Site Loader

Содержание

подбор транзисторов по параметрам

 
         Транзистор

mosfet транзисторы

(от

справочник полевых транзисторов

англ.

транзистор светодиод

transfer

прибор для проверки транзисторов

— переносить и

транзисторы большой мощности

resistance

полевой транзистор характеристики

транзистор исток сток

сопротивление

коллектор транзистора

или

интегральный транзистор

transconductance

изготовление транзисторов

ключ полевой транзистор

активная межэлектродная

транзистор в ключевом режиме

проводимость

транзисторы philips

и

полевой транзистор принцип работы

varistor

стабилизатор напряжения на транзисторе

преобразователь на полевом транзисторе

переменное

транзистор кт819

сопротивление)

даташит транзисторы

усилитель мощности на транзисторах

электронный

характеристики полевых транзисторов

прибор

коммутатор транзистор

из

полевые транзисторы характеристики

полупроводникового

применение полевых транзисторов

материала,

полупроводниковый транзистор

обычно с

генератор на транзисторе

тремя

составной транзистор

выводами,

схемы генераторов на транзисторах

позволяющий

современные транзисторы

входным

s8050 транзистор

сигналам

коды транзисторов

управлять

d209l транзистор

током в

принцип транзистора

электрической

режимы транзистора

цепи. Обычно

транзисторы большой мощности

используется

полевой транзистор управление

для усиления,

транзисторы большой мощности

генерирования

устройства на полевых транзисторах

и

транзисторы микросхемы

преобразования электрических

горит строчный транзистор

сигналов.

подбор транзисторов по параметрам


        

работа полевых транзисторов

Управление

полевые транзисторы характеристики

током

планарные транзисторы

в

как подключить транзистор

выходной цепи осуществляется

обозначение транзисторов

за

замена транзисторов

счёт

как подключить транзистор

изменения

полевых транзисторов

входного

как проверить транзистор мультиметром

напряжения

применение полевых транзисторов

или

устройства на полевых транзисторах

тока.

транзистор исток сток

Небольшое

включение транзисторов

изменение

c945 транзистор

входных

найти транзистор

величин

структура транзистора

может

подбор транзисторов по параметрам

приводить

расчет радиатора для транзистора

к

усилительный каскад на транзисторе

существенно

c945 транзистор

большему

подбор транзисторов по параметрам

изменению

вах транзистора

выходного напряжения и

усилитель на полевом транзисторе

тока.

планарные транзисторы

Это усилительное

планарные транзисторы

свойство

современные транзисторы

транзисторов

ключ полевой транзистор

используется

схема полевого транзистора

в

принцип транзистора

аналоговой

транзистор d1555

технике

преобразователь напряжения на транзисторах

(аналоговые

цветовая маркировка транзисторов

ТВ,

параметры транзисторов

радио,

режимы транзистора

связь

скачать транзисторы

и

d880 транзистор

т.

мощный полевой транзистор

п.).

подбор транзисторов по параметрам


        

полевые транзисторы импортные справочник

В настоящее время

ножки транзистора

в

p канальный транзистор

аналоговой

схема подключения транзистора

технике

пробой транзистора

доминируют

радио транзистор

биполярные

мощные транзисторы

транзисторы

купить транзисторы

(БТ)

обозначение транзисторов

(международный

мощный полевой транзистор

термин

транзистор 2т

включение полевых транзисторов

BJT,

мосфет транзисторы

bipolar

транзисторы справочник

junction

транзистор сгорел

transistor).

расчет радиатора для транзистора

Другой

насыщение транзистора

важнейшей

транзисторы развертки строчной

отраслью

mosfet транзисторы

электроники

испытатель транзисторов

является

справочник зарубежных транзисторов скачать

цифровая

усилитель на полевом транзисторе

техника

где купить транзисторы

(логика, память,

транзистор 3102

процессоры,

коды транзисторов

компьютеры,

стабилизатор тока на транзисторе

цифровая

металлоискатель на транзисторах

связь

чип транзисторы

и

преобразователь на полевом транзисторе

т.

маркировка импортных транзисторов

п.),

расчет радиатора для транзистора

где,

работа биполярного транзистора

напротив,

характеристики транзисторов

биполярные транзисторы

транзистор с общим эмиттером

почти

транзистор pnp

полностью

драйвер транзистора

вытеснены

как работает транзистор

полевыми.

подбор транзисторов по параметрам


         Вся

транзисторы philips

современная

простой усилитель на транзисторах

цифровая техника

проверка транзисторов

построена,

вах транзистора

в основном, на

импульсный транзистор

полевых

транзистор 3102

МОП

база транзисторов

(металл-оксид-полупроводник)-транзисторах

полевые транзисторы импортные справочник

(МОПТ),

выводы транзистора

как более

мп39 транзистор

экономичных,

3205 транзистор

по

работа полевого транзистора

сравнению

умзч на транзисторах

с БТ,

типы транзисторов

элементах.

транзисторы высоковольтные

Иногда

включение полевых транзисторов

их называют МДП

работа полевого транзистора

(металл-диэлектрик-полупроводник)-

транзисторы резисторы

транзисторы.

транзисторы куплю

Международный

справочник по зарубежным транзисторам

термин

фото транзисторов

таблица транзисторов

MOSFET (metal-oxide-semiconductor field

справочник полевых транзисторов

effect

полевые транзисторы

transistor).

315 транзистор

Транзисторы

рабочая точка транзистора

изготавливаются

стабилизатор напряжения на транзисторе

в

зарубежные транзисторы скачать

рамках интегральной

транзистор npn

технологии

мощные биполярные транзисторы

на

замена транзисторов

одном

поиск транзисторов

кремниевом

полевой транзистор характеристики

кристалле

таблица транзисторов

(чипе)

распиновка транзисторов

и

bully транзисторы

составляют

маркировка полевых транзисторов

элементарный

скачать транзисторы

«кирпичик» для

блок питания на полевом транзисторе

построения

схемы включения полевых транзисторов

микросхем

мощные транзисторы

логики,

регулятор на полевом транзисторе

памяти,

усилитель на полевом транзисторе

процессора

n p n транзистор

и

транзистор кт315

т.

принцип работы полевых транзисторов

п.

греется строчный транзистор

Размеры современных МОПТ

где купить транзисторы

составляют

параметры транзисторов

от

свч транзисторы

90

как проверить полевые транзисторы

до

13009 транзистор

32 нм[источник

принцип действия транзистора

не указан

полевой транзистор цоколевка

134 дня].

вч транзисторы

На

цоколевка полевого транзистора

одном современном

типы транзисторов

чипе

c945 транзистор

(обычно

взаимозаменяемость транзисторов

размером

полевые транзисторы параметры

1—2

обозначение транзисторов на схеме

см?) размещаются несколько

драйвер транзистора

(пока единицы) миллиардов

мощный полевой транзистор

МОПТ.

6822 транзистор

На протяжении

усилитель на полевых транзисторах

60

стабилизаторы на полевых транзисторах

лет происходит

транзистор s9013

уменьшение

транзистор ру

размеров

управление полевым транзистором

(миниатюризация)

принцип работы полевых транзисторов

МОПТ

силовые транзисторы

и

корпуса транзисторов

увеличение

работа полевых транзисторов

их количества

smd транзисторы

на

свч транзисторы

одном

блокинг генератор на транзисторе

чипе

импульсный транзистор

(степень

простые схемы на транзисторах

интеграции), в

транзистор ру

ближайшие

мощный полевой транзистор

годы

включение транзисторов

ожидается

вах транзистора

дальнейшее

справочник по зарубежным транзисторам

увеличение

цветовая маркировка транзисторов

степени

транзистор кт

интеграции

высокочастотные транзисторы

транзисторов

транзисторы продам

на чипе (см.

транзистор мп

Закон

как проверить транзистор

Мура).

тесла на транзисторах

Уменьшение

полевой транзистор управление

размеров МОПТ

технические характеристики транзисторов

приводит

d880 транзистор

также к

стабилизатор тока на транзисторе

повышению

транзисторы irf

быстродействия

база транзисторов

процессоров.

подбор транзисторов по параметрам


        

как проверить полевые транзисторы

Первые

транзистор процессор

патенты

применение полевых транзисторов

на

подбор транзисторов по параметрам

принцип

база транзисторов

работы

как проверить транзистор

полевых

полевой транзистор справочник

транзисторов

фото транзисторов

были

простые схемы на транзисторах

зарегистрированы

s8050 транзистор

в Германии

транзисторы резисторы

в 1928

цоколевка полевого транзистора

году

скачать транзисторы

лавинный транзистор

Канаде,

полевой транзистор принцип работы

22 октября

блок питания на полевом транзисторе

1925

усилитель мощности на полевых транзисторах

года)

корпуса транзисторов

на

аналоги транзисторов

имя

как подключить транзистор

австро-венгерского

биполярный транзистор принцип работы

физика

транзистор сгорел

Юлия

блок питания на полевых транзисторах

Эдгара

цоколевка транзисторов

Лилиенфельда.[источник

преобразователь напряжения на транзисторах

не

схема включения полевого транзистора

указан

усилитель мощности на полевых транзисторах

107

производство транзисторов

дней] В

силовые транзисторы

1934 году

свч транзисторы

немецкий

транзисторы продам

физик

смд транзисторы

Оскар

зарубежные транзисторы

Хейл

применение полевых транзисторов

запатентовал

работа биполярного транзистора

полевой

диоды транзисторы

транзистор.

315 транзистор

Полевые

полевые транзисторы справочник

транзисторы

устройство транзистора

мощные биполярные транзисторы

частности, МОП-транзисторы)

сгорает строчный транзистор

основаны

характеристики полевых транзисторов

на

транзистор исток сток

простом

насыщение транзистора

электростатическом

реле на транзисторе

эффекте

как проверить полевой транзистор

поля,

однопереходный транзистор

по физике

принцип работы полевого транзистора

они существенно

транзистор в ключевом режиме

проще

транзисторы pdf

биполярных транзисторов,

схемы на полевых транзисторах

и

блок питания на полевых транзисторах

поэтому

315 транзистор

они

применение полевых транзисторов

придуманы

проверка транзисторов

и

315 транзистор

запатентованы

найти транзистор

задолго

цоколевка полевого транзистора

до

продажа транзисторы

биполярных

схемы генераторов на транзисторах

транзисторов.

генератор на полевом транзисторе

Тем

применение транзисторов

не

как подключить транзистор

менее,

расчет радиатора для транзистора

первый

реле на транзисторе

МОП-транзистор,

bully транзисторы

составляющий

генератор импульсов на транзисторах

основу

пробой транзистора

современной

принцип работы полевых транзисторов

компьютерной

подключение транзистора

индустрии, был

простые схемы на транзисторах

изготовлен позже биполярного

обозначение транзисторов

транзистора,

транзисторы справочник

в

цоколевка импортных транзисторов

1960

стабилизатор тока на транзисторе

году.

полевой транзистор принцип работы

Только

завод транзистор

в

транзистор кт827

90-х

технические характеристики транзисторов

годах

испытатель транзисторов

XX

мощные биполярные транзисторы

века

устройства на полевых транзисторах

МОП-технология

фото транзисторов

стала

импульсный транзистор

доминировать

полевой транзистор принцип работы

над

полевых транзисторов

биполярной.

подбор транзисторов по параметрам

подбор транзисторов по параметрам

Как выбрать транзистор по параметрам


Как подобрать транзистор 🚩 поиск транзистора по параметрам 🚩 Ремонт и сервис

Инструкция

Нагрузка транзистора включается между шиной питания и коллектором прибора. Если напряжение на этой шине положительное, используйте транзистор структуры n-p-n, а если отрицательное — структуры p-n-p. Учтите, что управляющий сигнал, подаваемый на базу, должен иметь ту же полярность, что и напряжение питания.

Если транзистор будет работать в аналоговом режиме, поделите напряжение питания пополам и умножьте на половину максимального тока нагрузки. Это и будет мощность, рассеиваемая на приборе в самых неблагоприятных условиях — когда он открыт ровно наполовину. Если же он работает в ключевом режиме, максимальная мощность, рассеиваемая на нем, будет значительно меньше. Чтобы ее узнать, умножьте падение напряжение на транзисторе в полностью открытом состоянии (обычно оно составляет лишь десятые доли вольта) на номинальный ток нагрузки. Руководствуясь максимальной рассеиваемой мощностью, примите решение о том, необходим ли прибору радиатор.

За максимальный ток в открытом состоянии примите максимальный ток, потребляемый нагрузкой, а за максимальное напряжение в закрытом состоянии — напряжение источника питания. Эти параметры транзистора должны превышать значения, имеющие место в схеме, хотя бы в полтора раза.

Коэффициент передачи тока выберите в зависимости от того, каким должно быть соотношение между током управления и током нагрузки. Например, если этот показатель равен 50, то ток нагрузки может превышать ток управления минимум в 50 раз. Исходя из этого, подберите номинал резистора в цепи базы.

Если нагрузка является индуктивной, параллельно ей включите диод в полярности, противоположной аналогичному показателю источника питания.

Найдите в справочнике транзистор, все характеристики которого с некоторым запасом превышают подобранные. Не допускайте работу прибора при двух и более предельных значениях параметров. Установив выбранный вами транзистор в устройство, дайте ему поработать в течение нескольких часов, затем выключите, разрядите в нем конденсаторы и измерьте температуру транзистора. Она не должны превышать 50 градусов.

Выбор замены транзистора »Примечания по электронике

При ремонте схемы или даже при создании новой часто невозможно найти точный компонент электроники — мы расскажем, как выбрать подходящую замену.

Transistor Tutorial:
Основы транзисторов Усиление: Hfe, hfe и бета Характеристики транзистора Коды нумерации транзисторов и диодов Выбор транзисторов на замену


При работе с электронным оборудованием, будь то проектирование электронных схем, сборка или ремонт, иногда необходимо выбрать транзистор для замены.Либо тип транзистора может не быть под рукой, либо он может быть недоступен.

К счастью, обычно можно использовать транзистор заменяющего типа, поскольку часто существует значительная степень совпадения между спецификациями различных типов транзисторов, и, глядя на основные характеристики, обычно можно выбрать правильные заменяемые транзисторы.

Это объяснение сосредоточено на биполярных транзисторах, но можно применить аналогичную логику к другим электронным компонентам, включая полевые транзисторы, чтобы гарантировать, что можно будет найти подходящую замену.

При поиске подходящей замены транзистора необходимо обратить внимание на основные характеристики транзистора. После определения характеристик и параметров транзистора можно проверить наличие других типов транзисторов для замены с аналогичными параметрами, которые смогут работать в рассматриваемой схеме.

При рассмотрении возможных замен транзисторов необходимо учитывать множество параметров. К ним будут относиться основные параметры работы транзистора.Они также будут включать параметры, связанные с окружающей средой, и физические параметры. Все это необходимо учитывать при выборе подходящего транзистора на замену.

BC547 Транзистор с пластиковыми выводами

Рассмотрим основные параметры транзистора

К счастью, многие транзисторы, используемые в электронных схемах, относятся к типам общего назначения. Их спецификации не особенно требовательны, и можно использовать различные транзисторы общего назначения. Сегодня характеристики даже транзисторов общего назначения чрезвычайно высоки, и их можно использовать в различных приложениях.

Тем не менее, необходимо более пристально рассмотреть транзисторы, которые выполняют более строгую роль. Их спецификации необходимо изучить более внимательно, чтобы гарантировать, что любые заменители будут иметь аналогичную спецификацию.

При поиске подходящей замены транзистора некоторые из основных параметров транзистора, которые необходимо учитывать, включают следующее:

  1. Используемый полупроводниковый материал:

    Большинство транзисторов изготовлены из германия или кремния.Другие типы обычно используются только в очень специализированных приложениях.

    Важно знать, какой тип транзистора, потому что существует разница в падении напряжения прямого смещения базы-эмиттера. Для германия оно составляет около 0,2 — 0,3 вольт, а для кремния — около 0,6 вольт. Схема будет рассчитана на конкретное падение напряжения.

  2. Полярность: Совершенно необходимо выяснить, является ли транзистор типом NPN или PNP.Установите неправильный тип, и он испытает напряжение, обратное всем ожидаемым, и, вероятно, будет разрушено. Типы транзисторов: символы цепи транзистора NPN и транзистора PNP
  3. Общее применение: Хотя не всегда необходимо точно соответствовать предполагаемому назначению транзистора, различные области его характеристик будут адаптированы к его предполагаемому применению.

    Возможные типы приложений могут включать: коммутационные, аналоговые, маломощные, ВЧ-усилители, малошумящие и т. Д.Введите правильный шрифт, и он может не работать. Например, маломощный транзистор общего назначения вряд ли будет хорошо работать в коммутационном приложении, даже если он имеет высокий предел или предел частоты.

  4. Корпус и распиновка: У транзисторов много корпусов. Часто бывает необходимо подобрать заменяющий транзистор как можно точнее, чтобы транзистор мог физически соответствовать. Также в пакете могут быть указаны другие параметры.
  5. Пробой напряжения: Необходимо убедиться, что транзистор способен выдерживать напряжения, которые он может увидеть. Необходимо проверить параметры транзистора, такие как Vceo и т. Д.
  6. Коэффициент усиления по току: , Параметр усиления по току транзистора обычно имеет очень широкий разброс. Обычно это цитируется как Β или hfe. Хотя они немного отличаются, для всех эквивалентных схем такого рода параметры транзисторов одинаковы.

    Необходимо выбрать транзистор на замену с примерно таким же усилением по току. Обычно не проблема подобрать транзистор на замену с более высоким коэффициентом усиления. Часто может быть приемлемо меньшее усиление по току.

  7. Предел частоты: Верхний предел частоты для транзистора обычно указывается в его футах. Обычно важно гарантировать, что транзистор может соответствовать любым пределам частоты.
  8. Рассеиваемая мощность: Необходимо убедиться, что заменяемый транзистор может рассеивать достаточную мощность.Часто тип упаковки является хорошим показателем этого.

Это основные параметры, которые важны для большинства приложений, но обратите внимание на любые другие параметры транзистора, которые могут потребоваться при выборе транзистора для замены.

Подбор транзистора на замену

При выборе подходящего заменяющего транзистора для использования в электронной схеме, необходимо учитывать несколько этапов при выборе.Их можно продвигать в логическом порядке, чтобы сузить выбор и сделать лучшую альтернативу замене транзистора.

Пошаговая инструкция:
  1. Выберите транзистор той же полярности: Первый важный критерий выбора — это транзистор PNP или NPN.
  2. Выберите транзистор для замены из того же материала: Большинство транзисторов либо кремниевые, либо германиевые.Поскольку напряжения смещения и другие характеристики различаются, необходимо выбрать транзистор для замены из того же материала.
  3. Выберите тот же функциональный тип транзистора: Транзисторы обычно имеют указание на их применение в технических описаниях. Если возможно, замена должна иметь такое же применение.
  4. Выберите замену в том же корпусе: Выбор транзистора для замены с тем же корпусом и распиновкой значительно упростит замену.Различия в корпусе для транзисторов с малым сигналом обычно не являются проблемой, но для более крупных, где могут быть задействованы радиаторы и т. Д., Разные корпуса могут вызвать серьезные проблемы.

    Также, если соединения контактов различны, следует позаботиться о том, чтобы правильные контакты были выбраны правильными соединениями. Распиновка многих транзисторов — EBC, но есть и другие конфигурации выводов, которые могут легко запутать многих людей.

  5. Выберите транзистор для замены с тем же напряжением пробоя: Убедитесь, что значения для V CEO и V CBO и т. Д. Не меньше, чем у исходного транзистора.
  6. Убедитесь, что он может принимать ток: Убедитесь, что новый транзистор может пропускать требуемый ток — он должен иметь I Cmax больше или равное исходному транзистору.
  7. Выберите транзистор с аналогичным Hfe: Необходимо убедиться, что коэффициент усиления по току заменяющего транзистора примерно такой же, как у исходного. Значения коэффициента усиления по току обычно сильно различаются даже для транзисторов одного и того же типа, поэтому допустимы некоторые вариации.
  8. Выберите транзистор для замены с эквивалентным Ft: . Необходимо убедиться, что транзистор для замены будет работать на соответствующих частотах, поэтому рекомендуется использовать аналогичный или немного более высокий Ft. Не выбирайте транзистор с гораздо более высоким Ft, так как это может увеличить риск колебаний.
  9. Выберите транзистор с аналогичной рассеиваемой мощностью: Необходимо убедиться, что заменяющий транзистор может справиться с мощностью, рассеиваемой в цепи.Выбор транзистора на замену с аналогичным типом банки часто означает, что оба транзистора имеют одинаковую рассеиваемую мощность.
  10. Проверьте наличие каких-либо специальных функций: Убедитесь, что выбранные выше функции выбраны, но могут быть некоторые дополнительные функции, которые необходимо учитывать. Обычно они требуются, когда транзисторы используются в специализированных приложениях.

После выбора транзистора на замену его можно установить в схему и проверить работоспособность.В большинстве случаев он будет работать удовлетворительно, но иногда могут возникать проблемы. В этом случае необходимо повторно изучить способ, которым был сделан выбор транзистора для замены, и посмотреть, были ли допущены какие-либо ошибки, или поискать другие параметры, которые могут повлиять на работу схемы транзистора.

Что делать, если я не могу найти оригинальные детали транзистора?

Иногда очень легко узнать параметры конкретного транзистора, поскольку их можно найти в Интернете или в справочнике транзисторов.Если это невозможно, потому что маркировка не видна, или данные не могут быть найдены, то не все потеряно.

Еще можно многое узнать о транзисторе из его корпуса, а также о схеме, в которой он используется. Таким образом обычно можно найти подходящий транзистор на замену. Приведенные ниже пошаговые инструкции должны помочь определить основные параметры транзистора.

Пошаговая инструкция:

Эти инструкции изложены в примерном порядке: сначала наиболее важные параметры следуют за менее значимыми:

  1. Это транзистор? Это может показаться очевидным вопросом, но иногда некоторые устройства могут показаться транзисторами на первый взгляд.Это может быть полевой транзистор, транзистор Дарлингтона или даже какое-то другое устройство. В качестве альтернативы, иногда небольшие регуляторы напряжения содержатся в корпусах, подобных корпусу транзистора. Другие устройства также могут появляться в корпусах, которые на первый взгляд могут показаться транзисторными. Тщательное изучение заявки позволит убедиться в этом.
  2. Кремний или германий: Важно выяснить, является ли транзистор кремниевым или германиевым.Обнаружить это можно несколькими способами. Если исходный транзистор все еще работает, это можно обнаружить, измерив напряжение на переходе база-эмиттер, когда он смещен в прямом направлении. Это должно быть от 0,2 до 0,3 В для германиевого транзистора и 0,6 В для других разновидностей. В качестве альтернативы можно определить тип, посмотрев на другие транзисторы в схеме. Часто во всем оборудовании используется одна и та же технология. Это не всегда так, поэтому будьте осторожны!
  3. Рассеиваемая мощность: Это часто определяется корпусом, в котором размещен транзистор.Посмотрите на спецификации других транзисторов в тех же корпусах, и это послужит хорошим ориентиром. Пакеты, предназначенные для установки на радиаторах, будут более гибкими, потому что они часто могут рассеивать больше энергии в зависимости от радиатора. С этими пакетами лучше быть осторожнее.
  4. Максимальное напряжение: Представление о максимальном напряжении можно получить из схемы, в которой оно используется. На всякий случай убедитесь, что максимальное рабочее напряжение заменяемого транзистора как минимум в два раза превышает напряжение шины цепи, в которой он работает.
  5. Текущее усиление: Текущее усиление транзисторов, как известно, трудно определить.Транзисторы большой мощности часто предлагают меньшее усиление — более старые типы мощных транзисторов могут иметь всего 20-50, тогда как транзисторы меньшего размера могут обеспечивать коэффициент усиления где-то между 50 и 1000.
  6. Максимальная частота: Необходимо убедиться, что заменяемый транзистор способен работать на требуемой частоте. Посмотрите на компоненты схемы и функции схемы. Обычно можно оценить частоту срабатывания. Затем возьмите это и выберите транзистор на замену, который может легко работать на этой частоте.
  7. Любое другое: Хотя большинство основных моментов было рассмотрено в пунктах выше, всегда лучше следить за другими параметрами, которые могут повлиять на выбор замены транзистора. Это особенно верно для специализированных схем, где некоторые особенности производительности могут быть критичными.

Выбрать транзистор для замены обычно довольно просто. Доступно огромное количество типов транзисторов, а спецификации многих типов транзисторов совпадают, что во многих случаях делает выбор транзистора для замены довольно простым.

Часто бывает полезно проверить складские запасы у местных продавцов или надежных дистрибьюторов электронных компонентов. Часто бывает необходимо выбрать транзистор, который можно получить быстро и легко. Проверка того, что может быть доступно у продавца или дистрибьютора электронных компонентов, поможет принять окончательное решение.

Возможность выбора транзистора на замену может быть очень полезной, если невозможно найти точный тип транзистора. Вполне вероятно, что похожий может быть доступен под рукой или, возможно, у местного продавца.В любом случае полезно иметь возможность выбрать заменяющий транзистор с хорошей вероятностью его работы.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

.

Electronics Club — Транзисторы — типы, подключение, пайка, тестирование, выбор, радиаторы

Electronics Club — Транзисторы — типы, подключение, пайка, тестирование, выбор, радиаторы

Типы | Подключение | Пайка | Тестирование | Коды | Выбор | Радиаторы

На этой странице описаны практические вопросы, такие как меры предосторожности при пайке и идентификации выводов. Информацию о работе и использовании транзисторов в схемах см. В страница транзисторных схем.

Транзисторы усиливают ток , например, их можно использовать для усиления небольшого выхода ток от логической ИС, чтобы он мог управлять лампой, реле или другим сильноточным устройством. Во многих схемах используется резистор для преобразования изменяющегося тока в изменяющееся напряжение, поэтому транзистор используется для усиления напряжения .

Транзистор может использоваться как переключатель (либо полностью включен с максимальным током, либо полностью выключен с нет тока) и как усилитель (всегда частично включен).

Величина усиления тока называется усилением по току , символ h FE (один из многих параметров транзисторов, каждый со своим символом).


Типы транзисторов

Есть два типа стандартных (биполярных) транзисторов, NPN и PNP , с разными обозначениями схем, как показано. Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор. Большинство используемых сегодня транзисторов являются NPN, потому что это самый простой тип из кремния.Если вы новичок в электронике, лучше всего начать с изучения того, как использовать транзисторы NPN.

Выводы имеют маркировку база (B), коллектор (C) и эмиттер (E). Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но их не так много. помогают понять, как используется транзистор, поэтому относитесь к ним как к ярлыкам.

Пара Дарлингтона — это два соединенных вместе транзистора. чтобы дать очень высокий коэффициент усиления по току.

В дополнение к биполярным переходным транзисторам существует полевых транзисторов , которые обычно обозначается как FET s.У них разные символы схем и свойства, и они не рассматриваются на этой странице.


Подключение

Транзисторы

имеют три вывода, которые должны быть подключены правильно. Будьте осторожны, так как неправильно подключенный транзистор может быть немедленно поврежден при включении.

Ориентация транзистора может быть ясна из схемы компоновки печатной платы или монтажной платы, в противном случае вы необходимо обратиться к каталогу поставщика или на веб-сайте, чтобы определить потенциальных клиентов.

На чертежах показаны выводы некоторых распространенных типов корпусов транзисторов.

Обратите внимание, что схемы выводов транзисторов показывают вид с ниже с ведет к вам. Это противоположно схемам выводов IC, которые показывают вид сверху.


Пайка

Транзисторы могут быть повреждены нагревом при пайке, поэтому, если вы не эксперт, это Целесообразно использовать радиатор, прикрепленный к проводу между соединением и корпусом транзистора. Можно купить специальный инструмент, но стандартный зажим «крокодил» (без пластиковой крышки). работает так же хорошо и дешевле.

Не путайте этот временный радиатор с постоянным радиатором (описанным ниже) что может потребоваться для силового транзистора, чтобы предотвратить его перегрев во время работы.


Проверка транзистора

Транзисторы могут быть повреждены нагреванием при пайке или неправильным использованием в цепи. Если вы подозреваете, что транзистор может быть поврежден, есть два простых способа его проверить:

1. Проверка мультиметром

Используйте мультиметр или простой тестер (аккумулятор, резистор и светодиод) чтобы проверить каждую пару проводов на проводимость.Установите цифровой мультиметр на проверку диодов и аналоговый мультиметр для диапазона низкого сопротивления.

Проверить каждую пару проводов в обе стороны (всего шесть тестов):

  • Переход база-эмиттер (BE) должен вести себя как диод, а проводить только в одном направлении .
  • Переход база-коллектор (BC) должен вести себя как диод, а проводить только в одну сторону .
  • Коллектор-эмиттер (CE) не должен вести в любом случае .

На схеме показано, как ведут себя переходы в NPN-транзисторе. В транзисторе PNP диоды перевернуты, но можно использовать ту же процедуру тестирования.


Проверка транзистора NPN

2. Тестирование в простой схеме

Подключите транзистор к показанной простой схеме. Напряжение питания не критично, подходит от 5В до 12В. Эту схему можно быстро построить, например, на макете. Позаботьтесь о включении 10k резистор в соединении с базой, иначе вы разрушите транзистор при его проверке!

Если транзистор в порядке, светодиод должен загореться при нажатии переключателя. и не загорается при отпускании переключателя.

Для проверки транзистора PNP используйте ту же схему, но поменяйте местами светодиод и напряжение питания.

Некоторые мультиметры имеют функцию проверки транзисторов, которая обеспечивает известный базовый ток и измеряет ток коллектора, чтобы отобразить Коэффициент усиления по постоянному току транзистора h FE .


Простая схема переключения
для проверки транзистора NPN



Коды транзисторов

В Великобритании используются три основных серии кодов транзисторов:

Коды, начинающиеся с B (или A), e.г. BC108

Первая буква B — кремний, A — германий (сейчас используется редко). Вторая буква указывает на тип; например, C означает звуковую частоту малой мощности; D означает звуковую частоту высокой мощности; F означает низкую мощность высокой частоты. Остальная часть кода идентифицирует конкретный транзистор. В системе нумерации нет очевидной логики. Иногда в конце добавляется буква (например, BC108C) для обозначения специальной версии. основного типа, например, более высокий коэффициент усиления по току или другой тип корпуса.Если в проекте указана версия с более высоким коэффициентом усиления (BC108C), ее необходимо использовать, но если указан общий код (BC108), подходит любой транзистор с этим кодом.

Коды, начинающиеся с TIP, например TIP31A

TIP относится к производителю: Texas Instruments Power Transistor. Буква в конце обозначает версии с разным номинальным напряжением.

Коды, начинающиеся с 2N, например 2N3053

Начальная цифра «2N» определяет деталь как транзистор, а остальную часть кода. обозначает конкретный транзистор.В системе нумерации нет очевидной логики.


