе получается отрицательное чередование напряжение, которое изменяется с той же скоростью, что и входной синусоидальный сигнал, но имеет противоположную полярность и имеет гораздо большую амплитуда.

Во время отрицательного изменения входного сигнала ток транзистора увеличивается, потому что входное напряжение способствует прямому смещению. Следовательно, напряжение на RL увеличивается, и, следовательно, напряжение на транзисторе уменьшается или идет в положительном направлении (например: с -5 вольт до -3 вольт).Этот действие приводит к положительному выходному напряжению, которое имеет те же характеристики, что и входное, за исключением того, что оно имеет был усилен, и полярность изменилась.

Таким образом, входные сигналы в предыдущих схемах были усиливается, потому что небольшое изменение тока базы вызвало большое изменение тока коллектора. И, поместив резистором R L последовательно с коллектором достигнуто усиление напряжения.

Q14.Как называется устройство, обеспечивающее увеличение тока, напряжения или мощности сигнала без существенного изменения исходного сигнала?

Q15. Помимо исключения батареи эмиттер-база, какие еще преимущества могут предложить разные методы смещения?

Q16. В базовом транзисторном усилителе обсуждалось ранее, какова взаимосвязь между полярностью входных и выходных сигналов?

Q17. В чем основное различие между усилителями NPN и PNP?

ВИДЫ СМЕЩЕНИЯ

Одной из основных проблем транзисторных усилителей является установление и поддержание надлежащих значений тока покоя и напряжения в цепи.Это достигается выбором надлежащие условия смещения цепи и обеспечение этих условий, несмотря на изменения окружающей среды. (окружающие)

2-18


температуры, которые вызывают изменения в усилении и даже искажения (нежелательное изменение сигнал). Таким образом, возникает необходимость в способе правильного смещения транзисторного усилителя и в то же время стабилизации его рабочая точка по постоянному току (отсутствие сигналов значений напряжения коллектора и тока коллектора).Как упоминалось ранее, Для выполнения обеих этих функций можно использовать различные методы смещения. Хотя есть многочисленные предубеждения будут рассмотрены только три основных типа.

Смещение базового тока (фиксированное смещение)

Первый метод смещения, называемый BASE CURRENT BIAS или иногда FIXED BIAS, был использован на рисунке 2-12. Как и ты Напомним, он состоял в основном из резистора (R B ), включенного между напряжением питания коллектора и база.К сожалению, это простое устройство термически нестабильно. Если температура транзистора повышается по любой причине (из-за повышения температуры окружающей среды или из-за протекания через нее тока), ток коллектора увеличится. Это увеличение тока также вызывает рабочую точку постоянного тока, иногда называемую режимом покоя или статическая точка, чтобы отойти от желаемой позиции (уровня). Такая реакция на температуру нежелательна, т. К. это влияет на коэффициент усиления усилителя (количество раз усиления) и может привести к искажениям, как вы увидите. позже в этом обсуждении.

Self-Bias

Лучший метод смещения достигается путем вставки резистора смещения непосредственно между основание и коллектор, как показано на рисунке 2-13. Привязав коллектор к базе таким образом, обратная связь напряжение может подаваться с коллектора на базу для развития прямого смещения. Такое расположение называется САМОСКОЛЬКО. Теперь, если повышение температуры вызывает увеличение тока коллектора, напряжение коллектора (В C ) будет падать из-за увеличения напряжения, возникающего на нагрузочном резисторе (R L ).Это падение в V C будет подаваться обратно на базу и приведет к уменьшению тока базы. Уменьшение базового тока будет противодействуют первоначальному увеличению тока коллектора и стремятся его стабилизировать. Производится прямо противоположный эффект. когда ток коллектора уменьшается.

Рисунок 2-13. — Базовый транзисторный усилитель с самосмещением.


У самосмещения есть два небольших недостатка: (1) он эффективен лишь частично и поэтому используется только там, где ожидаются умеренные перепады температуры окружающей среды; (2) уменьшает усиление, так как сигнал на коллектор также влияет на базовое напряжение.Это связано с тем, что сигналы коллектора и базы для этого конкретного Конфигурация усилителя сдвинута по фазе на 180 градусов (противоположная полярность) и часть коллекторного сигнала который возвращается на базу, частично подавляет входной сигнал. Этот процесс возврата части вывода обратно к его входу известно как ВЫРОЖДЕНИЕ или ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ. Иногда дегенерация бывает

2-19


желательно предотвратить искажение амплитуды (выходной сигнал, который не может точно следовать за входом) и Для этой цели может использоваться самообъектив.

Комбинация смещения

Комбинация фиксированных и самосмещение можно использовать для повышения стабильности и в то же время преодоления некоторых недостатков два других метода смещения. Одной из наиболее широко используемых систем комбинированного смещения является представленный тип делителя напряжения. на рисунке 2-14. Фиксированное смещение обеспечивается в этой схеме цепью делителя напряжения, состоящей из R1, R2 и напряжение питания коллектора ( В CC ).Постоянный ток, протекающий через сеть делителя напряжения, смещает база положительная по отношению к эмиттеру. Резистор R3, включенный последовательно с эмиттером, обеспечивает самосмещение эмиттера. Если я E увеличиваю, падение напряжения на R3 также будет увеличение, уменьшение V C . Эта реакция на увеличение I E на R3 является другой формой дегенерация, что приводит к снижению выходной мощности усилителя.Тем не менее, чтобы обеспечить длительное или постоянное тепловое стабильность, и в то же время допускает минимальное ухудшение сигнала переменного тока, байпасный конденсатор (C bp ) является размещены поперек R3. Если C bp достаточно велик, быстрые изменения сигнала не изменят его заряд существенно. и никакого ухудшения сигнала не произойдет.

Рисунок 2-14. — Базовый транзисторный усилитель с комбинированным смещением.


Таким образом, резисторы с постоянным смещением R1 и R2, как правило, поддерживают постоянное смещение базы, в то время как эмиттер смещение изменяется в зависимости от проводимости эмиттера.Это действие значительно улучшает термическую стабильность и в то же время поддерживает правильную рабочую точку транзистора.

Q18. Какой метод смещения наиболее нестабильный?

В19. Какой тип смещения используется, если ожидаются только умеренные изменения температуры окружающей среды?

Q20. Когда в усилителе допустимо вырождение?

Q21. Что наиболее широко используется комбинированная система смещения?

2-20



NEETS Содержание

  • Введение в материю, энергию, и постоянного тока
  • Введение в переменный ток и трансформаторы
  • Введение в защиту цепей, Контроль и измерение
  • Введение в электрические проводники, проводку Методы и схемы чтения
  • Введение в генераторы и двигатели
  • Введение в электронную эмиссию, трубки, и блоки питания
  • Введение в твердотельные устройства и Блоки питания
  • Введение в усилители
  • Введение в генерацию и формирование волн Цепи
  • Введение в распространение и передачу волн Линии и антенны
  • Принципы СВЧ
  • Принципы модуляции
  • Введение в системы счисления и логические схемы
  • Введение в микроэлектронику
  • Принципы синхронизаторов, сервоприводов и гироскопов
  • Знакомство с испытательным оборудованием
  • Принципы радиочастотной связи
  • Принципы работы радаров
  • Справочник техника, мастер-глоссарий
  • Методы и практика испытаний
  • Введение в цифровые компьютеры
  • Магнитная запись
  • Введение в волоконную оптику
.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.