Раньше BJT были преобладающей технологией для коммутации в цифровых системах (TTL — транзисторно-транзисторная логика). В то время как устройства CMOS (дополнительные металлооксидные полупроводники) заняли львиную долю в цифровых схемах, транзисторные переключатели остаются очень распространенным явлением. Для высокой мощности мы склонны думать о MOSFET как о наиболее распространенном переключателе, но IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) теперь являются лучшим вариантом для приложений с высоким напряжением и током.

, используемые в коммутационных приложениях, не работают в линейном режиме — это для усилителей. Транзистор либо выключен (нет тока коллектора, кроме небольшого тока утечки, который почти всегда можно игнорировать), либо он полностью включен в состоянии, известном как насыщение. Бета (или h _FE ) важна только для того, чтобы позволить разработчику определить, какой базовый ток необходим для принудительного насыщения. Все коммутационные системы будут подвергаться большему, чем ожидалось, рассеиванию энергии в момент включения или выключения.Это потому, что переходы не мгновенные. В основном это не проблема, но это может стать важным, если сигнал переключения (управляющий транзистором) имеет медленные переходы. Если в активной области проводится слишком много времени (между включенным и выключенным), пиковое рассеивание может быть намного выше ожидаемого.

очень распространены для включения светодиодов и реле, а также для многих других простых коммутационных приложений. Транзисторы NPN или PNP могут использоваться в зависимости от полярности, и многие простые схемы в значительной степени полагаются на BJT в качестве переключателей.Есть несколько сюрпризов, и схемы обычно легко рассчитать, чтобы получить соответствующий базовый ток, соответствующий нагрузке. Следующая схема распространена в проектах из бесчисленных источников, а также используется для переключения реле с выходов микроконтроллера (часто только 3,3 В при довольно низком токе).

Рисунок 6 — Базовая схема переключения

Нагрузка показана как реле, но это может также быть вентилятор постоянного тока, светодиод или небольшая лампа накаливания. Мы будем знать напряжение питания и (обычно) ток нагрузки.Используя пример реле, если катушка имеет сопротивление 250 Ом и рассчитано на 12 В, мы можем определить ток по закону Ома (48 мА). Если мы используем микроконтроллер с выходами 3,3 В, нам нужно знать только «худший случай» усиления (h _FE ) для транзистора, чтобы определить значение R _b . Если Q1 — это BC546, мы можем взглянуть на таблицу и увидеть, что он может выдерживать 65 В (V _CEO ) при токе до 100 мА. Минимальное значение h _FE равно 110, поэтому для управления реле базовый ток должен быть , по крайней мере, вдвое больше минимально допустимого (большинство разработчиков стремятся к 5-10-кратному расчетному базовому току).При нагрузке 48 мА базовый ток не превышает 436 мкА, поэтому допустим 2 мА. Это немного меньше предложенного × 5, но все же вполне нормально.

Поскольку напряжение база-эмиттер будет 0,7 В, а у нас есть базовое «питающее» напряжение 3,3 В от микроконтроллера, закон Ома говорит нам, что значение R _b должно быть 1,3 кОм (2,6 В при 2 мА). Для удобства мы будем использовать ближайшее стандартное значение 1,2k (или 1k). Это простое упражнение демонстрирует, насколько легко определить значения, необходимые для 100% надежной работы.Любое другое приложение переключения так же просто.

Одна из интересных особенностей простых транзисторных ключей (в отличие от пар Дарлингтона или Шиклая) заключается в том, что напряжение коллектор-эмиттер упадет всего до нескольких милливольт. Вы можете ожидать, что напряжение коллектора будет основано на напряжении база-эмиттер, но это не так. При описанных значениях напряжение V _CE будет около 110 мВ, но с увеличением тока базы оно еще больше упадет. Даже как показано на рисунке, мощность, рассеиваемая в Q1, составляет всего 5.28 мВт, что незначительно.

Конечно, это не всегда так, потому что транзистор имеет конечное время переключения, а в худшем случае — когда он «наполовину включен» (то есть напряжение коллектора 6 В при повышении или понижении). В показанной схеме будет нагрузка 24 мА при напряжении коллектора 6 В, поэтому пиковая рассеиваемая мощность составляет 144 мВт. Это намного меньше, чем максимальное непрерывное рассеивание (500 мВт), и нам не нужно ничего менять. 144 мВт — это переходное состояние, которое обычно длится менее 100 мкс, если вход переключается достаточно быстро.

Точно такой же набор простых вычислений можно использовать для любой схемы переключения транзисторов. Эти схемы очень легко спроектировать, но необходимо соблюдать все шаги, чтобы гарантировать надежность. Если бы реле было заменено вентилятором, потребляющим 200 мА, в таблице данных говорится, что BC546 не может использоваться (максимум 100 мА), и выбранному транзистору потребуется больший базовый ток. BC639 может справиться с текущим и худшим случаями рассеивания мощности. Однако минимальное усиление (согласно таблице данных) составляет всего 40, поэтому вам понадобится базовый ток не менее 5 мА, но предпочтительно 10 мА.Это может быть больше, чем может предоставить микроконтроллер (или другой источник), и я оставляю это в качестве упражнения для читателя, чтобы выработать способ достижения желаемых результатов.

Помните, что для переключения вам необходимо подать , по крайней мере, , вдвое превышающий ожидаемый базовый ток, и обычно обеспечивают до десяти раз больше, чтобы вызвать полное насыщение транзисторного ключа. Схемы переключения BJT становятся менее привлекательными при очень высоком токе, потому что базовый ток эффективно «тратится».Он не влияет на ток нагрузки и является просто еще одной частью схемы, которая должна питаться от источника питания. Использование транзистора Дарлингтона является (или было) обычным явлением, поскольку h _FE очень велик (до 1 кОм), поэтому для насыщения требуется гораздо меньший базовый ток. Однако , Дарлингтон не может снизить напряжение коллектора до уровня ниже 700 мВ, а при высоком токе оно может достигать 3 В.

Например, TIP141 рассчитан на ток коллектора 10А и усиление 1000 при 5А.Напряжение насыщения при токе коллектора 5 А и базовом токе 10 мА составляет 2 В, поэтому он будет рассеивать 10 Вт даже при переходе в режим насыщения. Это потраченная впустую мощность, которую должен обеспечивать источник питания, но она не может использоваться нагрузкой. Время переключения также довольно велико, поэтому работа на высоких скоростях не рекомендуется. Транзистор должен быть установлен на радиаторе для поддержания безопасной рабочей температуры.

Это одна из многих причин, по которым полевые МОП-транзисторы предпочтительны для переключения с высоким током.Современный МОП-транзистор может иметь сопротивление во включенном состоянии (R _{DS на} ) примерно 40 мОм, а при нагрузке 5 А напряжение на устройстве будет всего 200 мВ, рассеивая 1 Вт. Ток затвора равен нулю в установившемся режиме, но должен быть достаточно высоким во время переключения (до 2 А или около того, в зависимости от скорости переключения). Однако этот высокий ток длится очень короткий период, обычно значительно ниже 100 мкс. Пиковое рассеивание (во время переключения) может достигать 15 Вт с описанной схемой, но в среднем будет менее 600 мВт.Сравните это с рассеиваемой мощностью 10 Вт для транзистора Дарлингтона, и легко понять, почему полевые МОП-транзисторы стали выбором №1 для коммутации. При таком низком общем рассеивании небольшого участка плоскости печатной платы обычно достаточно в качестве радиатора !

Главное здесь — продемонстрировать основы самого простого смещения транзистора и выяснить, сколько всего можно узнать из некоторых простых наблюдений. Хотя я настоятельно рекомендую создать и протестировать его, я рекомендую использовать вместо , если для чего-нибудь.Его можно использовать для согласования, но основная цель — узнать, как транзистор работает в цепи. Реальная топология не имеет значения для транзистора. Он может выполнять только одну задачу — преобразовывать небольшой базовый ток в гораздо больший ток коллектора. Создавая его, вы узнаете, что он делает на самом фундаментальном уровне.

Также поучительно посмотреть на характеристики переменного тока. В частности, обратите внимание, что вырождение эмиттера (также известное как «местная обратная связь») не так эффективно для уменьшения искажений по сравнению с «истинной» отрицательной обратной связью.В то время как два показанных теста показывают, что коэффициент усиления по переменному току снижается примерно в 17 раз (коэффициент усиления по напряжению снижен со 160 до 9,3), искажения уменьшаются менее чем в 6. При отрицательной обратной связи улучшение примерно пропорционально коэффициенту уменьшение коэффициента усиления разомкнутого контура. Не менее важно, что отрицательная обратная связь также снижает шум , в то время как дегенерация эмиттера часто усугубляет его.

Ни в одну из вышеперечисленных попыток не включить никаких попыток количественно оценить коэффициент отклонения источника питания (PSRR) цепей.Это показатель того, насколько хорошо схема может ослаблять шум источника питания, пульсации и т. Д. Он не был включен по одной простой причине — он настолько плох, что означает, что стабилизированный (или очень хорошо сглаженный) источник питания имеет важное значение. Напряжение шины питания должно быть полностью свободным от каких-либо шумов, потому что полные 50% от все шумы питания попадают на выход.