Выбор транзистора

В большинстве проектов указывается конкретный транзистор, но обычно можно заменить его эквивалентным транзистором. из широкого ассортимента. Наиболее важные характеристики, на которые следует обратить внимание, — это максимальный ток коллектора I C и текущий коэффициент усиления h FE . Чтобы упростить выбор, большинство поставщиков группируют свои транзисторы по категориям. определяется либо их типичным использованием , либо максимальной мощностью номиналом .

Чтобы сделать окончательный выбор, вам может потребоваться обратиться к таблицам технических данных, приведенным в каталогах, книгах и в Интернете. Они содержат много полезной информации, но их может быть трудно понять, если вы не знакомы с используемые термины и сокращения.

Вот некоторые из терминов, которые вы, вероятно, увидите:

Структура — тип транзистора, NPN или PNP, заменитель должен быть того же типа.

Стиль корпуса — расположение выводов.

I C макс. — максимальный ток коллектора.

В CE макс. — максимальное напряжение на переходе коллектор-эмиттер, игнорируйте это для цепей низкого напряжения.

h FE — коэффициент усиления по току (строго коэффициент усиления по постоянному току). Гарантированное минимальное значение дается потому, что фактическое значение варьируется от транзистора к транзистору — даже для транзисторов одного типа! Обратите внимание, что текущий коэффициент усиления — это просто число, поэтому у него нет единиц измерения.Коэффициент усиления часто указывается при определенном токе коллектора I C который обычно находится в середине диапазона транзистора, например, «100 @ 20 мА» означает, что коэффициент усиления составляет не менее 100 при 20 мА. Иногда указываются минимальные и максимальные значения. Так как коэффициент усиления примерно постоянен для различных токов, но изменяется от От транзистора к транзистору эта деталь действительно интересует только специалистов.

P до макс. — максимальная общая мощность, которую может развивать транзистор, обратите внимание, что радиатор потребуется для достижения максимального рейтинга.Этот рейтинг важен для транзисторы, работающие как усилители, имеют мощность примерно I C × V CE . Для транзисторов, работающих как переключатели, более важен максимальный ток коллектора (I C макс.).

Категория — типичное использование транзистора, хорошая отправная точка при поиске замены. Для разных категорий могут быть отдельные таблицы.

Возможные замены — транзисторы с аналогичными электрическими свойствами, которые подойдут заменители в большинстве схем.Они могут иметь другой стиль корпуса, поэтому будьте осторожны при размещении на печатной плате.

Rapid Electronics: транзисторы



Радиаторы для транзисторов

Радиаторы необходимы для транзисторов, пропускающих большие токи.

Из-за протекающего через них тока в транзисторах выделяется избыточное тепло. Если вы обнаружите, что транзистор становится слишком горячим, чтобы дотронуться до него, безусловно, потребуется радиатор! Радиатор помогает рассеивать (отводить) тепло, передавая его в окружающий воздух.

Фотография © Rapid Electronics

Скорость образования отходящего тепла называется тепловой мощностью P. Обычно базовый ток I B слишком мал, чтобы выделять много тепла, поэтому тепловой мощность определяется током коллектора I C и напряжением V CE на транзисторе:

Нагрев не является проблемой, если I C небольшой или если транзистор используется в качестве переключение, потому что при «полном включении» V CE почти равен нулю.Однако силовые транзисторы, используемые в таких схемах, как аудиоусилитель или регулятор скорости двигателя, будут частично в большинстве случаев V CE может составлять примерно половину напряжения питания. Эти силовые транзисторы почти обязательно нужен радиатор, чтобы не допустить их перегрева.

Силовые транзисторы

обычно имеют отверстия под болты для крепления радиаторов, но также доступны прикрепляемые радиаторы. Убедитесь, что вы используете правильный тип транзистора. Многие транзисторы имеют металлические корпуса, которые подключены к одному из их выводов, поэтому может потребоваться изолировать радиатор от транзистора.Комплекты изоляционные доступны с листом слюды и пластиковой втулкой для болта. Теплопроводящую пасту можно использовать для улучшения теплового потока от транзистора к радиатор, это особенно важно при использовании изоляционного комплекта.

Мощность радиатора

Радиаторы имеют номинальное тепловое сопротивление (Rth) в ° C / Вт. Например, 2 ° C / Вт означает, что теплоотвод (и, следовательно, компонент, прикрепленный к нему) будет 2 ° C. горячее, чем окружающий воздух, на каждый 1 Вт тепла, которое он рассеивает.Обратите внимание, что более низкое тепловое сопротивление на означает, что на лучше радиатор .

Расчет необходимого радиатора:
  1. Сначала определите рассеиваемую тепловую мощность:
    (в случае сомнений используйте наибольшее вероятное значение для I C и предположите, что V CE составляет половину напряжения питания).
    Пример: транзистор пропускает 1 А и подключен к источнику питания 12 В, поэтому мощность составляет около 1 × ½ × 12 = 6 Вт.
  2. Найдите максимальную рабочую температуру (Tmax) для транзистора, если это возможно, в противном случае предположим, что Tmax = 100 ° C.
  1. Оцените максимальную температуру окружающей среды (окружающего воздуха) (Tair). Если радиатор будет находиться вне корпуса, разумно Tair = 25 ° C, но внутри он будет выше (возможно, 40 ° C), что позволит всему прогреться в процессе работы.
  2. Рассчитайте максимальное тепловое сопротивление (Rth) радиатора, используя:
    Rth = (Tmax — Таир) / P
    Для примеров значений, приведенных выше: Rth = (100-25) / 6 = 12,5 ° C / Вт.
  3. Выберите радиатор с тепловым сопротивлением, которое на меньше , чем значение, рассчитанное выше. (помните, что более низкое значение означает лучший теплоотвод), например, 5 ° C / Вт было бы разумным выбором для обеспечения запаса прочности.Радиатор 5 ° C / Вт, рассеивающий 6 Вт, будет иметь разницу температур 5 × 6 = 30 ° C. Таким образом, температура транзистора повысится до 25 + 30 = 55 ° C (безопасно ниже максимального значения 100 ° C).
  4. Все вышесказанное предполагает, что транзистор имеет ту же температуру, что и радиатор. Это разумное предположение, если они надежно закреплены болтами или скреплены вместе. Однако вам, возможно, придется положить между ними лист слюды или аналогичный материал, чтобы обеспечить электрическую изоляцию. тогда транзистор будет горячее радиатора, и расчет станет более трудным.Для типичных листов слюды следует вычесть 2 ° C / Вт из значения термического сопротивления (Rth), рассчитанного на шаге 4 выше.
Или методом проб и ошибок!

Если описанные выше действия кажутся слишком сложными, вы можете попробовать установить радиатор умеренно большого размера и надеяться на лучшее. Осторожно следите за температурой транзистора пальцем, если он сильно нагревается, выключите немедленно и используйте радиатор большего размера.

Rapid Electronics: радиаторы

Почему термическое сопротивление?

Термин « термическое сопротивление » используется, потому что он аналогичен электрическому сопротивлению:

  • Разница температур на радиаторе (между транзистором и воздухом) подобна напряжению (разности потенциалов) на резисторе.
  • Тепловая мощность (скорость нагрева), протекающая через радиатор от транзистора к воздуху, подобна току, протекающему через резистор.
  • Итак, R = V / I становится Rth = (Tmax — Tair) / P
  • Точно так же, как вам нужна разница напряжений для протекания тока, вам нужна разность температур для протекания тепла.

Rapid Electronics любезно разрешили мне использовать их изображения на этом веб-сайте, и я очень благодарен за их поддержку. У них есть широкий ассортимент транзисторов и других компонентов для электроники, и я рад рекомендую их как поставщика.


Книг по комплектующим:


Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому. На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация.Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google. Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста посетите AboutCookies.org.

electronicsclub.info © Джон Хьюс 2020

Веб-сайт размещен на Tsohost

.

Как использовать транзисторы | Самодельные схемотехнические проекты

Если вы правильно поняли, как использовать транзисторы в схемах, вы, возможно, уже покорили половину электроники и ее принципов. В этом посте мы делаем попытку в этом направлении.

Введение

Транзисторы представляют собой полупроводниковые устройства с 3 выводами, которые способны проводить относительно высокую мощность через свои два вывода в ответ на значительно низкую мощность, потребляемую на третьем выводе.

Транзисторы в основном бывают двух типов: транзистор с биполярным переходом (BJT) и полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET)

Для BJT 3 вывода обозначаются как база, эмиттер, коллектор .Сигнал малой мощности на выводе база / эмиттер позволяет транзистору переключать нагрузку сравнительно высокой мощности через вывод коллектора.

Для полевых МОП-транзисторов они обозначаются как затвор, источник, сток. Сигнал низкой мощности на выводе затвор / исток позволяет транзистору переключать нагрузку сравнительно высокой мощности через вывод коллектора.

Для простоты мы обсудим здесь BJT, поскольку их характеристика менее сложна по сравнению с MOSFET.

Транзисторы (BJT) являются строительными блоками всех полупроводниковых устройств, используемых сегодня.Если бы не было транзисторов, не было бы никаких ИС или любого другого полупроводникового компонента. Даже ИС состоят из тысяч тесно связанных транзисторов, которые составляют особенности конкретного чипа.

Начинающим любителям электроники обычно сложно обращаться с этими полезными компонентами и настраивать их как схемы для предполагаемого применения.

Здесь мы изучим функции и способы использования и внедрения биполярных транзисторов в практические схемы.

Как использовать транзисторы, такие как коммутатор

Биполярные транзисторы, как правило, представляют собой трехпроводной активный электронный компонент, который в основном работает как переключатель для включения или выключения питания внешней нагрузки или соответствующего электронного каскада схемы.

Ниже приведен классический пример, в котором транзистор подключен как усилитель с общим эмиттером:

Это стандартный метод использования любого транзистора в качестве переключателя для управления заданной нагрузкой. Вы можете видеть, когда к базе прикладывается небольшое внешнее напряжение, транзистор включается и проводит более сильный ток через выводы эмиттера коллектора, включая большую нагрузку.

Помните, отрицательная линия или линия заземления внешнего напряжения должна быть соединена с линией заземления транзистора или эмиттером, в противном случае внешнее напряжение не будет влиять на транзистор.

Использование транзистора в качестве драйвера реле

В одном из своих предыдущих постов я уже объяснял, как сделать схему драйвера транзистора.

В основном используется та же конфигурация, что и показанная выше. Вот стандартная схема для того же:

Если вы не уверены в реле, вы можете обратиться к этой всеобъемлющей статье, которая объясняет все о конфигурациях реле.

Использование транзистора в регулятор освещенности

Следующая конфигурация показывает, как транзистор можно использовать в качестве регулятора яркости света с использованием схемы эмиттерного повторителя.

Вы можете видеть, как изменяется переменный резистор или горшок, интенсивность лампы также меняется. Мы называем это эмиттерным повторителем, потому что напряжение на эмиттере или на лампе следует за напряжением на базе транзистора.

Если быть точным, то напряжение на эмиттере будет всего на 0,7 В ниже напряжения базы. Например, если напряжение базы составляет 6 В, эмиттер будет 6 — 0,7 = 5,3 В и так далее. Разница 0,7 В обусловлена ​​минимальным падением прямого напряжения транзистора на базе эмиттера.

Здесь сопротивление потенциометра вместе с резистором 1 кОм образует резистивный делитель на базе транзистора. При перемещении ползунка потенциометра напряжение на базе транзистора изменяется, и это соответственно изменяет напряжение эмиттера на лампе, и соответственно изменяется интенсивность лампы.

Использование транзистора в качестве датчика

Из приведенного выше обсуждения вы могли заметить, что транзистор выполняет одну важную функцию во всех приложениях.Он в основном усиливает напряжение на своей базе, позволяя переключать большой ток через его коллектор-эмиттер.

Эта функция усиления также используется, когда в качестве датчика используется транзистор. В следующем примере показано, как его можно использовать для определения разницы в окружающем освещении и соответствующего включения / выключения реле.

Здесь также LDR и предустановка 300 Ом / 5 кОм образуют делитель потенциала на базе транзистора.

На самом деле 300 Ом не требуется.Он включен, чтобы гарантировать, что база транзистора никогда не будет полностью заземлена, и, таким образом, она никогда не будет полностью отключена или отключена. Это также гарантирует, что ток через LDR никогда не может превысить определенный минимальный предел, независимо от того, насколько яркой является интенсивность света на LDR.

В темноте LDR имеет высокое сопротивление, которое во много раз превышает комбинированное значение 300 Ом и предустановки 5 К.

Из-за этого база транзистора получает большее напряжение со стороны земли (отрицательное), чем положительное, и его проводимость коллектор / эмиттер остается выключенной.

Однако, когда на LDR падает достаточное количество света, его сопротивление падает до значения в несколько килоом.

Это позволяет базовому напряжению транзистора значительно превысить отметку 0,7 В. Теперь транзистор смещается и включает нагрузку коллектора, то есть реле.

Как вы можете видеть, в этом приложении транзисторы в основном усиливают крошечное базовое напряжение, так что большая нагрузка на его коллекторе может быть включена.

LDR можно заменить другими датчиками, такими как термистор для измерения тепла, датчик воды для измерения воды, фотодиод для измерения ИК-луча и т. Д.

Вопрос к вам: Что произойдет, если поменять местами положение LDR и предустановки 300/5 K?

Пакеты транзисторов

Транзисторы обычно распознаются по их внешнему корпусу, в который может быть встроено конкретное устройство. Наиболее распространенными типами корпусов, в которые помещаются эти полезные устройства, являются Т0-92, ТО-126, ТО-220 и ТО-3. Мы постараемся разобраться во всех этих характеристиках транзисторов, а также научимся использовать их в практических схемах.

Понимание транзисторов TO-92 с малым сигналом:

Транзисторы, такие как BC547, BC557, BC546, BC548, BC549 и т. Д., Подпадают под эту категорию.

Это самые простые устройства в группе, которые используются в приложениях с низкими напряжениями и токами. Интересно, что эта категория транзисторов наиболее широко и повсеместно используется в электронных схемах благодаря своим универсальным параметрам.

Обычно эти устройства рассчитаны на работу с напряжением от 30 до 60 вольт на коллекторе и эмиттере.

Базовое напряжение не более 6, но они могут легко срабатывать при уровне напряжения всего 0,7 В на их базе. Однако ток должен быть ограничен примерно до 3 мА.

Три вывода транзистора TO-92 можно идентифицировать следующим образом:

Если держать печатную сторону к нам, правый вывод — это эмиттер, центральный вывод — основание, а левая ножка — коллектор устройства.


ОБНОВЛЕНИЕ: Хотите знать, как использовать транзисторы с Arduino? Прочтите здесь


Как сконфигурировать транзистор TO-92 в практическую плоскость.

Транзисторы в основном бывают двух типов, типа NPN и типа PNP, оба дополняют друг друга.В основном они оба ведут себя одинаково, но в противоположных направлениях и направлениях.

Например, устройству NPN потребуется положительный триггер относительно земли, в то время как устройству PNP потребуется отрицательный триггер по отношению к положительной линии питания для достижения указанных результатов.

Трем выводам описанного выше транзистора необходимо назначить определенные входы и выходы, чтобы заставить его работать для конкретного приложения, которое, очевидно, предназначено для переключения параметра.

Провода должны быть присвоены следующие входные и выходные параметры:

эмиттер любого транзистора является опорным Цоколевка устройства , то есть он должен быть назначен указанный общий эталон питания, так что остальные два провода могу действовать применительно к нему.

npn-транзистор всегда будет нужен запас отрицательный в качестве ссылки, соединенный на его эмиттер свинца для надлежащего функционирования, в то время как для ПНП, это будет положительная линия питания для его эмиттер.

Коллектор — это провод, несущий нагрузку транзистора, а нагрузка, которую необходимо переключить, вводится на коллекторе транзистора (см. Рисунок).

База транзистора — это триггерный вывод, к которому требуется приложить небольшой уровень напряжения, чтобы ток через нагрузку мог пройти через линию эмиттера, замыкая схему и работая с нагрузкой.

Отключение источника питания триггера на базе немедленно отключает нагрузку или просто ток через клеммы коллектора и эмиттера.

Общие сведения о силовых транзисторах TO-126, TO-220:

Это силовые транзисторы среднего типа, используемые для приложений, требующих переключения мощных, относительно мощных нагрузок, трансформаторов, ламп и т. Д., А также для управления устройствами TO-3, например BD139, BD140, BD135 и т. Д.

Определение выводов BJT

Распиновка определяется следующим образом:

Удерживая устройство печатной поверхностью к себе, правый вывод — это эмиттер, центральный вывод — коллектор а левая сторона — основа.

Функционирование и принцип срабатывания точно такие же, как описано в предыдущем разделе.

Устройство работает с нагрузкой от 100 мА до 2 А через коллектор до эмиттера.

Базовый триггер может иметь напряжение от 1 до 5 вольт с токами, не превышающими 50 мА, в зависимости от мощности нагрузки

.

Общие сведения о конструкции схем транзисторов »Электроника

Разработка электронной схемы с использованием биполярных транзисторов довольно проста, используя простые принципы проектирования и несколько уравнений.

Учебное пособие по проектированию схем транзисторов Включает:
Проектирование схем транзисторов Конфигурации схемы Общий эмиттер Общая схема эмиттера Эмиттер-повторитель Общая база

См. Также: Типы транзисторных схем


Транзисторные схемы лежат в самом центре современных технологий проектирования электронных схем.Хотя в наши дни интегральные схемы используются во многих схемах, базовая конструкция транзисторной схемы часто требуется в самых разных областях.

Хотя при использовании дискретных электронных компонентов с транзисторами используется больше компонентов, можно настроить схему для обеспечения именно той функциональности, которая требуется. Соответственно, схемы, использующие дискретные транзисторы и несколько дополнительных электронных компонентов, до сих пор составляют основу проектирования электронных схем.

Это означает, что понимание конструкции транзисторной схемы по-прежнему важно, поскольку оно не только позволяет проектировать базовые транзисторные схемы, но также обеспечивает лучшее понимание работы интегральных схем, основанных на технологии биполярных транзисторов.

BC547 Транзистор с пластиковыми выводами

Основы биполярного транзистора

Очевидно, что ключевым электронным компонентом в любой транзисторной схеме является сам транзистор. Эти электронные компоненты могут быть получены в дискретной форме или могут быть внутри интегральной схемы.

Транзисторы производятся в различных форматах, и их можно получить для выполнения различных функций — от слабого сигнала до высокой мощности, от аудио до ВЧ и коммутации.

Они также бывают как PNP-транзисторы и NPN-транзисторы — из этих NPN-транзисторов более широко используются, поскольку они, как правило, подходят к широко используемой системе отрицательного заземления, а также их характеристики лучше с точки зрения скорости.

Хотя транзисторы NPN более широко используются, это не означает, что транзисторы PNP не используются. Они часто находят применение в качестве дополнения к транзисторам NPN и некоторым другим схемам.

Базовая структура транзистора и условные обозначения схем
Примечание о биполярном транзисторе:

Биполярный транзистор представляет собой трехконтактное устройство, которое обеспечивает усиление по току, когда ток коллектора в Β раз больше тока базы. Биполярный транзистор широко доступен, и его характеристики оптимизируются в течение многих лет.

Подробнее о Устройство на биполярных транзисторах и принцип его работы

Биполярный транзистор доступен уже более семидесяти лет — его технология очень хорошо отработана, и хотя технология полевых транзисторов, вероятно, более широко используется в интегральных схемах, биполярные транзисторы все еще используются в огромных количествах в различных аналоговых и цифровых схемах, как в интегральных схемах и в виде дискретных электронных компонентов.

Биполярный транзистор был впервые изобретен в 1949 году группой ученых, работающих в Bell Labs в США. Его открытие представляет собой интересное чтение.

Примечание к истории транзисторов:

Биполярный транзистор был изобретен тремя исследователями, работающими в Bell Labroratories: Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли. Они работали над идеей, в которой для управления током в полупроводнике использовался эффект поля, но они не смогли реализовать эту идею.Они обратили свое внимание на другую возможность и сделали трехконтактное устройство, используя два близко расположенных точечных контакта на пластине из германия. Эта идея сработала, и они смогли продемонстрировать, что она принесла прибыль в конце 1949 года.

Подробнее о История биполярных транзисторов

Расчетные параметры схемы транзистора

Перед тем как приступить к проектированию электронной схемы для транзисторной схемы, необходимо определить требования к схемам: некоторые из основных параметров, связанных с транзисторными схемами.

Требования к конструкции схемы транзистора могут содержать ряд параметров:

  • Коэффициент усиления по напряжению: Коэффициент усиления по напряжению часто является ключевым требованием для проектирования электронных схем. Коэффициент усиления схемы — это увеличение напряжения от входа к выходу схемы. С математической точки зрения коэффициент усиления по напряжению A v — это выходное напряжение, деленное на входное.

    Коэффициент усиления по напряжению — одна из ключевых целей многих схем, поскольку она обеспечивает «размер»

  • Коэффициент усиления по току: Коэффициент усиления схемы по току часто важен при проектировании электронных схем, особенно когда схема управляет нагрузкой с низким сопротивлением.Часто требуется схема без усиления по напряжению, а требуется только усиление по току, чтобы схема с относительно высоким выходным импедансом могла управлять другой схемой с более низким импедансом.

    Есть много примеров этого: генератору ВЧ часто требуется буферный каскад, чтобы гарантировать, что сам контур генератора не загружен чрезмерно, но выход необходим для управления другими цепями. Текущая прибыль также используется в схемах питания, где ряд проходящего элемента нужд регулятора напряжения, чтобы обеспечить значительные уровни тока, но при использовании опорного тока низкого напряжения.Есть много других примеров того, где требуется усиление тока.

    Как и шкала напряжения, коэффициент усиления схемы сравнивает входной и выходной уровни, но с точки зрения тока. Коэффициент усиления по току равен выходному току, деленному на входной ток.

  • Входное сопротивление: Входное сопротивление транзисторной схемы всегда важно. Он определяет нагрузку на предыдущем этапе, а также важен в ВЧ схемах, где согласование импеданса является важным параметром.

    Во многих конструкциях электронных схем желателен высокий входной импеданс, потому что это означает, что предыдущий каскад не нагружен чрезмерно. Если входной импеданс транзисторной схемы слишком низкий, тогда она будет загружать предыдущую, уменьшая уровень сигнала и, возможно, вызывая искажения в некоторых случаях. Настройка транзисторного каскада для обеспечения правильного входного импеданса является ключевым элементом процесса проектирования электронной схемы.

  • Выходное сопротивление: Выходное сопротивление также важно.Если транзисторная схема управляет схемой с низким импедансом, то ее выход должен иметь низкий импеданс, в противном случае на выходном каскаде транзистора произойдет большое падение напряжения, и в некоторых случаях может возникнуть искажение сигнала.

    Если полное сопротивление нагрузки низкое, то обычно требуется схема с высоким коэффициентом усиления по току, и подходящий формат схемы может быть выбран в процессе проектирования электронной схемы. Если допускается более высокий выходной импеданс, то часто более подходящей является схема с более высоким коэффициентом усиления по напряжению.

  • Частотная характеристика: Частотная характеристика — еще один важный фактор, влияющий на конструкцию схемы транзистора. Конструкции низкочастотных или звуковых транзисторов сильно отличаются от схем, используемых в ВЧ-приложениях. Также выбор электронных компонентов в схеме определяет отклик: транзисторы, а также номиналы конденсаторов и резисторов в конструкции электронной схемы — все влияют на частотную характеристику.

    На ранней стадии проектирования схемы необходимо иметь определенные требования к необходимой частотной характеристике, а затем схема может быть спроектирована в соответствии с требованиями.

  • Напряжение и ток питания: Одним из ключевых параметров любой схемы является требуемая мощность с точки зрения требуемого напряжения и тока. Таким образом, на этапе проектирования электронных схем можно гарантировать, что правильное напряжение будет обеспечено с требуемой допустимой токовой нагрузкой.

  • Рассеиваемая мощность: Еще одним параметром, очень связанным с напряжением и током, подаваемым в схему, является рассеиваемая мощность.Если рассеиваемая мощность высока, то может потребоваться устройство для охлаждения и общего отвода тепла от цепи, и в частности любых электронных компонентов, которые могут рассеивать большое количество тепла. Обычно это транзистор, но другие компоненты тоже могут рассеивать тепло.

Функция цепи транзистора

Транзисторные схемы могут выполнять множество различных функций. Обычно существуют стандартные блоки для общих функций, таких как усилитель, генератор, фильтр, источник тока, дифференциальный усилитель и множество других.

Эти стандартные форматы схем широко используются и могут быть приняты, а значения электронных компонентов определены в процессе проектирования электронных схем.

Схемы часто соответствуют проверенным схемам, которые использовались в течение многих лет. Эти схемы часто использовались со старой технологией вакуумных ламп или термоэмиссионных клапанов и одинаково хорошо работают с биполярными транзисторами, а также с полевыми транзисторами, полевыми транзисторами, а иногда даже с операционными усилителями.

Принимается базовый формат и определяются значения для электронных компонентов, обеспечивающие требуемую производительность.

Часто для этого требуются небольшие эксперименты, но в наши дни программное обеспечение для моделирования схем способно точно воспроизвести работу схемы, так что значения электронных компонентов могут быть оптимизированы для достижения требуемых характеристик и функциональности.

Конфигурация или топология схемы транзистора

Какими бы ни были общие функции схемы, необходимо также учитывать топологию в начале процесса проектирования электронной схемы.

Цепи транзисторов

могут быть спроектированы с использованием различных топологий, каждая из которых имеет разные характеристики, особенно с точки зрения входного и выходного сопротивления.

Эти топологии конфигураций выбираются в соответствии с требованиями проектирования электронных схем и включают общий эмиттер, общий коллектор или эмиттерный повторитель и общую базу.


Процесс проектирования схемы транзистора

Процесс проектирования транзистора состоит из нескольких этапов. Обычно они выполняются в логическом порядке, но часто необходимо пересмотреть различные этапы для оптимизации значений различных электронных компонентов для обеспечения требуемой общей производительности.

  • Определите требования: Определение реальных требований — важный этап, и правильное его выполнение будет означать, что концепция схемы не изменится в будущем.

  • Определите функцию и топологию схемы: После того, как будут определены общие требования для всего электронного устройства, необходимо выбрать фактическую схему транзистора. Например, существует множество схем генераторов, фильтров, усилителей и т. Д.для транзисторов и оптимальный тип может быть выбран для конкретных требований. Это часто также определяет фактическую топологию схемы, то есть использование общего эмиттера, общего коллектора, общей базы, но в противном случае это может быть частью общего процесса принятия решения в это время, поскольку нагрузка на генераторы, усиление, выходное сопротивление и т. можно рассмотреть в это время.

  • Настройка условий смещения: В любой схеме одной из ключевых особенностей конструкции электронной схемы является обеспечение уровней смещения для активных устройств: в этом случае биполярные транзисторы настроены правильно.Если смещение неправильное, схема транзистора не будет работать. Определение значений электронных компонентов (в основном резисторов), которые задают смещение, является одним из ключевых этапов проектирования.

  • Определите функциональные значения электронных компонентов: Наряду с установкой условий смещения, необходимо определить значения для других электронных компонентов, чтобы обеспечить функциональность схемы. Эта часть процесса проектирования электронной схемы продолжается вместе с установкой условий смещения, поскольку значения для одного будут влиять на другое, и наоборот.

  • Пересмотрите значения электронных компонентов на предмет смещения и функции: После установки значений схемы всегда требуется небольшая итерация, чтобы сбалансировать требования к смещению и общей функциональности схемы. Скорее всего, этот процесс будет повторяться.

  • Тестовая цепь: Тестирование цепи — ключевой элемент любой конструкции. Часто во многих лабораториях есть программное обеспечение для моделирования схем, и поэтому схема может быть смоделирована до того, как она будет построена, чтобы устранить большинство проблем.Однако заключительным испытанием является создание и запуск схемы в условиях, максимально приближенных к рабочим условиям.

  • Доработка и модификация: Часто бывает необходимо изменить электронную схему. Если это необходимо, то он переделывается и тестируется с новыми значениями электронных компонентов, компоновкой и т. Д.

Представляют собой некоторые из основных параметров схемы, требуемых для конструкции транзисторной схемы. Знание этих параметров может повлиять на выбор конфигурации схемы, и, безусловно, будет определять параметры компонентов и многие другие факторы.

Соответственно, необходимо знать параметры, управляющие работой транзисторной схемы, прежде чем можно будет приступить к проектированию.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

.

Каталог транзисторов с параметрами — MOREREMONTA

Здесь можно скачать документацию в pdf на отечественные и импортные компоненты. На большинство элементов приведено подробное описание с графиками.

Каждому компоненту соответствует свой pdf- файл с описанием. Часть справочников создана сканированием, а что-то взято с сайтов производителей.

© 2007 — 2017 trzrus.ru & trzrus.narod.ru

Краткое содержание справочников по электронике.

В приведенных выше электронных справочниках содержится информация (при условии, что она присутствовала в отсканированном первоисточнике), которую невозможно получить из скупых табличных данных. Эти данные могут быть полезны при ремонте бытовой техники и для подбора подходящего аналога. Чтоб скачать соответствующий pdf — файл с документацией на выбранный компонент, необходимо кликнуть по ярлыку pdf в таблице.

Справочник smd транзисторов.

Этот справочник по транзисторам отечественным для поверхностного монтажа составлен из выпускавшихся во времена СССР типов. Хотя отечественные smd транзисторы встречаются в магазинах.

Справочник транзисторов маломощных биполярных.

В справочник вошли транзисторы с максимальным током не более 400ма, не предназначенные для работы с теплоотводом. Чаще всего это высокочастотные транзисторы.

Справочник отечественных транзисторов биполярных средней мощности.

В нем приведены справочные данные транзисторов серий КТ601 -КТ698, КТ902-КТ978 и КТ6102-КТ6117.

Справочник по отечественным мощным транзисторам.

В справочники по транзисторам кт. включена подробная сканированная документация с графиками на биполярные отечественные транзисторы и даташиты на их импортные аналоги. Кроме популярных и широко распространенных транзисторов (КТ502, КТ503, КТ805, КТ814, КТ815, КТ816, КТ817, КТ818, КТ819, КТ837 и проч.), приведены и новые транзисторы, ими справочник дополнен с сайтов производителей. В таблице кратких справочных данных приведены тип проводимости транзистора, значение максимального допустимого постоянного тока, предельного напряжения коллектор — эмиттер и максимальный возможный коэффициент усиления в схеме с общим эмиттером. В pdf документации описана типичная область применения транзисторов в бытовой и промышленной технике. Для маломощных транзисторов кт. где используется цветовая или символьная маркировка, приведена расшифровка. Для мощных транзисторов приведены графики зависимости коэффициента усиления от тока коллектора ( h31 э может изменяться на порядок), зависимость напряжения насыщения от тока (что важно для расчета тепловых потерь), область безопасной работы и зависимость допустимой рассеиваемой мощности от температуры корпуса. Составные транзисторы (например, КТ829) в справочнике выделены цветом. Их также можно найти по коэффициенту усиления, он, как правило, больше 500.

