Транзистор, общие понятия, основные правила.

Общее понятие

Транзистор – это один из основных «активных» компонентов. Он представляет собой устройство, которое может усиливать входной сигнал по мощности. Увеличение мощности сигнала происходит за счет внешнего источника питания. Отметим, что увеличение амплитуды сигнала не является в данном случае определяющим. Так, например, повышающий трансформатор – «пассивный» компонент, такой же, как резистор или конденсатор, обеспечивает усиление по напряжению, но не может усилить сигнал по мощности. Устройства, которые обладают свойством усиления по мощности, характеризуются способностью к генерации, обусловленной передачей выходного сигнала обратно на вход.

Изобретателей транзистора когда‑то заинтересовала именно способность устройства усиливать сигнал по мощности. Для начала они соорудили с помощью транзистора усилитель звуковых частот для громкоговорителя и убедились, что на выходе сигнал больше, чем на входе.

Транзистор является неотъемлемой частью всякой электронной схемы, начиная от простейшего усилителя или генератора до сложнейшей цифровой вычислительной машины. Интегральные схемы (ИС), которые в основном заменили схемы, собранные из дискретных транзисторов, представляют собой совокупности транзисторов или других компонентов, построенные на едином кристалле полупроводникового материала.

Обязательно следует разобраться в том, как работает транзистор, даже если вам придется пользоваться в основном интегральными схемами. Дело в том, что, для того чтобы собрать электронное устройство из интегральных схем и подключить его к внешним цепям, необходимо знать входные и выходные характеристики каждой используемой ИС. Кроме того, транзистор служит основой построения межсоединений, как внутренних (между ИС), так и внешних.

Основные правила, описывающие биполярный транзистор

Напряжение на выводе транзистора, взятое по отношению к потенциалу земли, обозначается буквенным индексом (К, Б или Э): например,

U _к ‑ это напряжение на коллекторе. Напряжение между выводами обозначается двойным индексом, например, U_БЭ ‑ это напряжение между базой и эмиттером. Если индекс образован двумя одинаковыми буквами, то это – напряжение источника питания: U _KK ‑ это напряжение питания (обычно положительное) коллектора, U_ЭЭ – напряжение питания (обычно отрицательное) эмиттера.

Транзистор – это электронный прибор, имеющий три вывода.

Условные обозначения транзистора

Различают биполярные транзисторы

n‑р‑n ‑ и p‑n‑p ‑типа. Транзисторы n‑р‑n ‑типа, подчиняются следующим правилам (для транзисторов р‑n‑р ‑ типа, правила сохраняются, но следует учесть, что полярности напряжений должны быть изменены на противоположные):

Правило1. Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.

Правило2. Цепи база‑эмиттер и база‑коллектор работают как диоды. Обычно диод база‑эмиттер открыт, а диод база‑коллектор смещен в обратном направлении, т.  е. приложенное напряжение препятствует протеканию тока через, него.

Выводы транзистора с точки зрения омметра.

Правило3. Каждый транзистор характеризуется максимальными значениями I_K, I_Б и U_КЭ. За превышение этих значений приходится расплачиваться новым транзистором. Следует помнить и о предельных значениях других параметров, например рассеиваемой мощности (I_КЭU_КЭ), температуры, U_БЭ и др.

Правило4. Если правила 1–3 соблюдены, то ток I_К прямо пропорционален току I_Б и можно записать следующее соотношение:

I_K = h_21ЭI_Б = βI_Б

где

h _21Э ‑ коэффициент усиления по току (обозначаемый также β), обычно составляет около 100 (легко определяется, например,тестером ESR meter DIY MG328). Токи I_K и I_Э втекают в эмиттер. Замечание: коллекторный ток не связан с прямой проводимостью диода база‑коллектор; этот диод смещен в обратном направлении. Будем просто считать, что «транзистор так работает».

Правило4 определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

Запомните: параметр

h_21Э  нельзя назвать «удобным»; для различных транзисторов одного и того же типа его величина может изменяться от 50 до 250. Он зависит также от тока коллектора, напряжения между коллектором и эмиттером, и температуры. Схему можно считать плохой, если на ее характеристики влияет величина параметра h_21Э.