гораздо более линейны, чем принято считать, если напряжение и / или ток коллектора не меняются. Это невозможно в реальной схеме, но большинство входных каскадов усилителей мощности и операционных усилителей работают с почти постоянным напряжением, и изменяется только ток.Ситуация меняется в каскаде усилителя класса A (также известном как VAS — каскад усилителя напряжения), но он всегда работает с (близким к) постоянным током, и на этот раз изменяется только напряжение. Большинство входных каскадов усилителей мощности и операционных усилителей вносят значительный вклад в усиление и работают только с небольшими (часто незначительными) изменениями напряжения из-за сигнала, а также с очень небольшими изменениями тока. Когда вы вынуждены работать в широком диапазоне напряжений, синфазное входное напряжение значительно изменяется, что приводит к более высоким искажениям (синфазным искажениям).

Выполнение тестов, подобных описанным здесь, важно не только для вашего собственного понимания, но и для обеспечения согласованности результатов, если схема будет построена другими (возможно, в рамках проекта). Например, все проекты, опубликованные на сайте ESP, учитывают обычные варианты транзисторов. Поскольку мы знаем, что никакие два компонента никогда не будут идентичными, разработчик должен учитывать типичный разброс параметров частей, полученных конструкторами. Если бы это было не так, многие проекты ESP не работали бы !

Обратите внимание, что крики «Я знал это — JFET (или клапаны / вакуумные лампы) звучат лучше!» неуместны, потому что их искажение обычно выше, чем у BJT, и здесь задействованы различные нелинейные эффекты.Нет сомнений в том, что полевые транзисторы (и в меньшей степени IMO, клапаны) имеют свое место в схемотехнике (в том числе в операционных усилителях), но «превосходное» качество звука не входит в их достоинства. Нельзя сказать, что операционные усилители на входе JFET звучат «плохо» с любой точки зрения — есть несколько таких операционных усилителей с отличными характеристиками (и качеством звука). Каждое известное усилительное устройство является нелинейным, и различны только причины (и способы устранения). Использование ламп в схемах с очень низким уровнем искажений обычно обеспечивает производительность, даже не приближающуюся к приличному операционному усилителю.

Цепи переключения остаются очень распространенными, и для работы с низким током трудно превзойти BJT. Базовый ток низкий, и он может быть получен от низкого напряжения. Если у вас есть доступное напряжение более ~ 1,5 В, легко создать надежный коммутатор, который может легко выдерживать ток до 100 мА. Процесс проектирования прост, и результат обычно очень надежный, если конструкция оптимизирована. Они также легкодоступны и дешевы — два фактора, которые обычно желательны (особенно для крупносерийного производства).В большинстве случаев замена проста, если оригинальная деталь не известна или снята с производства.

Эта статья была частично вдохновлена ​​Гарри Пауэллом (адъюнкт-профессором и ассоциированным кафедрой программ бакалавриата) из UVA (Университет Вирджинии) и основана (частично) на лаборатории «Основы 2» в области электротехники и вычислительной техники. Оригинал называется «Лаборатория ECE 2660 для модуля 6». Направленный материал был связан с тем, что Гарри увидел статью, описывающую тестер постоянного тока коллектора h _FE для транзисторов — проект 177.

1. Ранний эффект (Википедия)
2. Разработка с низким уровнем искажений с помощью высокоскоростных операционных усилителей (Джеймс Л. Карки — Texas Instruments SLYT113)
3. Электроника Примечания

Нет других ссылок, потому что показанные методы довольно распространены, а представленные данные были результатами моделирования и экспериментов на рабочих станциях для проверки результатов.

Журнал изменений: страница создана и авторские права © декабрь 2018 г./ Обновлено в феврале 2020 г. — добавлены переключающие транзисторы.

Конфигурация с общей базой (CB) или усилитель с общей базой

Общая база Конфигурация

В общая базовая конфигурация, эмиттер — входной терминал, коллектор — это выходной терминал, а базовый терминал — подключен как общий терминал для входа и выхода.Что означает, что терминал эмиттера и общий базовый терминал известны как входные клеммы, тогда как клемма коллектора и общий базовый терминал известен как выходной терминал.

В общая базовая конфигурация, базовая клемма заземлена, поэтому общая базовая конфигурация также известна как заземленная база конфигурация. Иногда упоминается общая базовая конфигурация как общий базовый усилитель, CB-усилитель или CB конфигурация.

г. входной сигнал подается между выводами эмиттера и базы в то время как соответствующий выходной сигнал снимается через коллекторные и базовые клеммы. Таким образом, базовый терминал транзистор является общим для входных и выходных клемм и поэтому она называется общей базовой конфигурацией.

г. напряжение питания между базой и эмиттером обозначается V _BE в то время как напряжение питания между коллектором и базой обозначается Автор: V _CB .

As упоминалось ранее, в каждой конфигурации база-эмиттер соединение J _E всегда смещено вперед и коллектор-база J _C всегда обратный пристрастный. Поэтому в общей базовой конфигурации переход база-эмиттер J _E имеет прямое смещение и коллектор-база J _C имеет обратное смещение.

г. общая базовая конфигурация для обоих NPN и PNP транзисторы показаны на рисунке ниже.

От приведенные выше принципиальные схемы транзисторов npn и pnp, он может видно, что для транзисторов npn и pnp на входе применяется к эмиттеру, а вывод берется из коллекционер.Общая клемма для обеих цепей — это база.

Текущий поток в общей базе усилителя

Для для понимания, давайте рассмотрим транзистор NPN в общая базовая конфигурация.

г. npn-транзистор образуется, когда одиночный p-тип полупроводниковый слой зажат между двумя n-типами полупроводниковые слои.

г. переход база-эмиттер J _E смещен вперед напряжение питания _ВЕ В при этом коллектор-база переход J _C обратно смещен напряжением питания В _CB .

Срок к напряжению прямого смещения V _BE , свободные электроны (основные носители) в области эмиттера испытывают сила отталкивания от отрицательной клеммы аккумулятора аналогично отверстия (большинство перевозчиков) в базовом регионе испытывают сила отталкивания от положительного вывода аккумулятор.

As в результате свободные электроны начинают перетекать от эмиттера к базе аналогично дырки начинают перетекать от базы к эмиттеру. Таким образом бесплатно электроны, которые текут от эмиттера к базе и дыркам которые протекают от базы к эмиттеру, проводят электрические Текущий. Фактический ток переносится свободными электронами. которые перетекают от эмиттера к базе.Однако мы следуем общепринятый текущее направление от базы к эмиттеру. Таким образом электрический ток создается в области базы и эмиттера.

г. свободные электроны, которые текут от эмиттера к базе, будут Совместите с отверстиями в области основания аналогично отверстиям которые текут от базы к эмиттеру, будут сочетаться с электроны в эмиттерной области.

От На рисунке выше видно, что ширина базовой области очень тонкий. Поэтому лишь небольшой процент бесплатных электроны из области эмиттера объединятся с дырками в базовый регион и оставшееся большое количество свободных электроны пересекают базовую область и попадают в коллектор область. Большое количество свободных электронов, вошедших в регион коллектора испытает притягательную силу от положительный полюс аккумуляторной батареи.Таким образом, бесплатные электроны в области коллектора будут течь к положительный полюс аккумуляторной батареи. Таким образом, электрический ток равен производится в коллекторском регионе.

г. электрический ток, производимый в области коллектора, в основном за счет свободных электронов из области эмиттера аналогично электрический ток, производимый в базовой области, также в первую очередь за счет свободных электронов из эмиттерной области.Следовательно, ток эмиттера больше, чем базовый ток и ток коллектора. Ток эмиттера — это сумма тока базы и коллектора.

I _E = I _B + I _C

ср Знайте, что ток эмиттера — это входной ток, а ток коллектора ток — это выходной ток.

г. выходной ток коллектора меньше входного эмиттера ток, поэтому коэффициент усиления по току этого усилителя на самом деле меньше 1.Другими словами, усилитель с общей базой ослабляет электрический ток, а не усиливает его.

г. база-эмиттер разветвление J _E на входе действует как передний смещенный диод. Таким образом, усилитель с общей базой имеет низкий входное сопротивление (низкое сопротивление входящему току). На с другой стороны, переход коллектор-база J _C при выходная сторона действует как обратная смещенный диод.Таким образом, усилитель с общей базой имеет высокий выходное сопротивление.

Следовательно, в усилитель с общей базой обеспечивает низкий входной импеданс и высокий выходное сопротивление.

Транзисторы с низким входным сопротивлением и высоким выходным сопротивлением обеспечивают высокий коэффициент усиления по напряжению.

Даже хотя коэффициент усиления по напряжению высокий, коэффициент усиления по току очень низкий и общий коэффициент усиления мощности общего базового усилителя низкий. по сравнению с другими конфигурациями транзисторных усилителей.

г. транзисторные усилители с общей базой в основном используются в приложения, где требуется низкий входной импеданс.

г. Усилитель с общей базой в основном используется как усилитель напряжения или текущий буфер.

Это тип схемы транзистора не очень распространен и не является так же широко используется, как и две другие конфигурации транзисторов.