Справочник по импортным мощным транзисторам.

Приборы расположены в порядке возрастания напряжения и тока с целью упростить подбор транзисторов по параметрам, поиск аналогов, близких по характеристикам транзисторов и комплементарных пар.

Справочник по отечественным полевым транзисторам.

В кратком описании приведены тип проводимости транзистора, значение максимального допустимого постоянного тока, предельного напряжения сток — исток и сопротивление сток — исток. В справочном листе на полевой транзистор описана типичная область применения. Приведено пороговое напряжение затвора для MOSFET (напряжение отсечки для транзисторов с неизолированным затвором). На некоторые приборы приведены графики допустимой мощности рассеивания в зависимости от температуры корпуса и другие характеристики. Приборы упорядочены по наименованию, приведены импортные аналоги и производители. Этот справочник подходит для уточнения характеристик и поиска аналогов известного транзистора.

Справочник по импортным полевым транзисторам.

В справочнике по MOSFET транзисторам приборы рассортированы в порядке возрастания напряжения и тока, приведен тип корпуса, что удобно для подбора транзистора в справочнике по параметрам под конкретную задачу. Справочник подойдет и для подбора аналогов, хотя транзисторы с одинаковым током и напряжением могут и не быть взаимозаменяемыми — необходимо внимательно сравнивать характеристики. Импортные взяты исключительно из прайсов магазинов, и это повышает их шансы на доставаемость. В практических применениях полевые транзисторы конкурируют с БТИЗ (смотри IGBT справочник). И те, и другие управляются напряжением, приложенным к затвору и выбор между IGBT и MOSFET чаще всего определяется частотами переключения и рабочим напряжением. На низких частотах и высоких напряжениях эффективнее IGBT, а на высоких частотах и низких напряжениях предпочтительнее MOSFET. В середине этого диапазона все определяется параметрами конкретных приборов. Производители IGBT выпускают транзисторы со все более высокими скоростями переключения, а производители MOSFET, в свою очередь, разрабатывают приборы с высокими рабочими напряжениями, умудряясь сохранять низкое сопротивление стока. Например, весьма хорош полевой транзистор IPW60R045.

Справочник IGBT транзисторов.

В этом справочнике IGBT транзисторы рассортированы в порядке возрастания максимального допустимого тока, дано падение напряжения на транзисторе при этом токе. Причем ток указан при температуре корпуса 100ºС, что чаще всего соответствует реальным рабочим условиям эксплуатации транзисторов (некоторые производители лукавят, указывая ток IGBT транзистора при температуре 25ºС, что на практике недостижимо, а при разогреве допустимый ток может уменьшиться вдвое). Также приведен тип корпуса и указаны важные особенности (тип прибора по рабочей частоте и наличие обратного диода). Приведены MOSFET транзисторы с близкими характеристиками (в некоторых случаях они могут быть заменой IGBT). В IGBT справочник включены транзисторы из прайсов интернет-магазинов.

Справочник выпрямительных и высоковольтных диодов.

В справочниках приведены тип корпуса, основные электрические характеристики, предельные параметры и температурные характеристики. В справочнике по диодам выпрямительным приведены ВАХ (вольт-амперная характеристика) диодов и графики изменения параметров в зависимости от температуры. Кроме того, перечислены современные отечественные производители диодов с ссылками на соответствующий раздел сайта производителя.

Справочник импортных и отечественных диодов Шоттки.

В справочнике диодов Шоттки компоненты упорядочены по напряжению и току, что удобно для выбора диода по параметрам и подбора аналогов. Приведены типы корпусов, даны ссылки на сайты отечественных производителей.

Справочник по радиолампам отечественным.

В справочнике по радиолампам приведены подробные характеристики распространенных электронных ламп: диодов, триодов, тетродов и пентодов.

Справочник тиристоров отечественных.

В справочнике по тиристорам и симисторам (симметричным тиристорам) приведены вид корпуса, основные электрические характеристики и предельные эксплуатационные параметры. На графиках приведена зависимость допустимого тока в открытом состоянии от температуры и зависимость допустимого напряжения в закрытом состоянии от температуры. Описана область применения тиристоров. Дана максимальная допустимая рассеиваемая мощность.

Справочник стабилитронов отечественных.

В документации по стабилитронам и стабисторам приведена цветовая маркировка компонентов, разброс напряжений стабилизации при разных температурах, графики изменения дифференциального сопротивления, допустимая рассеиваемая мощность и пр. Стабилитроны в справочнике разбиты на функциональные группы.

Отечественные постоянные резисторы. Справочник.

В справочных данных по постоянным резисторам приведена зависимость допустимой рассеиваемой мощности от температуры, габариты, область применения. Резисторы разбиты на группы по назначению (общего применения, прецизионные, высоковольтные, нагрузочные). Если какой-либо тип резисторов справочник и не охватил, то документацию по нему можно найти на сайтах производителей резисторов (пройдя по ссылке). Для некоторых типов указаны импортные аналоги резисторов. Калькулятор цветовой маркировки резисторов.

Отечественные переменные резисторы. Справочник.

Для переменных резисторов в справочнике приведен внешний вид, указаны размеры, мощность, тип характеристики, предельное рабочее напряжение, износоустойчивость. Для резисторов с выключателем приведены данные по контактам выключателя. Описаны переменные резисторы типов СП-хх и РП-хх.

Справочник конденсаторов электролитических, керамических и металлопленочных.

В справочных данных по конденсаторам указаны область применения, типоразмеры, графики зависимости эквивалентного последовательного сопротивления от температуры и частоты, зависимости допустимого импульсного тока от частоты, время наработки, тангенс угла потерь и другие характеристики.

Отечественные операционные усилители. Справочник.

В справочниках по отечественным операционным усилителям указаны типовая схема включения, электрические и частотные характеристики, допустимая рассеиваемая мощность. На операционники К140УД17, К140УД18, К140УД20, К140УД22, К140УД23, К140УД24, К140УД25, К140УД26, сдвоенные и счетверенные ОУ серий К1401УД1 — К1401УД6, микросхемы для звуковой аппаратуры К157 и широкополосные усилители К574 приведена весьма подробная информация: цоколевка, импортный аналог, внутренняя схема операционного усилителя, графики, характеристики, схемы балансировки, включения в качестве инвертирующего и неинвертирующего усилителя — в общем, не хуже импортных datasheets . Операционные усилители в справочнике расположены в алфавитном порядке. В таблице приведено краткое описание, а подробные характеристики содержатся в pdf файле.

Справочник стабилизаторов напряжения интегральных.

В справочнике по параметрическим стабилизаторам напряжения приведены подробные параметры и характеристики, цоколевка, типовые электрические схемы включения микросхем.

КМОП цифровые микросхемы. Справочник.

В справочнике по цифровым микросхемам (микросхемы серий К561, К176, К1561, 564) приведены статические и динамические электрические характеристики (допустимое напряжение питания, ток потребления, входной ток, максимальный допустимый выходной ток, задержка распространения сигнала, максимальная рабочая частота). В справочнике описана внутренняя структурная схема и логика работы. Для некоторых микросхем даны временные диаграммы работы.

Справочник по ШИМ-контроллерам для источников питания.

Представлены микросхемы ШИМ контроллеров для импульсных источников питания

Справочник по отечественным реле.

В документации по реле приведены паспорта, конструктивные данные и электрические схемы, сопротивление обмотки, износостойкость, режимы коммутации и другие параметры.

Справочник по разъемам низкочастотным.

Даташиты на электрические соединители взята с сайтов производителей (ссылка на них здесь же) и сведена воедино. В справочнике по разъемам в таблице для начала представлены основные параметры разъемов — количество контактов, максимальный допустимый ток на контакт и максимальное напряжение. Подробная информация о конкретном разъеме в справочнике (габаритные размеры, сопротивление контактов, количество контактов разного сечения в одном разъеме, маркировка и т.д.) содержится в datasheet. В справочник вошли как силовые разъемы на токи до 200 А (типа 2РТТ, ШР), так и электрические соединители для подключения слабых сигналов.

Отечественные оптроны. Справочник.

В справочнике по отечественным оптопарам описан принцип действия, основные характеристики и применение диодных, транзисторных, транзисторных оптронов с составными транзисторами на выходе (по схеме Дарлингтона) и тиристорных оптронов. Указан отечественный производитель микросхем. В datasheet на компоненты приведена цоколевка, внутренняя схема, зависимости параметров, коэффициент усиления и напряжение гальваноразвязки.

Справочник по светодиодам отечественным

В справочнике по отечественным светодиодам на первой странице приведены основные параметры светодиодов: номинальный ток светодиода, напряжение светодиодов при номинальном токе и разброс значения силы света для каждого типа приборов. Более подробные характеристики приведены в pdf. Указан отечественный производитель. В самих datasheet приведены подробные характеристики для каждого прибора. Данные взяты с сайтов предприятий, занимающихся производством светодиодов.

Импортные диодные мосты. Справочник.

В справочнике по импортным диодным мостам приведены однофазные и трехфазные мосты. Однофазные мосты собраны с характеристиками по напряжению от 50 до 1200 вольт и токами от 0.5 до 50 ампер. Корпусное исполнение: для поверхностного монтажа, выводного исполнения для пайки в плату и для внешнего монтажа. Трехфазные диодные мосты представлены приборами на токи от 20 до 110 ампер и на напряжение от 50 до 1600В. Для удобства выбора в справочник включены фото диодных мостов. Отдельный раздел посвящен диодным мостам для генераторов отечественных авто (преимущественно семейства ВАЗ, начиная «Копейкой» и заканчивая «Приорой»). В datasheet от украинского производителя «ВТН» описана применяемость, совместимость с разными типами генераторов, приведены технические характеристики, электрическая схема, габаритный чертеж и фотографии.

В справочнике приведены описания, характеристики и даташиты более 100 000 транзисторов

Подбор биполярного транзистора по параметрам. Поиск аналогов

Сейчас в справочнике описаны 118158 транзисторов.

Наш каталог компонентов содержит технические описания и фильтры по параметрам на почти 1.5 млн компонентов.

Просто выберите нужный раздел каталога. Отобразится специальный фильтр подходящих параметров, отмечая соответствующие галочки вы сузите список до подходящих наименований.

h-параметры и особенности включений биполярного транзистора

Транзисторы относятся  к сложным электронным приборам. Для их исследования, а также для расчёта электронных схем, где применяют транзисторы, разработана особая методика.

В этой методике транзистор рассматривают как «чёрный ящик», не обращая внимания на его внутреннюю структуру, с двумя входными и двумя выходными зажимами, то есть как четырёхполюсник. Транзистор способен усиливать по мощности подводимые к нему сигналы, поэтому он относится к группе активных четырёхполюсников, для эквивалентных схем которых характерно наличие генераторов тока или напряжения.

Ниже,на рисунке 1, изображены теоретически рассматриваемые варианты включений биполярного транзистора.

Рисунок 1

На приведенных выше схемах включений изображено по четыре клеммы (две входных и две выходных), то есть можно сказать что каждая из них представляет собой четырёхполюсник.

При работе на малых сигналах транзистор рассматривают как линейный активный четырёхполюсник который может быть охарактеризован при помощи z, y или h – параметров. Малым сигналом считают, если при увеличении его амплитуды на 50% измеряемый параметр (z,y или h) изменяется на малую величину согласно заданной степени точности. Обычно это изменение не должно превышать 10%. Между z, y или h – параметрами есть связи, которые описываются специальными формулами перехода, в соответствующей справочной литературе. Поскольку h-параметры получили наибольшее распостранение на них и акцентируем наше внимание.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с применением h-параметров приведена ниже, на рисунке 2.

Рисунок 2

Принимая для этой схемы, что независимыми переменными являются входной ток Im1  и выходное напряжение Um2 , а зависимыми переменными входное напряжение Um1 и выходной ток Im2  можно составить систему уравнений (1), задействуя  h-параметры:

где:

                                h11 = Um1/Im1, при Um2 = 0, входное сопротивление;

                            h12 = Um1/Um2, при Im1 = 0, коэффициент обратной связи по напряжению;

                            h21 = Im2/Im1, при Um2 = 0, коэффициент передачи тока;

                            h22 = Im2/Um2, при Im1 = 0, выходная проводимость.

Входное сопротивление, h11 — 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, h12 – безразмерная величина, показывающая какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока (холостой ход), и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току), h21 — безразмерная величина, показывающая усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

Выходная проводимость, h22 — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

При обозначении h – параметров, внизу, в зависимости от схемы включения, к цифровым индексам добавляется буква. Для схемы с общим эмиттером это h11Э, h12Э,h21Э,h22Э ; для схемы с общим коллектором — h11К, h12К,h21К,h22К  ; для схемы с общей базой это h11б, h12б,h21б,h22б .

Особенности при различных схемах включения

Разработчики успешно создают радиоэлектронные схемы, используя в своих сложных расчётах и опытах различные комбинации из схем включения транзистора.

На рисунке 3, приведенном ниже, показаны применяемые на практике основные схемы включений.

Рисунок 3

С общим эмиттером (ОЭ)

Это наиболее распостранённая схема включения, которая даёт высокое усиление как по напряжению, так и по току, а следовательно и по мощности, благодаря чему она имеет преимущества перед схемами с ОК и ОБ. Схема имеет невысокое (порядка сотен Ом) входное сопротивление, но это всё же позволяет применять в ней переходные конденсаторы относительно небольшой ёмкости. Выходное сопротивление высокое, и достигает порядка десятков кОм, что можно отнести к недостаткам. Схема с ОЭ изменяет фазу сигнала на выходе по сравнению с фазой сигнала на входе на 180 градусов. Для её работы достаточно иметь всего лишь один источник питания. Применяется в усилителях низкой частоты, различных устройствах автоматики и т.п..

С общим коллектором (ОК)

Схему с общим коллектором часто называют “эмиттерным повторителем”. Она имеет высокое входное (порядка >200кОм) и низкое выходное (порядка <10кОм) сопротивления. Эта схема не даёт усиления по напряжению. Схему с общим коллектором используют во входных каскадах усилителей для согласования двух каскадов усилителя, из которых предыдущий имеет высокое выходное, а последующий, обычно выходной каскад, — малое входное сопротивление.  Схема с ОК не изменяет фазы входного сигнала. Выходное напряжение на выходе схемы с ОК (рисунок 3, общий коллектор), практически повторяет напряжение на базе транзистора, с учётом величины незначительного падения напряжения на переходе эмиттер-база, отсюда и название “эмиттерный повторитель”. Благодаря высокому усилению по току, схему с ОК применяют также и для управления токами различных устройств, например соленоидов.

С общей базой (ОБ)

Схема с ОБ имеет малое входное (порядка <100 Ом) и большое выходное (порядка до 1 Мом) сопротивления. В связи с большой разницей входного и выходного сопротивлений последовательное соединений целесообразно только при трансформаторной связи между каскадами., Усиление по току отсутствует, а усиление по мощности несколько ниже чем в схеме с ОЭ. Выходное напряжение по фазе повторяет входной сигнал. Преимуществом схемы является большая линейность характеристик и большая предельная частота усиления. Поэтому схему с ОБ наиболее часто применяют для усиления высоких частот особенно в антенных усилителях, где её параметры очень хорошо согласуются при работе с использованием так называемых «коаксиальных» несимметричных высокочастотных кабелей, волновое сопротивление которых, как правило, не превышает 100 ом.

Следует отметить, что для биполярных транзисторов характерны следующие режимы работы:

— нормальный активный режим;

— инверсный активный режим;

— режим насыщения;

— режим отсечки;

— барьерный режим.

Но, это уже отдельная и весьма ёмкая тема.

Как проверить полевой транзистор и снять его основные характеристики

Простое универсальное устройство для измерения параметров JFET-транзисторов
со встроенным p-n переходом обеднённого типа и MOSFET-транзисторов обогащён-
ного типа.

В последнее время в радиолюбительской практике всё чаще встречаются устройства, построенные на полевых транзисторах. Причиной этого является ряд полезных качеств полевиков, таких как: высокое входное сопротивление, низкий уровень собственных шумов, малая проходная ёмкость, высокая температурная стабильность и т. д. и т. п.

Казалось бы — вот оно счастье! Ан нет — главным ограничением при использовании любых полевых транзисторов является разброс параметров. Эти параметры индивидуальны для каждого конкретного экземпляра и могут существенно различаться даже у однотипных полевых транзисторов из одной партии.

В разных источниках можно найти всевозможные описания измерителий параметров ПТ, но они либо сложны, либо представляют собой простейшие тестеры для определения начального тока стока и напряжения отсечки.
Предлагаемый к рассмотрению довольно простой прибор позволяет измерять величину напряжения затвор-исток при различных (задаваемых) токах стока. Это даёт возможность не только сразу и точно рассчитать номиналы резисторов, задающих режим работы каскада, но и снять вольт-амперные характеристики полупроводника, а при выполнении пары простейших манипуляций с калькулятором — вычислить крутизну передаточной характеристики.
Объектами для снятия характеристик могут быть как JFET-транзисторы со встроенным p-n переходом, так и MOSFET транзисторы обогащённого типа. Параметры считываются при помощи внешнего вольтметра или мультиметра (наличие которого предполагается у каждого радиолюбителя) в количестве — одна штука.

Рис.1 Схема устройства для измерения характеристик полевых транзисторов

Представленный на Рис.1 измерительный прибор довольно универсален и адаптирован для работы с любыми полевыми транзисторами, для которых необходимо как положительное смещение затвора относительно истока, так и отрицательное. С учётом различной проводимости ПТ таких типов полупроводников набралось 4 штуки: JFET n-типа, JFET p-типа, MOSFET n-типа и MOSFET p-типа.
Для того, чтобы избежать обустройства сложной коммутации в устройстве было решено под каждый вид полевика использовать отдельные клеммы подключения.

По большому счёту, схема представляет собой линейный стабилизатор тока. Токовым датчиком здесь является пара резисторов R3, R5 (или R4, R6), суммарное сопротивление которой рассчитывается исходя из формулы R ≈ 0,6/Iнагр .
При увеличении тока через испытуемый ПТ падение напряжения на датчике растёт. При достижении им значения 0,6В транзистор T2 начинает открываться, уровень напряжения на затворе ПТ падает, ток уменьшается. Таким образом происходит стабилизация Iс полевого транзистора.

Поскольку для нормальной работы n-канального JFET транзистора значение Uзи должно находиться в отрицательной области, напряжение на его истоке зафиксировано на уровне 5,2В посредством делителя R1, R2 и эмиттерного повторителя Т1.
Для n-канального MOSFET транзистора значение Uзи должно находиться в положительной области, поэтому его исток посажен на землю.

Для р-канальных транзисторов всё происходит аналогичным образом, но с обратной полярностью, для чего схема управления на транзисторах Т3 и Т4 перевёрнута относительно питания и земли.

Как было сказано, регулировка тока стока тестируемого транзистора задаётся изменением величины сопротивления токового датчика. Для удобства пользования прибором весь диапазон регулировки тока разбит на 2 поддиапазона: 0,2…3мА и 2…35мА.
Для того чтобы избежать необходимости использования дополнительного измерительного прибора, потенциометры следует снабдить шкалой и проградуировать. Ввиду того, что далеко не каждый JFET транзистор в состоянии выдать ток истока — 35мА, градуировку лучше выполнять с каким-нибудь не сильно мощным MOSFET транзистором, например, MOSFET n-типа из серии 2N7000 — 2N7002.
Далее всё просто: 1. Установить полевой транзистор; 2. В разрыв между его стоком и плюсом источника питания временно включить амперметр; 3. Нанести на шкалу резисторов отметки, соответствующие показаниям прибора в обоих поддиапазонах изменения тока.

Как пользоваться прибором?

1. Начальный ток стока полевого транзистора (только для JFET-ов) — это ток стока при Uзи = 0.
Крутим потенциометр, пока вольтметр не покажет Uзи = 0В. Показания на шкале потенциометра и будут являться искомым значением начального тока стока.
В принципе этот параметр имеет практический смысл только при расчёте каскадов с общим истоком, в которых исток без резистора посажен напрямую на землю (или шину питания для р-типа).

2. Напряжения отсечки полевого транзистора — это напряжение между затвором и истоком, при котором ток стока достигает заданного низкого значения (10мкА…1мА).
Параметр для аналоговой электроники мало информативный, а для switch MOSFET-ов задаётся при токе 250мкА и выше — поэтому 200мкА, выдаваемые прибором для измерения Uзи_отс, вполне достаточны для практического использования.

3. Напряжения Uзи при заданном токе стока — это главный параметр для расчёта усилительного каскада на полевом транзисторе.
Критериев выбора значения тока стока может быть множество, как с точки зрения достижений необходимой нагрузочной способности, так и других факторов, таких как: быстродействие, шумовые характеристики, энергопотребление, стабильность параметров и т. д. Исходя из этих критериев, разработчик, как правило, заранее знает при каком токе будет работать тот или иной каскад на ПТ.
Поэтому и тут всё очень просто: устанавливаем потенциометром необходимый ток стока и измеряем вольтметром Uзи.
Как дальше (с учётом снятых параметров) рассчитать элементы каскадов на полевых транзисторах мы подробно рассмотрели на страницах ссылка на страницу 1 и ссылка на страницу 2.

4. Крутизна передаточной характеристики — немаловажный параметр для расчёта коэффициента усиления каскада на полевом транзисторе.
Поскольку существует довольно сильная зависимость крутизны от начального тока стока транзистора, то и измерять её надо в непосредственной близи от заданного тока стока.
Предположим, что каскад будет работать при токе Iс=2мА. Тогда измерения напряжений Uзи можно провести при токах 1,5 и 2,5 мА, а значение крутизны вычислить по формуле S = ΔIc/ΔUзи (мА/В).

 

Принцип работы биполярного транзистора. Биполярный транзистор- подробное описание всех параметров полупроводника

Транзистор

Транзистор — полупроводниковый прибор позволяющий с помощью слабого сигнала управлять более сильным сигналом. Из-за такого свойства часто говорят о способности транзистора усиливать сигнал. Хотя фактически, он ничего не усиливает, а просто позволяет включать и выключать большой ток гораздо более слабыми токами. Транзисторы весьма распространены в электронике, ведь вывод любого контроллера редко может выдавать ток более 40 мА, поэтому, даже 2-3 маломощных светодиода уже не получится питать напрямую от микроконтроллера. Тут на помощь и приходят транзисторы. В статье рассматриваются основные типы транзисторов, отличия P-N-P от N-P-N биполярных транзисторов, P-channel от N-channel полевых транзисторов, рассматриваются основные тонкости подключения транзисторов и раскрываются сферы их применения.

Не стоит путать транзистор с реле. Реле — простой выключатель. Суть его работы в замыкании и размыкании металлических контактов. Транзистор устроен сложнее и в основе его работы лежит электронно-дырочный переход. Если вам интересно узнать об этом больше, вы можете посмотреть прекрасное видео, которое описывает работу транзистора от простого к сложному. Пусть вас не смущает год производства ролика — законы физики с тех пор не изменились, а более нового видео, в котором так качественно преподносится материал, найти не удалось:

Биполярный транзистор

Биполярный транзисто предназначен для управления слабыми нагрузками (например, маломощные моторы и сервоприводы). У него всегда есть три вывода:

    Коллектор (англ. collector) — подаётся высокое напряжение, которым транзистор управляет

  • База (англ. base) — подаётся или отключается ток для открытия или закрытия транзистора
  • Эмиттер (англ. emitter) — «выпускной» вывод транзистоа. Через него вытекает ток от коллектора и базы.

Биполярный транзистор управляется током. Чем больший ток подаётся на базу, тем больший ток потечёт от коллектора к эмиттеру. Отношение тока, проходящего от эмиттера к коллектору к току на базе транзистора называется коэффициент усиления. Обозначается как h fe (в английской литературе называется gain ).

Например, если h fe = 150, и через базу проходит 0.2 мА, то транзистор пропустит через себя максимум 30 мА. Если подключен компонент, который потребляет 25 мА (например, светодиод), ему будет предоставлено 25 мА. Если же подключен компонент, который потребляет 150 мА, ему будут предоставлены только максимальные 30 мА. В документации к контакту указываются предельно допустимые значени токов и напряжений база->эмиттер и коллектор-> эмиттер . Превышение этих значений ведёт к перегреву и выходу из строя транзистора.

Весёлые картинки:

NPN и PNP биполярные транзисторы

Различают 2 типа полярных транзисторов: NPN и PNP . Отличаются они чередованием слоёв. N (от negative — отрицательный) — это слой с избытком отрицательных переносчиков заряда (электронов), P (от positive — положительный) — слой с избытком положительных переносчиков заряда (дырок). Подробнее о электронах и дырках рассказано в видео, приведённом выше.

От чередования слоёв зависит поведение транзисторов. На анимации выше представлен NPN транзистор. В PNP управление транзистором устроено наоборот — ток через транзистор течёт, когда база заземлена и блокируется, когда через базу пропускают ток. В отображении на схеме PNP и NPN отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает на переход от N к P :

Обозначение NPN (слева) и PNP (справа) транзисторов на схеме

NPN транзисторы более распространены в электронике, потому что являются более эффективными.

Полевый транзистор

Полевые транзисторы отличаются от биполярных внутренним устройством. Наиболее распространены в любительской электронике МОП транзисторы. МОП — это аббревиатура от металл-оксид-проводник. То-же самое по английски: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor сокращённо MOSFET. МОП транзисторы позволяют управлять большими мощностями при сравнительно небольших размерах самого транзистора. Управление транзистором обеспечивается напряжением, а не током. Поскольку транзистором управляет электрическое поле , транзистор и получил своё название — поле вой.

Полевые транзисторы имеют как минимум 3 вывода:

    Сток (англ. drain) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять

    Затвор (англ. gate) — на него подаётся напряжение для управления транзистором

    Исток (англ. source) — через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт»

Здесь должна быть анимация с полевым транзистором, но она ничем не будет отличаться от биполярного за исключением схематического отображения самих транзисторов, поэтому анимации не будет.

N канальные и P канальные полевые транзисторы

Полевые транзисторы тоже делятся на 2 типа в зависимости от устройства и поведения. N канальный (N channel) открывается, когда на затвор подаётся напряжение и закрывается. когда напряжения нет. P канальный (P channel) работает наоборот: пока напряжения на затворе нет, через транзистор протекает ток. При подаче напряжения на затвор, ток прекращается. На схеме полевые транзисторы изображаются несколько иначе:

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

Существует заблуждение, согласно которому полевой транзистор может управлять переменным током. Это не так. Для управления переменным током, используйте реле.

Транзистор Дарлингтона

Транзистора Дарлингтона не совсем корректно относить к отдельному типу транзисторов. Однако, не упомянуть из в этой статье нельзя. Транзистор Дарлингтона чаще всего встречается в виде микросхемы, включающей в себя несколько транзисторов. Например, ULN2003. Транзистора Дарлингтона характеризуется возможность быстро открываться и закрывать (а значит, позволяет работать с ) и при этом выдерживает большие токи. Он является разновидностью составного транзистора и представляет собой каскадное соединение двух или, редко, более транзисторов, включённых таким образом, что нагрузкой в эмиттере предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора следующего каскада, то есть транзисторы соединяются коллекторами, а эмиттер входного транзистора соединяется с базой выходного. Кроме того, в составе схемы для ускорения закрывания может использоваться резистивная нагрузка эмиттера предыдущего транзистора. Такое соединение в целом рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого, при работе транзисторов в активном режиме, приблизительно равен произведению коэффициентов усиления всех транзисторов.

Не секрет, что плата Ардуино способна подать на вывод напряжение 5 В с максимальным током до 40 мА. Этого тока не хватит для подключения мощной нагрузки. Например, при попытке подключить к выводу напрямую светодиодную ленту или моторчик, вы гарантированно повредите вывод Ардуино. Не исключено, что выйдет из строя всё плата. Кроме того, некоторые подключаемые компоненты могут требовать напряжения более 5 В для работы. Обе эти проблемы решает транзистор. Он поможет с помощью небольшого тока с вывода Ардуино управлять мощным током от отдельного блока питания или с помощью напряжения в 5 В управлять бОльшим напряжением (даже самые слабые транзисторы редко имеют предельное напряжение ниже 50 В). В качестве примера рассмотрим подключение мотора:

На приведённой схеме мотор подключается к отдельному источнику питания. Между контактом мотора и источником питания для мотора мы поместили транзистора, который будет управляться с помощью любого цифрового пина Arduino. При подаче на вывод контроллера сигнала HIGH с вывода контроллера мы возьмём совсем небольшой ток для открытия транзистора, а большой ток потечёт через транзистор и не повредит контроллер. Обратите внимание на резистор, установленный между выводом Ардуино и базой транзистора. Он нужен для ограничения тока, протекающего по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля и предотвращения короткого замыкания. Как упоминалось ранее, максимальный ток, который можно взять с вывода Arduino — 40 мА. Поэтому, нам понадобится резистор не менее 125 Ом (5В/0,04А=125Ом). Можно без опаски использовать резистор на 220 Ом. На самом деле, резистор стоит подбирать с учётом тока, который необходимо подать на базу для получения необходимого тока через транзистор. Для правильного подбора резистора нужно учитывать коэффициент усиления (h fe ).

ВАЖНО!! Если вы подключаете мощную нагрузку от отдельного блока питания, то необходимо физически соединить между собой землю («минус») блока питания нагрузки и землю (пин «GND») Ардуино. Иначе управлять транзистором не получится.

При использовании полевого транзистора, токоограничительный резистор на затворе не нужен. Транзистор управляется исключительно напряжением и ток через затвор не течёт.

Биполярный транзистор.

Биполярный транзистор — электронный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Транзистор называется биполярный , поскольку в работе прибора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки . Этим он отличается от униполярного (полевого) транзистора, в работе которого участвует только один тип носителей заряда.

Принцип работы обоих типов транзисторов похож на работу водяного крана, который регулирует водяной поток, только через транзистор проходит поток электронов. У биполярных транзисторов через прибор проходят два тока — основной «большой» ток, и управляющий «маленький» ток. Мощность основного тока зависит от мощности управляющего. У полевых транзисторов через прибор проходит только один ток, мощность которого зависит от электромагнитного поля. В данной статье рассмотрим подробнее работу биполярного транзистора.

Устройство биполярного транзистора.

Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника и двух PN-переходов. Различают PNP и NPN транзисторы по типу чередования дырочной и электронной проводимостей . Это похоже на два диода , соединенных лицом к лицу или наоборот.

У биполярного транзистора три контакта (электрода). Контакт, выходящий из центрального слоя, называется база (base). Крайние электроды носят названия коллектор и эмиттер (collector иemitter ). Прослойка базы очень тонкая относительно коллектора и эмиттера. В дополнение к этому, области полупроводников по краям транзистора несимметричны. Слой полупроводника со стороны коллектора немного толще, чем со стороны эмиттера. Это необходимо для правильной работы транзистора.