Из правила 2 следует, что напряжение между базой и эмиттером нельзя увеличивать неограниченно, так как если потенциал базы будет превышать потенциал эмиттера более чем на 0,6–0,8 В (прямое напряжение диода), то возникнет очень большой ток.

Следовательно, в работающем транзисторе напряжения на базе и эмиттере связаны следующим соотношением: U_Б = U_Э + 0,6 В (U_Б = U_Э + U_БЭ). Еще раз уточним, что полярности напряжений указаны для транзисторов n‑р‑n ‑типа, их следует изменить на противоположные для транзисторов р‑n‑р ‑ типа.

Следует обратить внимание, что ток коллектора не связан с проводимостью диода. Дело в том, что обычно к диоду коллектор‑база приложено обратное напряжение. Более того, ток коллектора очень мало зависит от напряжения на коллекторе (этот диод подобен небольшому источнику тока), в то время как прямой ток, а следовательно, и проводимость диода резко увеличиваются при увеличении приложенного напряжения.

Смотрите больше:

Транзисторы ТО-126: характеристики, принцип и режимы работы, сферы применения

Предыдущая статья Следующая статья

14. 09.2022

Транзисторы в пластиковых корпусах ТО-126 выпускаются российскими и иностранными производителями. Данный тип корпуса может использоваться для содержания в нем различных полупроводниковых приборов, в том числе биполярных транзисторов средней мощности. На лицевой поверхности указывается марка изделия либо применяется кодово-цветовая маркировка транзисторов серии ТО-126.

Характеристики транзисторов ТО-126

Корпус ТО-126 транзисторов прямоугольный (7,8×11,1 мм), толщиной 2,8 мм. Чуть выше центра прямоугольника есть сквозное поперечное отверстие Ø3 мм для крепления изделия к теплоотводящей поверхности. Перпендикулярная ему лицевая сторона содержит маркировку. Противоположная — медную луженую подложку, электрически соединенную со средним выводом, являющимся электродом коллектора. По обе стороны (если смотреть с лицевой стороны) расположены плоские выводы эмиттера — слева и базы — справа. Возможны другие варианты выводов и их соединение.

Электрические характеристики транзисторов ТО-126:

• Структура переходов (полярность) р-п-р либо п-р-п.
• Максимальное напряжение коллектор-база — предельное значение при котором не происходит электрического пробоя р-п-переходов.
• Максимальный ток коллектора — наибольший ток, который не вызовет перегрева кристалла транзистора.
• Габаритная мощность — максимально допустимое значение мощности, выделяемая на транзисторе при его длительной эксплуатации (в скобках может указываться параметр транзистора ТО-126 в случае креплении его на теплоотвод).
• Статический коэффициент передачи тока h₂₁϶ — определяет отношение коллекторного тока к вызвавшему его току базы и характеризует усилительные свойства транзистора.
• Граничная частота — максимальная скорость изменения напряжения при которой сохраняются усилительные свойства транзистора с заявленными характеристиками.

Применение транзисторов ТО-126: режимы и принцип работы

Усилительные свойства транзистора зависят от схемы включения и режима, вызванного питающими, также входными и выходными параметрами, обусловленные номиналами элементов обвязки.

Существуют такие варианты одиночного включения с усилительными свойствами:

• с общим эмиттером (ОЭ) — самая распространенная схема, усиливает как по напряжению, так и по току;
• с общей базой (ОБ) — применяется, в основном, для высоких частот и усиливает только напряжение;
• с общим коллектором (ОК) — высокое входное сопротивление, усиление только по току. Схема еще называется эмиттерным повторителем.

Существует множество вариантов совместного включения 2-х и более транзисторов различной мощности для получения необходимых результатов. Широкая сфера применения транзисторов ТО-126 обусловлена возможностью крепления их на теплоотвод со значительным увеличением нагрузочной способности. Изделия могут эксплуатироваться в предварительных и выходных каскадах, схемах стабилизации и регулирования питающих напряжений, также в качестве электронных ключей.

На сайте компании «ЗУМ-СМД» можно приобрести транзисторы ТО-126 оптом. Невысокая стоимость изделий сочетается с качеством известных зарубежных и отечественных производителей.

Возврат к списку

Обратная связь

Похожие статьи

---

Как транзистор может усиливать ток в цепи?