г. Принцип работы pnp-транзистора с конфигурацией CB: То же, что и npn-транзистор с конфигурацией CB. Единственный разница в том, что свободные электроны npn-транзистора проводят большую часть ток, тогда как в транзисторе pnp отверстия проводят больше всего тока.

Кому полностью описать поведение транзистора с CB конфигурации, нам понадобится два набора характеристик: они

• Ввод характеристики
  
• Выход характеристики.

Ввод характеристики

г. входные характеристики описывают взаимосвязь между входными ток (I _E ) и входное напряжение (V _BE ).

Первый, проведите вертикальную линию и горизонтальную линию. Вертикальная линия представляет ось y, а горизонтальная линия представляет ось x. В принимается входной ток или ток эмиттера (I _E ) по оси ординат (вертикальная линия), а входное напряжение (В _BE ) _{снимается по оси х (горизонтальная линия).}

Кому определить входные характеристики, выходное напряжение V _CB (напряжение коллектор-база) поддерживается постоянным на уровне нуля вольт и входное напряжение V _BE увеличено с нуля вольт на разные уровни напряжения. Для каждого уровня напряжения входное напряжение ( _ВЕ ), входной ток (I _E ) записывается на бумаге или в любой другой форме.

Далее, выходное напряжение ( _{В CB} ) увеличено с нуля вольт до определенного уровня напряжения (8 вольт) и поддерживается постоянным на 8 вольт. При увеличении выходного напряжения ( _CB V), входное напряжение (V _BE ) поддерживается постоянным на нуле вольт.После мы сохранили выходное напряжение ( _{V CB} ) постоянная при 8 вольт, входное напряжение V _BE равно увеличился от нуля вольт до различных уровней напряжения. Для каждый уровень входного напряжения (V _BE ), входной ток (I _E ) записывается на бумаге или в любом другая форма.

А Затем строится кривая между входным током I _E и входное напряжение В _BE при постоянном выходном напряжении В _CB (8 вольт).

Это повторяется для более высоких фиксированных значений выходного напряжения (V _CB ).

Когда выходное напряжение ( _CB В) равно нулю и переход эмиттер-база J _E смещен в прямом направлении входное напряжение (В _BE ), переход эмиттер-база действует как обычный диод с p-n переходом. Итак, входные характеристики такие же, как прямые характеристики нормального pn переходной диод.

г. Падение напряжения кремниевого транзистора составляет 0,7 вольт и на германиевом транзисторе 0,3 вольта. В нашем случае это кремниевый транзистор. Итак, из приведенного выше графика мы видим, что после 0,7 В небольшое увеличение входного напряжения (В _BE ) быстро увеличит входной ток (I _E ).

Когда выходное напряжение ( _{В CB} ) увеличено с нуля вольт до определенного уровня напряжения (8 вольт), эмиттер ток будет увеличиваться, что, в свою очередь, уменьшает ширина обедненной области на переходе эмиттер-база.Как результат, падение напряжения будет уменьшено. Следовательно, кривые смещен влево для более высоких значений вывода напряжение В _CB .

Выход характеристики

г. выходные характеристики описывают взаимосвязь между выходной ток (I _C ) и выходное напряжение ( _CB В).

Первый, проведите вертикальную линию и горизонтальную линию. Вертикальная линия представляет ось y, а горизонтальная линия представляет ось x. В выходной ток или ток коллектора (I _C ) берется по оси ординат (вертикальная линия) и выходное напряжение ( _{В, CB} ) _{снимается по оси абсцисс (горизонтальная линия).}

Кому определить выходные характеристики, входной ток или ток эмиттера I _E поддерживается постоянным равным нулю мА и выходное напряжение V _CB увеличено с нуля вольт на разные уровни напряжения.Для каждого уровня напряжения выходное напряжение В _CB , выходной ток (I _C ) записывается.

А Затем строится кривая между выходным током I _C и выходное напряжение В _CB при постоянном входном токе I _E (0 мА).

Когда ток эмиттера или входной ток I _E равен 0 мА транзистор работает в области отсечки.

Далее, входной ток (I _E ) увеличен с 0 мА до 1 мА, регулируя входное напряжение V _BE и входное ток I _E поддерживается постоянным на уровне 1 мА. В то время как увеличивая входной ток I _E , выходное напряжение V _CB остается неизменным.

После мы сохранили входной ток (I _E ) постоянным на уровне 1 мА, выходное напряжение ( _{В CB} ) увеличено с нуля вольт на разные уровни напряжения.Для каждого уровня напряжения выходное напряжение ( _CB ), выходной ток (I _C ) записывается.

А Затем строится кривая между выходным током I _C и выходное напряжение В _CB при постоянном входном токе I _E (1 мА). Эта область известна как активная область транзистор.

Это повторяется для более высоких фиксированных значений входного тока I _E (Я.е. 2 мА, 3 мА, 4 мА и т. Д.).

От Из приведенных выше характеристик видно, что при постоянном входной ток I _E , при выходном напряжении V _CB увеличивается, выходной ток I _C остается постоянный.

в область насыщения, оба перехода эмиттер-база J _E и переход коллектор-база J _C смещены в прямом направлении.Из приведенного выше графика мы видим, что внезапное увеличение ток коллектора при выходном напряжении V _CB составляет переход коллектор-база J _C смещен вперед.

Ранний эффект

Срок для прямого смещения переход база-эмиттер J _E действует как диод с прямым смещением и из-за обратного смещения коллектор-база J _C действует как обратносмещенный диод.

Следовательно, в ширина истощения область на переходе база-эмиттер J _E составляет очень мала, тогда как ширина обедненной области на коллектор-базовый переход J _C очень большой.

Если выходное напряжение V _CB приложено к коллектор-базовый переход J _C дополнительно увеличен, ширина обедненной области еще больше увеличивается.Базовый регион слабо легирован по сравнению с коллекторной областью. Так что область истощения проникает больше в базовую область и меньше в коллекторский регион. В результате ширина основания регион уменьшается. Эта зависимость базовой ширины от вывода напряжение (В _CB ) известно как ранний эффект.

Если выходное напряжение V _CB приложено к коллектор-база J _C сильно увеличена, ширина основания может быть уменьшена до нуля и вызывает напряжение пробой транзистора.Это явление известно как удар через.

Транзистор параметры

Динамический ввод сопротивление (r _i )

Динамический входное сопротивление определяется как отношение изменения входного напряжение или напряжение эмиттера (В _BE ) на соответствующее изменение входного тока или тока эмиттера (I _E ), с выходным напряжением или напряжением коллектора (В _CB ) держится на постоянном уровне.

Входное сопротивление общей базы. усилитель очень низкий.

Динамический выход сопротивление определяется как отношение изменения выходного напряжения или напряжение коллектора (В _CB ) к соответствующему изменение выходного тока или тока коллектора (I _C ), при сохранении входного тока или тока эмиттера (I _E ) при постоянном.

Выходное сопротивление общего база усилителя очень высока.

Текущее усиление (α)

г. Текущий усиление транзистора в конфигурации CB определяется как соотношение выходного тока или тока коллектора (I _C ) к входному току или току эмиттера (I _E ).

г. коэффициент усиления по току транзистора в конфигурации CB меньше чем единство.Типичный коэффициент усиления по току обычного базового усилителя составляет 0,98.

Биполярный переходной транзистор | Электронные учебники | Повязки Mepits

BJT Transistor

представляет собой трехслойное полупроводниковое устройство , которое имеет широкий спектр применения в полупроводниковой промышленности.Три слоя эмиттера , основания и коллектора BJT-транзистора сформированы путем смещения альтернативных слоев P и N. Эмиттер — это сильно легированная область BJT-транзистора, которая обеспечивает основные носители в базовой области. Базовая область представляет собой тонкую, слегка легированную область, зажатую между эмиттером и коллектором. Основные носители из эмиттера проходят через базовую область, и их поток может контролироваться извне. Коллекторная область умеренно легирована. В конце концов, основные носители эмиттера собираются в области коллектора BJT-транзистора.

BJT-транзистор может быть сконструирован двумя способами. В одном методе слой N помещается между двумя слоями P, называемыми транзистором PNP, , а в другом слое P помещается между двумя слоями N, называемыми транзистором NPN.

Структура и обозначение биполярного переходного транзистора — транзистор NPN, транзистор PNP

Структура и обозначение схемы транзистора PNP и транзистора NPN показаны на рисунках выше.В транзисторе NPN электроны являются основными носителями, а в транзисторе PNP дырки являются основными носителями. Подвижность электронов выше, чем у дырок, поэтому NPN-транзисторы более предпочтительны в электронных схемах. Все остальные свойства транзистора NPN и транзистора PNP одинаковы.

можно определить как устройство с трехконтактным управлением по току. Биполярный транзистор работает аналогично водопроводному крану.Количество воды, протекающей по трубе, можно контролировать, перемещая ручку крана. Точно так же поток основных носителей от эмиттера к коллектору можно контролировать с помощью тока базы. Управляемая мощность может быть выше, чем входная управляющая мощность. Следовательно, транзистор BJT можно использовать в качестве усилителя .