Работа биполярного транзистора.

Рассмотрим физические процессы, происходящие во время работы биполярного транзистора. Для примера возьмем модель NPN. Принцип работы транзистора PNP аналогичен, только полярность напряжения между коллектором и эмиттером будет противоположной.

Как уже говорилось в статье о типах проводимости в полупроводниках , в веществе P-типа находятся положительно заряженные ионы — дырки. Вещество N-типа насыщено отрицательно заряженными электронами. В транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает концентрацию дырок в области P.

Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером V КЭ (V CE). Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора. Однако ток не сможет идти, потому что электрическое поле источника напряжения не достигает эмиттера. Этому мешает толстая прослойка полупроводника коллектора плюс прослойка полупроводника базы.

Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером V BE , но значительно ниже чем V CE (для кремниевых транзисторов минимальное необходимое V BE — 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения подключенного к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе. Часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать). Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами. Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше. Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая, все равно потечет в сторону плюса базы.

В итоге мы получаем два тока: маленький — от базы к эмиттеру I BE , и большой — от коллектора к эмиттеру I CE .

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P собереться еще больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и значительно усилится ток коллектора. Таким образом,при небольшом изменении тока базы I B , сильно меняеться ток коллектора I С . Так и происходитусиление сигнала в биполярном транзисторе . Cоотношение тока коллектора I С к току базы I B называется коэффициентом усиления по току. Обозначается β , hfe или h31e , в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзистором.

Простейший усилитель на биполярном транзисторе

Рассмотрим детальнее принцип усиления сигнала в электрической плоскости на примере схемы. Заранее оговорюсь, что такая схема не совсем правильная. Никто не подключает источник постоянного напряжения напрямую к источнику переменного. Но в данном случае, так будет проще и нагляднее для понимания самого механизма усиления с помощью биполярного транзистора. Так же, сама техника расчетов в приведенном ниже примере носит несколько упрощенный характер.

1.Описание основных элементов цепи

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 I b

Теперь посчитаем ток базы I b . Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (V max) и минимальном (V min). Назовем эти значения тока соответственно — I bmax и I bmin .

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер V BE . 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 V BE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (V E = 0), то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (V B = 0.6V).

Посчитаем I bmax и I bmin с помощью закона Ома:

2. Расчет выходного тока коллектора I С

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

3. Расчет выходного напряжения V out

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

4. Анализ результатов

Как видно из результатов, V Cmax получился меньше чем V Cmin . Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе V Rc 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 V out /V in 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 I b , 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 V out 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).

Режим отсечки

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 .

Активный режим

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.

Режим насыщения

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».

Инверсный режим

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 I С к току базы I B . 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 R in (R вх ). 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.

R вх 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 R out = 0 (R вых = 0)).

Биполярный транзистор — электронный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Транзистор называется биполярный , поскольку в работе прибора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки . Этим он отличается от униполярного (полевого) транзистора, в работе которого участвует только один тип носителей заряда.

Принцип работы обоих типов транзисторов похож на работу водяного крана, который регулирует водяной поток, только через транзистор проходит поток электронов. У биполярных транзисторов через прибор проходят два тока — основной «большой» ток, и управляющий «маленький» ток. Мощность основного тока зависит от мощности управляющего. У полевых транзисторов через прибор проходит только один ток, мощность которого зависит от электромагнитного поля. В данной статье рассмотрим подробнее работу биполярного транзистора.

Устройство биполярного транзистора.

Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника и двух PN-переходов. Различают PNP и NPN транзисторы по типу чередования дырочной и электронной проводимостей . Это похоже на два диода , соединенных лицом к лицу или наоборот.


У биполярного транзистора три контакта (электрода). Контакт, выходящий из центрального слоя, называется база (base). Крайние электроды носят названия коллектор и эмиттер (collector и emitter ). Прослойка базы очень тонкая относительно коллектора и эмиттера. В дополнение к этому, области полупроводников по краям транзистора несимметричны. Слой полупроводника со стороны коллектора немного толще, чем со стороны эмиттера. Это необходимо для правильной работы транзистора.


Рассмотрим физические процессы, происходящие во время работы биполярного транзистора. Для примера возьмем модель NPN. Принцип работы транзистора PNP аналогичен, только полярность напряжения между коллектором и эмиттером будет противоположной.

Как уже говорилось в статье о типах проводимости в полупроводниках , в веществе P-типа находятся положительно заряженные ионы — дырки. Вещество N-типа насыщено отрицательно заряженными электронами. В транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает концентрацию дырок в области P.

Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером V КЭ (V CE). Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора. Однако ток не сможет идти, потому что электрическое поле источника напряжения не достигает эмиттера. Этому мешает толстая прослойка полупроводника коллектора плюс прослойка полупроводника базы.


Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером V BE , но значительно ниже чем V CE (для кремниевых транзисторов минимальное необходимое V BE — 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения подключенного к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе. Часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать). Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами. Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше. Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая, все равно потечет в сторону плюса базы.


В итоге мы получаем два тока: маленький — от базы к эмиттеру I BE , и большой — от коллектора к эмиттеру I CE .

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и значительно усилится ток коллектора. Таким образом, при небольшом изменении тока базы I B , сильно меняется ток коллектора I С. Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе . Cоотношение тока коллектора I С к току базы I B называется коэффициентом усиления по току. Обозначается β , hfe или h31e , в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзистором.

Простейший усилитель на биполярном транзисторе

Рассмотрим детальнее принцип усиления сигнала в электрической плоскости на примере схемы. Заранее оговорюсь, что такая схема не совсем правильная. Никто не подключает источник постоянного напряжения напрямую к источнику переменного. Но в данном случае, так будет проще и нагляднее для понимания самого механизма усиления с помощью биполярного транзистора. Так же, сама техника расчетов в приведенном ниже примере носит несколько упрощенный характер.

1.Описание основных элементов цепи

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 I b

Теперь посчитаем ток базы I b . Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (V max) и минимальном (V min). Назовем эти значения тока соответственно — I bmax и I bmin .

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер V BE . 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 V BE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (V E = 0), то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (V B = 0.6V).

Посчитаем I bmax и I bmin с помощью закона Ома:


2. Расчет выходного тока коллектора I С

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


3. Расчет выходного напряжения V out

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

4. Анализ результатов

Как видно из результатов, V Cmax получился меньше чем V Cmin . Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе V Rc 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 V out /V in 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 I b , 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 V out 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).

Режим отсечки

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 .

Активный режим

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.

Режим насыщения

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».

Инверсный режим

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 I С к току базы I B . Обозначается β , 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 R in (R вх ). 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.

R вх 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 R out = 0 (R вых = 0)).

Добрый день, друзья!

Сегодня мы продолжим знакомиться с электронными «кирпичиками» компьютерного «железа». Мы уже рассматривали с вами, как устроены полевые транзисторы, которые обязательно присутствуют на каждой материнской плате компьютера.

Усаживайтесь поудобнее – сейчас мы сделаем интеллектуально усилие и попытаемся разобраться, как устроен

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, который широко применяется в электронных изделиях, в том числе и компьютерных блоках питания.

Слово «транзистор» (transistor) образовано от двух английских слов – «translate» и «resistor», что означает «преобразователь сопротивления».

Слово «биполярный» говорит о том, что ток в приборе вызывается заряженными частицами двух полярностей – отрицательной (электронами) и положительной (так называемыми «дырками»).

«Дырка» — это не жаргон, а вполне себе научный термин. «Дырка» — это не скомпенсированный положительный заряд или, иными словами, отсутствие электрона в кристаллической решетке полупроводника.

Биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру с чередующимися видами полупроводников.

Так как существуют полупроводники двух видов, положительные (positive, p-типа) и отрицательные (negative, n-типа), то может быть два типа такой структуры – p-n-p и n-p-n.

Средняя область такой структуры называется базой, а крайние области – эмиттером и коллектором.

На схемах биполярные транзисторы обозначаются определенным образом (см рисунок). Видим, что транзистор представляет собой, по существу, да p-n перехода, соединенных последовательно.

Вопрос на засыпку – почему нельзя заменить транзистор двумя диодами? Ведь в каждом из них есть p-n переход, не так ли? Включил два диода последовательно – и дело в шляпе!

Нет! Дело в том, что базу в транзисторе во время изготовления делают очень тонкой, чего никак нельзя достичь при соединении двух отдельных диодов.

Принцип работы биполярного транзистора

Основной принцип работы транзистора заключается в том, что небольшой ток базы может управлять гораздо бОльшим током коллектора — в диапазоне практически от нуля до некоей максимально возможной величины.

Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления по току и может составлять величину от нескольких единиц до нескольких сотен.

Интересно отметить, что у маломощных транзисторов он чаще всего больше, чем у мощных (а не наоборот, как можно было бы подумать).

Разница в том, что в отличие от затвора ПТ, при управлении ток базы всегда присутствует, т.е. на управление всегда тратится какая-то мощность.

Чем больше напряжение между эмиттером и базой, тем больше ток базы и, соответственно, больше ток коллектора. Однако любой транзистор имеет максимально допустимые значения напряжений между эмиттером и базой и между эмиттером и коллектором. За превышение этих параметров придется расплачиваться новым транзистором.

В рабочем режиме обычно переход база-эмиттер открыт, а переход база-коллектор закрыт.

Биполярный транзистор, подобно реле, может работать и в ключевом режиме. Если подать некоторый достаточный ток в базу (замкнуть кнопку S1), транзистор будет хорошо открыт. Лампа зажжется.

При этом сопротивление между эмиттером и коллектором будет небольшим.

Падение напряжения на участке эмиттер – коллектор будет составлять величину в несколько десятых долей вольта.

Если затем прекратить подавать ток в базу (разомкнуть S1), транзистор закроется, т.е. сопротивление между эмиттером и коллектором станет очень большим.

Лампа погаснет.

Как проверить биполярный транзистор?

Так как биполярный транзистор представляет собой два p-n перехода, то проверить его цифровым тестером достаточно просто.

Надо установить переключатель работы тестера в положение , присоединив один щуп к базе, а второй – поочередно к эмиттеру и коллектору.

По сути, мы просто последовательно проверяем исправность p-n переходов.

Такой переход может быть или открыт, или закрыт.

Затем надо изменить полярность щупов и повторить измерения.

В одном случае тестер покажет падение напряжение на переходах эмиттер – база и коллектор – база 0,6 – 0,7 В (оба перехода открыты).

Во втором случае оба перехода будут закрыты, и тестер зафиксирует это.

Следует отметить, что в рабочем режиме чаще всего один из переходов транзистора открыт, а второй закрыт.

Измерение коэффициента передачи биполярного транзистора по току

Если в тестере имеется возможность измерения коэффициента передачи по току, то проверить работоспособность транзистора можно, установив выводы транзистора в соответствующие гнезда.

Коэффициент передачи по току – это отношение тока коллектора к току базы.

Чем больше коэффициент передачи, тем большим током коллектора может управлять ток базы при прочих равных условиях.

Цоколевку (наименование выводов) и другие данные можно взять из data sheets (справочных данных) на соответствующий транзистор. Data sheets можно найти в Интернете через поисковые системы.

Тестер покажет на дисплее коэффициент передачи (усиления) тока, который нужно сравнить со справочными данными.

Коэффициент передачи тока маломощных транзисторов может достигать нескольких сотен.

У мощных транзисторов он существенно меньше – несколько единиц или десятков.

Однако существуют мощные транзисторы с коэффициентом передачи в несколько сотен или тысяч. Это так называемые пары Дарлингтона.

Пара Дарлингтона представляет собой два транзистора. Выходной ток первого транзистора является входным током для второго.

Общий коэффициент передачи тока – это произведение коэффициентов первого и второго транзисторов.

Пара Дарлингтона делается в общем корпусе, но ее можно сделать и из двух отдельных транзисторов.

Встроенная диодная защита

Некоторые транзисторы (мощные и высоковольтные) могут быть защищены от обратного напряжения встроенным диодом.

Таким образом, если подключить щупы тестера к эмиттеру и коллектору в режиме проверки диодов, то он покажет те же 0,6 – 0,7 В (если диод смещен в прямом направлении) или «запертый диод» (если диод смещен в обратном направлении).

Если же тестер покажет какое-то небольшое напряжение, да еще в обоих направлениях, то транзистор однозначно пробит и подлежит замене . Закоротку можно определить и в режиме измерения сопротивления – тестер покажет малое сопротивление.

Встречается (к счастью, достаточно редко) «подлая» неисправность транзисторов. Это когда он поначалу работает, а по истечению некоторого времени (или по прогреву) меняет свои параметры или отказывает вообще.

Если выпаять такой транзистор и проверить тестером, то он успеет остыть до присоединения щупов, и тестер покажет, что он нормальный. Убедиться в этом лучше всего заменой «подозрительного» транзистора в устройстве.

В заключение скажем, что биполярный транзистор – одна из основных «железок» в электронике. Хорошо бы научиться узнавать – «живы» эти «железки» или нет. Конечно, я дал вам, уважаемые читатели, очень упрощенную картину.

В действительности, работа биполярного транзистора описывается многими формулами, существуют многие их разновидности, но это сложная наука. Желающим копнуть глубже могу порекомендовать чудесную книгу Хоровица и Хилла «Искусство схемотехники».

Транзисторы для ваших экспериментов можно купить

До встречи на блоге!

PNP-транзистор является электронным прибором, в определенном смысле обратном NPN-транзистору. В этом типе конструкции транзистора его PN-переходы открываются напряжениями обратной полярности по отношению к NPN-типу. В условном обозначении прибора стрелка, которая также определяет вывод эмиттера, на этот раз указывает внутрь символа транзистора.

Конструкция прибора

Конструктивная схема транзистора PNP-типа состоит из двух областей полупроводникового материала p-типа по обе стороны от области материала n-типа, как показано на рисунке ниже.

Стрелка определяет эмиттер и общепринятое направление его тока («внутрь» для транзистора PNP).

PNP-транзистор имеет очень схожие характеристики со своим NPN-биполярным собратом, за исключением того, что направления токов и полярности напряжений в нем обратные для любой из возможных трех схем включения: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором.

Основные отличия двух типов биполярных транзисторов

Главным различием между ними считается то, что дырки являются основными носителями тока для транзисторов PNP, NPN-транзисторы имеют в этом качестве электроны. Поэтому полярности напряжений, питающих транзистор, меняются на обратные, а его входной ток вытекает из базы. В отличие от этого, у NPN-транзистора ток базы втекает в нее, как показано ниже на схеме включения приборов обоих типов с общей базой и общим эмиттером.

Принцип работы транзистора PNP-типа основан на использовании небольшого (как и у NPN-типа) базового тока и отрицательного (в отличие от NPN-типа) базового напряжения смещения для управления гораздо большим эмиттерно-коллекторным током. Другими словами, для транзистора PNP эмиттер является более положительным по отношению к базе, а также по отношению к коллектору.

Рассмотрим отличия PNP-типа на схеме включения с общей базой

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

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

Отличия PNP-типа на примере схемы включения с общим эмиттером

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

Полный ток эмиттера задается суммой двух токов I C и I B ; проходящих по выводу эмиттера в одном направлении. Таким образом, имеем I E = I C + I B .

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

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

PNP-транзистор: подключение источников напряжения

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

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

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

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

Работа PNP-транзисторного каскада

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

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

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

Характеристики транзистора

Выходные характеристики транзистора PNP-типа очень похожи на соответствующие кривые эквивалентного NPN-транзистора, за исключением того, что они повернуты на 180° с учетом реверса полярности напряжений и токов (токи базы и коллектора, PNP-транзистора отрицательны). Точно также, чтобы найти рабочие точки транзистора PNP-типа, его динамическая линия нагрузки может быть изображена в III-й четверти декартовой системы координат.

Типовые характеристики PNP-транзистора 2N3906 показаны на рисунке ниже.

Транзисторные пары в усилительных каскадах

Вы можете задаться вопросом, что за причина использовать PNP-транзисторы, когда есть много доступных NPN-транзисторов, которые могут быть использованы в качестве усилителей или твердотельных коммутаторов? Однако наличие двух различных типов транзисторов — NPN и PNP — дает большие преимущества при проектировании схем усилителей мощности. Такие усилители используют «комплементарные», или «согласованные” пары транзисторов (представляющие собой один PNP-транзистор и один NPN, соединенные вместе, как показано на рис. ниже) в выходном каскаде.

Два соответствующих NPN и PNP-транзистора с близкими характеристиками, идентичными друг другу, называются комплементарными. Например, TIP3055 (NPN-тип) и TIP2955 (PNP-тип) являются хорошим примером комплементарных кремниевых силовых транзисторов. Они оба имеют коэффициент усиления постоянного тока β=I C /I B согласованный в пределах 10% и большой ток коллектора около 15А, что делает их идеальными для устройств управления двигателями или роботизированных приложений.

Кроме того, усилители класса B используют согласованные пары транзисторов и в своих выходной мощных каскадах. В них NPN-транзистор проводит только положительную полуволну сигнала, а PNP-транзистор — только его отрицательную половину.

Это позволяет усилителю проводить требуемую мощность через громкоговоритель в обоих направлениях при заданной номинальной мощности и импедансе. В результате выходной ток, который обычно бывает порядка нескольких ампер, равномерно распределяется между двумя комплементарными транзисторами.

Транзисторные пары в схемах управления электродвигателями

Их применяют также в H-мостовых цепях управления реверсивными двигателями постоянного тока, позволяющих регулировать ток через двигатель равномерно в обоих направлениях его вращения.

H-мостовая цепь выше называется так потому, что базовая конфигурация ее четырех переключателей на транзисторах напоминает букву «H» с двигателем, расположенным на поперечной линии. Транзисторный H-мост, вероятно, является одним из наиболее часто используемых типов схемы управления реверсивным двигателем постоянного тока. Он использует «взаимодополняющие» пары транзисторов NPN- и PNP-типов в каждой ветви, работающих в качестве ключей при управлении двигателем.

Вход управления A обеспечивает работу мотора в одном направлении, в то время как вход B используется для обратного вращения.

Например, когда транзистор TR1 включен, а TR2 выключен, вход A подключен к напряжению питания (+ Vcc), и если транзистор TR3 выключен, а TR4 включен, то вход B подключен к 0 вольт (GND). Поэтому двигатель будет вращаться в одном направлении, соответствующем положительному потенциалу входа A и отрицательному входа B.

Если состояния ключей изменить так, чтобы TR1 был выключен, TR2 включен, TR3 включен, а TR4 выключен, ток двигателя будет протекать в противоположном направлении, что повлечет его реверсирование.

Используя противоположные уровни логической «1» или «0» на входах A и B, можно управлять направлением вращения мотора.

Определение типа транзисторов

Любые биполярные транзисторы можно представить состоящими в основном из двух диодов, соединенных вместе спина к спине.

Мы можем использовать эту аналогию, чтобы определить, относится ли транзистор к типу PNP или NPN путем тестирования его сопротивления между его тремя выводами. Тестируя каждую их пару в обоих направлениях с помощью мультиметра, после шести измерений получим следующий результат:

1. Эмиттер — База. Эти выводы должны действовать как обычный диод и проводить ток только в одном направлении.

2. Коллектор — База. Эти выводы также должны действовать как обычный диод и проводить ток только в одном направлении.

3. Эмиттер — Коллектор. Эти выводы не должен проводить в любом направлении.

Значения сопротивлений переходов транзисторов обоих типов

Тогда мы можем определить PNP-транзистор как исправный и закрытый. Небольшой выходной ток и отрицательное напряжение на его базе (B) по отношению к его эмиттеру (E) будет его открывать и позволит протекать значительно большему эмиттер-коллекторному току. Транзисторы PNP проводят при положительном потенциале эмиттера. Иными словами, биполярный PNP-транзистор будет проводить только в том случае, если выводы базы и коллектором являются отрицательным по отношению к эмиттеру.

Заменяемость транзисторов

Заменяемость транзисторов

Заменяемость отечественных транзисторов старых выпусков

  на главную

НОВАЯ ВЕРСИЯ САЙТА

КЛАССИФИКАЦИЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Всем транзисторам, разработанным до 1964 года, присвоены условные обозначения по стандарту, установленному в 1959 году. Согласно этому стандарту условное обозначение транзисторов может состоять из трех элементов: первый — буквенный (П — плоскостной транзистор): второй — цифровой, указывающий на материал прибора (германий или кремний) и обычное применение или назначение транзистора. Основная классификация ведется по максимальной допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе Р

к.доп и частотным свойствам — частоте fa или /макс Классификация различает транзисторы малой мощности (Рк.доп < 0,25 вт) и большой мощности (Рк.доп > 0,25 вт.), низкочастотные (fa < 5 Мгц) и высокочастотные (fa> > 5 Мгц).  Последний третий элемент обозначения — буквенный, указывающий разновидность прибора. Исключение из этого правила представляют транзисторы типа П4А—П4Д, которые являются транзисторами большой мощности.

Например, условное обозначение П13 расшифровывается: «транзистор низкочастотный, германиевый, малой мощности, типа 13».

В настоящее время эта система классификации транзисторов устарела и не соответствует возросшему количеству и разнообразию приборов. В связи с этим с 1964 года была введена новая система классификации и условных обозначений на полупроводниковые приборы, в том числе и на транзисторы. Согласно новому стандарту основная классификация ведется по исходному материалу, рассеиваемой прибором мощности и частотным свойствам.

В зависимости от этого транзисторы могут называться германиевыми или кремниевыми, малой, средней или большой мощности; транзисторами низкой, средней или высокой частоты. Энергетической характеристикой транзистора является мощность, рассеиваемая на коллекторе Рк.доп,

а частотной — максимальная частота генерации fмакс.

Условное обозначение транзистора по новому стандарту состоит из четырех элементов.

Первый элемент — буква или цифра, обозначающая исходный материал: Г или 1 — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — арсенид галлия. Одновременно первый элемент обозначает верхний предел допустимой температуры корпуса прибора: Г-+ 60° С, 1-+70° С; К—+85° С, 2— +120° С.

Второй элемент — буква, указывающая класс полупроводникового прибора: Т—транзистор (биполярный с проводимостью р-п-р или п-р-п).П—полевой транзистор (с каналом р или п типа).

Третий элемент — цифровой, характеризующий основные энергетические и частотные параметры транзистора.

Четвертый элемент обозначения — буквенный — указывает на разновидность прибора.

Например, условное обозначение прибора ГТ108А означает: «германиевый транзистор малой мощности, низкочастотный, подтипа А, предназначенный для работы при температуре не выше +60° С».

Все необходимые сведения о параметрах транзисторов можно найти в специальных справочниках по полупроводниковым приборам.

Следует заметить, что ряд транзисторов может иметь условные индексы, которых нет в приведенных выше классификациях. Это главным образом транзисторы, разработанные до 1964 года, но выпускаемые в модернизированном варианте. В этом случае дополнительные буквенные индексы означают следующее:

М — холодносварной корпус;

Э — улучшенная влагостойкость;

И — улучшенные импульсные свойства. Например, МП39Б означает, что это низкочастотный маломощный транзистор с холоднссварным корпусом; П601 А(И) — высокочастотный транзистор средней мощности с улучшенными импульсными свойствами.

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Наличие значительного количества типов и подтипов транзисторов связано с большим разнообразием технологических средств и приемов, а также исходных материалов, используемых при изготовлении транзисторов. Производство транзисторов — очень сложный и трудоемкий процесс, требующий высокой точности, чистоты и жесткого соблюдения технологических режимов. Выполнение всех этих требований связано с большими техническими трудностями, чем и объясняется имеющийся большой разброс параметров выпускаемых транзисторов. В связи с этим обычно указываются средние либо минимальные значения параметров, гарантированные для данного типа транзисторов. Наибольший разброс наблюдается у коэффициента усиления по току бета в схеме с общим эмиттером, обратного тока коллектора /к0

и емкости коллекторного перехода Ск. Несколько меньшим разбросом обладают частотные параметры fа и fmакс.

Большой разброс параметров транзисторов делает весьма условными границы между типами транзисторов, что позволяет в ряде случаев без особых затруднений заменять одни транзисторы другими. При такой замене в первую очередь обращается внимание на параметры в режиме, при котором транзистор будет работать в данной схеме Фк, /к, Рк). Исходя из этих сведений подбираются типы транзисторов, обладающие некоторым запасом по указанным параметрам и необходимыми частотными и усилительными свойствами (fa или fmakс и beta). Предпочтение при этом отдается более дешевым и доступным транзисторам.

Например, имеется описание схемы усилителя низкой частоты на двух транзисторах типа МП41. Постоянное напряжение источника питания составляет 9 в, постоянный ток коллектора каждого транзистора не превышает 1—2 ма, а сама схема допускает применение транзисторов с beta = 20—40.

Из приведенных в приложении справочных таблиц видно, что в данном случае возможно применение транзисторов типа МП40, МП42А, МП42Б, а также некоторых образцов транзисторов МП39 и МП39Б.

Другой пример. В приемнике прямого усиления, рассчитанном для работы в диапазоне средних волн (СВ), где максимальная частота сигнала 1,6Мгц, рекомендуется применение транзисторов типа ГТ313А, приобрести которые по тем или иным причинам не удалось. Учитывая сказанное ранее о том, что для устранения влияния зависимости усилительных свойств транзисторов от частоты сигнала необходимо применять транзисторы, у которых граничная частота усиления fm по крайней мере в 20—30 раз выше максимальной частоты усиливаемого сигнала, делаем вывод, что возможно использование транзисторов с граничной частотой от 50 Мгц и выше. Как видно из таблицы 5, этому условию удовлетворяют практически все высокочастотные транзисторы, кроме П401 и КТ301, КТ301А. Поскольку ГТ313А — германиевый р-п-р транзистор, то, для того чтобы не вносить в схему устройства каких-либо дополнительных изменений, следует применить такой же проводимости германиевый транзистор, например, П402 или П403. Если же германиевый транзистор заменяется кремниевым, хотя бы и той же проводимости, то в большинстве случаев требуется проведение дополнительных изменений в схеме смещения вследствие большого различия в характере зависимости тока коллектора от напряжения смещения.

К сожалению, дать какой-либо конкретный рецепт замены транзисторов на все случаи жизни нельзя из-за чрезмерно большого числа типов выпускаемых транзисторов, а также вследствие огромного множества различных вариантов схем. Можно только рекомендовать стремиться производить замену транзисторов внутри группы наиболее близких по своему устройству и параметрам транзисторов. При этом допускается замена с улучшением или ухудшением параметров транзисторов. Лучше всего, когда заменяющий транзистор не уступает заменяемому ни по одному из предельно

допустимых параметров (Рк.доп UK3, /K макс), а также по величине гарантированных значений усиления тока (а или бета) и предельной частоты усиления (fa или fbeta). В крайнем случае возможна замена транзисторов с несколько заниженными значениями beta и fa, что хотя и приведет к некоторому изменению параметров устройства, но ненамного.

Особо следует сказать о замене транзисторов, выпуск и продажа которых давно прекращены, но упоминание на страницах радиолюбительской литературы еще иногда встречается. Кроме того, в употреблении находится большое количество бытовой радиоэлектронной аппаратуры, где применяются транзисторы старых выпусков, что создает определенные трудности при ремонте. Например, согласно табл. транзистор П15 заменяется через МП41, П105 — МП 115, П420 —П401 и т. д. При такой замене каких-либо дополнительных изменений в схемах не требуется.

Нужно отметить, что труднее всего находить замену транзисторов начинающим радиолюбителям, которые еще не накопили достаточного опыта обращения с параметрами транзисторов, чтобы свободно сравнить их между собой, находя лучшие и худшие варианты для взаимной замены транзисторов.

Граничная частота fm определяет частоту, где гарантируется усиление потоку не менее единицы, а f2 — характеризует максимальную частоту, выше которой наблюдается резкое возрастание внутренних шумов транзистора. Наилучшими шумовыми характеристиками обладают транзисторы ГТ322А—ГТ322Е, у которых коэффициент шума не превосходит 4 дб. Распространенные в любительской практике транзисторы типа П401 — П403, имеют значительно худшие свойства. Из низкочастотных транзисторов в лучшую сторону отличаются транзисторы типа П27А и П27. Эти транзисторы применяются, как правило, в промышленной аппаратуре. Конструктивно они оформлены точно так же, как МП35— МП42, но отличаются от них значительно меньшим шумом. Для сравнения можно указать, что наименее «шумящим» из доступных любителям транзисторов является МП39Б, у которого коэффициент шума не более 12 дб, тогда как у остальных транзисторов типов МП39—МП42 он может составлять до 24 дб. По этой причине в первых каскадах усиления низкой частоты всегда желательно применение малошу-мящих транзисторов типа МП39Б, а еще лучше- П27А и П28.

Можно, конечно, производить разбраковку транзисторов по величине интересующих параметров и выбирать наилучшие из них. Иногда это бывает полезным или необходимым. Но ввиду влияния на транзисторы различных внешних факторов и процесса естественного старения транзисторов, при конструировании аппаратуры целесообразно ориентироваться на средние, а еще лучше — на минимальные значения параметра.

 

 

Замена Замена Замена
Старый Новый Старый Новый Старый Новый
П4А     П216А П10Б МП37Б П201 П213А
П4Б П216Г П11 МП38 П201А П213Б
П4В П216Б П11А МП38А П202 П214Б
П4Г П216Г П13 МП39 П202А П214В
П4Д П216Д П13А МП39А П203 П214Г
П4Д П216Д П13Б МП39Б П203А П214В
П5А   ГТ108А П14 МП40 П410 ГТ313А
П5Б   ГТ108Б П14А МП40А П410 ГТ313А
П5В ГТ108В П14Б МП40Б П410А ГТ313Б
П5Г ГТ108Г П15 МП41 П411 ГТ313Б
П5Д ГТ108Д П15А МП41А П411А ГТ313Б
П5Е ГТ108Г П16 МП42 П417 ГТ313А
П6А МП39 П16А МП42А П417А ГТ313Б
П6Б МП39А П16Б МП42Б П420 П401
П6В МП40 П101 МП111 П421 П402
П6Г МП41 П101А МП111А П501 КТ315А
П6Д МП39Б П102 МП112 П502 КТ315Б
П8 МП35 П103 МП113 П503 КТ315В
П9 МП36 П103А МП113А П504 КТ315Г
П9А МП36А П104 МП114 П504А КТ315Г
П10 МП37 П105 МП115 П505 КТ315В
П10А МП37А П106 МП116 П505А КТ315В
 

Форум на сайте

на главную

пишите пожалуйста на

[email protected]



Важные параметры транзистора для выбора правильного транзистора для вашего приложения

Транзистор — это трехконтактное полупроводниковое устройство, которое используется в качестве усилителя или переключателя в электронных схемах. Из этих трех выводов входное напряжение или ток подается на одну пару выводов транзистора, а контролируемое выходное напряжение / ток может быть получено через другую пару выводов.