\$\начало группы\$

На 2:57 этого видео говорится, что когда мы подаем небольшой ток на базу транзистора, через него проходит большой ток. Это хорошо, но что меня беспокоит, так это то, что он говорит сразу после: «Если мы теперь манипулируем базовым током в определенном изменении, другой ток изменяется пропорционально с гораздо большей амплитудой»

Я просто не могу понять, почему именно эти вариации в базе ток должен усиливать ток через транзистор. Если я правильно понимаю, если мы подаем ток на транзистор, то мы просто уменьшаем размер области обеднения и, следовательно, делаем его более проводящим. Однако, когда мы делаем это, транзистор на самом деле не усиливает какой-либо сигнал, а пропускает больше тока.

Итак, почему мы говорим, что транзистор работает здесь как усилитель? Или я неправильно понимаю?

• транзисторы

\$\конечная группа\$

15

\$\начало группы\$

Я могу понять ваши сомнения — потому что в действительности транзистор НЕ усиливает ток базы. Это правда, что ток коллектора \$I_c\$ пропорционален току базы \$I_b\$ (\$I_c/I_b=\beta\$), но это своего рода корреляция.

(Очень жаль, что до сих пор существуют книги и публикации, утверждающие, что \$I_b\$ будет определять \$I_c\$. Тем не менее, при проектировании и/или анализе транзисторных каскадов мы во многих случаях можем трактовать транзистор как если бы \$I_b\$ определял бы \$I_c\$; это потому, что отношение \$I_c=\beta I_b\$ применимо, но оно является корреляцией и не отражает причинно-следственной связи).

Нетрудно показать и проверить, что \$I_b\$, а также \$I_c\$ оба зависят от напряжения \$V_{be}\$ согласно уравнению Шокли \$I_e = I_s[ \mathrm{exp}(V_{be} / V_t)-1]\$, поскольку ток эмиттера \$I_e\$ разделяется на очень малый ток (\$I_b\$) и больший ток \$I_c\$ (\$I_e = I_b + I_c\$).

---

Окончательное (резюмирующее) утверждение (относительно длинного списка комментариев):

Следующее предложение само по себе не может объяснить принцип действия транзистора, но оно показывает, что решающую роль играет НАПРЯЖЕНИЕ:

В каждом проводнике/полупроводнике ток (движение электрических зарядов) может существовать только под действием электрического поля. В электронных схемах это Е-поле генерируется внешним напряжением. Изменение напряжения (электрического поля) вызывает изменение тока. Это верно, конечно, также для диодов, биполярных транзисторов (BJT) и полевых транзисторов.

\$\конечная группа\$

32

\$\начало группы\$

Я полагаю, вы только начинаете заниматься электроникой, и поэтому ПОЧЕМУ механизм поведения транзистора может быть весьма пугающим. Это основано на физике того, как заряды работают внутри структуры, созданной внутри устройства. Если в какой-то момент вы решите изучать электронику в университете, возможно, по программе получения степени в области электротехники, вы в конечном итоге (вероятно, будучи студентом 3-го или 4-го курса) достигнете класса под названием «Физика полупроводников» или, возможно, «Физика твердого тела». Там вы подробно узнаете, что происходит.

Но до этого момента я призываю вас делать то, что делают студенты-инженеры и подавляющее большинство пользователей транзисторов: поверить в то, что они работают, и сосредоточиться на их высокоуровневом поведении в схеме, а не на физике их работы.

Если вы действительно хотите узнать это сегодня, я приветствую ваш интерес, и есть множество ресурсов, которые вы могли бы изучить, чтобы понять, как работают полупроводники и, в конечном счете, биполярный транзистор.

Вот ссылка на вводную статью о транзисторах, которую я нашел, и она может помочь вам начать работу:

Транзисторы

Вот небольшой отрывок из этой статьи:

\$\конечная группа\$

17

\$\начало группы\$

На самом деле, ОП понял голую правду о транзисторном «усилителе»… что это вовсе не усилитель… наоборот, это «аттенюатор». На данном этапе ОП не нуждается в подробных пояснениях; ему нужно подтверждение своих догадок.

Считается, что транзистор является активным элементом, используемым для создания усилителей… но ИМХО это не так. Транзистор не активный, а пассивный элемент; единственное, что он может сделать, это рассеивать энергию. Таким образом, транзистор является не усиливающим, а ослабляющим элементом. Это просто «резистор» (нелинейный, с электрическим управлением, но все же резистор), который уменьшает ток.

Истинное усиление невозможно; так что реальных усилителей нет. Так называемое «усиление» — это всего лишь иллюзия, хитрый трюк… а «усилитель» — это просто «волшебная коробка», в которой мы видим более высокую выходную мощность… но это не усиленная малая входная мощность. Это чужая сила… источника снабжения.

В аналоговой электронике мы реализуем такое «усиление» самым, пожалуй, парадоксальным, абсурдным и глупым способом — чтобы получить выходную мощность выше входной, мы получаем большой источник питания, а затем выбрасываем часть его (от от нуля до полной мощности).

Для сравнения, в энергетике они не могут себе этого позволить.

Я использую этот подход на занятиях со своими студентами, чтобы прояснить такие расплывчатые определения усилителя, как «электронная схема, использующая электроэнергию от источника питания для увеличения амплитуды сигнала, подаваемого на его входные клеммы» (Википедия). Например, вот семинар 2004 года, на котором мы обсуждали философию транзисторного «усилителя». В другом рассказе из Викиучебника 2008 года описывается, как мои ученики изучали это явление в лаборатории, чтобы заново изобрести текущее зеркало BJT.

В 2013 году я задал подобный вопрос ResearchGate, что вызвало бурную дискуссию. Я надеюсь, что это будет полезно для вас.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

В 2:57 этого видео говорится, что когда мы подаем небольшой ток на базу транзистора, через него проходит большой ток,

Отношение большого тока коллектора к малому току базы остается более или менее постоянным. Он достаточно постоянен, чтобы мы дали ему имя, β, или Hfe, или «текущее усиление». Это главная определяющая черта транзистора, это то, что делает транзистор. Если ток базы увеличивается или уменьшается на a_bit, то ток коллектора увеличивается или уменьшается примерно на β*a_bit. Это, а также в целом эквивалентное поведение тока коллектора, управляемое базовым напряжением, — вот и все, что нужно 99% практикующих инженеров-электронщиков используют их в своей повседневной работе.

Не беспокойтесь слишком сильно о том, что делает обедненная область, пока вы не будете готовы пройти полный курс физики полупроводников. Знать немного историю не очень помогает, достаточно, чтобы волноваться и делать неверные выводы

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Говоря простыми словами для новичков, все мы когда-то были…

Транзистор не является усилителем. Сам по себе он абсолютно ничего не делает.

Однако транзистор можно использовать для создания схемы, которая является усилителем.

Для усилителя BJT эта схема будет использовать транзистор для передачи тока от источника питания схемы на выходной контакт транзистора. Ток этого выходного контакта будет пропорционально больше, чем ток через входной контакт транзистора.

Это связано с тем, что транзистор является не «пассивным компонентом», а «активным компонентом», т. е. для выполнения своей функции ему требуется источник питания.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

, если мы подаем ток на транзистор, то мы просто уменьшаем размер обедненной области и, следовательно, делаем ее более проводящей, однако, когда мы это делаем, транзистор на самом деле не усиливает какой-либо сигнал, а пропускает больше тока. .

Другими словами, небольшой ток вызывает большой ток.

Это усиление.

Это не говорит о том, что большой ток должен исходить от там же, где и , что и малый ток. Нет, большой ток просто исходит от какого-то источника питания. Этот факт не означает, что это не усиление.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Чтобы понять, что происходит, вы должны применить немного квантовой механики и классической статистической механики. Когда вы прикладываете напряжение к базе npn, вы уменьшаете область истощения базового эмиттера, тем самым экспоненциально позволяя большему количеству электронов в эмиттере диффундировать в базу, которые затем проходят через базу и в конечном итоге выходят из коллектора. Вы также уменьшили размер области обеднения база-коллектор, позволив экспоненциально большему количеству дыр течь от базы к эмиттеру.

Итоговая сумма всех этих эффектов заключается в том, что небольшой ток базы пропорционален большему току коллектора (в активном режиме). Величина усиления зависит от того, насколько быстро и эффективно неосновные носители (электроны в базе npn) диффундируют через базу от эмиттера к коллектору. Это термин «базовое время прохождения», который вы видите в уравнениях bjt. Чем быстрее, тем выше бета.