Работа транзистора BJT — транзистор NPN

На рисунке показана наиболее распространенная конфигурация транзистора NPN.Здесь соединение эмиттер-база смещено в прямом направлении, а соединение коллектор-база — в обратном. То есть для транзистора NPN база более положительна по отношению к эмиттеру, а коллектор более положительна по отношению к базе. Когда цепь включена, более высокий потенциал в базовой области NPN-транзистора притягивает электроны от эмиттера NPN-транзистора к себе. Электронный поток, который достигает базовой области NPN-транзистора, снова притягивается более положительным напряжением коллекторной области NPN-транзистора.Через базовый вывод NPN-транзистора проходит очень небольшой ток, поскольку он очень тонкий и слегка легированный, поэтому движение электронов вниз ограничивается его более высоким сопротивлением (для движения вниз требуются большая длина и небольшая площадь).

Когда BJT-транзистор не смещен, то есть на его переходах нет падения напряжения и, следовательно, через него не течет ток. Если соединение эмиттер-база смещено в прямом направлении , а соединение коллектор-база — с обратным смещением , напряжение на устройстве заставляет электроны от эмиттера течь к коллектору.При этом электроны проходят через слаболегированную базовую область P-типа, и некоторые электроны рекомбинируют с дырками. Следовательно, ток коллектора меньше, чем ток эмиттера. Ток эмиттера, базовый ток и ток коллектора могут быть связаны между собой.

Ток эмиттера = Базовый ток + Ток коллектора

В основном, три параметра используются для определения характеристик транзистора BJT. Текущий коэффициент усиления, базовый транспортный коэффициент, параметры эффективности инжекции эмиттера показывают характеристики транзистора NPN и транзистора PNP.

(а). Коэффициент усиления по току

Коэффициент усиления тока в BJT-транзисторе определяется как отношение выходного тока к его входному току. В общей базовой конфигурации коэффициент усиления тока представляет собой отношение тока коллектора к току эмиттера.

α = Ic / Ie

(б). Базовый транспортный коэффициент

Определяется как коэффициент базового тока, необходимый для передачи тока эмиттера на коллектор BJT-транзистора.Базовый транспортный коэффициент — это отношение тока коллектора к току базы BJT-транзистора. То есть это отношение выходного тока к входному в конфигурации с общим эмиттером.

β = Ic / Ib

(с). Эффективность впрыска эмиттера

Эффективность инжекции эмиттера в BJT-транзисторе определяет эффективность инжекции основной несущей из эмиттера. Это отношение тока основных носителей эмиттера к полному току эмиттера. Он определяет способность эмиттера к инжекции.Сильнолегированная область будет иметь высокий коэффициент инжекции.

можно смоделировать как два PN перехода, соединенных спина к спине. В зависимости от приложения каждый переход может иметь прямое или обратное смещение независимо. Таким образом, существует четыре различных метода смещения.

(а). Прямо-активный режим

В прямом активном режиме биполярного транзистора соединение эмиттер-база смещено в прямом направлении, а соединение база-коллектор смещено в обратном направлении.Когда транзистор работает в этом режиме, ток коллектора линейно увеличивается с увеличением тока базы. Поэтому, когда BJT-транзистор используется в качестве усилителя, он смещен для работы в активном режиме .

(б). Обратно-активный режим

Обратный активный режим также называется обратным активным , потому что его условия смещения прямо противоположны условиям прямого активного режима. То есть переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, а переход коллектор-база смещен в прямом направлении.

BJT-транзистор является симметричным, поэтому, если условия смещения инвертируются, эмиттер и коллектор транзистора меняются местами, и ток течет в противоположном направлении. Из-за разницы в концентрации легирования и размерах области коллектора и эмиттера коэффициент усиления по току транзистора в два-три раза меньше, чем в прямом активном режиме.

(с). Насыщенный режим

В режиме насыщения переходы эмиттер-база и коллектор-база смещены в прямом направлении.Максимальный ток протекает через транзистор, потому что ширина обеднения в обоих переходах очень мала. BJT-транзистор в этом режиме ведет себя как замкнутый переключатель.

(г). Режим отключения

Переходы эмиттер-база и коллектор-база имеют обратное смещение в режиме отсечки. В этом режиме транзистор неактивен, то есть ток не течет от эмиттера к коллектору. Транзистор в режиме отсечки ведет себя как разомкнутый ключ.

Три режима конфигурации транзистора аналогичны движению автомобиля.Активный режим движения вперед — это когда автомобиль движется со средней скоростью, и ее скорость может регулироваться печенью акселератора. Точно так же ток в транзисторе в прямом активном режиме контролируется током базы.

Режим отключения — это когда двигатель автомобиля выключен, и даже если акселератор нажат на максимум, ничего не происходит. Аналогично для транзистора в режиме отсечки коллекторный ток близок к нулю, увеличение тока базы на это не влияет.

Насыщение в BJT-транзисторе аналогично автомобилю, движущемуся с крутого холма, так что он уже достиг максимальной скорости.Дальнейшее увеличение скорости автомобиля в этом состоянии невозможно. Для транзистора в области насыщения через устройство протекает максимальный ток. Увеличение базового тока не влияет на ток коллектора.

Режимы работы биполярного переходного транзистора (BJT-транзистор)

BJT-транзистор настроен на работу в режиме насыщения и отсечки для приложений, когда он используется в качестве переключателя. BJT-транзистор в режиме отсечки ведет себя как открытый переключатель, а транзистор в режиме насыщения ведет себя как закрытый переключатель.

Для таких приложений, как усилители, NPN-транзистор и PNP-транзистор смещены для работы в активном режиме. BJT-транзистор усиливает сигнал, подаваемый на клемму базы, не влияя на другие параметры.

В электронных схемах, в зависимости от применения, транзистор NPN и транзистор PNP могут быть сконфигурированы как общая база , общий коллектор или общий эмиттер .Термин «общий» означает, что терминал является общим как для входа, так и для выхода. Лучший способ определить конфигурацию транзистора NPN и транзистора PNP в сложной электронной схеме — это проверить клеммы, к которым подключен вход и выход. Тогда мы можем сделать вывод, что третья клемма является общей клеммой.

(а). Конфигурация общего эмиттера

Это наиболее часто используемая конфигурация транзистора BJT. В этом случае , входное напряжение подается на переход база-эмиттер , а выходное напряжение берется на переход коллектор-эмиттер .Коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по току и коэффициент усиления по мощности конфигурации с общим эмиттером высоки по сравнению с другими конфигурациями транзисторов. Поскольку входной сигнал подается через смещенный в прямом направлении переход, входное сопротивление усилителя с общим эмиттером низкое. Выходное сопротивление велико, так как выходной сигнал проходит через смещенный в обратном направлении переход. Еще одним важным свойством общей конфигурации эмиттера является то, что его выход сдвинут по фазе на 180 градусов.

Конфигурация общего эмиттера NPN-транзистора

(б).Общая базовая конфигурация

В конфигурации с общей базой BJT-транзистора вход подается на вывод эмиттера , а выход выводится на вывод коллектора . Он используется в приложениях, где требуется низкий входной импеданс и высокий выходной импеданс. В отличие от обычного эмиттера, в общей базовой конфигурации вход и выход находятся в одной фазе. На следующем рисунке показан PNP-транзистор, подключенный по общей базовой конфигурации.

Общая базовая конфигурация транзистора PNP

(с).Конфигурация общего коллектора

Конфигурация общего коллектора BJT-транзистора также называется повторителем напряжения или эмиттерным повторителем . В этом случае коллектор является общим как для ввода, так и для вывода. Как показано на рисунке ниже, вход подключен к переходу база-коллектор с обратным смещением, а выход — через смещенный в прямом направлении переход эмиттер-коллектор . Следовательно, входное сопротивление велико, а выходное сопротивление низкое, и в приложениях для согласования импеданса используется общая конфигурация коллектора.Это дает высокий коэффициент усиления по току, но коэффициент усиления по напряжению в конфигурации с общим коллектором меньше единицы.

Конфигурация общего коллектора NPN-транзистора

JIS — это аббревиатура от японского промышленного стандарта, используемого в Японии. Используемый формат —

• Цифра — 2 — это цифра, используемая для транзисторов.
• Письма:

• Порядковый номер — этот номер может находиться в диапазоне от 10 до 9999.
• Суффикс — необязательно. Он указывает тип, одобренный японскими организациями.

Примеры: Транзисторы, использующие формат кодирования JIS:

• 2SC733 — Это транзистор. SC означает, что они относятся к ВЧ-транзистору NPN. 733 — это порядковый номер. Здесь не используется суффикс.
• 2SA1187, 2SB646 — другие примеры транзисторов, которые подпадают под формат кодирования JIS.

JEDEC — это аббревиатура от Joint Electron Device Engineering Council. Эта система имеет формат, указанный ниже:

• Цифра — для транзисторов используется цифра 2.
• Буква — буква «N» используется всегда.
• Порядковый номер — может варьироваться от 100 до 9999.Он используется, чтобы показать, когда впервые появился транзистор.
• Суффикс — необязательно. Если он включен в формат нумерации, то суффикс означает усиление устройства.

A — низкий коэффициент усиления, B — средний коэффициент усиления, C — высокий коэффициент усиления.

Примеры: 2N3906 — это транзистор PNP, входящий в систему JEDEC.