Существуют тысячи различных типов транзисторов, и каждый транзистор имеет разные параметры.Транзисторы сложнее, чем резисторы и конденсаторы, потому что вы можете выбрать резистор или конденсатор в соответствии с требуемым сопротивлением или значением емкости, но при выборе транзистора вы должны искать многие параметры транзистора . Поэтому выбрать подходящий транзистор для вашей схемы — непростая задача.

Ниже приведены некоторые важные параметры, которые следует учитывать при выборе транзистора.

1. Типовой номер

Типовой номер транзистора — это уникальный номер, присвоенный каждому транзистору.Используя номер типа транзистора, мы можем искать его характеристики и особенности. Существует три основных системы нумерации: JIS, Pro Electron и JEDEC . JIS используется японским промышленным стандартом, Pro Electron — европейским стандартом, а JEDEC — американским стандартом. Если вы создаете схему из Интернета, то ее можно выбрать напрямую, используя типовое количество транзисторов, используемых в исходной схеме.

2. Коэффициент усиления по току (β)

В любой схеме коэффициент усиления транзистора по току является важным параметром.Коэффициент усиления по току обычно обозначается как β или h fe . Ток — это отношение тока базы к току коллектора и мера усилительной способности транзистора. Если вы хотите использовать транзистор в качестве усилителя, выберите транзистор с более высоким коэффициентом усиления по току.

3. Напряжение коллектор-эмиттер (В CEO )

В CEO — это максимальное напряжение, с которым может работать переход коллектор-эмиттер транзистора.Для большинства транзисторов напряжение V CEO обычно составляет 30 В или более и измеряется при разомкнутой цепи базы. Подача напряжения выше V CEO может повредить транзистор. Поэтому перед использованием транзистора проверьте максимальное значение V CEO по даташиту.

4. Напряжение эмиттер-база (В EBO )

В EBO — максимальное напряжение, которое может быть приложено к переходу эмиттер-база. Напряжение выше V EBO может повредить или разрушить ваш транзистор.V EBO относительно меньше, чем V CEO . Максимальное напряжение V EBO обычно составляет 6 В или более для большинства транзисторов и измеряется при разомкнутой цепи коллектора.

5. Напряжение коллектор-база (В CBO )

В CBO — это максимальное напряжение, которое может быть приложено к переходу коллектор-база, и оно измеряется при разомкнутой цепи эмиттера. V CBO обычно составляет 50 В и более.V CBO относительно выше, чем V CEO , потому что напряжение между коллектором и базой часто выше, чем напряжение между коллектором и эмиттером.

6. Ток коллектора (I C )

Коллекторный ток — это максимальный ток, который может протекать через коллектор. Обычно он измеряется в миллиамперах, но для мощных транзисторов он определяется в амперах. Ток коллектора не должен превышать максимальное значение, иначе можно повредить транзистор.Вы можете использовать резистор для ограничения тока коллектора.

7. Общая рассеиваемая мощность (Ptot)

Это полная мощность, рассеиваемая транзистором. Рассеиваемая мощность меняется от транзистора к транзистору. Для небольших транзисторов номинальная мощность составляет порядка нескольких сотен милливатт, но для мощных транзисторов она определяется в ваттах. Рассеиваемая мощность на устройстве может быть рассчитана путем умножения тока коллектора на напряжение на самом устройстве.

Итак, вот некоторые основные параметры для выбора подходящего транзистора для вашего приложения. Если вы используете печатную плату, вам также следует проверить тип корпуса транзистора.

Выбор транзисторов — EDN

В 1964 году, когда я начал работать в электронной промышленности, один кремниевый транзистор стоил более 1 фунта стерлингов (2,80 доллара в то время или около 22 долларов в ценах 2014 года). Эти дешевые были не очень хороши, а более производительные стоили намного дороже. Выбор подходящего устройства был важен как с точки зрения производительности, так и с точки зрения стоимости.Сегодня транзистор на микросхеме может стоить менее одной миллиардной копейки, а дискретные транзисторы, которые мы обсуждаем в этой статье, имеют отличную производительность и вряд ли будут стоить больше нескольких пенни каждый при покупке в большом количестве. Но существуют десятки тысяч, возможно, сотни тысяч различных типов дискретных транзисторов, и почти всегда в системе есть несколько мест, где дискретный транзистор необходим. Что мы выбираем и почему?

Один из распространенных вопросов, которые мы задаем в отделе приложений: «В примечании к применению для XXXX требуется транзистор 3N14159 — где я могу его получить?» Исследования показывают, что 3N14159 был устаревшим в течение многих лет — или его можно получить (при минимальном заказе в 1 000 000 штук) со сроком выполнения 21 месяц на заводе в Тимбукту.Правильный вопрос — не «Где?» но что?» — другими словами, «Какие еще устройства, которые легко достать, будут работать в этом приложении?»

Несколько лет назад я написал статью о том, как использовать операционный усилитель в качестве компаратора [1]. Я указал, что правильный совет — «Не надо!» и потратил остаток статьи на обсуждение того, как избежать неприятностей, проигнорировав правильный совет. Эта статья похожа — она ​​пытается ответить на вышеперечисленные вопросы, показывая, что для многих приложений нет необходимости выбирать конкретный транзистор — мы должны просто использовать первый разумно подходящий транзистор, который попадется под руку.Конечно, есть некоторые вопросы, которые необходимо учитывать — так как же нам сделать правильный выбор транзистора, не тратя время на ненужные детали? Мы не будем обсуждать физику транзисторов. Horowitz & Hill [2] или Википедия [3] дадут вам хорошее резюме основ, и есть бесчисленное множество других книг и статей как по основным принципам, так и по подробным исследованиям конкретных вопросов. Но нам действительно нужно знать, что они делают, и может быть полезно узнать немного о том, почему они ведут себя именно так, поэтому мы немного поговорим о транзисторных структурах.

Транзисторы

Транзистор — это твердотельное трехполюсное усилительное устройство. Для входных и выходных сигналов имеется общая клемма, а сигнал на одной из оставшихся клемм управляет током на другой.


Рисунок 1
Основная функция транзистора

Существует два основных типа транзисторов — транзисторы с биполярным переходом и полевые транзисторы, известные соответственно как BJT и FET.

Однако самый основной вопрос при выборе транзистора заключается не в том, BJT это или полевой транзистор, а в его полярности — при использовании его выходной вывод положительный или отрицательный по отношению к его общему выводу? Если ответ положительный, нам нужен NPN BJT или N-канальный полевой транзистор, в противном случае нам нужен PNP или P-канал. Это критически важно, но настолько очевидно, что дальнейшего обсуждения этой темы не требуется. В остальной части статьи, за исключением случаев, когда конкретно рассматривается этот вопрос, мы будем использовать положительные случаи (NPN & N-канал) для всех наших примеров.

Хотя полевые транзисторы были продемонстрированы и запатентованы почти на двадцать лет раньше, чем биполярные транзисторы [4], первые практические транзисторы были биполярными [5]. Транзистор NPN состоит из тонкой базы полупроводника P-типа, зажатой между двумя областями N-типа, эмиттером и коллектором. Если ток течет от базы к эмиттеру и на коллекторе присутствует положительное смещение, в коллекторе протекает больший ток, пропорциональный току базы.


Рисунок 2
Биполярный переходной транзистор NPN (BJT)

Из Рисунок 2 мы видим, что BJT — это усилитель тока — выходной ток в β раз больше входного тока, а β может незначительно изменяться в зависимости от тока базы, так что усилитель не является полностью линейным.(Β или h fe — это коэффициент усиления по току транзистора.) Входное сопротивление не является ни низким, ни линейным, поэтому мы также можем рассматривать BJT как I из / V в (крутизна) усилитель с кремниевым диодом в качестве входного устройства. Понятно, что чем больше значение β, тем лучше усилитель тока. Для большинства приложений достаточно минимального значения 80–100, но нередки значения, превышающие несколько сотен. (Возможны «супер-бета» транзисторы с β до нескольких тысяч, но они имеют очень узкую базовую область и низкие напряжения пробоя и настолько хрупки, что используются редко, за исключением аналоговых интегральных схем.)

Существует два типа полевых транзисторов: полевые транзисторы с переходом (JFET) и металлооксидно-кремниевые полевые транзисторы (MOSFET), и оба имеют любую полярность (N-канал для положительного источника питания, P-канал для отрицательного). Полевые транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление (но их входная емкость может быть довольно большой — десятки или даже сотни пФ) и, следовательно, являются устройствами крутизны (I из / V в ).

Сегодня MOSFET — более распространенное устройство. Версия с N-каналом состоит из полоски кремния P-типа с двумя диффузорами N-типа.Поверх полоски между диффузорами находится очень тонкий слой диоксида кремния (или другого изолятора), покрытый проводящей пленкой (обычно из алюминия или поликристаллического кремния). Положительный потенциал на этом проводящем затворе приводит к тому, что материал P-типа непосредственно под изолятором становится N-типом, соединяя диффузию стока и истока и позволяя току течь. Сила тока зависит от приложенного напряжения, поэтому устройство работает как усилитель, а также как переключатель.


Рисунок 3
MOSFET в режиме расширения с N-каналом

Обычно полевые МОП-транзисторы относятся к этому типу — выключены при несмещении и включены напряжением смещения.Такие устройства известны как устройства расширенного режима. Однако можно сделать полевые транзисторы, которые включаются без смещения и выключаются отрицательным (положительным для P-канала) напряжением. Все JFET (переходные полевые транзисторы) относятся к этому типу, но есть и некоторые MOSFET в режиме истощения.

МОП-транзистор в режиме обеднения имеет неглубокую диффузию под оксидом затвора, соединяя сток и исток и позволяя току течь без смещения затвора. Когда затвор смещен отрицательно (для N-канала), эта диффузия ограничивается результирующим электрическим полем, и устройство перестает проводить.


Рисунок 4
MOSFET с N-канальным режимом истощения

N-канальный JFET состоит из полоски кремния N-типа с соединениями (сток и исток) на каждом конце и диффузией затвора P-типа между ними. Без смещения на затворе ток может течь в канале N-типа ниже диффузионного. Когда затвор смещен отрицательно, зона истощения расширяется, заполняя канал, и ток стока прекращается.


Рисунок 5
N-канальный режим истощения JFET

Выбор транзисторов

Для большинства транзисторных приложений общего назначения нам нужны непроводящие устройства с нулевым смещением на управляющем входе (база или затвор).Такими устройствами являются полевые транзисторы BJT или полевые МОП-транзисторы в режиме улучшения. В оставшейся части этой статьи не будут рассматриваться полевые транзисторы в режиме истощения — хотя они являются ценными компонентами в ряде приложений, они настолько менее распространены, чем BJT и устройства режима улучшения, что отдельный раздел для них на самом деле не нужен, особенно когда большинство из них Вопросы, которые мы обсудим, являются общими для всех транзисторов любого типа.

Значит нам нужен транзистор. Мы знаем, является ли его питание положительным или отрицательным, и поэтому, нужно ли нам устройство с каналом NPN / N или с каналом PNP / P.Но нужен ли нам BJT или MOSFET?

Во многих случаях это не имеет значения. МОП-транзисторы, возможно, на десять или двадцать процентов дороже, чем биполярные транзисторы, но им не нужны базовые резисторы, которые стоят дорого и занимают дорогую площадь на плате. Они немного более уязвимы к электростатическим повреждениям (ESD) во время обращения, но они не потребляют базовый ток и не нагружают цепи постоянного тока (поскольку они имеют относительно большую входную емкость, они могут вызвать проблемы с емкостной нагрузкой в ​​более высокочастотных цепях).Когда-то пороговое напряжение затвора (значение V gs , при котором MOSFET начинает проводить) составляло несколько вольт, поэтому их нельзя было использовать с очень низкими напряжениями питания, но сегодня пороговые напряжения многих устройств сравнимы с базовое напряжение включения 0,7 В кремниевого биполярного транзистора. Так что, где нам нужен усилитель или логический переключатель, нам, вероятно, все равно.

Но вход BJT — кремниевый диод. Мы можем использовать его тепловые свойства для измерения температуры, а его высокий ток при избыточном возбуждении действует как фиксирующая или ограничивающая цепь, поэтому в некоторых схемах мы должны иметь BJT.

В течение примерно двадцати лет журнал Elektor [6] публиковал схемы, созданные на основе транзисторов, которые он называет TUN и TUP («Transistor Universal NPN» и «Transistor Universal PNP»). Эти транзисторы являются кремниевыми планарными BJT, и любой транзистор, который превышает следующие спецификации, соответствует требованиям: —

Устройство

Тип

BV генеральный директор

I c (макс.)

β [h fe ] (мин)

P до (макс.)

f т (мин)

ТУН

НПН

20 В

100 мА

100

100 мВт

100 МГц

ТУП

PNP

-20 В

-100 мА

100

100 мВт

100 МГц

Подходят самые дешевые кремниевые малосигнальные транзисторы.Я должен предложить добавить в список MUN и MUP («универсальный N-канал MOSFET» и «универсальный P-канал MOSFET») — и самые дешевые малые полевые МОП-транзисторы соответствуют этой спецификации: —

Устройство

Тип

BV DS

I c (макс.)

V GS (th)

P до (макс.)

т на / т откл (макс.)

MUN

N-канал

20 В

100 мА

0.От 5 В до 2 В

100 мВт

20 нСм

MUP

П-канал

-20 В

-100 мА

от -0,5 В до -2 В

100 мВт

20 нСм

Большинство версий SPICE содержат стандартные транзисторы BJT и MOSFET, аналогичные этим «универсальным» устройствам.Поэтому при разработке системы, содержащей дискретные малосигнальные транзисторы, используйте эти универсальные схемы на этапе проектирования и выберите наиболее удобный (т.е. лучшую упаковку, доступность и дешевизну) при заказе. Однако при публикации или описании дизайна используйте общую терминологию, чтобы было ясно, что точный выбор устройства вряд ли будет иметь значение.

Конечно, многие проекты не могут использовать эти стандартные устройства — некоторые спецификации должны выходить за рамки простого стандарта.В таких случаях укажите исключения, например: —

MUN кроме выше BV ds ≥250V

ТУП кроме выше β ≥ 200

или что-то в этом роде….

Когда в опубликованном проекте используется конкретный транзистор, разумно подумать, необходимо ли выбранное устройство для этого проекта или это был просто первый транзистор, выпавший из ящика для мусора [7], когда конструктор построил свой прототип [8].Изучите лист данных (если транзистор настолько загадочен, что вы не можете найти его, изучите схему, в которой он используется): —

  1. Есть ли у устройства какие-то необычные характеристики?
  2. Используется ли эта характеристика в схеме?
  3. Ожидаете ли вы, что схема будет работать с TUN / TUP?
  4. Предполагает ли быстрая проверка программного обеспечения (SPICE), что оно будет работать с TUN / TUP?
  5. Не предполагает ли менее быстрая проверка оборудования (макетной платы), что оно будет работать с TUN / TUP?

Если ответы на все вопросы «Да», то, вероятно, было бы разумно изучить пункты 1 и 2 более внимательно, но если ответы «Нет, нет, да, да, да», почти наверняка безопасно заменить устройство с общим.

Параметры транзистора

Максимальное напряжение коллектор / сток. BV ceo или BV ds Если максимальное напряжение питания меньше, чем BV ceo или BV ds и в коллекторе / стоке нет индуктивных цепей, которые могли бы вызвать более высокие переходные напряжения, и нет внешнего источник сигнала, который может применять более высокие напряжения, то нам не нужно беспокоиться об этой спецификации.

С другой стороны, существует много схем, в которых можно ожидать, что транзистор будет работать с высокими значениями V ce или V ds , либо в установившемся состоянии, либо в переходных процессах, и очень важно, чтобы в этом случае выбран правильный максимум. Старые учебники склонны предполагать, что транзисторы являются устройствами низкого напряжения и что за редким исключением они дороги — полезно помнить, что сегодня BJT и MOSFET с пробивным напряжением более 500 В являются недорогими и легко доступными, хотя коэффициент усиления по току β высоковольтные BJT чаще находятся в диапазоне 40-100, а не ≥100 TUN / TUP.Точно так же пороговое напряжение затвора высоковольтного полевого МОП-транзистора с большей вероятностью будет в диапазоне 2–5 В, а не 500–2000 мВ для MUN / MUP.

Абсолютный максимальный ток коллектора / стока. I c (макс.) или I d (макс.) Максимальный ожидаемый ток коллектора / стока не должен превышать абсолютный максимальный номинальный ток устройства. Учитывая, что значение TUN / etc для этого составляет 100 мА, это маловероятно для схем со слабым сигналом, но если для подачи питания на нагрузку требуется транзистор, необходимо проверить максимальный ток.

Абсолютный максимальный номинальный ток некоторых устройств можно разделить на номинальный ток постоянного (или, возможно, средний) ток и более высокий рейтинг переходных процессов для коротких импульсов. Важно убедиться, что пиковые переходные токи находятся в номинальных пределах.

Большинство малосигнальных транзисторов имеют номиналы I max более 100 мА — обычно 300–1000 мА — и многие устройства, соответствующие спецификации TUN и т. Д., Действительно имеют такой рейтинг и могут использоваться, когда требуются такие средние токи.Если требуются более высокие токи, устройства TUN / etc будут неадекватными, и необходимо выбрать устройство питания. При более высоких токах важно соблюдать номинальную мощность, а также номинальный ток, корпусы, вероятно, будут больше, и может потребоваться радиатор. Биполярные транзисторы с более высокими максимальными токами могут иметь более низкие значения β при больших токах.

Пакеты и мощность. Существует бесчисленное множество различных корпусов транзисторов, от почти микроскопических корпусов для поверхностного монтажа до больших пластиковых и металлических корпусов, способных выдерживать несколько кВт при соответствующем охлаждении.Выберите тот, который наиболее удобен для вашего применения — поверхностный монтаж для массового производства, свинцовый для прототипирования и мелкосерийного производства, где удобна простота ручной пайки, и любой блок питания, подходящий, когда необходимо учитывать рассеивание и радиаторы.

Несколько наиболее распространенных корпусов транзисторов показаны на рис. 6 вместе с парой германиевых переходных транзисторов очень ранних британских «красных пятен» (f t ≤700 кГц) в кованых алюминиевых банках конца 1950-х годов. .(«Красные пятна» включены для исторического интереса — в подростковом возрасте автор этой статьи использовал эти транзисторы «Красных пятен», которые были бракованными с производственной линии, производящей устройства с номерами типов — несмотря на то, что они бракованные, они все еще стоили около 1 фунт стерлингов за штуку [более 20 долларов в текущих ценах] для создания ряда различных радиоприемников и усилителей, а также счетчика Гейгера.)


Рисунок 6
Некоторые корпуса транзисторов

Тепло уходит от большинства корпусов через их выводы, поэтому фактические тепловые характеристики малосигнального транзистора зависят как от печатной платы, на которой он установлен, так и от корпуса.Даже самые маленькие транзисторы для поверхностного монтажа могут рассеивать несколько сотен мВт, что намного больше максимального предела, указанного в спецификации TUN / etc. Одно и то же устройство в разных корпусах может иметь разную максимальную мощность — осторожно RTFDS [9].

В корпусах более мощных устройств есть металлические области, обеспечивающие теплопроводность к радиатору, поэтому внимательно ознакомьтесь с характеристиками рассеивания и требованиями к радиатору для этих устройств. Корпус TO-264 в Рисунок 6 может рассеивать 2.5 кВт на подходящем радиаторе.

Разные устройства в одном корпусе могут иметь разную распиновку. Важно понимать, что два транзистора с одинаковыми электрическими характеристиками и корпусом могут иметь разные выводы и, следовательно, не могут быть взаимозаменяемыми сразу. Рисунок 7 показывает шесть возможных BJT-соединений корпусов TO-92 и SOT-23. Еще в 1990-х автору удалось найти хотя бы одно устройство с каждой из этих выводов, и хотя этот список был утерян, у него нет оснований предполагать, что современные транзисторы менее разнообразны.


Рисунок 7
На корпусе

возможно шесть распиновок

В высокочастотной конструкции может быть полезно выбрать устройство с распиновкой, обеспечивающей наименьшее паразитное реактивное сопротивление в разводке печатной платы.

Ток утечки коллектора / стока

I ce0 или I dss0 (иногда называется «ток отсечки» .) Это небольшой ток утечки, который течет от коллектора к эмиттеру или от стока к истоку, когда транзистор выключен.Обычно он составляет порядка десятков нА, но в таблицах данных иногда устанавливаются довольно большие максимальные значения для худшего случая, чтобы снизить затраты на тестирование. Транзисторы, используемые в качестве переключателей или усилителей очень низкого уровня, следует выбирать для утечки менее 50 нА, но для большинства приложений 200 нА или даже более вполне приемлемы.


Рисунок 8
Инвертор с очень низким энергопотреблением, использующий полевой МОП-транзистор с малой утечкой

Маломощный инвертор, показанный на рис. 8 — это пример схем, требующих очень низкой утечки коллектора / стока.Утечка стока 100 нА дает падение напряжения 1 В и выходное напряжение 2,0 В, что только на пороге разрешенных уровней логической 1, поэтому в практических конструкциях следует использовать полевые МОП-транзисторы с утечкой стока / истока ≤50 нА. (Обратите внимание, что, хотя этот инвертор имеет очень низкую мощность [300 нА = 0,9 мкВт, когда транзистор включен], он также очень медленный — при условии, что выходная емкость транзистора плюс емкость дорожки плюс входная емкость следующего каскада равна 20 пФ, что не является необоснованным, его время нарастания составляет около 0,2 мс — не проблема для приложений постоянного тока, но бесполезно даже для схем переключения средней скорости.)

Текущее усиление. β или h fe Коэффициент усиления по току BJT — это отношение тока коллектора к току базы, когда устройство не находится в режиме насыщения (т.е. напряжение коллектор / база положительное [для устройства NPN]). β обычно довольно постоянен в широком диапазоне токов, но он может быть немного ниже при очень низких базовых токах и почти наверняка начнет падать, когда ток коллектора приблизится к своему абсолютному максимальному значению. Поскольку это соотношение, это безразмерная величина.

TUN и TUP имеют β ≥ 100, но сильноточные и высоковольтные BJT могут иметь несколько более низкие (≥40 или 50) минимальные заданные значения.


Рисунок 9
Транзисторный (BJT или MOSFET) эмиттер / истоковый повторитель

Выходной каскад эмиттерного повторителя / истокового повторителя, показанный на рис. 9 , одинаково точен как с BJT, так и с MOSFET. В простых эмиттерных повторителях предполагается, что напряжение базы / эмиттера или затвора / истока V составляет или V gs , остается постоянным, что дает фиксированное смещение между входным напряжением и напряжением нагрузки, но в более точных схемах может приниматься обратная связь. от эмиттера (источника) / подключения нагрузки.


Рисунок 10
Поскольку базовый ток не течет по их выходам, BJT менее точны, чем полевые транзисторы в качестве токовых выходных каскадов.

Поскольку часть эмиттерного тока должна протекать в базе, коллекторный и эмиттерный токи BJT не идентичны, что означает, что токовый выходной каскад в Figure 10 должен быть выполнен с MOSFET, а не BJT, поскольку MOSFET фактически имеют нулевой ток затвора.

Прямая крутизна.g fs Прямая крутизна полевого транзистора — это отношение ΔI ds / ΔV gs , когда устройство включено и цепь стока не ограничена по току. Он измеряется в сименсах (S) (или, для традиционалистов среди нас, в mhos или обратных омах (Ʊ), которые являются устаревшим названием и символом одного и того же). Малосигнальные полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы могут иметь g фс всего в несколько мс, но более крупные могут иметь усиление от больших долей сименса до нескольких сименсов и более.

Как правило, изменения напряжения затвора на несколько вольт достаточно для изменения тока стока с минимального (выключенного) до его абсолютного максимального значения. Также важно знать, при каком напряжении на затворе начинается проводимость — см .: —

Пороговое напряжение затвора. V gs (th) Пороговое напряжение затвора полевого МОП-транзистора — это напряжение затвора / истока, при котором правильно смещенный сток начинает потреблять ток. Определение «запусков» будет указано в техническом паспорте и может составлять всего несколько мкА, но более вероятно, что оно будет определено как 1 мА или даже больше для полевого МОП-транзистора высокой мощности.Выше этого порогового значения ток стока будет очень быстро расти с небольшим увеличением напряжения затвора.

Если полевой МОП-транзистор должен управляться логикой, важно, чтобы его пороговое напряжение было выше наихудшего значения логического 0 в диапазоне температур схемы, которое, вероятно, будет составлять не менее нескольких сотен мВ, иначе это может начинать включаться тогда, когда предполагается выключить.

Напряжение насыщения. V ce (sat) Когда BJT включается достаточно сильно, чтобы падение напряжения на его нагрузке коллектора было достаточным для понижения потенциала коллектора ниже потенциала базы (другими словами, переход база-коллектор смещен в прямом направлении), это считается насыщенным .Это напряжение насыщения не пропорционально току коллектора, поэтому модель насыщенного транзистора — это не просто сопротивление между его коллектором и эмиттером.

Два примера важности низкого напряжения насыщения: —

[A] В классической логике TTL каждый вход передает 1,6 мА на управляющий им выход логического 0. При полном разветвлении 10 это означает, что выходной транзистор TTL может потреблять около 16 мА при напряжении насыщения не более 400 мВ.

[B] Когда силовой BJT используется для переключения сильноточных нагрузок, его рассеивание при заданном токе нагрузки пропорционально его напряжению насыщения. Чем ниже напряжение насыщения, тем меньше тепла необходимо отводить от транзистора.

Обратите внимание, что когда вы снимаете входной привод с насыщенного транзистора, возникает задержка (обычно нсек или десятки нсек, но может быть больше), прежде чем он начнет отключаться. Это его время восстановления насыщения и может быть указано, при четко определенных условиях, в его техническом паспорте.

О сопротивлении. R на полевых МОП-транзисторах не насыщаются, поскольку они являются основными устройствами-носителями. Когда они включены с напряжением затвора, значительно превышающим пороговое напряжение затвора, они ведут себя как резисторы с низким номиналом, а их на сопротивлении указано в их технических характеристиках. Применяется закон Ома — падение напряжения пропорционально току и включенному сопротивлению, а их рассеяние составляет I 2 R.

Коэффициент шума.NF Большинство применений транзисторов имеют относительно высокий уровень шума, и шум не является проблемой. Но если это проблема, то это критически важно. Многие транзисторы, как BJT, так и FET, имеют коэффициент шума, указанный и гарантированный их производителями. При сравнении коэффициентов шума различных устройств очень важно, чтобы коэффициенты шума измерялись при одинаковом импедансе источника. Если транзисторы предназначены для использования в радиосистемах, вероятно, что их NF будет измерена при 50 Ом, поэтому сравнение простое, но бессмысленно сравнивать NF двух устройств, у которых NF были измерены при разных импедансах.В документе, относящемся к более раннему RAQ [10], подробно рассматриваются эти и другие проблемы шума, и к нему следует обращаться, если вам интересна эта тема.

Частота перехода. f t f t BJT — это частота, на которой коэффициент усиления по току при коротком замыкании (на ВЧ) на выходе равен единице. Опять же, я не предлагаю обсуждать, как это можно измерить [11], а просто хочу отметить, что f t является наиболее широко используемым показателем качества для сравнения частотной характеристики BJT.Большинство TUN и TUP будут иметь f t значительно больше минимума в 100 МГц, но транзисторы с высокой мощностью и высоким напряжением часто будут иметь гораздо более низкие значения.

Полевые транзисторы

— это крутильные устройства с бесконечно малым входным постоянным током, поэтому неправильно учитывать их усиление по постоянному току. Но поскольку они имеют входную емкость (C gs ) от пФ до сотен пФ, их емкостное входное сопротивление относительно низкое на ВЧ, поэтому их входной ток ВЧ может быть измерен, а их значение f t может быть получено.Иногда лист данных FET или MOSFET будет содержать значение f t , полученное таким образом, и его, безусловно, допустимо использовать, если доступно, для оценки частотной характеристики FET, но обычно скорость полевых транзисторов указывается с точки зрения переключения раз.

Время переключения. t (вкл.) & t (выкл.) Большинство полевых транзисторов и многие BJT имеют спецификации времени переключения, определяемые как время, затрачиваемое при определенных условиях (RTFDS) для повышения выходного тока от нуля до заданного значения , или вернуться к нулю соответственно.Предполагается, что сигнал переключения является мгновенным (юридическая фикция) или определяется как несколько нсек. Сравнение времени переключения — надежный способ сравнения относительных скоростей транзисторов при условии, что они испытываются в аналогичных условиях.

Емкости. C ?? С транзистором связаны три емкости: входная емкость C в , выходная емкость C из и емкость Миллера [12] (или обратная связь) C fb .Разные производители используют разные названия (отсюда C ?? в заголовке), но это должно быть совершенно ясно из Рисунок 11 .


Рисунок 11 Паразитные емкости транзисторов (разные производители используют разные названия / символы)

Как мы уже видели, полевые транзисторы, особенно силовые полевые МОП-транзисторы, могут иметь значения Cin до 1 нФ или даже больше, хотя малосигнальные полевые МОП-транзисторы будут иметь гораздо меньшие значения, вероятно, в диапазоне 15-50 пФ.Однако при проектировании схем, где такая емкость может влиять на время нарастания или стабильность схемы, важно убедиться, что конструкция учитывает такие значения и что устройства выбираются с емкостями, допускаемыми конструкцией схемы.

Выбор транзистора

Итак, нам нужен транзистор для конструкции. Как мы выбираем?

Было бы неплохо иметь базу данных по каждому транзистору в мире, прикрепленную к электронной таблице, чтобы после ввода предельных значений каждого важного параметра мы видели список каждого из них, который соответствует нашим требованиям.К сожалению, такой список невозможно составить — он огромен и будет меняться день ото дня по мере появления новых транзисторов и устаревания старых. Однако такие дистрибьюторские компании, как Avnet, Arrow, Digi-Key, Mouser, Premier Farnell и RS Components имеют на своих веб-сайтах системы параметрического поиска [13], которые позволяют нам делать то же самое с тем преимуществом, что, хотя они и не показывают все устройства в мире, те, которые они показывают, вероятно, будут легко доступны. У многих производителей тоже есть такие параметрические поисковые системы, которые даже более актуальны, но преимущество дистрибьюторских систем в том, что они позволяют нам сравнивать устройства многих производителей на одном сайте и, как правило, также дают некоторое представление фактической доступности.

Итак, ответ на вопрос — составить список необходимых параметров и выйти в онлайн. Поисковая система каждого дистрибьютора немного отличается, и, конечно, акции каждого дистрибьютора (и, возможно, цены) также различаются, поэтому, вероятно, лучше использовать более одного и сравнить результаты.

Мы уже обсудили, какие параметры выбрать, но перечислим основные по порядку: —

Полярность: — Канал NPN / N или Канал PNP / P?