Так что это немного сложнее, чем просто два диода впритык.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Может ли транзистор усиливать напряжение?

В транзисторном радиоприемнике амплитуда принимаемой мощности или, другими словами, фиксированное соотношение напряжения и тока усиливается. Возьмем, к примеру, AM/FM-радио, если резонансная частота приемника радиоприемника изменена (настроена) для соответствия частоте радиовещательной станции, находящейся в пределах досягаемости, антенна и приемник будут резонировать с частотой вещания, позволяя незначительное количество мощность сигнала (обычно измеряется в дБм или дБ, где 0 дБ соответствует 1 мВт), принимаемого радиостанцией.

Это будет очень мало, порядка 10 пиковатт для чего-то вроде сильного FM-радиосигнала, или в более экстремальных случаях, например, для GPS-приемников, это может составлять сотни аттоватт , (пиковатт = 1 миллион аттоватт).

Вещательные FM-радиостанции с радиусом действия ~30 миль часто передают на уровне 80 дБм или 100 кВт. Но электромагнитное излучение в дальней зоне падает с квадратом расстояния, поскольку оно распространяется по тому, что фактически является поверхностью. Если представить себе сферу с центром на широковещательной антенне, а расстояние — радиусом, то площадь поверхности сферы увеличивается пропорционально квадрату радиуса. (Примечание: фактическая диаграмма направленности обычно не имеет сферической формы, но дело в том, что она быстро распространяется с расстоянием).

Таким образом, даже при 100 кВт электромагнитного излучения, выбрасываемого из этой широковещательной антенны, как всенаправленный шланг для массовых беспорядков, к тому времени, когда оно уловлено вашим радио за много миль, оно практически не распространилось. GPS намного дальше, и он распространяется гораздо шире.

Принятое электромагнитное излучение заставляет электроны в антенне слегка раскачиваться вперед и назад, вызывая небольшое переменное напряжение в антенне. Покачивание также является переменным током, но важна принимаемая мощность. Мощность — это напряжение • ток (более сложно для переменного тока, но мгновенно мощность по-прежнему является напряжением • током). В зависимости от импеданса антенны и приемника это приведет к большей или меньшей зависимости напряжения от тока, при этом более высокий импеданс приведет к более высокому наведенному напряжению, но меньшему току.

Но нет смысла делать здесь какие-либо различия, поэтому я говорю, что радиочастотный приемник усиливает амплитуду мощности . Он берет крошечные колебания, улавливаемые антенной, и превращает их в более крупные колебания. Как правило, колебания должны быть достаточно большими (по амплитуде), чтобы управлять демодулятором , который выводит декодированный аудиосигнал на аудиоусилитель, который представляет собой усилитель мощности (в ваттах), который управляет громкоговорителем или, возможно, просто наушниками. .

ВЧ-усилитель соединяется с (идеально) согласованным входным или выходным импедансом, что означает, что любой импеданс цепи антенны/полосового приемника будет согласован с импедансом демодулятора, поэтому транзисторы в ВЧ-усилителе усиливают фиксированный соотношение напряжения и тока. Вы можете охарактеризовать их как усиливающее напряжение, а можете охарактеризовать их как усиливающий ток, и то, и другое — просто характеристика, удобная, но неполная точка зрения. По сути, транзисторы в радиочастотном усилителе усиливают мощность. Чтобы увеличить ток через заданный импеданс, вы должны увеличить напряжение.

На низком уровне биполярные переходные транзисторы являются усилителями крутизны. Это означает, что они принимают входное напряжение и выводят больший ток. Если коэффициент усиления равен 10, 100 мВ будут производить 1 А на выходе. Однако, поскольку для биполярных транзисторов напряжение, необходимое для достижения этого коэффициента усиления, очень низкое, около 26 мВ при комнатной температуре, а база имеет экспоненциальную зависимость между напряжением и током, как диод, так что достаточное напряжение для включения транзистора всегда приводит к некоторой мере. базового тока, их функции удобно аппроксимировать как усилители тока. Они берут небольшой ток базы и делают его большим током коллектора.