• Две буквы — первая буква указывает на материал, из которого изготовлен транзистор, а вторая буква указывает на применение транзистора.
• Первая буква может быть любой из них, как указано ниже:
• Вторая буква может быть любой из них, как указано в таблице.
• [письмо] — необязательно. Он указывает, используется ли транзистор для коммерческого или промышленного применения. Обычно для обозначения этого используются буквы W, X, Y, Z.
• Последовательный номер — может быть любым числом от 100 до 9999.
• Суффикс — необязательно.

Примеры: BC107, BD139, AD140 и т. Д.

Следуя простым советам и приемам, приведенным ниже, вы легко сможете идентифицировать свой транзистор.

• Сначала поймите и изучите JIS, JEDEC и формат электронного кодирования транзистора.

• Теперь прочтите числа, напечатанные на электронном компоненте транзистора.

• Укажите используемую систему кодирования, т.е.е., проверьте, принадлежит ли он к системе кодирования JIS, JEDEC и Pro-electronic.
• Если код транзистора начинается с «2N», следуйте системе JEDEC, «2 с двумя буквами», затем используйте формат JIS, «Две буквы», затем используйте систему Pro-Electron.

• После определения формата кодирования (JIS / JEDEC / Pro-Electron) следуйте правилам и шагам, описанным в разделе «Форматы кодирования для транзисторов» выше для конкретной системы кодирования.
• Теперь просмотрите каталог транзисторов, чтобы получить более подробную информацию о работе электронных компонентов, спецификациях, характеристиках, применении и т. Д. Также убедитесь, что выбранный транзистор подходит для выбранного вами проекта / приложения DIY…

Обычно система кодирования Pro-Electron используется чаще, чем система JEDEC. Но оба они используются многими производителями устройств для кодирования транзисторов. Система кодирования действительно полезна и помогает легко идентифицировать.

Примечание: Помимо систем кодирования JIS, JEDEC и Pro-Electron, некоторые производители электронных компонентов выпускают свои собственные типы для коммерческих целей. Некоторыми примерами для этого являются ZTX302, TIS43 и т. Д. Здесь символы представляют конкретного производителя. Некоторые из них приведены в таблице:

Краткое и очень простое руководство по выбору транзистора

Вы изо всех сил пытаетесь выбрать транзистор для своего будущего проекта? Не заставляет ли вас нервничать мысль о выборе подходящего транзистора? Если да, то вы попали в нужное место!

В этом посте мы проведем вас через процесс выбора подходящего транзистора в соответствии с вашим приложением.Планируете ли вы использовать транзистор в качестве переключателя или усилителя, у нас есть все необходимое!

Прежде чем переходить к процессу выбора транзистора, давайте сначала разберемся, что такое транзистор. В основном существует два типа транзисторов — BJT (биполярные транзисторы) и полевые транзисторы (полевые транзисторы). Транзисторы служат для усиления или переключения в большинстве электронных схем. Напряжения, приложенные к его выводам, определяют режим работы транзистора.

состоят из двух типов областей — p-типа и n-типа. Эти области создаются путем добавления примесей в полупроводник (обычно кремний), и этот процесс называется легированием. Для формирования области p-типа бор используется в качестве легирующего материала. Поскольку бор имеет три электрона на внешней оболочке, он соединяется с тремя электронами кремния, оставляя «дырку» на месте четвертого электрона. Так образуются дырки, и они производят положительный заряд, поэтому область называется областью «p-типа».

Аналогичным образом, чтобы сформировать область n-типа, используется фосфор (имеющий пять валентных электронов). Четыре его электрона соединяются с четырьмя электронами кремния, и один электрон может свободно перемещаться. Это создает общий отрицательный заряд, и поэтому область называется областью «n-типа».

BJT — это полупроводниковое устройство, состоящее из двух p-n-переходов, соединенных взаимно встречно. Он может иметь два типа конфигурации — PNP или NPN, в зависимости от концентрации легирования. Обычно кремний используется в качестве подложки внутри BJT и легируется в соответствии с требованиями к напряжению и току.BJT имеет три вывода — базу, эмиттер и коллектор. Если это транзистор PNP, вывод базы подключается к области n-типа, а выводы коллектора и эмиттера подключаются к каждой из двух областей p-типа.

также есть три клеммы, как у BJT, но они сделаны с использованием только одного типа материала в качестве основной подложки, то есть либо p-типа, либо n-типа. Три терминала называются затвором, стоком и истоком. Затвор подключен к основной подложке, а исток и сток подключены к сильно легированным областям p-типа или n-типа.

При работе в качестве усилителя транзистор преобразует низкий входной ток в большой выходной ток, давая усиленный ток на выходе. При работе в качестве переключателя транзистор принимает небольшой ток в качестве входа и использует его для управления большим током в другом месте, следовательно, меньший входной ток включает больший ток.

Чтобы понять, как ток течет через транзистор, рассмотрим два p-n перехода, соединенных взаимно встречно. Основными носителями в области n-типа являются электроны, а в области p-типа — дырки.Учитывая, что у нас есть транзистор NPN, и мы прикладываем отрицательное напряжение к области n-типа (эмиттер), электроны уходят от отрицательного напряжения в область p-типа (базу). Мы понимаем, что область эмиттер-база смещена вперед.

Электроны, которые вошли в область p-типа, некоторые из них рекомбинируют с дырками, присутствующими в базе, в то время как другие продолжают течь к коллектору, составляя ток коллектора. Число электронов, поступающих в область коллектора, можно изменять, управляя базой.Переход коллектор-база имеет обратное смещение, поскольку на коллектор подается положительное напряжение.

Теперь мы знаем, что транзисторы работают, когда электроны текут от эмиттера к коллектору через базу, и, изменяя концентрацию легирования и приложенные напряжения на каждом из трех выводов, можно управлять режимом работы транзистора.

Прежде чем подавать какое-либо напряжение на свой транзистор, обязательно ознакомьтесь с его таблицей данных и выясните, какая из его ножек является базой, какая — эмиттером, а какая — коллектором.Как только вы это поймете, вы можете подавать на него питание. Если вы подключите свой транзистор неправильно, есть вероятность, что вы получите решетчатый транзистор и запах гари!

Обычно при подключении транзистора в качестве усилителя переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а область база-коллектор — в обратном направлении. Например, если вы используете транзистор NPN, то вы должны подключить положительный источник напряжения к области p-типа (базу), а отрицательный вывод — к эмиттеру, который состоит из материала n-типа.Это делает переход база-эмиттер смещенным вперед. Аналогичным образом, для обратного смещения перехода коллектор-база необходимо подать положительное напряжение на коллектор и отрицательное напряжение на базу. Вход в усилитель подается через переход эмиттер-база, а выход получается с коллектора.

При подключении транзистора в качестве переключателя обычно заземляют эмиттер и подают сигнал переключения в качестве входа на базу. Выходная нагрузка подключена к коллектору, который транзистор будет включать и выключать с помощью сигнала, подаваемого на базу.Транзистор работает в областях «насыщения» и «отсечки», когда он включен и выключен соответственно.

Вот некоторые из ключевых характеристик транзисторов, которые вы должны понять, прежде чем покупать транзистор для вашего будущего проекта.

Ток коллектора

Максимальный ток коллектора для обычных транзисторов измеряется в миллиамперах, а у силовых транзисторов — в амперах. Максимальное значение тока коллектора, указанное в паспорте транзистора, не должно превышаться.

Напряжение насыщения

Чтобы транзистор работал в режиме насыщения, между коллектором и эмиттером должно быть приложено определенное напряжение. Вы можете легко найти это напряжение, указанное как V _CE в техническом описании транзистора. Это напряжение должно присутствовать между коллектором и эмиттером, чтобы транзистор мог войти в режим насыщения.

Напряжение пробоя

Два напряжения пробоя — напряжение пробоя коллектор-база и напряжение пробоя коллектор-эмиттер являются важными характеристиками транзисторов.Эти значения не должны превышаться во время работы, потому что повышенное напряжение может повредить ваш транзистор.

Текущий прирост

Другой важной характеристикой является коэффициент усиления транзистора по прямому току, сокращенно β. Небольшой входной ток на базе используется для управления большим током на коллекторе. Ток в базе усиливается в соответствии со значением β.

Эта характеристика используется в усилителях на базе транзисторов, обычно используемых в схемах RF и других схемах усиления звука.Для разных приложений требуются разные коэффициенты усиления по току, поэтому важно проверять значение β при выборе транзистора.

Материал

Обычно транзисторы изготавливаются из кремния в качестве основной полупроводниковой подложки. Это связано с тем, что кремний обладает превосходными свойствами и предлагает напряжение перехода около 0,6 вольт. Для изготовления транзисторов также используются другие полупроводниковые материалы, но они обладают другими свойствами и имеют другое напряжение на переходе.

Полярность

Как объяснялось в предыдущих разделах, транзисторы могут быть PNP или NPN.Это влияет на полярность выходного напряжения. Обычно нам требуется положительное выходное напряжение, поэтому транзисторы NPN обычно используются во многих приложениях.