Тип: — BJT или FET?

Рабочее напряжение: — Выберите минимальное безопасное значение BV ceo или BV ds

(Также может быть хорошей идеей выбрать максимальное значение, поскольку транзисторы с очень высоким напряжением могут иметь меньшее усиление и более высокое напряжение ce (sat) или R на и обязательно будут немного дороже.)

Максимальный ток: — Выберите значение ≥33% выше максимального ожидаемого тока коллектора / стока.

(Вам может потребоваться учесть пиковые переходные токи, а также максимальные установившиеся токи.)

Пакет: — Какой пакет, и распиновка вам нужен?

(Если устройство поставляется в нескольких упаковках, абсолютный максимальный ток и номинальная мощность могут отличаться в зависимости от выбранной упаковки — проверьте это.Также в руководстве по параметрическому выбору может не быть деталей о распиновке.)

Мощность: — Какое максимальное рассеивание?

(Помните, что коммутатор в выключенном состоянии рассеивает очень мало энергии, а когда он включен, большая часть мощности приходится на нагрузку, а не на сам коммутатор. высокая скорость.)

Необходимо определять вышеуказанные параметры всякий раз, когда мы выбираем транзистор.Остальные могут иметь решающее значение для одних приложений и не иметь значения для других, поэтому вы должны решить для себя, какие из них имеют значение для вашего приложения, и выбрать устройства, которые соответствуют вашим требованиям. Рассмотрите весь оставшийся список, но укажите только те, которые вам действительно интересны: —

Ток утечки: — I ce0 или I ds0

Коэффициент усиления по току: — β или h fe — Немного приложений требуют β≥ 100

Крутизна: — г FS — Требуется редко.

Пороговое напряжение затвора: — В gs (th) — Оно должно быть совместимо с уровнями любой логики, используемой для управления полевым МОП-транзистором в качестве переключателя, и не должно быть слишком большим, если полевой МОП-транзистор используется с низким напряжением питания. Напряжение.

Напряжение насыщения: — В ce (sat) — Важно только тогда, когда BJT используется как переключатель (логический или силовой).

При сопротивлении: — R на — Важно, когда полевой МОП-транзистор используется в качестве переключателя питания, но не обычно в усилителях или логических приложениях

Коэффициент шума: — NF — Важно только в усилителях (очень) малых сигналов или малошумящих генераторах.

Частота перехода: — f t — Важно только в ВЧ усилителях или генераторах.

Время переключения: — t (вкл.) & t (выкл.) Этот параметр редко имеет значение, за исключением транзисторов, используемых в быстрых логических интерфейсах и быстром переключении мощности.

Емкость: — C на , C на выходе и C fb (или их версии разных производителей.) — Эти параметры редко нужно указывать для приложений LF BJT, но поскольку полевые МОП-транзисторы могут иметь довольно большие значения C в , разумно поместить значения наихудшего случая в модели схем SPICE с дискретными полевыми МОП-транзисторами, чтобы гарантировать, что их емкость не является проблемой.

Когда вы введете выбранные вами параметры в поисковую систему, вы, если повезет, получите список устройств с нужными вам характеристиками. Если вы уверены, что правильно выбрали параметры, выберите от пяти до десяти самых дешевых, которые есть в наличии.Сделайте то же самое с еще парой поисковых систем дистрибьюторов, а затем сравните свои списки. Вы должны обнаружить, что они похожи — в таком случае выберите самое дешевое устройство, доступное у большинства поставщиков.

Получите SPICE-модель этого устройства и убедитесь, что она совместима с SPICE-симуляцией вашей конструкции. Если это так, создайте прототип оборудования с этим устройством и также проверьте его производительность. Если все в порядке, вы выбрали транзистор.

Однако, когда вы публикуете свой дизайн или отправляете его в производство, не указывайте устройство, которое вы выбрали, как если бы это был единственно возможный выбор.В спецификации должно быть написано что-то вроде: «Транзистор TR3 — это N-канальный MOSFET в корпусе TO-92 (распиновка sgd на контактах 1-2-3), его BV ds0 должен быть не менее + 25V, I ds. (макс.) не должно быть меньше 250 мА, В gs (th) должно быть в пределах 600 мВ — 1,8 В, а C в должно быть меньше 65 пФ. Большинство полевых МОП-транзисторов, отвечающих этому описанию, должны работать в этой схеме, но анализ SPICE и создание прототипов были выполнены с помощью 2Nxxxx. Анализ SPICE 2Nyyyy, 2Nzzzz и VNaaaa предполагает, что эти устройства также должны работать хорошо, но многие другие NMOSFET-транзисторы с аналогичными характеристиками также могут быть удовлетворительными.«Конечно, вам действительно стоит провести SPICE-анализ 2Nyyyy, 2Nzzzz и VNaaaa, которые, конечно, будут одними из самых дешевых и наиболее доступных устройств из вашего списка.

Аналогичная процедура применяется, если проект, который вы хотите использовать, вызывает 3N14159. и вы не можете его найти. Если у вас есть его данные, вам следует изучить схему и решить, какие из параметров устройства важны. Если вы не можете найти его данные, изучите схему и попытайтесь определить, какие параметры транзистора необходимы для правильной и безопасной работы.Попробуйте симуляцию SPICE, чтобы проверить работоспособность, но будьте немного консервативны в выборе бездымных (т.е.безопасных — не взорвется) значений напряжения пробоя, тока и мощности, поскольку это не ваша конструкция, и вы можете кое-что упустить. Используйте выбранные вами значения в параметрическом поиске с последующей проверкой программного и аппаратного обеспечения, как описано выше. Если все пойдет хорошо, у вас есть запасные части для 3N14159, и вам не придется ехать в Тимбукту [14].

Список литературы


  1. Компараторы и операционные усилители — пусть они никогда не встретятся
  2. Искусство электроники Пола Горовица и Уинфилда Хилла — Cambridge University Press (1989) ISBN-10: 0521370957
  3. Википедия: Транзистор
  4. Julius Lillienfield — Заявка на патент Канады CA272437 (1925) / Патент США US1745175 — Способ и устройство для управления электрическими токами 1930-01-28
  5. John Bardeen & Walter Brattain: — Патент США US2524035 — Трехэлектродный элемент схемы, использующий полупроводниковые материалы, 1948-02-26 (выпущен 1950-10-03) и Уильям Шокли: — Патент США US2569347 — Элемент схемы, использующий полупроводниковый материал 1948-06 -26 (выдан 25.09.1951)
  6. Электор
  7. У каждого инженера должна быть коробка с использованными компонентами, оставшимися от предыдущих проектов, в качестве источника неожиданно необходимых деталей для новых.В идеале у них должен быть разумный набор вещей, но не настолько, чтобы их было трудно искать. Спичечный коробок слишком мал, 40-футовый интермодальный контейнер обычно слишком велик (если вы не морской инженер, работающий на морских буровых установках).
  8. Разработчики интегральных схем слишком часто делают это при написании технических описаний. Вместо того, чтобы указывать общую часть, они указывают ту, которую они фактически использовали — это был предпроизводственный образец стартапа в Тимбукту, который обанкротился в 1976 году, или что-то столь же нелепое.Это одна из причин высокого уровня безумия среди прикладных инженеров, которым приходится убеждать клиентов в том, что использование заменителя на самом деле не является признанием поражения и не может ускорить Армагедон или дождь из лягушек и рыб.
  9. «Прочтите дружественный технический паспорт!»
  10. В этих ссылках обсуждается тепловой шум и коэффициенты шума в контексте резисторов и операционных усилителей, но физика в равной степени применима и для транзисторов:
  11. Cadence отлично справляется с
  12. Назван в честь Джона Милтона Миллера, который впервые описал его действие в 1920 году.Миллер, конечно, работал с термоэмиссионными клапанами (лампами), но название и эффект до сих пор актуальны для полупроводниковых триодов (BJTs & FETs).
  13. GP-BJT и MOSFET, Avnet
  14. На самом деле я всегда хотел поехать в Тимбукту — там есть древний университет, и нужно увидеть архитектуру, чтобы поверить — и теперь, когда Аль-Каида изгнана, я планирую возможный визит в следующем году. Но я не ожидаю найти полупроводники: верблюдов, туарегов, финики, кус-кус, песок и фантастическое исламское искусство — но не фабрику транзисторов.
Ремонт

— Как найти замену транзистору?

Обратите внимание, что BC106, вполне возможно, никогда не существовал — см. «BC106, где ты?» обратите внимание в конце этого ответа.

Наиболее важные параметры небольших биполярных транзисторов (например, ваших двух) —

  • Максимально допустимое напряжение коллектора (Vc или Vce или Vceo)
  • Максимально допустимый ток коллектора (Ic или Ic или …)
  • Минимальные и типичные значения усиления по току (= «Бета»)
  • NPN или PNP
  • Упаковка может иметь значение
  • Рассеивание мощности может иметь значение.

Если вы используете деталь, которая имеет, по крайней мере, такое же значение Vc max или выше, по крайней мере, такое же значение Ic max или выше и такое же или большее типичное усиление по току, тогда транзистор будет приемлемо работать в большинстве схем. Существуют особые требования, на которые влияет ряд других параметров, но в большинстве случаев вам не нужно о них беспокоиться.

Вы можете найти многие из транзисторов Digikey здесь
или вы можете начать с начала и поискать на всем сайте Digikey с описанием BC107 здесь.

Вы можете использовать тот же метод для своего 2N3634, если знаете его параметры.

Стоит отметить, как пришел к вышеуказанному поиску транзисторов.
Я просто ввел «транзистор» (без кавычек) в поле поиска на верхнем уровне, затем щелкнул «Транзисторы (BJT) — одиночные (13 797 элементов)», и это привело меня на страницу поиска транзисторов выше

Следующим по важности параметром является «Ft» — эффективная максимальная рабочая частота (хотя транзистор на этой частоте не нужен).Если вам нужно позаботиться о Ft, скорее всего, вы должны показать нам свою схему и рассказать, что вы собираетесь делать, а затем попросить совета.

Хороший источник (один из многих) информации о доступных в США транзисторах можно найти в онлайн-каталоге Digikeys. Он позволяет вам выбрать Vc, Ic, Beta, Ft и т. Д. Будет ли полезны вам компоненты, зависит от того, в какой стране вы находитесь.

Полезный сайт, который позволяет искать сразу в каталогах 20+ поставщиков — www.findchips.com. Поиск BC106 на этом сайте возвращает

.

показывает, что 7 поставщиков (вероятно) имеют его в наличии — НО оказывается, что ни один из имеющихся на складе не является транзистором, который вам нужен — код BC106 также появляется в других номерах деталей :-(.

Вместо того, чтобы пытаться отследить один на этом этапе, я отмечу, что
Digikey продает BC107 = 45 В, 100 мА, NPN, бета = 200, рассеивание 300 мА, бета =? здесь
Используется металлический корпус TO18 старого образца, но рассеиваемая мощность ниже, чем у большинства выводных устройств в пластиковом корпусе.

Используя страницу выбора транзисторов Digikeys, как упомянуто выше, и выбрав транзисторы со спецификациями, по крайней мере, такими же хорошими, как указано выше, и используя корпус с выводами TO18 или TO92 (пластик), было получено 51 вариант. Из них самый дешевый в наличии в единицах — это BC337-40, NPN, 45 В, 800 мА, Beta = 250, FT = 100 МГц, корпус TO92, рассеиваемая мощность 625 мВт. Вероятно, в большинстве случаев он станет отличной заменой BC107.
Также подходят версии MPSA18, ZTX692, ZTX694 и 2SC29250.


Обратите внимание, что выше я упустил некоторые детали, которые на данном этапе скорее могут запутать, чем помочь.
например, Beta обычно указывается при указанном токе.


BC106 где ты ?:

Кажется возможным, что BC106 никогда не существовало. BC100 сделал, а BC107 сделал. Некоторые схемы относятся к BC106, но это не гарантирует его существования.

Очень вероятно, что если вы используете BC337-40 или аналогичный, он будет очень хорошо работать с исходной схемой, НО просмотр схемы будет даже лучше.

В качестве примера затухания мозга и BC106 это обсуждение с 2009 года относится к BC106, предположительно на принципиальной схеме здесь НО , когда я смотрю, я обнаруживаю, что в схеме используется BC107.

SO BC106 вероятно (но не обязательно) не существует. Некоторые схемы ссылаются на него, но нет доступных (пока) таблиц данных, и в моем руководстве (книге) начала 1970-х его нет. Ссылки на схемы, скорее всего, ошибочны.

Для почтенного Phillips 1977 BC107-BC109 см. Техническое описание.

1989 SGS Thomson техническое описание здесь

% PDF-1.2 % 1269 0 объект > эндобдж xref 1269 125 0000000016 00000 н. 0000002875 00000 н. 0000003052 00000 н. 0000003193 00000 п. 0000006435 00000 н. 0000006597 00000 н. 0000006666 00000 н. 0000006766 00000 н. 0000006922 00000 н. 0000007088 00000 н. 0000007263 00000 н. 0000007391 00000 п. 0000007583 00000 н. 0000007694 00000 п. 0000007810 00000 п. 0000007939 00000 п. 0000008062 00000 н. 0000008192 00000 н. 0000008319 00000 н. 0000008456 00000 н. 0000008602 00000 н. 0000008755 00000 н. 0000008902 00000 н. 0000009052 00000 н. 0000009199 00000 н. 0000009348 00000 п. 0000009497 00000 н. 0000009643 00000 п. 0000009788 00000 н. 0000009930 00000 н. 0000010072 00000 п. 0000010215 00000 п. 0000010352 00000 п. 0000010490 00000 п. 0000010628 00000 п. 0000010769 00000 п. 0000010906 00000 п. 0000011044 00000 п. 0000011184 00000 п. 0000011322 00000 п. 0000011489 00000 п. 0000011643 00000 п. 0000011758 00000 п. 0000011899 00000 п. 0000012092 00000 п. 0000012225 00000 п. 0000012358 00000 п. 0000012486 00000 п. 0000012617 00000 п. 0000012756 00000 п. 0000012894 00000 п. 0000013028 00000 п. 0000013161 00000 п. 0000013288 00000 п. 0000013421 00000 п. 0000013568 00000 п. 0000013703 00000 п. 0000013858 00000 п. 0000014007 00000 п. 0000014157 00000 п. 0000014305 00000 п. 0000014451 00000 п. 0000014578 00000 п. 0000014741 00000 п. 0000014933 00000 п. 0000015073 00000 п. 0000015189 00000 п. 0000015357 00000 п. 0000015462 00000 п. 0000015632 00000 п. 0000015811 00000 п. 0000015929 00000 п. 0000016056 00000 п. 0000016255 00000 п. 0000016379 00000 п. 0000016504 00000 п. 0000016680 00000 п. 0000016798 00000 п. 0000016932 00000 п. 0000017091 00000 п. 0000017257 00000 п. 0000017420 00000 п. 0000017610 00000 п. 0000017720 00000 п. 0000017838 00000 п. 0000017987 00000 п. 0000018128 00000 п. 0000018281 00000 п. 0000018414 00000 п. 0000018546 00000 п. 0000018701 00000 п. 0000018839 00000 п. 0000018972 00000 п. 0000019091 00000 п. 0000019236 00000 п. 0000019380 00000 п. 0000019521 00000 п. 0000019655 00000 п. 0000019798 00000 п. 0000019932 00000 п. 0000020068 00000 н. 0000020191 00000 п. 0000020347 00000 п. 0000020499 00000 н. 0000020673 00000 п. 0000020839 00000 п. 0000020996 00000 н. 0000021121 00000 п. 0000021275 00000 п. 0000021392 00000 п. 0000021542 00000 п. 0000022709 00000 п. 0000024036 00000 п. 0000024237 00000 п. 0000024824 00000 п. 0000025035 00000 п. 0000026211 00000 п. 0000027383 00000 п. 0000027594 00000 п. 0000028007 00000 п. 0000029686 00000 п. 0000029834 00000 п. 0000030819 00000 п. 0000003236 00000 н. J Ը¹ ׇ +) / P -60 >> эндобдж 1272 0 объект > эндобдж 1392 0 объект > транслировать 7 $ & -_- IED0 [wY9dI3҈ & Bj & aX> TL # eldbrd `矺 c1hajOn + mb>% M0mp-H9Q (pr

Расчеты смещения транзистора

| Транзисторы с биполярным переходом

Хотя схемы переключения транзисторов работают без смещения, для аналоговых схем необычно работать без смещения.Один из немногих примеров — «TR One, одно транзисторное радио» TR One, Ch 9 с усиленным детектором AM (амплитудной модуляцией). Обратите внимание на отсутствие резистора смещения на базе в этой цепи. В этом разделе мы рассмотрим несколько основных схем смещения, которые могут установить выбранный IE тока эмиттера. При желаемом токе эмиттера IE, какие номиналы резисторов смещения требуются, RB, RE и т. Д.?

Базовый резистор смещения

В простейшем смещении используется резистор смещения базы между базой и базовой батареей V BB . Удобно использовать существующий источник питания VCC вместо нового источника напряжения смещения. Примером каскада аудиоусилителя, использующего смещение базы, является «Кристаллический радиоприемник с одним транзистором. . . Кристалл радиоприемника, Ch 9. Обратите внимание на резистор от базы до клеммы аккумулятора. Аналогичная схема изображена на рисунке ниже. Напишите уравнение KVL (закон напряжения Кирхгофа) для контура, содержащего батарею, RB и падение диода VBE на транзисторе, как показано на рисунке ниже. Обратите внимание, что мы используем VBB для базового питания, хотя на самом деле это VCC.Если β велико, мы можем сделать приближение IC = IE. Для кремниевых транзисторов ВБЭ≅0,7В.

Базовое смещение

Кремниевые малосигнальные транзисторы обычно имеют β в диапазоне 100–300.

Пример расчета:

Предполагая, что у нас есть транзистор с β = 100, какое значение резистора смещения базы требуется, чтобы обеспечить ток эмиттера 1 мА? Решение уравнения базового смещения IE для RB и замена β, VBB, VBE и IE дает 930 кОм.Ближайшее стандартное значение — 910 кОм.

Какой ток эмиттера с резистором 910 кОм? Каков ток эмиттера, если мы случайно получим транзистор β = 300?

Ток эмиттера мало изменяется при использовании резистора стандартного номинала 910 кОм. Однако при изменении β от 100 до 300 ток эмиттера утроился. Это неприемлемо для усилителя мощности, если мы ожидаем, что напряжение коллектора будет колебаться от около VCC до около земли. Однако для сигналов низкого уровня от микровольт до примерно вольт точка смещения может быть центрирована для β квадратного корня из (100 · 300) = 173.Точка смещения все равно будет сильно смещаться. Однако сигналы низкого уровня не будут обрезаться.

Базовое смещение не подходит для высоких эмиттерных токов, используемых в усилителях мощности. Ток эмиттера, смещенный к базе, нестабилен по температуре.

Термический разгон является результатом высокого эмиттерного тока, вызывающего повышение температуры, которое вызывает увеличение эмиттерного тока, что еще больше увеличивает температуру.

Смещение коллектора-обратной связи

Вариации смещения из-за температуры и бета можно уменьшить, переместив конец VBB резистора смещения базы к коллектору, как показано на рисунке ниже.Если ток эмиттера увеличился, падение напряжения на RC увеличилось, уменьшив VC, уменьшив IB, возвращаемое на базу. Это, в свою очередь, уменьшает ток эмиттера, корректируя первоначальное увеличение.

Напишите уравнение KVL для контура, содержащего батарею, RC, RB и каплю VBE. Заменить IC≅IE и IB≅IE / β. Решение IE дает уравнение смещения IE CFB. Решение IB дает уравнение IB CFB-bias.

Смещение обратной связи коллектора.

Пример расчета:

Найдите требуемый резистор смещения обратной связи коллектора для тока эмиттера 1 мА, а 4.Коллекторный нагрузочный резистор 7К, а транзистор с β = 100. Найдите напряжение коллектора VC. Это должно быть примерно посередине между VCC и землей.

Ближайшее стандартное значение резистора смещения обратной связи коллектора 460 кОм составляет 470 кОм. Найдите ток эмиттера IE с резистором 470 кОм. Пересчитайте ток эмиттера для транзистора с β = 100 и β = 300.

Мы видим, что при изменении бета от 100 до 300 ток эмиттера увеличивается с 0,989 мА до 1.48 мА. Это улучшение по сравнению с предыдущей схемой базового смещения, которая увеличилась с 1,02 мА до 3,07 мА. Смещение обратной связи коллектора в два раза стабильнее, чем базовое смещение, в отношении бета-вариации.

Эмиттер-смещение

Вставка резистора RE в схему эмиттера, как показано на рисунке ниже, вызывает вырождение , также известное как отрицательная обратная связь . Это препятствует изменению тока эмиттера IE из-за изменений температуры, допусков резистора, бета-изменения или допуска источника питания.Типовые допуски следующие: резистор — 5%, бета — 100-300, блок питания — 5%. Почему эмиттерный резистор может стабилизировать изменение тока? Полярность падения напряжения на RE обусловлена ​​коллекторной батареей VCC. Конец резистора, ближайший к (-) клемме батареи, — (-), конец, ближайший к клемме (+), — это (+). Обратите внимание, что (-) конец RE подключен через батарею VBB и RB к базе. Любое увеличение тока, протекающего через RE, увеличит величину отрицательного напряжения, приложенного к цепи базы, уменьшив ток базы, уменьшив ток эмиттера.Этот уменьшающийся ток эмиттера частично компенсирует первоначальное увеличение.

Эмиттер-смещение

Обратите внимание, что батарея смещения базы VBB используется вместо VCC для смещения базы на рисунке выше. Позже мы покажем, что смещение эмиттера более эффективно при использовании батареи с более низким базовым смещением. Между тем, мы пишем уравнение КВЛ для контура через цепь база-эмиттер, обращая внимание на полярность компонентов. Подставляем IB≅IE / β и решаем ток эмиттера IE.Это уравнение может быть решено для RB, уравнение: RB emitter-bias, рисунок выше.

Перед применением уравнений: RB emitter-bias и IE emitter-bias, рисунок выше, нам нужно выбрать значения для RC и RE. RC связан с питанием коллектора VCC и желаемым током коллектора IC, который, как мы предполагаем, приблизительно равен току эмиттера IE.

Обычно точка смещения для VC устанавливается равной половине VCC. Однако его можно установить выше, чтобы компенсировать падение напряжения на эмиттерном резисторе RE.Ток коллектора — это то, что мы требуем или выбираем. Он может варьироваться от микроампер до ампер в зависимости от приложения и номинала транзистора. Выбираем IC = 1 мА, что типично для схемы на малосигнальном транзисторе.

Пример расчета:

Рассчитываем значение RC и выбираем близкое стандартное значение. Эмиттерный резистор, который составляет 10-50% резистора нагрузки коллектора, обычно работает хорошо.

Резистор 883 кОм был рассчитан для RB, выбрано 870 кОм.При β = 100 IE составляет 1,01 мА.

Для β = 300 токи эмиттера показаны в таблице ниже.

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300.

Цепь смещения IC β = 100 IC β = 300
базовое смещение 1,02 мА 3,07 мА
смещение обратной связи коллектора 0,989 мА 1,48 мА
эмиттер-смещение, В BB = 10 В 1.01 мА 2,76 мА

Таблица выше показывает, что для VBB = 10 В смещение эмиттера не очень хорошо стабилизирует ток эмиттера. Пример смещения эмиттера лучше, чем предыдущий пример смещения базы, но не намного. Ключом к эффективному смещению эмиттера является снижение базового напряжения VBB ближе к величине смещения эмиттера.

Округление, равное умножению тока эмиттера на резистор эмиттера: IERE = (1 мА) (470) = 0,47 В. Кроме того, нам нужно преодолеть VBE = 0.7V. Таким образом, нам нужен VBB> (0,47 + 0,7) В или> 1,17 В. Если ток эмиттера отклоняется, это число изменится по сравнению с фиксированным базовым питанием VBB, вызывая корректировку базового тока IB и эмиттерного тока IE. Хорошее значение для VB> 1,17 В — 2 В.

Расчетный базовый резистор 83 кОм намного ниже, чем у предыдущего 883 кОм. Выбираем 82к из списка стандартных значений. Токи эмиттера с РБ 82 кОм для β = 100 и β = 300 составляют:

Сравнивая токи эмиттера для смещения эмиттера с VBB = 2 В при β = 100 и β = 300 с предыдущими примерами схемы смещения в таблице ниже, мы видим значительное улучшение при 1.75 мА, однако, не так хорошо, как 1,48 мА обратной связи коллектора.

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300.

Цепь смещения IC β = 100 IC β = 300
базовое смещение 1,02 мА 3,07 мА
смещение обратной связи коллектора 0,989 мА 1,48 мА
эмиттер-смещение, В BB = 10 В 1,01 мА 2.76 мА
эмиттер-смещение, В BB = 2 В 1,01 мА 1,75 мА

Чтобы улучшить характеристики эмиттерного смещения, либо увеличьте резистор эмиттера RE, либо уменьшите подачу базового смещения VBB, либо и то, и другое.

В качестве примера мы удвоим резистор эмиттера до ближайшего стандартного значения 910 Ом.

Вычисленное RB = 39 кОм — резистор стандартного номинала. Нет необходимости пересчитывать IE для β = 100. Для β = 300 это:

Характеристики цепи эмиттерного смещения с эмиттерным резистором 910 значительно улучшены.См. Таблицу ниже.

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300.

Цепь смещения IC β = 100 IC β = 300
базовое смещение 1,02 мА 3,07 мА
смещение обратной связи коллектора 0,989 мА 1,48 мА
эмиттер-смещение, В BB = 10 В 1,01 мА 2,76 мА
эмиттер-смещение, В BB = 2 В, R E = 470 1.01 мА 1,75 мА
эмиттер-смещение, В BB = 2 В, R E = 910 1,00 мА 1,25 мА

В качестве упражнения переработайте пример смещения эмиттера с резистором эмиттера, возвращенным обратно на 470 Ом, а напряжение смещения базы уменьшено до 1,5 В.

Базовый резистор 33 кОм — стандартное значение, ток эмиттера при β = 100 в порядке. Ток эмиттера при β = 300 составляет:

В таблице ниже сравниваются результаты упражнений 1 мА и 1.38 мА к предыдущим примерам.

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300.

Цепь смещения IC β = 100 IC β = 300
базовое смещение 1,02 мА 3,07 мА
смещение обратной связи коллектора 0,989 мА 1,48 мА
эмиттер-смещение, В BB = 10 В 1,01 мА 2,76 мА
эмиттер-смещение, В BB = 2 В, R B = 470 1.01 мА 1,75 мА
смещение эмиттера, В BB = 2 В, R B = 910 1,00 мА 1,25 мА
эмиттер-смещение, В BB = 1,5 В, R B = 470 1,00 мА 1,38 мА

Уравнения смещения эмиттера повторены на рисунке ниже с включенным внутренним сопротивлением эмиттера для большей точности. Внутреннее сопротивление эмиттера — это сопротивление в цепи эмиттера внутри корпуса транзистора.Это внутреннее сопротивление rEE является значительным, когда (внешний) эмиттерный резистор RE мал или даже равен нулю. Значение внутреннего сопротивления REE является функцией тока эмиттера IE, таблица ниже.

Получение r EE

 r  EE  = KT / I  E  м, где: K = 1,38 × 10 -23  ватт-сек /  o  C, постоянная Больцмана T = температура в Кельвинах ≅300. I  E  = ток эмиттера m = изменяется от 1 до 2 для кремния r  EE  ≅ 0.026V / I  E  = 26 мВ / I  E  

Для справки приближение 26 мВ указано как уравнение rEE на рисунке ниже.

Уравнения смещения эмиттера с внутренним сопротивлением эмиттера rEE.

Более точные уравнения смещения эмиттера на рисунке выше могут быть получены путем записи уравнения KVL. В качестве альтернативы, начните с уравнений IE emitter-bias и RB emitter-bias на рисунке выше, заменив RE на rEE + RE. Результатом являются уравнения IE EB и RB EB соответственно на рисунке выше.

Повторите вычисление RB в предыдущем примере смещения эмиттера с включением rEE и сравните результаты.

Включение rEE в расчет приводит к более низкому значению базового резистора RB, как показано в таблице ниже. Он падает ниже стандартного значения резистора 82 кОм, а не выше него.

Влияние включения РЭЭ на расчетную РБ

r EE ? r EE Значение
Без r EE 83к
С r EE 80.4к

Байпасный конденсатор для RE

Одна из проблем со смещением эмиттера заключается в том, что значительная часть выходного сигнала пропускается через резистор эмиттера RE (рисунок ниже). Это падение напряжения на эмиттерном резисторе идет последовательно с базой и имеет противоположную полярность по сравнению с входным сигналом. (Это похоже на обычную конфигурацию коллектора с коэффициентом усиления <1). Это ухудшение сильно снижает коэффициент усиления от базы к коллектору. Решением для усилителей сигналов переменного тока является обход эмиттерного резистора с помощью конденсатора.Это восстанавливает усиление переменного тока, поскольку конденсатор не подходит для сигналов переменного тока. Постоянный ток эмиттера все еще испытывает вырождение в эмиттерном резисторе, таким образом стабилизируя постоянный ток.

Cbypass требуется для предотвращения снижения усиления переменного тока.

Величина байпасного конденсатора зависит от самой низкой частоты, которую нужно усилить.

Для радиочастот Cbpass было бы мало. Для аудиоусилителя с диапазоном частот до 20 Гц он будет большим.«Практическое правило» для байпасного конденсатора заключается в том, что реактивное сопротивление должно быть 1/10 сопротивления эмиттера или меньше. Конденсатор должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать самую низкую усиливаемую частоту. Конденсатор для аудиоусилителя с диапазоном частот от 20 Гц до 20 кГц будет:

.

Обратите внимание, что внутреннее сопротивление эмиттера rEE не обходится байпасным конденсатором.

Делитель напряжения смещения

Для стабильного смещения эмиттера требуется источник смещения базы низкого напряжения, как показано на рисунке ниже.Альтернативой базовому источнику питания VBB является делитель напряжения, основанный на питании коллектора VCC.

Делитель напряжения смещения заменяет базовую батарею делителем напряжения.

Методика проектирования состоит в том, чтобы сначала разработать схему смещения эмиттера, а затем преобразовать ее в конфигурацию смещения делителя напряжения с помощью теоремы Тевенина. [TK1] Шаги графически показаны на рисунке ниже. Изобразите делитель напряжения без назначения значений. Отсоедините перегородку от основания.(База транзистора — это нагрузка.) Примените теорему Тевенина, чтобы получить одно эквивалентное сопротивление Тевенина Rth и источник напряжения Vth.

Теорема Тевенина преобразует делитель напряжения на однополярное питание Vth и сопротивление Rth.