Выбирая транзистор для своего проекта, вы должны быть уверены в исходном напряжении, рассеиваемой мощности и рабочих токах, которые будут использоваться в проекте. Это позволит вам решить, какой транзистор выбрать, исходя из вышеперечисленных параметров — напряжения насыщения, напряжения пробоя, тока коллектора, коэффициента усиления по току.Вы можете найти эти параметры в инструкции производителя, прилагаемой к транзистору. Более того, вам нужно увидеть, нужна ли вам положительная полярность на выходе или отрицательная, как описано выше.

Убедитесь, что значения тока и напряжения не превышают максимальные значения, указанные производителем, иначе вы можете разрушить свой транзистор.

Измерительные транзисторы с использованием параметров модели Ebers-Moll

Если транзисторные схемы будут использоваться или поддаются диагностическим процедурам, мы должны иметь возможность их моделировать.Даже самое лучшее электронное испытательное оборудование бесполезно, если мы не знаем, что искать в исследуемых цепях.

характерно наличие нескольких режимов проводимости. Мы можем рассматривать эти явления в двухдиодной модели биполярного переходного транзистора (BJT). Два диода, аноды которых соединяются, образуя центральный отвод, аналогичны транзистору NPN, поскольку показания омметра точно представляют реальное устройство. Два диода с катодами, подключенными к общему узлу, аналогичны транзистору PNP.(NPN-транзисторы предпочтительнее из-за повышенной подвижности электронов по сравнению с дырками, а также из-за того, что они совместимы с системой отрицательного заземления). Поскольку два диода являются отдельными компонентами и не могут иметь общий полупроводниковый слой, они не работают как усилитель, переходят в колебание или выполняют коммутационное действие, как настоящие транзисторы.

Чтобы точно смоделировать BJT, мы должны выйти за рамки простого подключения диодов, хотя это остается актуальным. Модель Эберса-Молла представляет собой электронное представление транзистора NPN или PNP в любой из четырех основных конфигураций. В дополнение к модели диода, которая представляет собой физическое моделирование, Ebers-Moll представляет собой бумажную конструкцию, частично существующую в виде схематической диаграммы, а также в виде набора уравнений, в любом из которых используются обычные символы.

Jewel Джеймс Эберс и Джон Л. Молл представили эту математическую модель транзисторных токов в 1954 году. Модель описана в статье под названием «Поведение больших сигналов переходных транзисторов », опубликованной в Proceedings of the Institute of Radio Engineers. В аннотации статьи авторы говорят:

При рассмотрении переходного транзистора в качестве переключателя наибольший интерес представляют три характеристики: полное сопротивление открытого состояния, полное сопротивление закрытого типа и время переключения.Представлена ​​обобщенная теория двухполюсных переходных транзисторов, которая применима на постоянном токе во всех областях эксплуатации. Используя эту теорию, открытые и закрытые импедансы транзисторного ключа выражаются в терминах легко измеряемых параметров транзистора. Для идеального транзистора такими параметрами являются токи насыщения эмиттерного и коллекторного переходов, а также нормальный и инвертированный альфа-каналы. Обсуждается переход транзисторного переключателя из открытого состояния в закрытое или наоборот, включая эффекты хранения неосновных носителей.Этот переход может быть выражен в аналитической форме через альфа-канал, а также нормальную и инвертированную альфа-частоту отсечки.

Модель Эберса-Молла состоит из следующих уравнений для тока эмиттера и коллектора:

Коэффициент усиления в прямом и обратном направлении, обозначаемый α _F и α _R , меньше единицы, потому что не весь ток проходит от одного перехода к другому.

Это условие взаимности, как известно, подразумевает базовый ток, который может быть вычислен с использованием закона тока Кирхгофа, согласно которому сумма всех токов, входящих в узел, равна нулю.Обратите внимание, что

В BJT обычно есть две двухпроводные цепи, вход и выход. Устройство в его основной форме имеет три, а не четыре вывода, потому что один из них — который может быть базой, эмиттером или коллектором — является общим для обеих схем. Выходная схема может передавать на следующий каскад усиленную или ослабленную версию сигнала на входе. Когда вход и выход в каждый момент времени находятся в одном и том же соотношении, устройство называется линейным, а когда это соотношение изменяется, устройство является нелинейным.

X = 2 Y — линейное уравнение.
X = Y ² — нелинейное уравнение.

Как линейные, так и нелинейные устройства обладают некоторым конечным коэффициентом усиления. Или выигрыш может быть бесконечным, теоретически, но не на самом деле, когда существует условие большого взрыва. Прирост обозначается греческим альфа (α) и греческим бета (β). Чтобы уточнить, α — это I _C / I _E . β — это I _C / I _B . Коэффициент усиления по напряжению с общим эмиттером всегда находится на небольшой отрицательной территории.

Коэффициент усиления по току в схеме транзистора с общей базой по определению представляет собой изменение тока коллектора по сравнению с изменением тока эмиттера, когда разность напряжений между базой и коллектором не меняется. Типичный коэффициент усиления по току общей базы равен единице.

В BJT каждый из двух переходов может быть смещен в прямом или обратном направлении. Соответственно, существует четыре возможных режима работы транзистора. Он отсекается, когда переход эмиттер-база и переход коллектор-база смещены в обратном направлении.Когда оба этих перехода смещены в прямом направлении, устройство находится в состоянии насыщения. Когда переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении, транзистор находится в прямом активном режиме. Наконец, транзистор находится в реверсивно-активном режиме, когда эмиттер-база смещена в обратном направлении, а коллектор-база смещена в прямом направлении.

Между отсечкой и насыщением устройство действует как переключатель, который может быть разомкнутым с высоким импедансом или замкнутым с низким импедансом.В этих условиях смещения нет промежуточного состояния. В прямом активном режиме транзистор работает как усилитель, а в обратном активном режиме он может использоваться для операций цифрового и аналогового переключения.

Удивительно, но при определенных условиях смещения и входного сигнала физические размеры BJT фактически изменяются. Это явление было впервые замечено Джеймсом Эрли в 1952 году и известно как эффект Раннего. Это проявляется в уменьшении ширины базы из-за расширения области истощения базы-коллектора.В результате увеличивается ток и напряжение коллектора. Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) также демонстрируют это странное поведение.

Когда возникает необходимость в физическом измерении параметров транзистора, таких как усиление по току, напряжения пробоя и импеданс, обычно выбирают прибор для измерения кривой транзистора.Индикатор кривой может генерировать и отображать семейство кривых тока коллектора, I _c , в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер, В _CE , для различных значений тока базы, I _B . На этом экране можно напрямую определить текущее усиление β.

Измеритель кривой использует три основные схемы для генерации этого дисплея: генератор напряжения развертки для управления напряжением коллектора; источник базового тока, которым можно управлять для обеспечения ряда равных приращений базовых токов при каждой развертке генератора напряжения; и источник синхронизации для изменения базового тока в начале каждой развертки напряжения.

Форма волны генератора напряжения развертки, В _с состоит из повторяющихся разверток, происходящих с периодом времени T. Это напряжение питания коллектора, которое периодически прикладывается к транзистору. Напряжение коллектора, V _ce , будет обеспечивать горизонтальную развертку (ось x).

Вид выходного сигнала источника тока базы показывает, что для каждой последовательной развертки напряжения базовый ток, I _B , увеличивается с равными шагами, причем каждый шаг синхронизируется с началом каждой развертки напряжения коллектора.По окончании последнего периода приращения генератор базового тока повторяет последовательность шагов. В США частота линии электропередачи 60 Гц обычно используется в качестве синхронизирующего сигнала для ступеней напряжения развертки коллектора и базового тока.

Напряжение коллектор-эмиттер, V _ce , обеспечивает горизонтальную развертку, в то время как напряжение на резисторе измерения тока, R _c , которое пропорционально току коллектора, обеспечивает вертикальную развертку, в результате чего получается семейство кривые I _c в сравнении с V _ce для серии равных приращений изменения базового тока.

Показанные здесь дисплеи относятся к npn-транзистору. Коэффициент усиления транзистора по току определяется по формуле: β = коэффициент усиления по току = ΔI _c / ΔI _B , где ΔI _B устанавливается переключателем ступенчатого селектора кривых.

Наклон линии нагрузки определяется резистором, ограничивающим рассеяние, R _L , выбранным в секции управления свипированием коллектора.Этот резистор выбран таким образом, чтобы максимально допустимый ток коллектора I _c для транзистора не превышался для V _ce = 0 В.

При использовании измерителя кривой малые транзисторы не обладают большой способностью к рассеиванию тепла, поэтому их следует ограничивать примерно 50 мА и 40 В; Транзисторы большей мощности обычно имеют корпус, который позволяет прикрепить к радиатору. Обычно можно с уверенностью предположить, что они могут выдерживать 1 или 2 А при 40 В.

β будет изменяться в зависимости от потребляемого тока коллектора, уменьшаясь по мере увеличения тока. Коэффициент усиления обычно измеряется в области напряжения / тока, в которой предполагается, что транзистор будет работать.

Наконец, транзисторы на измерителе кривой могут нагреваться, поэтому будьте осторожны при обращении с ними.

Ошибка разрыва связи

Щиток приборов

PHY 116A A01 FQ 2018

Перейти к содержанию Щиток приборов

• Авторизоваться

• Панель приборов

• Календарь

• Входящие

• История

• Помощь

Закрывать
• Мой Dashboard
• PHY 116A A01 FQ 2018
Осенний квартал (FQ) 2018
• Домашняя страница
• Программа
• Файлы
• Задания
• Сотрудничество
• Академия Кана (EE)
• Медиа-галерея
• Мои медиа
• Книжная полка
• Увеличить
• Список для чтения

К сожалению, вы обнаружили неработающую ссылку!