Эквивалентное сопротивление Тевенина — это сопротивление от точки нагрузки (стрелка) с аккумулятором (VCC), уменьшенным до 0 (земля). Другими словами, R1 || R2. Эквивалентное напряжение Тевенина — это напряжение холостого хода (нагрузка снята). Этот расчет выполняется методом коэффициента делителя напряжения.R1 получается путем исключения R2 из пары уравнений для Rth и Vth. Уравнение R1 выражается в известных величинах Rth, Vth, Vcc. Обратите внимание, что Rth — это RB, резистор смещения из конструкции эмиттерного смещения. Уравнение для R2 выражается через R1 и Rth.

Преобразуйте этот предыдущий пример смещения эмиттера в смещение делителя напряжения.

Пример преобразования эмиттерного смещения в смещение делителя напряжения.

Эти значения были ранее выбраны или рассчитаны для примера смещения эмиттера

Подстановка VCC, VBB, RB дает R1 и R2 для конфигурации смещения делителя напряжения.

R1 — стандартное значение 220К. Ближайшее стандартное значение R2, соответствующее 38,8k, составляет 39k. Это не меняет IE настолько, чтобы мы могли его вычислить. Примеры проблем 1. Рассчитайте резисторы смещения для каскодного усилителя, показанного на рисунке ниже. VB2 — напряжение смещения для каскада с общим эмиттером. VB1 — это довольно высокое напряжение на уровне 11,5, потому что мы хотим, чтобы каскад с общей базой удерживал на эмиттере 11,5-0,7 = 10,8 В, около 11 В. (Это будет 10 В с учетом падения напряжения на RB1.) То есть каскад с общей базой является нагрузкой, заменяющей резистор, для коллектора каскада с общим эмиттером. Нам нужен ток эмиттера 1 мА.

Смещение для каскодного усилителя.

2. Преобразуйте базовые резисторы смещения для каскодного усилителя в резисторы смещения делителя напряжения, управляемые напряжением VCC 20 В.

Окончательная принципиальная схема показана в главе «Практические аналоговые схемы», «Каскодный усилитель класса А. . . ”Каскод, гл. 9.

ОБЗОР:

  • См. Рисунок ниже.
  • Выбор конфигурации цепи смещения
  • Выберите RC и IE для предполагаемого приложения. Значения RC и IE обычно должны устанавливать напряжение коллектора VC равным 1/2 от VCC.
  • Рассчитайте резистор базы RB для достижения желаемого тока эмиттера.
  • При необходимости пересчитайте ток эмиттера IE для резисторов стандартного номинала.
  • Для смещения делителя напряжения сначала выполните расчеты смещения эмиттера, а затем определите R1 и R2.
  • Для усилителей переменного тока байпасный конденсатор, включенный параллельно с RE, улучшает усиление переменного тока.Установите XC≤0,10RE для минимальной частоты.

Сводка уравнений смещения.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Выбор дискретных транзисторов [Analog Devices Wiki]

Джеймс Брайант

Один из распространенных вопросов, которые задают автору и его коллегам из отдела приложений: «В примечании к применению для XXXX требуется транзистор 3N14159 — где я могу его получить?» Исследования показывают, что 3N14159 был устаревшим в течение многих лет — или его можно получить (при минимальном заказе в 1 000 000 штук) со сроком выполнения заказа 21 месяц на заводе в Тимбукту.Правильный вопрос — не «Где мне взять это конкретное устройство?» но «Какие другие, легко доступные устройства будут работать в этом приложении?»

Существуют десятки тысяч, возможно, сотни тысяч различных типов дискретных транзисторов, и почти всегда в системе есть несколько мест, где дискретный транзистор необходим. Что мы выбираем и почему?

Для многих приложений нет необходимости выбирать какой-либо конкретный транзистор — достаточно использовать первый подходящий, который попадется под руку.Как правильно выбрать транзистор, не тратя время на ненужные детали?

Мы не будем здесь обсуждать физику транзисторов. Существует множество учебников, в которых дается хорошее изложение основ, и есть бесчисленное множество других книг и статей, посвященных как основным принципам, так и подробным исследованиям конкретных вопросов. Но нам действительно нужно знать, что они делают, и может быть полезно узнать немного о том, почему они ведут себя именно так, поэтому мы немного поговорим о транзисторных структурах.

ТРАНЗИСТОРЫ

Транзистор — это твердотельное трехполюсное усилительное устройство. Для входных и выходных сигналов имеется общая клемма, а сигнал на одной из оставшихся клемм управляет током на другой.

Рисунок 1 Основная функция транзистора

Существует два основных типа транзисторов — транзисторы с биполярным переходом и полевые транзисторы, известные соответственно как BJT и FET.

Однако самый основной вопрос при выборе транзистора заключается не в том, BJT это или полевой транзистор, а в его полярности — используется ли его выходной вывод положительным или отрицательным по отношению к его общему выводу? Если ответ положительный, нам нужен NPN BJT или N-канальный полевой транзистор, в противном случае нам нужен PNP или P-канал.Это критически важно, но настолько очевидно, что дальнейшего обсуждения этой темы не требуется. В остальной части статьи, за исключением случаев, когда конкретно рассматривается этот вопрос, мы будем использовать положительные случаи (NPN & N-канал) для всех наших примеров.

Хотя полевые транзисторы были продемонстрированы и запатентованы почти на двадцать лет раньше, чем биполярные транзисторы 1 , первые практические транзисторы были биполярными 2 . Транзистор NPN состоит из тонкой базы полупроводника P-типа, зажатой между двумя областями N-типа, эмиттером и коллектором.Если ток течет от базы к эмиттеру и на коллекторе присутствует положительное смещение, в коллекторе протекает больший ток, пропорциональный току базы.

Рисунок 2 Биполярный переходной транзистор NPN (BJT)

Из рисунка 2 мы видим, что BJT — это усилитель тока — выходной ток в ß раз превышает входной ток, а ß может незначительно изменяться в зависимости от базового тока, так что усилитель не является полностью линейным. (Ss или h fe — это коэффициент усиления по току транзистора.Входное сопротивление не является ни низким, ни линейным, поэтому мы также можем рассматривать BJT как усилитель I out / V в (крутизна) с кремниевым диодом в качестве входного устройства. Понятно, что чем больше значение ß, тем лучше усилитель тока. Для большинства приложений достаточно минимального значения 80–100, но нередки значения, превышающие несколько сотен. (Возможны «супер-бета» транзисторы с ß до нескольких тысяч, но они имеют очень узкую базовую область и низкие напряжения пробоя и настолько хрупки, что используются редко, за исключением аналоговых интегральных схем.)

Существует два типа полевых транзисторов, полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET), более часто, но менее точно, называемые металлооксидно-кремниевыми полевыми транзисторами (MOSFET), которые я буду использовать здесь, и оба имеют любую полярность. (N-канал для положительного питания, P-канал для отрицательного). Полевые транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление (но их входная емкость может быть довольно большой — десятки или даже сотни пФ ) и, следовательно, являются устройствами крутизны (I из / В в ).

Сегодня MOSFET — более распространенное устройство. Версия с N-каналом состоит из полоски кремния P-типа с двумя диффузорами N-типа. Поверх полоски между диффузорами находится очень тонкий слой диоксида кремния (или другого изолятора), покрытый проводящей пленкой (обычно из алюминия или поликристаллического кремния). Положительный потенциал на этом проводящем затворе приводит к тому, что материал P-типа непосредственно под изолятором становится N-типом, соединяя диффузию стока и истока и позволяя току течь.Сила тока зависит от приложенного напряжения, поэтому устройство работает как усилитель, а также как переключатель.

Рис.3 МОП-транзистор с N-канальным режимом расширения

Обычно полевые МОП-транзисторы относятся к этому типу — отключены при несмещении и включены напряжением смещения. Такие устройства известны как устройства расширенного режима. Однако можно сделать полевые транзисторы, которые включаются без смещения и выключаются отрицательным (положительным для P-канала) напряжением. Все JFET (переходные полевые транзисторы) относятся к этому типу, но есть и некоторые MOSFET в режиме истощения.

MOSFET в режиме истощения имеет неглубокую диффузию под оксидом затвора, соединяя сток и исток и позволяя току течь без смещения затвора. Когда затвор смещен отрицательно (для N-канала), эта диффузия ограничивается результирующим электрическим полем, и устройство перестает проводить.

Рисунок 4 МОП-транзистор с N-канальным режимом истощения

N-канальный JFET состоит из полоски кремния N-типа с соединениями (сток и исток) на каждом конце и диффузией затвора P-типа между ними.Без смещения на затворе ток может течь в канале N-типа ниже диффузионного. Когда затвор смещен отрицательно, зона истощения расширяется, заполняя канал, и ток стока прекращается.

Рисунок 5 JFET-транзистор с N-канальным режимом истощения

ВЫБОР ТРАНЗИСТОРОВ

Для большинства транзисторных приложений общего назначения нам нужны непроводящие устройства с нулевым смещением на управляющем входе (база или затвор). Такими устройствами являются полевые транзисторы BJT или полевые МОП-транзисторы в режиме улучшения.В оставшейся части этой статьи не будут рассматриваться полевые транзисторы в режиме истощения — хотя они являются ценными компонентами в ряде приложений, они настолько менее распространены, чем BJT и устройства режима улучшения, что отдельный раздел для них на самом деле не нужен, особенно когда большая часть Вопросы, которые мы обсудим, являются общими для всех транзисторов любого типа.

Итак, нам нужен транзистор. Мы знаем, является ли его питание положительным или отрицательным, и поэтому, нужно ли нам устройство с каналом NPN / N или с каналом PNP / P.Но нужен ли нам BJT или MOSFET?

Во многих случаях это не имеет значения. Дискретные полевые МОП-транзисторы, возможно, на десять или двадцать процентов дороже, чем биполярные транзисторы, но им не нужны базовые резисторы, которые стоят дорого и занимают дорогую площадь на плате. Они немного более уязвимы к электростатическим повреждениям ( ESD ) во время обращения, но они не потребляют базовый ток и не нагружают цепи постоянного тока (поскольку они имеют относительно большую входную емкость, они могут вызвать проблемы емкостной нагрузки в более высокочастотных цепях).Когда-то пороговое напряжение затвора (значение В gs , при котором полевой МОП-транзистор начинает проводить) составляло несколько вольт, поэтому их нельзя было использовать с очень низкими напряжениями питания, но сегодня пороговые напряжения многих устройств равны сравнимо с базовым напряжением включения 0,7 В кремниевого биполярного транзистора. Так что, где нам нужен усилитель или логический переключатель, нам, вероятно, все равно.

Но вход BJT — кремниевый диод. Мы можем использовать его тепловые свойства для измерения температуры, а его высокий ток при избыточном возбуждении действует как фиксирующая или ограничивающая цепь, поэтому в некоторых схемах мы должны иметь BJT.

В течение примерно двадцати лет журнал Elektor 3 публиковал схемы, созданные на основе транзисторов, которые он называет TUN и TUP («Transistor Universal NPN» и «Transistor Universal PNP»). Эти транзисторы являются кремниевыми планарными BJT, и любой транзистор, который превышает следующие спецификации, соответствует требованиям:

Устройство Тип BV ceo I c (макс.) ß [h fe ] (мин.) P до (макс.) f t (Мин.)
TUN NPN 20 V 100 мА 100 100 мВт 100 МГц
TUP PNP -20 V -100 мА 100 100 мВт 100 МГц

Подходят самые дешевые кремниевые малосигнальные транзисторы.Я должен предложить добавить в список MUN и MUP («универсальный N-канал MOSFET» и «универсальный P-канал MOSFET») — и самые дешевые малые полевые МОП-транзисторы соответствуют этой спецификации:

61/ на t off (макс.)
Устройство Тип BV DS I c (макс.) V GS (th) P tot (Max)
MUN N-канал 20 V 100 мА 0.5 В до 2 В 100 мВт 20 нСм
MUP P-канал -20 В -100 мА -0,5 В до -2В 100 мВт 20 нС

Большинство версий SPICE содержат стандартные BJT и MOSFET, похожие на эти «универсальные» устройства. Поэтому при разработке системы, содержащей дискретные малосигнальные транзисторы, используйте эти обобщенные схемы на этапе проектирования и выберите наиболее удобный ( i.е. Лучшая комплектация, доступность и невысокая стоимость) при заказе. Однако при публикации или описании дизайна используйте общую терминологию, чтобы было ясно, что точный выбор устройства вряд ли будет иметь значение.

Конечно, многие конструкции не могут использовать эти стандартные устройства — некоторые спецификации должны выходить за рамки простого стандарта. В таких случаях укажите исключения, например: —

MUN кроме выше BV DS = 250 В

ТУП кроме выше ß = 200

Когда в опубликованном проекте используется конкретный транзистор, разумно подумать, необходимо ли выбранное устройство для этого проекта или это был просто первый транзистор, выпавший из ящика для мусора 4 , когда конструктор построил свой прототип 5 .Изучите технический паспорт (если транзистор настолько загадочен, что вы не можете найти технический паспорт, изучите схему, в которой он используется): —

  1. Есть ли у устройства какие-то необычные характеристики?

  2. Используется ли эта характеристика в схеме?

  3. Ожидаете ли вы, что схема будет работать с TUN / TUP?

  4. Предполагает ли быстрая проверка программного обеспечения (SPICE), что оно будет работать с TUN / TUP?

  5. Можно ли предположить, что немного менее быстрая проверка оборудования (макетной платы) будет работать с TUN / TUP?

Если ответы на все вопросы «Да», то, вероятно, будет разумно изучить пункты 1 и 2 немного более внимательно, но если ответы «Нет, нет, да, да, да», почти наверняка безопасно заменить устройство. с общим.

ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА

Максимальное напряжение коллектор / сток. BVceo или BVds Если максимальное напряжение питания меньше, чем BV ceo или BV ds и нет индуктивной схемы в коллекторе / стоке, которая могла бы создавать более высокие переходные процессы напряжения, и нет внешнего источника сигнала, который мог бы применяться более высоким напряжения, то нам не нужно беспокоиться об этой спецификации.

С другой стороны, существует множество схем, в которых можно ожидать, что транзистор будет работать с высокими значениями В ce или В ds , либо в установившемся состоянии, либо в переходных процессах, и очень важно, чтобы там, где это В этом случае выбирается правильный максимум.Старые учебники склонны предполагать, что транзисторы являются устройствами низкого напряжения и что за редким исключением они дороги — полезно помнить, что сегодня

Биполярные транзисторы и полевые МОП-транзисторы с пробивным напряжением более 500 В недороги и легко доступны, хотя коэффициент усиления по току ß высоковольтных биполярных транзисторов чаще находится в диапазоне 40–100, а не = 100 для TUN / TUP. Точно так же пороговое напряжение затвора высоковольтного полевого МОП-транзистора с большей вероятностью будет в диапазоне 2–5 В, а не 500–2000 мВ для MUN / MUP.

Абсолютный максимальный ток коллектора / стока. Ic (max) или Id (max) Максимальный ожидаемый ток коллектора / стока не должен превышать абсолютный максимальный номинальный ток устройства. Учитывая, что значение TUN / etc для этого составляет 100 мА , это маловероятно для схем со слабым сигналом, но если транзистор требуется для подачи питания на нагрузку, необходимо проверить максимальный ток.

Абсолютный максимальный номинальный ток некоторых устройств можно разделить на номинальный ток постоянного (или, возможно, средний) ток и более высокий рейтинг переходных процессов для коротких импульсов.Важно убедиться, что пиковые переходные токи находятся в номинальных пределах.

Большинство малосигнальных транзисторов имеют номиналы I max , превышающие 100 мА — обычно 300-1000 мА — и многие устройства, которые соответствуют спецификации TUN / и т. Д., Действительно имеют такой рейтинг и могут использоваться при таких средних токах. необходимы. Если требуются более высокие токи, устройства TUN / etc будут неадекватными, и необходимо выбрать устройство питания. При более высоких токах важно соблюдать номинальную мощность, а также номинальный ток, корпусы, вероятно, будут больше, и может потребоваться радиатор.Биполярные транзисторы с более высокими максимальными токами могут иметь более низкие значения ß при больших токах.

Пакеты и мощность. Существует бесчисленное множество различных корпусов транзисторов, от почти микроскопических корпусов для поверхностного монтажа до больших пластиковых и металлических корпусов, способных выдерживать несколько кВт при соответствующем охлаждении. Выберите тот, который наиболее удобен для вашего применения — поверхностный монтаж для массового производства, свинцовый для прототипирования и мелкосерийного производства, где удобна простота ручной пайки, и любой блок питания, подходящий, когда необходимо учитывать рассеивание и радиаторы.

Несколько наиболее распространенных корпусов транзисторов показаны на рис. 6 вместе с парой германиевых транзисторов с германиевым переходом очень ранних британских «красных пятен» (f t = 700 кГц) в кованых алюминиевых корпусах конца 1950-х годов. («Красные пятна» включены для исторического интереса — в подростковом возрасте автор этой статьи использовал эти транзисторы «Красного пятна», которые были бракованными с производственной линии, производящей устройства, на самом деле имевшие типовые номера — несмотря на то, что они бракованные, они все еще стоили около 1 фунт стерлингов за штуку [более 20 долларов по нынешним ценам] для создания ряда различных радиоприемников и усилителей, а также счетчика Гейгера.)

Рисунок 6 Некоторые корпуса транзисторов

Тепло уходит от большинства корпусов через их выводы, поэтому фактические тепловые характеристики малосигнальных транзисторов зависят как от печатной платы, на которой он установлен, так и от корпуса. Даже самые маленькие транзисторы для поверхностного монтажа могут рассеивать несколько сотен мВт, что намного больше максимального предела, указанного в спецификации TUN / etc. Одно и то же устройство в разных корпусах может иметь разную максимальную мощность — RTFDS 6 осторожно.

В корпусах более мощных устройств есть металлические области, обеспечивающие теплопроводность к радиатору, поэтому внимательно ознакомьтесь с характеристиками рассеивания и требованиями к радиатору для этих устройств. Корпус TO-264 на рисунке 6 может рассеивать 2,5 кВт на подходящем радиаторе.

Разные устройства в одном корпусе могут иметь разную распиновку. Важно понимать, что два транзистора с одинаковыми электрическими характеристиками и корпусом могут иметь разные выводы и, следовательно, не могут быть взаимозаменяемыми сразу.На рисунке 7 показаны шесть возможных соединений BJT корпусов TO-92 и SOT-23. Еще в 1990-х автору удалось найти хотя бы одно устройство с каждой из этих выводов, и хотя этот список был утерян, у него нет оснований предполагать, что современные транзисторы менее разнообразны.

Рисунок 7 На корпусе возможно шесть выводов

В высокочастотном дизайне может быть полезно выбрать устройство с распиновкой, которая допускает наименьшее паразитное реактивное сопротивление в разводке печатной платы.

Ток утечки коллектора / стока. Ice0 или Idss0 (иногда называемый «ток отсечки» .) Это небольшой ток утечки, который течет от коллектора к эмиттеру или от стока к истоку, когда транзистор выключен. Обычно он составляет порядка десятков нА, но в таблицах данных иногда устанавливаются довольно большие максимальные значения для худшего случая, чтобы снизить затраты на тестирование. Транзисторы, используемые в качестве переключателей или усилителей очень низкого уровня, следует выбирать для утечки менее 50 нА, но для большинства приложений 200 нА или даже более вполне приемлемы.

Рис.8 Инвертор с очень низким энергопотреблением, использующий полевой МОП-транзистор с малой утечкой.

Инвертор малой мощности, показанный на рисунке 8, является примером схем, требующих очень низкой утечки коллектора / дренажа. Утечка стока 100 нА дает падение напряжения 1 В и выходное напряжение 2,0 В, только на пороге разрешенных уровней логической 1, поэтому в практических конструкциях следует использовать полевые МОП-транзисторы с утечкой стока / истока = 50 нА. (Обратите внимание, что хотя этот инвертор очень маломощный [300 нА = 0.9 мкВт, когда транзистор включен], это также очень медленно — при условии, что выходная емкость транзистора плюс емкость дорожки плюс входная емкость следующего каскада составляет 20 пФ , что не является необоснованным, время нарастания у него составляет около 0,2 мс, а не проблема для приложений постоянного тока, но бесполезна даже для цепей переключения средней скорости.)

Текущее усиление. ß или hfe Коэффициент усиления по току BJT — это отношение тока коллектора к току базы, когда устройство не находится в режиме насыщения ( i.е. , напряжение коллектор / база положительное [для устройства NPN]). ß обычно довольно постоянен в широком диапазоне токов, но он может быть немного ниже при очень низких базовых токах и почти наверняка начнет падать, когда ток коллектора приблизится к своему абсолютному максимальному значению. Поскольку это соотношение, это безразмерная величина.

TUN и TUP имеют ß = 100, но сильноточные и высоковольтные BJT могут иметь несколько более низкие (= 40 или 50) минимальные заданные значения.

Рисунок 9 Транзисторный (BJT или MOSFET) эмиттер / истоковый повторитель

Выходной каскад эмиттерного повторителя / истокового повторителя, показанный на рисунке 9, одинаково точен как с BJT, так и с MOSFET.В простых эмиттерных повторителях предполагается, что напряжения база / эмиттер или затвор / исток В, , или В, gs остаются постоянными, обеспечивая фиксированное смещение между входным напряжением и напряжением нагрузки, но в более точных схемах. обратная связь может быть получена от соединения эмиттер (источник) / нагрузка.

Рисунок 10 Поскольку базовый ток не течет по их выходам, BJT менее точны, чем полевые транзисторы, как токовые выходные каскады.

Поскольку часть эмиттерного тока должна протекать в базе, коллекторный и эмиттерный токи BJT не идентичны, что означает, что токовый выходной каскад на рисунке 10 должен быть выполнен с использованием MOSFET, а не BJT, поскольку MOSFET имеют практически нулевой ток затвора. .

Прямая крутизна. gfs Прямая крутизна полевого транзистора — это отношение ΔI ds / ΔV gs , когда устройство включено и цепь стока не ограничена по току. Он измеряется в сименсах (S) (или, для традиционалистов среди нас, в mhos или обратных омах [Ʊ], которые являются устаревшим названием и символом для одного и того же). Малосигнальные полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы могут иметь значение g fs всего в несколько мс, но более крупные могут иметь усиление от больших долей сименса до нескольких сименсов и более.

Как правило, изменения напряжения затвора на несколько вольт достаточно для изменения тока стока с минимального (выключенного) до его абсолютного максимального значения. Также важно знать, при каком напряжении на затворе начинается проводимость — см .:

Пороговое напряжение затвора. Vgs (th) Пороговое напряжение затвора полевого МОП-транзистора — это напряжение затвора / истока, при котором правильно смещенный сток начинает потреблять ток. Определение «запусков» будет указано в листе данных и может составлять всего несколько мкА, но более вероятно, что оно будет определено как 1 мА или даже больше для полевого МОП-транзистора высокой мощности.Выше этого порогового значения ток стока будет очень быстро расти с небольшим увеличением напряжения затвора.

Если полевой МОП-транзистор должен управляться логикой, важно, чтобы его пороговое напряжение было выше наихудшего значения логического 0 в диапазоне температур схемы, которое, вероятно, составит не менее нескольких сотен мВ , иначе может начать включаться, когда он должен быть выключен.

Напряжение насыщения. Vce (sat) Когда BJT включается достаточно сильно, чтобы падение напряжения на его нагрузке коллектора было достаточным для понижения потенциала коллектора ниже потенциала базы (другими словами, переход база-коллектор смещен в прямом направлении), это называется насыщенный .Это напряжение насыщения не пропорционально току коллектора, поэтому модель насыщенного транзистора — это не просто сопротивление между его коллектором и эмиттером.

Два примера важности низкого напряжения насыщения:

[A] В классической логике TTL каждый входной сигнал направляет 1,6 мА в управляющий им выход логического 0. При полном разветвлении 10 это означает, что выходной транзистор TTL может потребоваться для потребления около 16 мА с напряжением насыщения не более 400 мВ .

[B] Когда силовой BJT используется для переключения сильноточных нагрузок, его рассеяние для данного тока нагрузки пропорционально его напряжению насыщения. Чем ниже напряжение насыщения, тем меньше тепла необходимо отводить от транзистора.

Обратите внимание, что когда вы снимаете входной привод с насыщенного транзистора, возникает задержка (обычно нсек или десятки нсек, но может быть больше), прежде чем он начнет отключаться. Это его время восстановления насыщения и может быть указано, при четко определенных условиях, в его техническом паспорте.

О сопротивлении. Полевые МОП-транзисторы Ron не насыщаются, потому что они являются основными носителями. Когда они включены с напряжением затвора, значительно превышающим пороговое напряжение затвора, они ведут себя как резисторы с низким сопротивлением, и их на сопротивлении указано в их технических характеристиках. Применяется закон Ома — падение напряжения пропорционально току и включенному сопротивлению, а их рассеяние составляет I 2 R.

Коэффициент шума. NF Большинство применений транзисторов имеют относительно высокий уровень шума, и шум не является проблемой.Но если это проблема, то это критически важно. Многие транзисторы, как BJT, так и FET, имеют коэффициент шума, указанный и гарантированный их производителями. При сравнении коэффициентов шума различных устройств очень важно, чтобы коэффициенты шума измерялись при одинаковом импедансе источника. Если транзисторы предназначены для использования в радиосистемах, вероятно, что их NF будет измерена при 50 Ом, поэтому сравнение простое, но бессмысленно сравнивать NF двух устройств, у которых NF были измерены при разных импедансах.В документе, относящемся к более ранней версии RAQ 7 , подробно рассматриваются эти и другие проблемы шума, и к нему следует обращаться, если вам интересна эта тема.

Частота перехода. ft f t BJT — это частота, на которой коэффициент усиления по току при коротком замыкании (на ВЧ) на выходе равен единице. Опять же, я не предлагаю обсуждать, как это можно измерить 8 , а просто хочу заметить, что f t — наиболее широко используемый показатель качества для сравнения частотной характеристики биполярных транзисторов.Большинство TUN и TUP будут иметь f t значительно выше минимума 100 МГц , но транзисторы высокой мощности и высокого напряжения часто будут иметь довольно низкие значения.

Полевые транзисторы представляют собой крутильные устройства с бесконечно малым входным постоянным током, поэтому неправильно учитывать их усиление по постоянному току. Но поскольку они имеют входную емкость (C gs ) от пФ до сотен пФ , их емкостное входное сопротивление относительно низкое на ВЧ, поэтому их входной ток ВЧ может быть измерен, а их значение f t получено.Иногда лист данных FET или MOSFET будет содержать значение f t , полученное таким образом, и его, безусловно, допустимо использовать, если доступно, для оценки частотной характеристики FET, но обычно скорость полевых транзисторов указывается с точки зрения переключения раз.

Время переключения. t (on) & t (off) Большинство полевых транзисторов и многие BJT имеют спецификации времени переключения, определяемые как время, затрачиваемое на определенные условия (RTFDS 9 ) для повышения выходного тока от нуля до указанного значения, или вернуться к нулю соответственно.Предполагается, что сигнал переключения является мгновенным (юридическая фикция) или определяется как несколько нсек. Сравнение времени переключения — надежный способ сравнения относительных скоростей транзисторов при условии, что они испытываются в аналогичных условиях.

Емкости. C ?? С транзистором связаны три емкости: входная емкость C в , выходная емкость C на выходе и емкость Миллера 10 (или обратная связь) C fb .Разные производители используют разные названия (поэтому C ? в заголовке), но какое именно название должно быть ясно видно из рисунка 11.

Рисунок 11 Паразитные емкости транзисторов (разные производители используют разные названия / символы)

Как мы уже видели, полевые транзисторы, особенно силовые полевые МОП-транзисторы, могут иметь значения Cin до 1 нФ или даже больше, хотя малосигнальные полевые МОП-транзисторы будут иметь гораздо меньшие значения, вероятно, в диапазоне 15-50 пФ .Однако при проектировании схем, где такая емкость может влиять на время нарастания или стабильность схемы, важно убедиться, что конструкция учитывает такие значения и что устройства выбираются с емкостями, допускаемыми конструкцией схемы.

ВЫБОР ТРАНЗИСТОРА

Итак, нам нужен транзистор для конструкции. Как мы выбираем?

Было бы неплохо иметь базу данных по каждому транзистору в мире, прикрепленную к электронной таблице, чтобы после ввода предельных значений каждого важного параметра мы видели список каждого из них, который соответствует нашим требованиям.К сожалению, составить такой список невозможно — он огромен и будет меняться день ото дня по мере появления новых транзисторов и устаревания старых. Однако такие дистрибьюторские компании, как Avnet, Arrow, Digi-Key, Mouser, Premier Farnell и RS Components имеют на своих веб-сайтах системы параметрического поиска 11 , которые позволяют нам делать то же самое с тем преимуществом, что, хотя они и не показывают все устройства в мире, те, которые они показывают, вероятно, будут легко доступны.У многих производителей тоже есть такие параметрические поисковые системы, которые даже более актуальны, но преимущество дистрибьюторских систем в том, что они позволяют нам сравнивать устройства многих производителей на одном сайте и, как правило, также дают некоторое представление фактической доступности.

Итак, ответ на вопрос — составить список необходимых параметров и выйти в онлайн. Поисковая система каждого дистрибьютора немного отличается, и, конечно, акции каждого дистрибьютора (и, возможно, цены) также различаются, поэтому, вероятно, лучше использовать более одного и сравнить результаты.

Мы уже обсудили, какие параметры выбрать, но суммируем основные по порядку: —

Полярность: — Канал NPN / N или Канал PNP / P?
Тип: — BJT или FET?
Рабочее напряжение: — Выберите минимальное безопасное значение BV ceo или BV ds (Также может быть хорошей идеей выбрать максимальное значение, так как транзисторы с очень высоким напряжением могут иметь более низкое значение. gain и выше V ce (sat) или R на и обязательно будут немного дороже.)
Максимальный ток: — Выберите значение = 33% выше максимального ожидаемого тока коллектора / стока. (Возможно, вам придется учитывать пиковые переходные токи, а также максимальные токи в установившемся режиме.)
Пакет: — Какой корпус, и распиновка , вам нужен? (Если устройство поставляется в нескольких упаковках, абсолютный максимальный ток и номинальная мощность могут отличаться в зависимости от пакет выбран — проверьте это. Также в руководстве по параметрическому выбору может не быть деталей о распиновке.)
Мощность: — Какое максимальное рассеивание? (Помните, что выключатель рассеивает очень мало энергии в выключенном состоянии, а когда он включен, большая часть мощности приходится на нагрузку, а не на сам выключатель.Во время переключения рассеиваемая мощность выше, но это важно только в том случае, если устройство постоянно переключается с высокой скоростью.)