Изучение основ работы с транзисторами [Краткое простое пошаговое руководство]

Эй, там! надеюсь, вы отлично проводите время.

Вы пользуетесь мобильным телефоном, ноутбуком и другими замечательными электронными устройствами почти каждый день.

Эти устройства стали возможны благодаря замене большой вакуумной лампы размером с крошечный электронный компонент, транзистор.

Транзистор является основным строительным блоком любого портативного устройства, доступного на рынке. Электроника — ничто с этим парнем.

Итак, в этом посте мы пытаемся узнать все об основах работы с транзисторами и собираемся отлично провести время вместе.

Надеюсь, вы узнаете что-то новое. Наслаждайтесь основами транзистора!

Что такое транзистор?

Этот транзистор представляет собой трехконтактное полупроводниковое устройство, используемое в качестве усилителя или электронного переключателя.

В качестве усилителя он преобразует очень слабый сигнал в гораздо больший сигнал. Простым примером является громкоговоритель, который издает очень громкий звук.

Один громкоговоритель может воспроизводить звук, который будет слышен во всем зале или на стадионе.

Как выключатель, очевидно, он используется для включения / выключения устройства. Такая коммутационная способность сделала транзистор идеальным для многих приложений, таких как аналого-цифровой преобразователь, импульсный источник питания, микропроцессоры и многое другое.

Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство с тремя выводами, используемое для усиления слабых сигналов или используемое в качестве электронного переключателя

Мы не можем представить без этого современную электронику. Почти в каждом электронном устройстве есть несколько таких небольших устройств, от нескольких до миллионов.

Вы будете шокированы, если узнаете, сколько транзисторов находится в схемах вашего мобильного, портативного или персонального компьютера! Их миллионы.

Значение транзисторов в электронике

Чтобы понять важность и востребованность транзисторов, давайте возьмем компьютер.

Если бы не были изобретены транзисторы, возможно, мы до сих пор использовали бы громоздкие электронные лампы.

Наши компьютеры были бы сделаны из таких громоздких трубок, что делали компьютер размером с комнату.У кого дома будет такой большой компьютер?

Конечно никто, кроме больших компаний.

Таким образом, не было бы персонального компьютера без транзистора. Персональный компьютер — лишь один из примеров, вы также можете вспомнить революцию в области радио, мобильной связи и телевидения.

У нас не было бы таких развлечений и современного подключенного мира без этих небольших устройств, транзисторов.

Согласно Википедии, в 1956 году Джон Бардин, Уолтер Хаузер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли были удостоены Нобелевской премии по физике «за свои исследования полупроводников и открытие эффекта транзистора ».

Двенадцать человек упоминаются как непосредственное участие в изобретении транзистора в лаборатории Белла.

Электрическое обозначение транзистора

Электрический символ упрощает идентификацию определенного элемента в сложной цепи. Как и у других электронных компонентов, транзистор имеет свой символ. Обозначение транзистора:

.

Как я сказал ранее, это трехконечное устройство. Три клеммы — это база (B), эмиттер (E) и коллектор (C).Базовая клемма действует как затвор, контролируя величину тока, протекающего между клеммами эмиттера и коллектора. О транзисторе BJT очень важно знать следующее:

• Он называется транзистором с биполярным переходом, потому что он имеет как дырки, так и электроны в качестве носителей заряда.
• Это устройство, управляемое током, т.е. величина базового тока контролирует величину выходного тока.
• Сопротивление между базой и эмиттером ниже, чем сопротивление между базой и коллектором.
• Для транзистора i-e Active существует три области работы: область насыщения и область отсечки.

Кривая VI транзистора

Как и у диода, описанного в предыдущем посте, у транзистора есть кривая VI (называемая характеристической кривой).

Когда вы понимаете основную концепцию любого устройства. Еще одна важная вещь, которую вам нужно знать: каково соотношение между напряжением на устройстве и током, протекающим через него. Эта информация представлена ​​в таблице данных транзистора в виде графика VI.

В случае транзистора напряжение на транзисторе составляет V _CE , а ток — это ток коллектора (I _C ). Но что интересно, базовый ток контролирует ток коллектора.

Для каждого значения базового тока у нас есть разные значения тока коллектора. В результате вместо одной кривой VI (как в случае диода) мы получили семейство кривых VI. Ниже приведены кривые семейства VI;

Видите ли, для каждого базового тока у вас своя кривая VI.Кривую VI можно разделить на следующие три объясненных области.

Регионы эксплуатации транзисторов

1. Активная область

В активной области транзистор будет включен. Кроме того, в активной области переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном направлении.

Напряжение между коллектором и эмиттером (V _CE ) будет между областями отсечки и насыщения.

На графике VI вы можете четко видеть постоянный ток коллектора в этой области. Итак, в активной области транзисторы можно было использовать как источник постоянного тока и как усилитель.

2. Зона отсечения

В этой области области база-эмиттер и база-коллектор имеют обратное смещение.

Условия эксплуатации транзистора: (a) нулевой входной базовый ток (I _B ), (b) нулевой выходной ток коллектора (I _C ), (c) и максимальное напряжение коллектора (В _CE ) что приводит к образованию большого обедненного слоя и отсутствию тока, протекающего через устройство.

Эта область в основном используется в условиях переключения.

3. Область насыщенности

Когда обе области база-эмиттер и база-коллектор смещены в прямом направлении, говорят, что транзистор находится в области насыщения.

В этой области транзистор используется как резистор или как активная нагрузка в интегральных схемах.

Внешний вид транзистора

Мы поняли основное определение транзистора. Пора увидеть настоящие транзисторы.Ниже приведено изображение реальных транзисторов:

Понимаете, все они разных форм и размеров. Некоторые покрыты белыми материалами, на самом деле этот белый материал является теплоотводом. Это одиночные, т. Е. Они еще не используются в схеме.

Транзистор NPN и PNP

Биполярные транзисторы бывают двух типов: один называется NPN, а другой — PNP. Оба типа выполняют одинаковые операции, но по-разному:

• PNP-транзистор состоит из двух слоев материала P-типа со слоем между слоями N-типа.Где NPN-транзистор состоит из двух слоев материала N-типа со слоем прослоенного P-типа.
• В транзисторе PNP основными носителями заряда являются дырки, а в транзисторе NPN основными носителями заряда являются электроны.
• Транзистор PNP включается при подаче некоторого отрицательного напряжения или при отсутствии напряжения. В то время как транзистор NPN включается, когда на базе присутствует некоторое напряжение, а на клемму базы протекает некоторый ток.
• В транзисторе PNP поток тока проходит от вывода эмиттера к выводу коллектора, в то время как NPN поток тока проходит от вывода коллектора к выводу эмиттера.

Меня лично больше интересует проектирование электронных схем.

Итак, с точки зрения дизайна очень важно знать, как определить, какой транзистор какой. Как разработчик, ваша задача — практически различать транзисторы NPN и PNP.

Как я уже говорил вам ранее, транзистору PNP требуется отрицательное напряжение или его отсутствие на базе, а для NPN требуется положительное напряжение на клемме базы. Помните об этом и посмотрите следующее видео.

Я уверен, что после просмотра этого видео вы сможете различать два типа NPN и PNP.

Обозначение клеммы транзистора

Мы научились различать NPN и PNP.

Следующее, что нужно сделать в изучении основ транзисторов, — это как идентифицировать выводы транзистора. Идентификация правильных выводов очень важна, потому что, если вы подключите источник питания к неправильным выводам транзистора, он может сгореть.

У меня есть два способа поделиться с вами.

Первый метод: с помощью таблицы

Из таблицы вы можете сказать, какой терминал какой. В таблице данных вам всегда будет показано изображение, подобное приведенному ниже.

Просто сравните свой реальный транзистор с ним, удерживая транзистор так, как показано в таблице данных.

Я лично применял этот метод, когда был студентом.

Это было так просто, как будто мне не пришлось брать мультиметр в университетской лаборатории или использовать свой собственный позже, когда я купил его.

Я просто гуглил транзистор, скачал техническое описание. И сравните транзистор в моей руке с изображением в даташите.

У меня это сработало, но позже мне понравилось делать это с помощью мультиметра.

Второй метод: с помощью мультиметра

Если честно, то очень много терминал транзистора можно определить с помощью мультиметра.

Но лично меня устраивает следующий. Имейте в виду, что средняя клемма транзистора всегда является базой, поэтому не тратьте время на поиск клеммы базы.

Ключевые моменты, на которые следует обратить внимание для идентификации выводов транзистора

• Установите мультиметр в диодный режим.
• Помните, что сопротивление база-эмиттер ниже, чем сопротивление база-коллектор.
• Поместите положительный щуп (красный) мультиметра на базу транзистора (NPN). Но если ваш транзистор — PNP, тогда поместите отрицательный (черный) щуп мультиметра на базу.
• Поместите другой щуп мультиметра на другой вывод транзистора и запишите значения сопротивления.
• Низкое сопротивление — вывод эмиттера.
• Высокое сопротивление — вывод коллектора.

Тестирование транзисторов

Тестирование транзисторов является наиболее важным моментом для изучения основ транзисторов. Потому что очень важно различать хороший и плохой транзистор.

У вас есть транзистор, и вы хотите знать, исправен он или нет. Или вы только что вытащили транзистор из другой печатной платы и хотите проверить, нормально ли он работает.

Вам нужно это протестировать.

Есть несколько способов сделать это. Но новичку лучше всего сделать это с помощью мультиметра. Вы можете использовать любой мультиметр, он не должен быть дорогим, если он проверяет целостность цепи.

• Установите мультиметр на контрольную точку.
• Соедините щупы вместе, если мультиметр издает звуковой сигнал, это означает, что с вашим мультиметром все в порядке. С ним вы можете проверить транзистор.
• Затем поместите щупы мультиметра на выводы проверяемого транзистора и послушайте звуковой сигнал.
• Если мультиметр издает звуковой сигнал при любом расположении, это означает, что у вас плохой транзистор.

Транзистор как усилитель

Часто мы имеем дело со слабым сигналом в природе. Как будто наш голос можно услышать в ограниченном пространстве.

Его нельзя услышать, когда мы говорим публично. Всегда существует потребность в сторонних приложениях, чтобы увеличить наш голос настолько, чтобы его можно было услышать в громкоговорителях.

Громкоговоритель делает это с помощью процесса усиления.В процессе усиления сила слабого сигнала увеличивается без изменения его характеристик.

Входной сигнал может быть любым, током или напряжением, транзисторным, поскольку усилитель будет усиливать сигнал без изменения его уникальных характеристик.

Если мы хотим, чтобы транзистор работал как усилитель, мы должны заставить транзистор работать в активной области, которая находится между областью насыщения и областью отсечки.

Чтобы транзистор работал в активной области, нам нужна особая конфигурация схемы.Ниже приведены три основные конфигурации таких схем.

1. Конфигурация с общей базой (CB): в конфигурации CB мы подключим базу транзистора к земле, которая имеет очень низкий входной импеданс, что даст очень низкий выходной импеданс с очень низким усилением. Прирост для этой конфигурации будет очень низким.
Конфигурация общего коллектора
2. (CC): в этой конфигурации коллектор подключен к земле, у нас низкий выходной импеданс для высокого входного сопротивления, а усиление для этой конфигурации очень хорошее по сравнению с конфигурацией CB.
Конфигурация общего эмиттера
3. (CE): в этой конфигурации эмиттер подключен к земле, и у нас будет высокое входное сопротивление, среднее выходное сопротивление и высокое усиление.

Параметр усилителя транзистора

Перед выбором транзисторного усилителя необходимо учитывать следующие характеристики. Технические характеристики: входной импеданс, эффективность, полоса пропускания, усиление, скорость нарастания, линейность, стабильность и т. Д.

• Входное сопротивление : оно должно быть в 10 раз выше, чем полное сопротивление источника для хорошего усиления.
• КПД : КПД — это не что иное, как то, сколько входной мощности эффективно используется для получения выходной мощности усилителя. Другими словами, эффективность — это не что иное, как мощность, потребляемая от источника питания, и какая мощность эффективно используется для получения выходной мощности усилителем.
• Полоса пропускания: Частотный диапазон, в котором усилитель может обеспечить хорошее усиление сигнала, называется полосой пропускания этого усилителя.
• Усиление : усиление усилителя измеряется путем вычисления отношения выходной мощности к входной.Цепи с более высоким коэффициентом усиления будут очень чувствительными и будут давать хороший выходной сигнал даже при небольшом входном сигнале.
• Стабильность: Способность усилителя избегать автоколебаний. Из-за этих колебаний сигнал может перекрываться или маскироваться полезным сигналом. Стабильности можно достичь, добавив на выходе зональную сеть, которая будет давать отрицательную обратную связь.
• Линейность: Если вход усилителя увеличивается, выход усилителя также должен увеличиваться линейно, этот эффект называется линейностью.Этот эффект будет на 100% достигнут идеальным усилителем, когда мы возьмем практический случай, усилитель будет производить линейный выходной сигнал для своего входа до определенного предела, после этого, если входная частота увеличивается, выходное усиление будет уменьшено из-за внутреннего паразитная емкость сигнала. Эту нелинейность можно уменьшить за счет отрицательной обратной связи.
• Шум: Шум определяется как нежелательные частоты в сигнале из-за интерфейса компонентов, внешних помех, отказов компонентов, сигналов той же частоты в той же цепи и т. Д.
Транзистор как переключатель:

В транзисторе ток не может течь в цепи коллектора, если ток не течет в цепи базы. Это свойство позволяет использовать транзистор в качестве переключателя.

Транзистор работает как «однополюсный однопозиционный» (SPST) твердотельный переключатель. Когда нулевой сигнал подается на базу транзистора, он выключается, действуя как разомкнутый переключатель, и течет нулевой ток коллектора.

При подаче положительного сигнала на базу транзистора он включается, действуя как замкнутый переключатель, и через устройство протекает максимальный ток цепи.

Самый простой способ переключить мощность от средней до высокой — использовать транзистор с выходом с открытым коллектором и вывод эмиттера транзистора, подключенный непосредственно к земле. При таком использовании выход с открытым коллектором транзистора может, таким образом, «сливать» подаваемое извне напряжение на землю, тем самым контролируя любую подключенную нагрузку.

Типы транзисторов

Помимо транзисторов типа BJT, есть еще много других. Следующая диаграмма обобщает всю концепцию.

Классификацию транзисторов можно понять, просмотрев приведенную выше древовидную диаграмму. Транзисторы в основном делятся на два типа; это биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET).

BJT снова подразделяются на транзисторы NPN и PNP.

Полевые транзисторы подразделяются на JFET и MOSFET. Переходные полевые транзисторы подразделяются на N-канальный JFET и P-канальный JFET в зависимости от их функции.MOSFET-транзисторы подразделяются на режим истощения и режим улучшения.

Опять же, транзисторы режима обеднения и улучшения подразделяются на N-канальный JFET и P-канал.

Применение транзистора

Что касается приложений, то альтернативы транзистору нет. Почти все цифровые устройства состоят из него.

Современные мировые технологии умны. Старые электронные схемы большого размера заменяются интегральными схемами (ИС).

Эти интегральные схемы содержат миллионы транзисторов.Ваш мобильный телефон и ноутбуки работают на интеллектуальных процессорах, которые представляют собой интегральные схемы и содержат миллиарды транзисторов. Ниже приведены некоторые применения транзистора:

1 — Для усиления тока можно использовать транзистор. Это связано с тем, что небольшое изменение тока базы вызывает большое изменение тока коллектора.

Пример: микрофон
Звуковые волны, подаваемые в микрофон, вызывают вибрацию диафрагмы микрофона. Электрическая мощность микрофона изменяется в зависимости от звуковых волн.

В результате ток базы изменяется из-за небольшого переменного напряжения, создаваемого микрофоном. Небольшое изменение тока базы вызывает большое изменение тока коллектора.

В громкоговоритель течет переменный ток коллектора. Там он превращается в звуковые волны, соответствующие исходным звуковым волнам.

Частоты обеих волн эквивалентны, но амплитуда звуковой волны из громкоговорителя выше, чем звуковые волны, подаваемые в микрофон.

2-Транзистор как переключатель
Первый пример: выключатель со светом
Схема предназначена для зажигания лампы при ярком освещении и выключения в темноте.

Одним из компонентов делителя потенциала является светозависимый резистор (LDR). Когда он помещен в ТЁМНОСТЬ, его сопротивление велико. Транзистор выключен.

Когда LDR освещается ярким светом, его сопротивление падает до небольшого значения, что приводит к увеличению напряжения питания и увеличению тока базы.Транзистор включается, коллекторный ток течет, лампочка загорается.

Второй пример: тепловой выключатель
Одним из важных компонентов цепи теплового выключателя является термистор.

Термистор — это тип резистора, который реагирует на окружающую температуру. Его сопротивление увеличивается при низкой температуре и наоборот.

Когда термистор нагревается, его сопротивление падает, и большая часть напряжения питания падает на резистор R.Базовый ток увеличивается с последующим большим увеличением тока коллектора. Т

Лампочка загорится и включится сирена. Эта конкретная схема подходит как система пожарной сигнализации.

Заключение

Таким образом, транзистор представляет собой трехконтактное полупроводниковое устройство, используемое в качестве усилителя или электронного переключателя.

• Он имеет три рабочих региона: активный, отключенный и насыщенный.
• Он используется как усилитель в активной области и как переключатель в областях отсечки и насыщения.
• Его также можно использовать в качестве резистора в области насыщения.
• Используя мультиметр, вы можете проверить его, чтобы решить, хороший он или плохой.
• Вы также можете различать NPN и PNP с помощью цифрового мультиметра.
• Современный мир возможен только благодаря интегральным схемам. И во всех интегральных схемах есть транзисторы.

Это все, что я знаю об основах работы с транзисторами. Надеюсь, это вам помогло.

Спасибо и хорошо проводите время.

---

Другие полезные сообщения:

.