Каждый раз, когда мы выбираем транзистор, необходимо определять указанные выше параметры. Остальные могут иметь решающее значение для одних приложений и не иметь значения для других, поэтому вы должны решить для себя, какие из них имеют значение для вашего приложения, и выбрать устройства, которые соответствуют вашим требованиям. Рассмотрите весь оставшийся список, но укажите только те, которые вам действительно интересны: —

Ток утечки: — I ce0 или I ds0
Коэффициент усиления по току: — ß или h fe — Для некоторых приложений требуется ß = 100
Крутизна: — г FS — Редко требуется подлежит уточнению.
Пороговое напряжение затвора: — В gs (th) — Оно должно быть совместимо с уровнями любой логики, используемой для управления MOSFET в качестве переключателя, и не должно быть слишком большим, если MOSFET используется с низкое напряжение питания.
Напряжение насыщения: — В ce (sat) — Важно только тогда, когда BJT используется в качестве переключателя (логического или силового).
При сопротивлении: — R на — Важно, когда полевой МОП-транзистор используется в качестве переключателя питания, но не обычно в усилителях или логических приложениях
Коэффициент шума: — NF — Важно только в усилителях (очень) малых сигналов или малошумящие генераторы.
Частота перехода: — f t — Важна только в ВЧ усилителях или генераторах.
Время переключения: — t (вкл.) & t (выкл.) Этот параметр редко имеет значение, за исключением транзисторов, используемых в быстрых логических интерфейсах и быстром переключении мощности.
Емкость: — C в , C вне и C fb (или их версии от разных производителей). Эти параметры редко нужно указывать для приложений LF BJT, но поскольку полевые МОП-транзисторы могут иметь довольно большой C в имеет смысл помещать значения наихудшего случая в SPICE-модели схем с дискретными полевыми МОП-транзисторами, чтобы гарантировать, что их емкость не является проблемой.

Когда вы введете выбранные вами параметры в поисковую систему, вы, если повезет, получите список устройств с нужными вам характеристиками. Если вы уверены, что правильно выбрали параметры, выберите от пяти до десяти самых дешевых, которые есть в наличии. Сделайте то же самое с еще парой поисковых систем дистрибьюторов, а затем сравните свои списки. Вы должны обнаружить, что они похожи — в таком случае выберите самое дешевое устройство, доступное у большинства поставщиков.

Получите SPICE-модель этого устройства и убедитесь, что она совместима с SPICE-симуляцией вашей конструкции.Если это так, создайте прототип оборудования с этим устройством и также проверьте его производительность. Если все в порядке, вы выбрали транзистор.

Однако, когда вы публикуете свой дизайн или отправляете его в производство, не указывайте устройство, которое вы выбрали, как если бы это был единственно возможный выбор. Спецификация должна выглядеть примерно так: «Транзистор TR3 представляет собой N-канальный MOSFET в корпусе TO-92 (распиновка s- g -d на контактах 1-2-3), его BV ds0 должен быть не менее + 25V, I ds (max) не должно быть меньше 250 мА , V gs (th) должно быть в пределах 600 мВ — 1.8V и C в должны быть меньше 65 пФ . Большинство полевых МОП-транзисторов, отвечающих этому описанию, должны работать в этой схеме, но анализ SPICE и создание прототипов были выполнены с помощью 2Nxxxx. Анализ SPICE 2Nyyyy, 2Nzzzz и VNaaaa показывает, что эти устройства также должны работать хорошо, но многие другие NMOSFET-транзисторы с аналогичными характеристиками также могут быть удовлетворительными ». Конечно, вам действительно стоит провести SPICE-анализ 2Nyyyy, 2Nzzzz и VNaaaa, которые, конечно же, будут одними из самых дешевых и наиболее доступных устройств из вашего списка.

Аналогичная процедура применяется, если проект, который вы хотите использовать, требует 3N14159. и вы не можете его найти. Если у вас есть его данные, изучите схему и решите, какие из параметров устройства важны. Если вы не можете найти его данные, изучите схему и попытайтесь определить, какие параметры транзистора необходимы для правильной и безопасной работы. Попробуйте симуляцию SPICE, чтобы проверить работоспособность, но будьте немного консервативны при выборе бездымных (, т.е. безопасных — он не взорвется) значений напряжения пробоя, тока и мощности, поскольку это не ваша конструкция, и может быть что-то вы упускается из виду.Используйте выбранные вами значения в параметрическом поиске с последующей проверкой программного и аппаратного обеспечения, как описано выше. Если все пойдет хорошо, у вас есть запасные части для 3N14159, и вам не придется ехать в Тимбукту.

Джеймс Брайант Калшот — Англия Апрель 2014 г.

Вернуться к предыдущей главе

Перейти к следующей главе

Вернуться к содержанию

Список литературы

[1] Джулиус Лиллиенфилд — Заявка на патент Канады CA272437 (1925) / Патент США US1745175 — Способ и устройство для управления электрическими токами 1930-01-28

[2] Shockley, Brattain & Bardeen — Bell Telephone Labs 1947 г.
Джон Бардин и Уолтер Браттейн: — Патент США US2524035 — Трехэлектродный элемент схемы с использованием полупроводниковых материалов 1948-02-26 (выпущен 1950-10-03)
Уильям Шокли: — Патент США US2569347 — Элемент схемы, использующий полупроводниковый материал, 1948-06-26 (выдан 25.09.1951)

[3] http: // www.elektor.com/

[4] У каждого инженера должна быть коробка с использованными компонентами, оставшимися от предыдущих проектов, в качестве источника внезапно необходимых деталей для новых. В идеале у них должен быть разумный набор вещей, но не настолько, чтобы их было трудно искать. Спичечный коробок слишком мал, 40-футовый интермодальный контейнер обычно слишком велик (если вы не морской инженер, работающий на морских буровых установках).

[5] Разработчики интегральных схем делают это слишком часто при написании таблиц данных.Вместо того, чтобы указывать общую часть, они указывают ту, которую они фактически использовали — это был предварительный образец патагонского стартапа, который обанкротился в 1976 году, или что-то столь же нелепое. Это одна из причин высокого уровня безумия среди людей. инженеры-прикладники, которые должны убедить клиентов в том, что использование заменителя на самом деле не является признанием поражения и не может ускорить Армагедон или дождь из лягушек и рыб.

[6] «Прочтите Friendly Data Sheet!»

[7] В этих ссылках обсуждается тепловой шум и коэффициенты шума в контексте резисторов и операционных усилителей, но физика в равной степени применима и для транзисторов.

http://www.analog.com/en/high-speed-op-amps/low-noise-low-distortion-amplifiers/products/raq_jb_resistor_noise_can_be_deafening_issue25/resources/faq.html?display=popup

http://www.analog.com/en/all-operational-amplifiers-op-amps/operational-amplifiers-op-amps/products/RAQ_JB_Op_Amp_Noise_can_be_Deafening_Too_Issue26/resources/faq.html?display=popup

http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_opAmpNoise2.html

[8] Cadence отлично справляется с работой по адресу
http: // www.cadence.com/Community/blogs/rf/archive/2008/07/16/measuring-transistor-ft.aspx

[9] «Прочтите дружественный технический паспорт»

[10] Назван в честь Джона Милтона Миллера, который впервые описал его эффекты в 1920 году.

https://en.wikipedia.org/wiki/John_Milton_Miller Миллер, конечно, работал с термоэмиссионными клапанами (лампами), но название и эффект до сих пор актуальны для полупроводниковых триодов (БЮТ и полевые транзисторы).

[11] Источники транзисторов
https: // avnetexpress.avnet.com/store/em/EMController/Discrete/Bipolar-Transistor/GP-BJT/_/N-100083?action=products&cat=1&catalogId=500201&categoryLink=true&cutTape=&inStock=&langId=-1&myCatalog=&ropi=html = & storeId = 500201 & term = & topSellers = & categoryLink = true и
https://avnetexpress.avnet.com/store/em/EMController/Discrete/Transistor/MOSFET/_/N-100099?action=products&cat=1&catalogId=500201&category&categoryLink=tape & inStock = & langId = -1 & myCatalog = & npi = & proto = & RegionalStock = & rohs = & storeId = 500201 & term = & topSellers = & categoryLink = true

http: // компоненты.arrow.com/semiconductor-discrete/transistors/ и
http://components.arrow.com/part/search/%5E7/42/855?region=na&whereFrom=gnav и
http://components.arrow.com/ part / search /% 5E7 / 42/942? region = na & whereFrom = gnav

http://www.digikey.com/product-search/en/discrete-semiconductor-products/transistors-bjt-single/1376376?k=transistor и
http://www.digikey.com/product-search/en / Discrete-Semiconductor-Products / Fets-Single / 1376381? k = транзистор

http: // www.mouser.com/Semiconductors/Discrete-Semiconductors/Transistors/Transistors-Bipolar-BJT/_/N-ax1sh/ и
http://www.mouser.com/Semiconductors/Discrete-Semiconductors/Transistors/MOSFET/_/N- ax1sf /

http://uk.farnell.com/transistors-bipolar-bjt-single и http://uk.farnell.com/mosfets

http://uk.rs-online.com/web/c/semiconductors/discrete-semiconductors/bipolar-transistors/ и
http://uk.rs-online.com/web/c/semiconductors/discrete-semiconductors/ МОП-транзисторы /

2.Учебное пособие по Multisim с использованием схемы на биполярном транзисторе — моделирование и проектирование схемы с использованием Multisim 1.0 документация

Обновлено 10 февраля 2014 г.

Это краткое руководство для обучения студентов ELEC 2210, как используйте Multisim для моделирования схемы биполярного транзистора. Написано так, что никаких предварительных знаний Multisim не требуется.

Мой опыт преподавания SPICE и Multisim в ELEC2210 это живые уроки, сделанные в классе оказался самым эффективным по сравнению с письменными учебниками и видеоуроками, и это то, на что мы будем полагаться в более поздней части этого класса для КМОП схем.Я все равно предоставлю встроенные скриншоты в примечаниях к соответствующим главам.

С Multisim нет бесплатной версии, это затрудняет обучение в классе. Если вы приобрели студенческую версию, вы можете принести свой ноутбук. для класса.

Multisim доступен в ECE 308 и 310 компьютерных лабораторий с драйверами Элвиса. Также имеется в подвале. колледж инженерных компьютерных лабораторий, он может не иметь водители Элвиса. Это, вероятно, означает, что все другие инженерные компьютерные лаборатории должны тоже есть, т.е.грамм. в лабораториях Shelby или Aerospace.

Это в некоторых случаях проще в использовании, чем другие тренажеры на базе SPICE, например Перец, но может быть труднее использовать в других случаях. Одна практическая причина использования Multisim в том, что он поддерживает моделирование виртуальных инструментов, который будет полезен как новые лаборатории 2210 используют новый прототип NI ELVIS II + печатная плата.

2.1. Цель

  1. Введение в использование Multisim для SPICE-подобного моделирования схем
  2. Схема захвата
  3. Схема анализа с примерами развертки по постоянному току
  4. Вложенные развертки (используйте источник 2)
  5. Контроль выхода с помощью графитового устройства
  6. Редактирование параметров модели биполярного транзистора
  7. Анализ ВАХ биполярных транзисторов

2.2. Требуемые предыдущие учебные пособия по Multisim

Нет.

2.3. Начало работы

Сначала запустите Multisim из программ — это будет зависеть от конфигурация вашего ПК, ниже приведен пример запуска Multisim:

Рисунок 1: запуск Multisim

Среда разработки должна появиться следующим образом:

Новый файл дизайна со значением по умолчанию «Дизайн 1» создается с помощью пустой лист схемы, также называемый «Проект 1». Слева находится панель навигации.

Обратите внимание на панели инструментов стандартных компонентов, панель инструментов виртуальных компонентов и панели инструментов виртуальных инструментов. В учебных целях мы сначала будем использовать виртуальные компоненты. К сожалению, по умолчанию панель виртуальных компонентов не отображается, поэтому нам понадобится чтобы включить это следующим образом:

Эти панели инструментов пригодятся при размещении компонентов и сэкономят много времени. набор текста, прокрутка, поиск и щелчок.

2.4. Схема захвата

2.4.1. Размещение компонентов

2.4.1.1. Реальные и виртуальные компоненты

Любая деталь, которую можно разместить на схеме, называется компонентом. Есть как настоящие, так и виртуальные компоненты:

  • реальный компонент привязан к детали, которую вы можете купить, и у них есть свойства, которые нельзя изменить, например бета транзистора. У них также есть известный и фиксированный физический размер, который будет важно учитывать, если мы собираемся построить печатную плату (PCB). Нам нужно будет использовать реальный компонент, когда моделирование схемы с помощью детали, которую мы используем в физической лаборатории, например.грамм. 2N3904 биполярный транзистор.
  • виртуальный компонент предназначен только для моделирования. Например, виртуальный транзистор может иметь любую бета-версию, например 100, 200 или 10, или 4.2210 — это мы так хотим. Мы можем моделировать конструкции с непрерывными даже гипотетическими значениями параметры. Виртуальный компонент также особенно полезен для обучение и преподавание, поскольку мы можем использовать упрощенные параметры модели, чтобы облегчить сравнение между теория первого порядка и схемотехническое моделирование.
2.4.1.2. Процедуры

Обычно можно использовать панель инструментов компонента для поиска компонентов. Для этого урока воспользуемся панелью инструментов виртуального компонента.

Давайте теперь разместим несколько компонентов, чтобы мы могли смоделировать выходные кривые биполярного транзистора.

  1. Разместите виртуальный транзистор NPN следующим образом:

    Рисунок 4: размещение виртуального NPN-транзистора

  2. Поместите источник постоянного тока, который мы будем использовать для подачи базового тока, следующим образом:

    Рисунок 5: разместить базовый источник тока

    В последней версии Multisim удалено «VIRTUAL» из названия виртуальные части.Снимок сделан с предыдущей версии.

  3. Поместите источник постоянного напряжения, который мы будем использовать для установки напряжения коллектор-эмиттер VCE, как показано ниже:

    Рисунок 6. Поместите источник постоянного напряжения VCE

  4. И последнее, но не менее важное: место следующим образом:

    Рисунок 7: Заземление

  5. Выберите и перемещайте компоненты по своему вкусу.

    1. Щелкните отдельный компонент, чтобы выбрать его.Esc, чтобы отменить выбор.
    2. Удерживайте Shift, затем щелкните, чтобы выбрать несколько компонентов.

Источник напряжения постоянного тока — это источник постоянного тока в Multism

Источник постоянного напряжения на самом деле называется источником постоянного тока. если ты воспользовавшись функцией поиска и набрав источник постоянного напряжения, поиск будет не вернули никакого результата.

Всегда кладите землю!

Земля находится под Power_sources в Multisim. Как и другие симуляторы схем на основе SPICE, обязательно иметь надлежащее заземление, которое является ориентиром для всех смоделированные узловые напряжения.Эта земля известна как узел 0 в большинстве симуляторов на основе SPICE.

2.4.2. Электропроводка

Электромонтаж очень прост и особенно сложно в Multisim. Шанс это то, что вы сначала найдете проводку проще или проще, чем другие программы, которые вы использовали раньше, по крайней мере для простые схемы. Когда курсор находится рядом с неподключенным концом любого компонента, он превратится в маленькую черную точку соединения и перекрестие. Щелчок на конце компонента запускает проводку.Переместите курсор туда, куда вы хотите его подключить. Прокладка провода по умолчанию автоматический, но возможна ручная настройка.

Очень важным ограничением является то, что один из двух выводов или концов компонентов, которые вы пытаетесь провода вместе должны быть неподключенными . Если оба контакта подключены, что может легко произойти, вы столкнетесь с проблемой того, что существующие соединения сломан по мере добавления новой проводки. Я воспользовался проблема в течение 3 минут после первого изучения Multisim, весна 2011 г., при оценке Multisim и NI Elvis для нашего потенциального обновления лаборатории ECE.К счастью, было найдено решение, которое мы адрес в другом руководстве. Сейчас я хочу тебя чтобы знать об этой проблеме, если вы с ней столкнетесь.

Чтобы решить проблему, рекомендую всегда найти и сначала нажмите на клемму неподключенного компонента для подключения .

Подключите компоненты вместе следующим образом:

Рисунок 8: Схема для моделирования выходной кривой принудительного IB

2.4.3. Используйте лучшие сетевые имена

Хорошая практика моделирования схем состоит в том, чтобы обозначать узлы схемы (цепи) осмысленно.По умолчанию все узлы именуются численно или с некоторыми условности понимаются только сама программа. В этом случае мы хотим переименовать базовый узел b и узел-сборщик c. Таким образом, позже мы можем ссылаться на базовое напряжение через v (b) в выражениях, так что мы не нужно помнить, что узел 2 является базовым узлом. Позже в сложных логических элементах CMOS, где у нас может быть 20 или 30 цепей, это не будет можно даже попытаться запомнить значения всех сетей по номерам.

Лучший способ просмотреть всю информацию о сетях — это перейти на вкладку «Сети» в в виде электронной таблицы, как показано ниже:

Рисунок 9: вид сетей в виде таблицы

Просто щелкните имя сети, чтобы внести изменения, включая имя и цвет.Изменение цвета понадобится позже. А пока давайте просто изменим имя следующим образом:

Рисунок 10: процедуры изменения имени сети

Ваша схема теперь выглядит так:

Рисунок 11: Схема со значимыми именами цепей

2.4.4. Изменить значения компонентов

Часто необходимо изменить значения компонентов по умолчанию. Например, параметры модели транзистора должны быть изменено, о чем мы поговорим подробнее ниже. На данный момент мы замечаем значение по умолчанию для текущего источника, который мы используем для привода базы — 1А, что слишком много для большинства, если не для всех транзисторы.Давайте для начала изменим это значение на 1uA. Как правило, двойной щелчок по компоненту открывает окно для изменение значений его свойств. Попробуйте это на базе текущего источника:

Рисунок 12: Схема с понятными именами цепей для базового тока 1 мкА

Давайте использовать параметры модели транзистора по умолчанию, чтобы продолжить I-V моделирование. Мы скоро вернемся к модели транзистора.

2.4.5. Общий монтаж

Большая часть обычных привязок клавиш редактирования в другие компьютерные программы будут работать в Multisim, в том числе:

  • Ctrl + C для копирования
  • Ctrol + X для резки
  • Ctrl + V для пасты
  • Удалить для удаления
  • Ctrl + Z для отмены
  • Ctrl + Y для повтора
  • Ctrl + S для сохранения

Когда несколько экземпляров существующего компонента, e.грамм. земля или источник напряжения, необходимы. Мы можем использовать Копировать и Вставить.

2,5. Анализ развертки постоянного тока

Хотя Multisim предоставляет такие «инструменты», как моделирование, мы рассмотрим потом, у этих «инструментов» часто есть ограничения. У нас может быть больше контроль или гибкость с помощью анализа в разделе «Моделирование». Это близко к анализу в других симуляторах на основе SPICE.

Один из лучших способов понять работа транзистора или схемы состоит в том, чтобы изучить, как интересующий результат реагирует на изменение возбуждения.Для рассматриваемого NPN-транзистора мы хотим изучить, как выходной ток, в данном случае, ток коллектора, изменяется, когда напряжение коллектор-эмиттер VCE, которое устанавливается V1, развертки говорят от 0 до 1 В для заданного фиксированного базового тока 1 мкА, мы устанавливаем ранее. Этого можно достичь, развернув V1 и выполнив DC анализ на каждом V1.

2.5.1. Развертка с одним источником

Процедуры развертки V1 (VCE) для данного I1 (IB) следующие:

  1. Из главного меню, выберите Simulate -> Analyses -> DC Sweep следующим образом:

    Рисунок 13: поиск настройки развертки по постоянному току

  2. Настройте вкладку «Параметры анализа» следующим образом:

    Рисунок 14: Настройка развертки по постоянному току для кривой Ic-Vce моделирование под одним входом Ib

  3. Щелкните вкладку Выход, выберите I (Q1 [IC]), нажмите Добавить, чтобы добавить его в Выбранная переменная для анализа, как показано ниже:

    Рисунок 15: Настройка вкладки выхода развертки постоянного тока для моделирования кривой Ic-Vce

  4. Щелкните Simulate, окно графического редактора появится после завершения моделирования, показывает выбранный нами ранее вывод, IC of Q1:

    Рисунок 16: Кривая Ic-Vce, смоделированная для Ib = 1 мкА

  5. Вы можете изменить черный фон, нажав на следующий значок, как показано ниже:

    Рисунок 17: как изменить фон графика

    Рисунок 18: Кривая Ic-Vce, смоделированная для Ib = 1 мкА с белым фоном

Практика

Изобразите VBE и VBC на другом графике.Обратите внимание, что эмиттер заземлен. Вам нужно будет использовать выражения для вычисления VBC.

Решение

В Grapher выберите из меню, График -> Добавить кривые из последних результатов моделирования. Появится новое окно. Отметьте К новому графику. Добавьте выражения. Ваш результат должен выглядеть так:

Рисунок 19: Vbe и Vbc, два смещения перехода как функция VCE для Ib = 1uA

В этом случае наличие значимых имен цепей значительно упрощает построение выражений.

2.5.2. Вложенный двухуровневый анализ

Мы получили график зависимости IC от VCE для данного IB. Затем мы хотели бы знать, как эта кривая изменяется при изменении базового тока. Что нам нужно сделать, так это повторить приведенную выше развертку постоянного тока V1. для разных значений I1, который контролирует IB.

Для этого просто вернитесь на вкладку «Параметры анализа», и проверьте использование источника 2. Затем установите начало, остановку и приращение второй источник, в данном случае I1, как показано ниже:

Рисунок 20: как сделать вложенную двухуровневую развертку по постоянному току, IC-VCE для нескольких IB, например

Результатом является семейство кривых IC-VCE для указанной базы. токи:

Рисунок 21: Выходные кривые IC-VCE для нескольких IB

Примечание

Красные прямоугольники добавлены не графическим редактором.

Легенды внизу указывают значения второй источник, в данном случае I1 или IB.

Имя вкладки и заголовок можно изменить. Вы можете масштабировать по вертикали и горизонтали с помощью инструментов масштабирования.

2,6. Моделирование устройства

2.6.1. Почему моделирование

Нет никаких сомнений в том, что компьютерное моделирование с использованием Программы, подобные SPICE, такие как Multisim, абсолютно необходимы. Однако точность моделирования схем составляет лишь хорошо, как точность моделей устройств, используемых внутри для описания электрических характеристик устройства.

Самая большая ошибка схемотехнического моделирования — это отсутствие необходимого внимания к моделированию устройства. Слишком часто студенты и инженеры просто Предположим, что модели были загружены из Интернета или получены другими способами. находятся исправить для устройств, которые они используют для построения цепей, то есть модели могут точно воспроизводить измеренные электрические характеристики при по крайней мере, для рассматриваемого условия смещения и частоты срабатывания. К сожалению, в большинстве случаев такие модели НЕ проходят тщательную калибровку по измеренные электрические характеристики.

Извлечение или иногда корректировка параметров необходима модель устройства, соответствующая измерениям . Как только у нас есть откалиброванная модель устройства, наши результаты моделирования схемы будут довольно точный. Одно из направлений моих исследований — моделирование устройств, которое включает не только извлечение параметров модели для соответствия измеренным данным, но и разработка новые модели, основанные на физике, когда существующие модели просто не работают, как бы параметры извлекаются. Мой последний проект по моделированию устройств — успешно разрабатывать новые модели транзисторов, позволяющие проектировать интегральные схемы на широкий температурный диапазон от 43К до 393К.Модели использовались для разработать интегрированную электронику, которая может работать в космосе без теплых боксов.

Ну и что делать, если у меня нет хорошей модели? Скорее всего, результат моделирования просто мусор. Многие называют эту фигню мусором.

В нашей лекции я попытался объяснить основы физики твердого тела биполярного транзистора и разработка основные уравнения I-V, которые лежат в основе модели биполярных транзисторов, используемые во всех имитаторах схем. У вас есть знания, чтобы понять основную модель транзистора. уравнения и список параметров.

Вы можете задаться вопросом, как универсальная модель виртуального транзистора может представлять любой транзистор? Я задавался вопросом, будучи второкурсником. Ответ: не может возможно так и сделаю. В так называемых реальных компонентных транзисторах часто используются одни и те же уравнения модели транзистора, но с разными параметрами модели, извлеченными для этого транзистор. Однако в целом серьезные дизайнеры по-прежнему откалибровать параметры модели по измерениям. Если калибровка невозможна, по крайней мере мы хотим выяснить, соответствует ли моделирование измерению характеристик представляет интерес.

В качестве первого шага к успешному моделированию схем, мы хотим знать, как узнать, какая модель устройства используется в нашем симуляторе, и как изменить параметры модели. Например, мы можем измерить прямое бета BF транзистора и обратное бета BR, ток насыщения IS и поместите их в Multisim, а не полагайтесь на общие значения по умолчанию для биполярного транзистора.

2.6.2. Редактирование параметра модели в Multisim

Для редактирования параметров модели транзистора,

  1. дважды щелкните транзистор

  2. нажмите Изменить модель

    Рисунок 22: как редактировать параметры модели транзистора

Первая запись в таблице параметров модели — IS, ток насыщения.Вторая запись — BF, форвардная бета. Третья запись — NF, фактор идеальности продвижения вперед, неправильно названный. «Коэффициент выбросов прямого тока». Вы также можете увидеть обратную бета-версию BR и обратный коэффициент идеальности NR.

Как видите, модель транзистора имеет намного больше параметров, чем то, что мы используем. в ручном анализе.

Здесь вы можете редактировать значение параметра модели.

В одной конструкции можно использовать несколько разных транзисторов. Они потребуются разные параметры модели.Важно знать, какие параметры использует каждый транзистор.

Самый удобный способ изучения моделей и / или параметров каждой модели транзистор используется для просмотра списка соединений.

В главном меню выберите вид -> Spice Netlist Viewer. Появится окно списка соединений. Вы можете скопировать список соединений в буфер обмена. Список соединений для вышеуказанной схемы показан ниже:

 ** bjt_tutorial **
*
* Экспорт NI Multisim в список соединений SPICE
* Создано: GuofuNiu
* Вс, 5 июня 2011 г. 23:08:39
*

* ## Компонент Multisim V1 ## *
vV1 c 0 постоянного тока 12 переменного тока 0 0
+ distof1 0 0
+ distof2 0 0

* ## Multisim Component I1 ## *
iI1 0 b постоянного тока 1e-006 переменного тока 0 0
+ distof1 0 0
+ distof2 0 0

* ## Компонент Multisim Q1 ## *
qQ1 c b 0 IDEAL_4T_NPN__TRANSISTORS_VIRTUAL__1__1


.МОДЕЛЬ IDEAL_4T_NPN__TRANSISTORS_VIRTUAL__1__1 NPN
+ IS = 1e-015 VAF = 1e + 030 IKF = 1e + 030 BR = 10 VAR = 1e + 030 IKR = 1e + 030 IRB = 1e + 030
+ RBM = 0 VTF = 1e + 030
 

Вы можете заметить, что список параметров не такой длинный, как в таблице параметров модели, которую мы видели ранее. Это просто потому, что только параметры с значения, отличные от значений по умолчанию, необходимо быть заявленным. Если параметр не отображается, он принимает значение по умолчанию.

2.7. Проблемы с домашним заданием и их решения

Лучший способ научиться — это экспериментировать.Ниже приведены некоторые домашние задания. Тебе понадобится использовать выражение.

2.7.1. Домашние задания

Используйте Virtual NPN, отредактируйте модель так, чтобы IS = 1e-15, BF = 200, BR = 10. Сначала прочтите (и следуйте) новое руководство. Выполните следующие задачи моделирования и построения графиков. Вам необходимо создать принципиальную схему, которая спроектирован таким образом, чтобы в первую очередь выполнить необходимое моделирование. Вы также можете прочитать ошибки, допущенные бывшими учениками, указанные ниже в конце этот учебник.

  1. Имитация IC и IB как функции VBE, когда VBC установлен на ноль.Диапазон VBE составляет от 0,2 до 1,0 В с шагом 0,01 В. Используйте шкалу журнала для оси Y (текущая ось). Этот тип участка известен как Gummel Plot , широко используемый. в экспериментальной характеризации транзисторов.

    Ваша принципиальная схема должна выглядеть так для участка Гаммеля. моделирование:

    Рисунок 23: Схема для моделирования характеристик Gummel

  2. Используя результаты моделирования на предыдущем шаге, Постройте бета-версию как функцию VBE, определяемую как отношение IC к IB с использованием выражений.

    Прокомментируйте, соответствует ли смоделированная бета-версия введенному вами значению BF.

  3. Моделируйте IC как функцию VCE для нескольких значений VBE. VBE составляет от 0,65 до 0,7 В с шагом 0,01 В. VCE составляет от 0 до 3 В с шагом 0,001 В. Обратите внимание, что свипирование VCE является первичным, т. Е. Первым источником для свипирования.

    Укажите область прямого смещения и область насыщения на графике выходного сигнала IC-VCE. Ваша схема должна выглядеть так:

    Рисунок 24: Схема для моделирования выходных характеристик принудительного VBE (или управления напряжением)

    Ваш результат должен выглядеть как на графике ниже, но ваши числа будут другими:

    Рисунок 25: примерные графики выходных характеристик принудительного VBE (или напряжения)

    Вам нужно будет использовать VBE в качестве источника 2.Этот тип графика известен как график принудительного вывода VBE .

  4. Моделируйте IC как функцию VCE для различных значений IB. Это известно как принудительные выходные характеристики IB . IB составляет от 0,1 до 1 мкА с шагом 0,1 мкА. VCE составляет от 0 до 1,5 В с шагом 0,01 В.

    Укажите область прямого смещения и область насыщения на графике IC-VCE.

Нужны скриншоты:

  1. схема
  2. Список параметров модели
  3. , вы можете прикрепить список соединений для этого
  4. настройки параметров анализа
  5. все графики результатов моделирования с соответствующими метками

2.7.2. Ошибки и решения

Ниже приведены ошибки, которые я видел, помогая студенты отлаживают моделирование Multisim.

  1. Неправильная конфигурация цепи. Например, VCB находится между C и E.

  2. Использовать для компонентов значения по умолчанию. Например, когда вы добавляете источник напряжения и используете его для VCB, значение по умолчанию 12 В тоже высокий, и транзистор выходит из строя.

  3. Постройте вместе токи IB и IC, а также отношение IC / IB.В общем, смысла в этом нет. Используйте новый график, как показано выше для построения графиков VBE и VBC в выходной цепи принудительного IB.

  4. Выражение, например beta = ic / ib, необходимо создать. Пример того, как это сделать:

    Рисунок 26: как создать новую трассу с помощью выражений после моделирования

  5. Использовать метки по умолчанию. На этикетках по умолчанию часто указывается напряжение, даже если вы рисуете токи. Измените их вручную, чтобы избежать путаницы.

    Рисунок 27: график Гаммеля в прямом режиме, т.е.е. IC и IB против VBE. VBC = 0

  6. Ваша бета (IC / IB) должна выглядеть как htis:

    Рисунок 28: как создать и добавить новую трассу с помощью выражений после моделирования

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *