Site Loader

Содержание

Характеристики транзистора- основные параметры

Характеристики транзистора – диаграмма, которая отображает взаимоотношения между электрическим током и напряжением транзистора в конкретной конфигурации. Учитывая, что схемы конфигураций транзисторов аналогичны по отношению к двухпортовым схемам, они могут быть проанализированы с использованием кривых для характеристик, которые могут быть следующих типов:

1. Характеристики входа: они описывают изменения в токе на входе с изменением значений напряжения на входе, удерживающим напряжение на выходе постоянным.

2. Характеристики выхода: это диаграмма, отображающая противостояние тока на выходе и напряжения на выходе при неизменном токе на входе.

3. Характеристики передачи тока: это кривая характеристик, показывающая изменение тока на выходе в соответствии с током на входе, при этом напряжение на выходе постоянное.

Транзистор, который включен по схеме с общей базой

При такой конфигурации базовый вывод транзистора будет общим между выводами входа и выхода, как показано на рисунке 1. Данная конфигурация демонстрирует низкое полное сопротивление на входе, высокое полное сопротивление на выходе, высокий коэффициент усиления сопротивления и высокий коэффициент усиления напряжения.

Рисунок 1 Схема с общей базой

Характеристики входа

Рисунок 2 показывает характеристики входа схемы вышеописанной конфигурации, которые описывают изменение тока на эмиттере, IE с напряжением на базе-эмиттере, VBE удерживает напряжение на коллекторе-базе, VCB постоянно.


Выражение для сопротивления на входе выглядит следующим образом:

Характеристики выхода

Характеристики выхода для такой конфигурации (Рисунок 3) демонстрируют изменение тока на коллекторе, IC с VCB, где ток на эмиттере, IE является удерживаемой постоянной. Из показанного графика следует, что сопротивление на выходе может быть получено как:

Рисунок 3 Характеристики выхода

Характеристики передачи тока

Рисунок 4 демонстрирует характеристики передачи тока для вышеназванной конфигурации, которые объясняют изменение IC с IE, удерживающим VCB постоянным. Получившийся коэффициент усиления тока имеет значение меньше единицы и может быть математически выражен следующим образом:

Рисунок 4 Характеристики передачи тока

Транзистор, который включен по схеме с общим коллектором

Эта конфигурация транзистора имеет общий вывод коллектора между выводами входа и выхода (Рисунок 5) и также имеет отношение к конфигурации эмиттера. Это обеспечивает высокое полное сопротивление на входе, низкое полное сопротивление на выходе, коэффициент усиления напряжения меньше единицы и значительный коэффициент усиления тока.

Рисунок 5 Схема с общим коллектором

Характеристики входа

Рисунок 6 демонстрирует характеристики входа для этой конфигурации, которые описывают изменение в IB в соответствии с VCB, для обеспечения постоянного значения напряжения на коллекторе-эмиттере, VCE.

Рисунок 6 Характеристики входа

Характеристики выхода

Рисунок 7 показывает характеристики выхода для данной конфигурации, которые демонстрируют изменения в IE против изменений в VCE для постоянных значений IB.

Рисунок 7 Характеристики выхода

Характеристики передачи тока

Эти характеристики данной конфигурации (Рисунок 8) показывают изменение IE с IB, удерживающим VCE постоянным.

Транзистор, который включен по схеме с общим эмиттером

В данной конфигурации вывод эмиттера является общим между выводами входа и выхода, как показано на рисунке 9. Эта конфигурация обеспечивает среднее полное сопротивление на входе, среднее полное сопротивление на выходе, средний коэффициент усиления тока и коэффициент усиления напряжения.

Рисунок 9 Схема с общим эмиттером

Характеристики входа

Рисунок 10 показывает характеристики входа для данной конфигурации, которая объясняет изменение в IB в соответствии с VBE, где VCE является постоянной.

Рисунок 10 Характеристики входа

Исходя из рисунка, сопротивление на входе может быть представлено как:

Характеристики выхода

Характеристики выхода у такой конфигурации (Рисунок 11) также рассматриваются как характеристики коллектора. Этот график показывает изменение в IC с изменениями в VCE, когда IB удерживается постоянной. Исходя из графика, можно получить сопротивление на выходе следующим образом:

Рисунок 11 Характеристики выхода

Характеристики передачи тока

Эти характеристики данной конфигурации показывают изменение IC с IB, удерживающим VCE в качестве постоянной. Это может быть математически выражено как:

Это соотношение рассматривается как коэффициент усиления тока с общим эмиттером, и оно всегда больше единицы.

Рисунок 12 Характеристики передачи тока

Наконец, важно отметить, что несмотря на то, что кривые характеристик были объяснены касательно биполярных плоскостных транзисторов, аналогичный анализ является подходящим даже по отношению к полевым транзисторам.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Основной параметр — транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Основной параметр — транзистор

Cтраница 1

Основные параметры транзисторов приведены ниже.  [1]

Основные параметры транзисторов, необходимые для расчета импульсных схем, определяются по справочным данным. Рассмотрим несколько характерных примеров расчета параметров биполярных транзисторов.  [2]

Основными параметрами транзисторов, определяющими гарантированную работу в схемах, являются: коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером р, начальный ток коллектора / к, обратный ток коллектора / ко, обратный ток эмиттера / эо, максимально допустимая мощность рассеивания коллектором при естественном охлаждении Ртах.  [4]

Основными параметрами транзистора являются дифференциальный коэффициент а.  [5]

Перечислите основные параметры транзистора ( см. рис. 3.1), для улучшения которых используется скрытый / г — слой. Ухудшаются ли при этом какие-либо другие параметры.  [6]

Вычисление основных параметров транзистора в предположении, что переходы являются плоскими, движение носителей в базе является чисто диффузионным и уровень инжекции является низким, приводит к следующим результатам.  [7]

Для расчета основных параметров транзистора по известному примесному профилю определяют вспомогательные параметры: длину диффузионного смещения акцепторов в базе La и длину диффузионного смещения доноров в эмиттере LA.  [8]

Кроме описанных выше основных параметров транзисторов, в паспортах указываются и другие параметры.  [9]

В отличие от электронных ламп основные параметры транзисторов

сильно зависят не только от температуры, но и от частоты сигналов, причем при увеличении частоты коэффициенты передачи ос и р снижаются.  [10]

В табл. 42 — 45 приведены основные параметры транзисторов, получивших широкое распространение; в табл. 42 — параметры маломощных транзисторов, работающих на низких и средних частотах, в табл. 43 — параметры маломощных высокочастотных транзисторов, в табл. 44 — параметры низкочастотных транзисторов средней и большой мощности, в табл. 45 — параметры транзисторов средней и большой мощности, работающих на средних и высоких частотах.  [11]

В табл. 39 — 43 приведены

основные параметры транзисторов, получивших широкое распространение: в табл. 39 — параметры маломощных транзисторов, работающих на низких и средних частотах, в табл. 40 — параметры маломошных.  [13]

Из справочника [61] и таблиц приложений выписываем основные параметры транзистора И 15: з0 0 98; / а 1 0 Мгц; Gn К2 33 моим.  [14]

Страницы:      1    2    3

8 Основные параметры биполярных транзисторов

Параметры и обозначения параметров биполярных транзисторов устанавливаются ГОСТ 20003-74. Все параметры биполярных транзисторов можно разбить на четыре группы.

  1. Параметры постоянного тока. Они характеризуют неуправляемые токи транзистора, связанные с обратными токами переходов. К ним относятся:

    1. Обратный ток коллектора (IКБ0) – ток через коллекторный переход при заданном обратном напряжении коллектор-база и разомкнутом выводе эмиттера.

    2. Обратный ток эмиттера (IЭБ0) – ток через эмиттерный переход при заданном обратном напряжении эмиттер-база и разомкнутом выводе коллектора.

    3. Обратный ток коллектор-эмиттер (IКЭ0) – ток в цепи коллектор-эмиттер при заданном обратном напряжении коллектор-эмиттер и разомкнутом выводе базы.

Обратные токи коллектора и эмиттера зависят от температуры переходов и могут быть определены по приблизительным эмпирическим формулам:

(5.34)

где и — обратные токи коллектора и эмиттера при температуре 250С;

k – коэффициент, равный 0,06…0,09 1/0С для германия и 0,08…0,12 1/0С для кремния;

ТП – температура перехода, 0С.

  1. Малосигнальные параметры. Они характеризуют работу транзистора при воздействии малого сигнала и подробно рассмотрены в разделе 5.

Обычно в справочниках приводятся значения h-параметров для схемы включения с общей базой или общим эмиттером. Для пересчета используют выражение:

(5.35)

Малосигнальные параметры транзистора зависят от схемы его включения, режима работы, температуры и частоты. Так, параметр h21Е прямо пропорционален, а параметр h11Б обратно пропорционален току коллектора. Это необходимо учитывать, если режим работы транзистора отличается от режима измерения параметров.

  1. Высокочастотные параметры. Они характеризуют работу транзисторов на высоких частотах. К ним относятся:

    1. Граничная частота по определенному параметру (fГР) – это частота, выше которой транзистор не может быть использован как усилительный элемент. Граничная частота коэффициента передачи тока при включении с общим эмиттером – это частота, при которой модуль коэффициента передачи тока при включении с общим эмиттером равен единицы.

    2. Предельная частота по определенному параметру – это частота, при которой этот параметр уменьшится на 3 дБ по сравнению с первоначальным (низкочастотным) значением. Предельная частота передачи тока при включении с общей базой – это частота, при которой модуль коэффициента передачи тока меньше на 3 дБ по сравнению со значением на низкой частоте. Предельная частота по крутизне характеристики – это частота, при которой модуль крутизны передаточной характеристики при включении с общим эмиттером меньше на 3 дБ по сравнению с его значением на низкой частоте.

    3. Максимальная частота генерации (fмах) – это наибольшая частота, при которой транзистор способен генерировать в автогенераторе.

    4. Емкость коллекторного перехода (СК) – это емкость между выводами базы и коллектора при заданных обратных напряжениях эмиттер-база и режиме с общим эмиттером. Емкость коллекторного перехода является функцией напряжения коллектор-эмиттер:

(5.36)

где СКсправ – емкость коллекторного перехода, приведенная в справочнике для определенного напряжения коллектор-эмиттер UКЭ.

    1. Сопротивление базы (rБ) – это сопротивление между выводом базы и переходом база-эмиттер.

    2. Постоянная времени обратной связи на высокой частоте К) – это произведение сопротивления базы на емкость коллекторного перехода.

    3. Коэффициент шума Ш) – это отношение мощности шумов на выходе транзистора к той ее части, которая обусловлена тепловыми шумами сопротивления источника сигнала. Коэффициент шума указывается только для малошумящих транзисторов.

  1. Максимально допустимые параметры. Эти параметры ограничивают область допустимых режимов работы транзистора. Превышение максимально допустимых параметров резко снижает надежность работы транзистора. Основными максимально допустимыми параметрами являются:

    1. Постоянное (импульсное) напряжение коллектор-эмиттер.

    2. Постоянное (импульсное) напряжение коллектор-база.

    3. Постоянный (импульсный) ток коллектора.

    4. Постоянная (импульсная) рассеиваемая мощность.

    5. Температура перехода.

    6. Диапазон температур окружающей среды.

    7. Общее тепловое сопротивление корпуса транзистора (переход — окружающая среда). Оно определяется из:

, (5.37)

где ТП и ТСР – температура перехода и окружающей среды соответственно;

РП –мощность рассеиваемая на переходе.

Основные характеристики транзистора

(Параметры триода)

К числу основных дифференциальных параметров биполярных транзисторов относятся:

1. Дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного то­ка . Коэффициент передачи определяется следующим образом;

, (1)

2. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода

, (2)

3. Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода.

, (3)

4. Коэффициент внутренней обратной связи по напряжению, характеризующий влияние коллекторного напряжения на эмиттерное в связи с модуляцией толщины базы

(4)

5. Объемное сопротивление базы rб. Объемное сопротивление базы различно для каждой конкретной структуры транзистора, т.е. зависит от толщины базы, ее конфигурации.

Схемы включения транзисторов

На практике встречаются три схемы включения транзистора: схема с общей базой, схема с общим эмиттером и схема с об­щим коллектором.

Схема включения транзистора с общей базой изображена на рис.3, а семейство входных и выходных характеристик – на рис. 4 и 5 соответственно.

Рис. 3.

Рис. 4.

Рис. 5.

На рис. 6 изображена схема включения триода с об­щим эмиттером, а семейство входных и выходных характеристик соответственно на рис. 7 и 8.

Рис. 6.

Рис. 7.

Рис. 8.

Третья схема включения триода (рис. 9) называется схе­мой включения триода с общим коллектором, аналог ламповой схемы с общим анодом (катодный повторитель). Схема с общим коллектором носит название эмиттерного повторителя и при­меняется для согласования схем с низкоомными нагрузками (не коаксиальные кабели).

Рис. 9.

Схема с общим коллектором имеет много общего со схемой с общим эмиттером, потому что в обеих схемах управляю­щим является ток базы, а выходные токи JЭ и JK, разли­чаются незначительно. Поэтому семейство выходных характе­ристик будет практически таким же, как и на рис.8, необходимо только заменить ток коллектора на ток эмит­тера. Семейство входных характеристик аналогично семейст­ву входных характеристик схемы с общим эмиттером (рис.7).

Каждая из трех схем включения обладает своими достоинствами и недостатками. Укажем ряд из них в сравнении друг с другом:

1. Наименьшим входным и наибольшим выходным сопроти­влением обладает схема с общей базой.

2. Наибольшим входным и наименьшим выходным сопро­тивлением обладает схема с общим коллектором.

3. Наименьшая разница между величинами входного и вы­ходного сопротивления характерна для схемы с заземлен­ным эмиттером.

4. Схемы с О.Б. и О.Э. дают усиление по напряжению в 100500 раз, а схема с O.K. имеет коэффициент усиления по напряжению меньше единицы.

5. Схемы с О.Э. и O.K. обеспечивают усиление по току порядка 15-30 раз, коэффициент усиления по току схемы с О.Б. приблизительно равен единице.

6. Наибольший коэффициент усиления по мощности дает схема с О.Э. (достигает 10000 раз). Схема с О.Б. обладает в 10 раз меньшим коэффициентом уси­ления мощности, а у схемы о O.K. коэффициент усиления по мощности еще меньше.

В связи с вышеизложенным на практике широкое примене­ние нашла схема включения триода с общим эмиттером. Для согласования выходного сопротивления (относительно большого) с низкоомной нагрузкой применяется схема с O.K. Схема с об­щей базой в большинстве случаев работает в составных схе­мах, так называемые каскодные схемы или схемы О.Б.-O.K.

Основные параметры биполярных транзисторов. Выбор транзистора по предельно допустимым параметрам. Основные параметры

Вопрос 1: Основные параметры биполярных транзисторов. Выбор транзистора по предельно допустимым параметрам.

Основные параметры:

1.  h31е – коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ в режиме малого сигнала на высокой частоте;

2.  Iкбо, мA – ток через коллекторный переход при заданном обратном напряжении КБ и разомк. выводе эмиттера

3.  f гр, МГц – Частота, на которой коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ экстраполируется к единице;

4.  Uкэ нас, B – напряжение на КЭ в режиме насыщения при заданных токах базы и коллектора

5.  Uбэ нас, B – напряжение на БЭ в режиме насыщения при заданных токах базы и коллектора

Транзистор выбирают по предельно допустимым параметрам:

1.  Iк max, A – максимально допустимый постоянный ток коллектора;

2.  Iки max, A – максимально допустимый импульсный ток коллектора, в течении заданного времени;

3.  Iб max, A – максимально допустимый постоянный ток базы;

4.  Uкб max, B – максимально допустимый обратное напряжение на коллекторном

5.  Uкэ max, B – максимально допустимый напряжение на коллекторно-эмиттерном (К-Э) переходе;

6.  UкэR max, B – максимально допустимый постоянное напряжение К-Э при заданном сопротивлении в цепи базы

7.  Uэб max, B – максимально допустимый постоянное напряжение на эмиттерном  переходе;

8.  Pk max,Вт – постоянное значение мощности рассеиваемой на коллекторном переходе;

9.  tк max  –  максимально допустимая температура коллекторного перехода;

10.  Rt, град/Вт – тепловое сопротивление коллектора.

Параметры выбираемого транзистора должны находиться в области допустимых значений (область заштрихована).

Вопрос 2: Работа транзистора на нагрузку. Статическая и динамическая линии нагрузки. Классы усилителей на транзисторах: А, В, АВ.

 — статическая линия нагрузки.

В зависимости от класса усилителя определяется положение точки покоя [Uок, Iок].

Усилители делятся на классы в зависимости от угла отсечки тока активного прибора (в градусах).

Класс А – характеризуется тем, что в течении всего периода сигнала, через активный прибор протекает ток. Точку покоя в классе А выбирают в активной области, как правило в центре СЛН (угол отсечки 180 град).

                          

Класс В – ток через активный прибор протекает в течении полупериода и при отсутствии сигнала ток равен нулю. А для формирования синусоидального сигнала применяют двухтактные каскады класса В. В классе В точка покоя соответствует режиму отсечки (угол отсечки 90 град).

                   

Класс АВ – сочетает преимущества класса А по малым нелинейным искажениям и класса В по высокому КПД. Усилители класса АВ представляют собой  двухтактные каскады класса В, только точка покоя смещена вверх по СЛН. Таким образом, в отличии от класса В,  исключается зона нечувствительности и уменьшается нелинейность ВАХ на начальном участке.

Динамическая линия нагрузки.

Постоянный ток – статическая линия нагрузки.

Переменный ток – динамическая линия нагрузки.

             

при работе на переменном токе, ставят разделительные конденсаторы для исключения постоянной составляющей. Наличие разделительного конденсатора приводит к тому, что эквивалентное сопротивление цепи коллектора на постоянном токе не равно эквив. сопротивлению на переменном.

                 

  ;       

Вопрос 3.

В полевом транзисторе с объемным каналом площадь поперечного сечения канала меняется за счет изменения площади обедненного слоя обратно включенного p-n-перехода. На рис. 1 показан полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, включенный по схеме с ОИ. При ее анализе все напряжения будем рассматривать с учетом их знаков.

На р-n-переход (затвор—исток) подается обратное напряжение

Основные параметры транзистора

1. Коэффициент усиления по току.

Обычно используется коэффициент усиления h21Э в схеме с общим эмиттером:

h21Э=Iк/Iб>>1,

где Iб — ток базы; Iк — ток коллектора.

Транзистор является как бы узлом, поэтому

Iэ=Iб+Iк.

токи коллектора и эмиттера связаны соотношением:

Iк/Iэ=a<1.

Найдем связь a и h21Э.

a=Iк/(Iб+Iк)=1/(Iб/Iк+1)=1/(1/h21Э+1)=h21Э/(1+h21Э)

-это очень близко к 1. Аналогично находим:

h21Э=Iк/Iб=a/(1-a).

Иногда для получения большого коэффициента усиления используется схема составного транзистора, которая получается, если два транзистора соединить по схеме:

Коэффициент усиления составного транзистора:

Iк1= b1×Iб1;

Iк2=b2×Iб2;

Iб2=Iэ1=(1+b1)×Iб1;

Iк=Iк1+Iк2.

Из этих уравнений:

Iк=[b1+(1+b1)×b2]×Iб1»b1×b2×Iб1.

Коэффициент усиления транзистора h31э зависит от частоты, на которой работает транзистор, и от тока коллектора. С увеличением частоты h21Э падает. Это связано с проявлением его инерционных свойств в основном из-за наличия емкости коллекторного перехода. Для большинства транзисторов указывается граничная частота, при которой коэффициент усиления равен единице.

Любое включение, отличное от нормального, называется инверсным. Инверсия — изменение знака. При инверсном включении h21Э сильно падает и прибор перестает быть усилителем, хотя и остается управляемым.

2. Напряжение коллектор-эмиттер максимальное — Uкэ max.

Указывается при отключенной (оборванной) базе или при конечном значении сопротивления Rбэ. Uкэ при оборванной базе меньше, чем Uкэ при наличии Rбэ. Величина Rбэ обычно указывается в справочнике. В настоящее время выпускаются транзисторы на напряжение до1500 В.

3. Ток коллектора максимальный — Iк max; ток коллектора импульсный за определенное время — Iки>Iк max.

4. Частотные свойства транзистора.

Различают: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные (СВЧ). Есть также импульсные или переключательные транзисторы.

Обозначения транзисторов:

КТ ХХХ А, Б…, где ХХХ – цифры; буквы А,Б…характеризуют особенности электрических параметров. Например, КТ 908- импульсный, КТ 315 — очень распространен. ГТ ХХХ — германиевый транзистор. Чем больше значения цифр, тем выше частотные свойства и мощность транзистора. В настоящее время существует большое количество транзисторов с четырьмя цифрами в обозначении.

Схемы включения транзисторов

В зависимости от того, какой из трех выводов является общим для входной и выходной цепи, различают три основные схемы включения транзисторов: схема с общим эмиттером, схема с общим коллектором, схема с общей базой.

Схема с общим эмиттером

Схема с общим эмиттером используется наиболее часто. Взаимосвязь токов и напряжений в транзисторе устанавливают входные и выходные характеристики. Входная характеристика повторяет уже знакомую нам вольт-амперную характеристику диода. При изображении выходной характеристики необходимо помнить, что коллекторный переход работает в режиме диода, включенного в обратном направлении. Поэтому выходная характеристика – это обратная ветвь вольт-амперной характеристики диода, перенесенная в первый квадрант. Выходных характеристик целое семейство, т.к. они изображаются для разных значений токов базы. При Iб=0 через транзистор протекает тепловой ток Iк0 обратно смещенного коллекторного перехода.

Из зависимости коллекторного тока Iк от напряжения коллектор-эмиттер Uкэ при заданном токе базы видно, что с увеличением напряжения Uкэ от нуля вначале происходит резкое нарастание коллекторного тока, т.к. все большая часть электронов затягиваются полем объемного заряда коллекторного перехода и создает коллекторный ток (увеличивается эффективность коллектора). Это происходит до тех пор, пока Uкэ не достигнет 0,6В. После этого кривая становится горизонтальной и дальнейшее увеличение Uкэ незначительно влияет на ток коллектора. Это обусловлено тем, что расширившийся обедненный слой перехода коллектор-эмиттер, лишенный свободных носителей, ведет себя как изолятор и на горизонтальном участке при увеличении Uкэ сопротивление этого изолятора Rиз растет почти пропорционально прикладываемому напряжению, поэтому Iк=(Uкэ/Rиз)=const. Незначительный подъем кривой вызван небольшим увеличением коэффициента усиления тока при повышении Uкэ. Это имеет место из-за расширения обедненного слоя коллектор-база, делающего область базы более узкой, что приводит к рекомбинации меньшего числа носителей.

Семейство выходных характеристик транзистора получается при различных значениях базового тока.

Коэффициент усиления входного тока базы схемы с общим эмиттером h21Э=Iк/Iб. Схема обеспечивает также усиление по напряжению и по мощности. Cхема применяется как усилительная и как ключевая.

КТ837 технические характеристики транзистора, аналоги, цоколевка

Советская серия транзисторов КТ837 по своим техническим характеристикам представляет собой мощные биполярные кремниевые PNP-устройства низкой частоты. Она была разработана в начале 80-х в качестве альтернативы для германиевых полупроводниковых собратьев П213 — П217. Используется преимущественно в силовых коммутационных схемах (переключающих), на выходах низкочастотных усилителей (УНЧ), в стабилизаторах напряжения и др.

Цоколевка

Цоколевка у транзисторов серии КТ837 – ЭКБ (представлена на рисунке). Устройство выпускается в современном пластиковом корпусе ТО-220, его советский аналог  — КТ-28. Технические условия исполнения: аАО.336.403 ТУ.

Корпус устройства физически соединены с выводом коллектора.

Основные параметры

Транзисторы серии КТ837 подразделяют на 19 типов (от А до Х). У всей линейки одинаковая заявленной рассеиваемая мощность 30 Вт (при использовании теплоотвода) и ток коллектора 7,5 А (у белорусского до 10 А). По остальным параметрам они отличаются между собой, в основном величиной максимального напряжению между выводами и коэффициентом усиления по току (разброс по h21Э  от 10 до 150).

Ниже представлены все возможные типы транзистора КТ837 и их основные технические характеристики. Значения указаны для температуры окружающей среды не более +25 oС.

Как видно из представленной таблицы параметров, данные устройства не могут похвастаться способностью работать при высоких температурах, характерных для большинства современных аналогов. Так, максимальный нагрев корпуса (ТК) у них не должен превышать  +100 oС, а перехода (ТП) +125oС. Граничная частота коэффициента передачи тока (F гр.) иногда больше 1 МГц, в новых партиях может достигать 5 МГц.

Коэффициент h

21Э

К сожалению, разброс значений коэффициента усиления по току h21Э (он же HFE в зарубежной литературе) у серии КТ837 очень высокий — это один из главных её минусов. При этом, данный параметр может плавать в разных партиях как в большую, так и в меньшую сторону. Например, у некоторых транзисторов h21Э по даташит составляет 150,  а при замерах в реальной жизни — в два, а то и в три раза хуже заявленного и не превышать 50.

Чтобы избежать сюрпризов в работе уже купленного транзистора, необходимо предварительно проверять соответствие значения h21Э с данными из даташит. Это можно сделать обычным мультиметром. Также заранее необходимо определится с его ролью в проекте. Устройства с буквами «В», «E»,  «Н» в конце маркировки, лучше подходят для усиления — они имеют h21Э от 50 до 150 и большой запас по возможному напряжению между выводами коллектор-эммттер. Для коммутационных схем лучше обратить внимание на устройства с меньшим h21Э  и напряжением насыщения.

Наиболее универсальными в линейке являются транзисторы КТ837Ф. Как видно из таблицы параметров, они обладают довольно низким напряжением насыщения (UКЭ.нас. до 0,5 В), небольшим для этого током базы (IКБO до 0,15 мА)  и высоким  h21Э (от 50 до 150). Они хорошо подходят как для усиливающих, так и для переключений схем.

Меры безопасности

Для стабильной работы любого полупроводникового устройства необходимо правильно рассчитать его обвязку и добиться соблюдения режимов эксплуатации. Производители обычно рекомендуют отнимать от заявленных в даташит значений параметров 20-30%. Чтобы транзистор меньше грелся дополнительно предусматривают установку его на радиатор.

Комплементарная пара

Комплементарной парой для рассматриваемого устройства является серия с NPN-структурой КТ805. Её долгие годы производили «без пары» и поэтому не указывали данной информации в технических справочниках. Позже для него начали производить комплементарник — КТ837 PNP-структуры. Очень часто эта парочка встречалась в выходных каскадах УНЧ. В советские годы их применяли в активной акустике вроде «Радиотехник S70», блоках УНЧ-50-8 усилителей «Радиотехника У7101 СТЕРЕО», «Радиотехника У101 СТЕРЕО».

Аналоги

Для транзистора КТ837 довольно сложно найти аналог. В большинстве случаев, при поиске ему альтернативы можно найти рекомендации по замене на уже снятые с производства транзисторы. Поэтому многие радиолюбители предпочитают не заморачиваться и меняют на оригинальный. В российских магазинах радиотоваров найти его не сложно. Тем не менее, для некоторых транзисторов этой серии можно рассмотреть следующие варианты замены:

  • КТ837А, КТ837Г – BD244A, TIP42C;
  • КТ837Б — BD302, KT818Б;
  • КТ837В — КТ835Б, 2SB834;
  • КТ837Д — 2N6111;
  • КТ837C — 2N6108, 2N6109, BD225;
  • КТ837Е — BD277;
  • КТ837К — TIP127, КТ8115А;
  • КТ837Н — 2N6107, BD223;
  • КТ837Ф — 2N6106, BD224;
  • КТ837Х — NTE197.

Согласно данных этикеток на КТ837 от старых версий выпускавшихся в СССР, данное полупроводниковое устройство не содержит драгоценных металлов. Оно не интересно для компании занимающихся аффинажем. Информация по новым изделиям в даташит у основных производителей не представлена.

Основные производители

До настоящего времени КТ837 выпускаются ограниченными партиями на белорусском предприятии «Интеграл» и российском АО «Группа Кремний ЭЛ». Современные версии делаются преимущественно по эпитаксиально-дифузной технологии, но из технического описания  (datasheet) от ОАО «Интеграл» следует, что могут изготавливается также эпитаксиально-планарным способом. Даташит можно скачать по ссылке с наименованием компании-производителя.

Параметры

BJT

Параметры BJT
Верх
Продукты Elliott Sound Параметры биполярного переходного транзистора

Авторские права © 2018 — Род Эллиотт (ESP)
Страница создана в декабре 2018 г.
Обновлено в феврале 2020 г. (Коммутационные транзисторы)


Основной индекс Указатель статей
Содержание
Введение

В транзисторах есть много вещей, которые сбивают с толку как новичка, так и не новичка.Некоторые схемы просты и не требуют большего, чем закон Ома, в то время как другие кажутся намного сложнее. Парадоксально, но часто самые простые схемы вызывают наибольшее количество проблем. Прекрасным примером является схема усилителя BJT, в которой используется только один транзистор и пара резисторов (как показано на рисунке 1). Хотя эту топологию легко превзойти даже самый обычный операционный усилитель для большинства задач, она предлагает довольно простой способ определения параметров транзистора. Есть даже приложения, где это полезно, особенно там, где в цепи нет операционных усилителей, и вам нужен каскад усиления.

Чтобы определить коэффициент усиления по постоянному току (он же β / ч FE ), необходимо всего несколько простых вычислений, с тем преимуществом, что вы можете установить фактические рабочие условия транзистора при настройке теста. Это полезный инструмент, который позволяет вам понять, как работает транзистор, и легко адаптируется к задаче согласования устройств, если вам это нужно. Хотя большинству схем не нужны согласованные устройства, в некоторых случаях это улучшает производительность.

В схемах, показанных ниже, входной разделительный конденсатор выбран так, чтобы обеспечить низкую частоту -3 дБ около 10 Гц.Это не является частью процесса определения характеристик постоянного тока и необходимо только для измерения характеристик переменного тока. Хотя это не обязательно, я ожидаю, что большинство читателей захотят запустить тесты AC, и они информативны (даже если на самом деле не очень полезны). По крайней мере, для определения общей линейности полезен тест переменного тока, который включает в себя измерения искажений — действительно линейная схема не вносит искажений.

Транзистор может находиться в одном из трех возможных состояний: отключенном (ток коллектора незначительный или отсутствует), активном (или «линейном») и насыщенном (напряжение коллектора минимально возможное).Для усиления нам нужно находиться в активной области. Области отсечки и насыщения важны только в схемах переключения. В этих случаях обычно считается, что ток базы должен составлять около 1/10 тока коллектора, независимо от β транзистора. Это означает, что почти любой транзистор будет работать, если он рассчитан на ток и напряжение, используемые в схеме. Хотя часто можно увидеть вопросы о заменах, если вы знаете эти основные факты, вы можете решить для себя, что будет (или не будет) работать.

Бета; β: Это основное обозначение коэффициента усиления прямого тока транзистора.
h fe : Это коэффициент усиления по току для транзистора, выраженный как параметр h (гибридный). Буква «f» означает, что это прямой перевод. характеристику, а буква «е» указывает, что это для общей конфигурации эмиттера. Маленькая буква «h» указывает на небольшое усиление сигнала. h fe и бета-версия малого сигнала одинаковы.
h FE : Параметр h FE описывает усиление прямого тока в установившемся режиме постоянного или большого сигнала. Он всегда меньше h fe .

Терминология может быть разной в зависимости от того, какой исходный материал вы просматриваете. Не все согласны с тем, что указанные термины представляют характеристики, и h fe и h FE часто используются как взаимозаменяемые. В конечном счете, терминология не имеет большого значения, если вы понимаете концепцию текущего усиления.Транзисторы — это, по сути, преобразователи тока в ток, поэтому небольшой базовый ток управляет большим током коллектора. Ток эмиттера , всегда , равный сумме токов базы и коллектора.

Примечание: Эта статья не предназначена для того, чтобы показать способ построения простого транзисторного усилителя, но позволяет вам определить параметры транзистора. Схема, показанная на рисунке 1, определенно будет работать как усилитель, но для нее требуются входные и выходные конденсаторы, а входное сопротивление очень низкое.Как показано (и, возможно, удивительно), входное сопротивление составляет около 660 Ом — намного ниже, чем можно было ожидать. Это связано с обратной связью, обеспечиваемой R2, которая действует как для переменного тока , так и для постоянного тока . Обратная связь по постоянному току стабилизирует рабочие условия, а обратная связь по переменному току снижает входное сопротивление. Если бы транзистор имел бесконечное усиление, входной импеданс был бы равен нулю !


1 — Определяющие характеристики

В настоящее время мы проигнорируем производительность переменного тока и просто рассмотрим требования к смещению.Схема показана ниже, и ее довольно легко проанализировать, потому что она очень проста. Однако внешность обманчива. Не требуется много предварительных знаний, чтобы определить, что схема, показанная на Рисунке 1, будет находиться в активной области. Вам нужно только посмотреть номиналы резисторов в цепях коллектора и базы. Поскольку R2 в 24 раза больше значения R1, отсюда следует, что базовый ток будет примерно в таком же соотношении. Если транзистор имеет β около 250 (совсем не редкость), схема должна смещаться к центру диапазона питания (т.е.е. где-то между 5В и 7В).


Рисунок 1 — Смещение обратной связи коллектор-база

Проблема анализа заключается в слове «обратная связь». Все, что происходит на коллекторе, отражается обратно в базу, поэтому напряжение коллектора зависит от тока базы, который, в свою очередь, зависит от … напряжения коллектора ! Транзистор h FE изменяет соотношение между коллектором и базой, и, не зная заранее одного из параметров, просто невозможно точно предсказать, что будет делать схема.

Будет ли напряжение коллектора равным или близким к напряжению питания (отключено), заземлению (насыщено) или где-то посередине (активно)? Единственное, что мы знаем наверняка, — это то, что он будет где-то посередине между двумя крайностями. При условии, что транзистор исправен (это должно быть задано), напряжение на коллекторе не может упасть до нуля или достигнуть напряжения питания. В первом случае базе всегда требуется некоторый ток для транзистора, чтобы проводить, а во втором случае, если транзистор имеет ток базы, он должен, , потреблять ток коллектора.Следовательно, на резисторе коллектора всегда должно быть некоторое напряжение (даже небольшое).

Даже знание коэффициента усиления транзистора не очень помогает, потому что процесс является итеративным. Вам нужно будет сделать предположение о напряжении коллектора и выполнить несколько расчетов, чтобы увидеть, дает ли это разумный ответ, а затем скорректировать свое предположение в большую или меньшую сторону, пока вы не придете к окончательному значению. Гораздо проще построить (или смоделировать) схему, чем пытаться угадать (несколько нелинейную) сеть обратной связи.

Как правило, можно с уверенностью предположить, что напряжение коллектора будет примерно вдвое меньше напряжения питания для транзисторной схемы, предназначенной для использования в качестве линейного усилителя. Конечно, могут быть исключения, и фактическое напряжение коллектора может сильно отличаться от вашего первого предположения. Снова посмотрите на рисунок 1 и примите β равным 240 для Q1 (на основе отношения между R1 и R2). Это означает, что его базовый ток составляет 1/240 тока коллектора. Поскольку на R1 (коллекторный резистор) около 6 В, ток должен быть около 6 мА.Это означает, что базовый ток можно оценить в 25 мкА. Напряжение на R2 (коллектор к базе) можно рассчитать по закону Ома (но мы проигнорируем напряжение база-эмиттер) …

V = I × R = 25 мкА × 240 кОм = 6 В

Если бы это было ваше первое предположение, вы были бы очень близки ! Ваша первоначальная оценка может оказаться невозможной, если вы недооцените усиление, потому что мы знаем, что напряжение на R2 не может быть больше, чем Vce — Vbe (около 5,3 В). Например, если ваше первое предположение об усилении было 150, напряжение на R2 будет слишком высоким (около 9.6 В при 40 мкА). Если вам не нужно точное определение (которое не является ни необходимым, ни полезным), этого на самом деле достаточно ! Я знаю, что поначалу это может не казаться так, но учтите, что в производстве транзисторы одного и того же базового типа имеют «разброс» усиления, что означает, что никакие два транзистора не гарантируют одинаковых результатов. Напряжение между базой и эмиттером также варьируется — обычно оно составляет 650 мВ (0,65 В), но это зависит от конкретного транзистора, тока базы и температуры.

Важно то, что большая точность не имеет значения. Если схема спроектирована правильно (а на самом деле сложно сделать это «неправильно» с этой конкретной топологией схемы), она будет работать так, как задумано, почти независимо от используемого транзистора. Никогда не следует ожидать, что такая схема будет иметь выходное напряжение переменного тока более 500 мВ — 1 В (среднеквадратичное значение), при этом ее искажения должны оставаться ниже 1%.


2 — Согласование транзисторов

Может не быть очевидным, что схема, показанная на рисунке 1, действительно может быть чрезвычайно полезной.Это не будет как усилитель, но он позволяет вам очень точно согласовывать транзисторы. В первую очередь необходимо определить ожидаемый ток коллектора, и знание напряжения коллектор-база, которое будет применяться в цепи, требующей согласованных устройств, также может помочь. Например, усилитель мощности может использовать шины питания с напряжением ± 35 В, а входной каскад может работать с общим током , равным 4 мА (задается «хвостовым» током длинно-хвостовой пары). Однако вам действительно не нужно обеспечивать полное напряжение коллектор-база, которое в конечном итоге будет использоваться.

Теперь вы знаете, что ток через каждый транзистор должен быть 2 мА. Источник питания 20 В отлично подойдет для большинства тестов, но хорошие результаты все же можно получить при более низком напряжении. Основываясь на таблице данных транзистора, вы можете получить разумную начальную оценку h FE и использовать коллекторный резистор, который упадет примерно на 2 В при 2 мА (1 кОм). Затем выберите соответствующий резистор коллектор-база или обманите и используйте резистор 1 МОм последовательно с потенциометром 1 МОм. Транзистор следует установить в три гнезда гнезда ИС или использовать беспаечный макет.Например, если у используемых транзисторов h FE = 200, то вы знаете, что сопротивление резистора должно быть около 1,72 МОм.

Если у вас есть настройка потенциометра, при которой на резисторе 1 кОм падает 2 В, ток составляет 2 мА. Затем просто устанавливайте транзисторы, пока не найдете пару с одинаковым падением напряжения на сопротивлении коллектора и тем же напряжением база-эмиттер. Неизбежно будет небольшое несоответствие, потому что найти два, которые идентичны , маловероятно, но если они находятся в пределах (скажем) 5% друг от друга, это вполне приемлемо.При установке в печатную плату два транзистора должны быть термически связаны, и это гарантирует, что тепловые изменения одинаково влияют на оба устройства.


3 — Характеристики переменного тока

В моделировании с тремя разными типами транзисторов (2N2222, BC547 и 2N3904) выходное напряжение переменного тока составляет 161 мВ, 170 мВ и 132 мВ (среднеквадратичное значение) для входа 1 мВ от источника 50 Ом. Отклонение от максимального к минимальному усилению составляет лишь часть 2 дБ, а это очень различных устройств.Поучительно взглянуть на их таблицы данных, чтобы увидеть, насколько они разные, но все они работают почти так же хорошо, как и другие, без изменения схемы. 2N3904 имеет меньшее усиление, но два других работают почти одинаково. Искажения не вызывают нареканий, но этого ожидают от каскада с высоким коэффициентом усиления без обратной связи.

Обратите внимание, что одноступенчатый усилитель, такой как этот, — это , инвертирующий , и не имеет значения, используете ли вы вентиль (вакуумную лампу), BJT, JFET или MOSFET. При работе с заземленным эмиттером, катодом или источником все устройства инвертируют.Положительный вход вызывает отрицательный выход и наоборот.


Рисунок 2 — Смещение обратной связи между коллектором и базой (измерения переменного тока)

Заманчиво думать, что усиление по переменному току транзисторного каскада определяется усилением по постоянному току (β или h FE ). Это совсем не так, хотя они связаны. Транзистор функционирует как преобразователь тока в ток, где небольшой ток на базе управляет большим током в коллекторе (и эмиттере).Хотя это описывает действия, которые происходят внутри самого устройства, мы склонны прилагать большую часть наших усилий к усилителям напряжения и . Однако одно без другого не существует.

Например, мы можем легко вычислить, что β 2N3904 составляет около 200, однако, если коллектор питается от очень высокого импеданса, мы можем довольно легко получить усиление переменного напряжения более 3300. Этот метод на удивление распространен и используется почти во всех усилителях мощности в качестве каскада «усилителя класса A» (также известного как VAS — «усилитель напряжения»).Питание коллектора осуществляется от источника постоянного тока. Это обеспечивает желаемый ток, но с исключительно высоким импедансом. («Идеальный» источник тока имеет бесконечный выходной импеданс.)

Выше я говорил, что показанные здесь схемы включают обратную связь. Это может быть не сразу очевидно, но R2 (коллектор к базе) является резистором обратной связи. Обратная связь отрицательная, поэтому, если напряжение коллектора пытается подняться, доступен больший базовый ток (через R2), и транзистор включается немного сильнее, пытаясь сохранить стабильное напряжение коллектора.Эта обратная связь действует как на сигналы переменного, так и на постоянный ток, а входное сопротивление очень низкое. Фактически, входной импеданс показанной схемы составляет менее 1 кОм (в диапазоне от 650 до 750 Ом), что делает его полезным только для источников с низким импедансом. Это одна из многих причин того, что показанная схема не является распространенной — схемы с очень низким входным сопротивлением и высокими искажениями обычно не считаются полезными для большинства аудиоприложений.

Не то чтобы это помешало его использовать в те времена, когда транзисторы были дорогими и все еще находились в процессе понимания большинством разработчиков.Однако даже тогда он использовался только для «нетребовательных» приложений, где его ограничения не были замечены. Сегодня большинство людей не станет беспокоиться, потому что есть операционные усилители, которые настолько дешевы, гибки и точны, что нет смысла использовать непредсказуемую схему с таким количеством ограничений.


4 — Результаты измерений

Ради удовольствия, я настроил схему выше, как показано на рисунке. Источник питания был 12 В постоянного тока, и я использовал несколько транзисторов. Большинство из них были типа BC546 (показаны только результаты 4 тестов), но от двух разных производителей, и я также протестировал несколько устройств BC550C.Я даже тестировал BC550C с перевернутыми эмиттером и коллектором (в конце концов, они — это биполярные транзисторы ). Результаты измерений представлены в таблице (искажения не измерял). Напряжение база-эмиттер (Vbe) составляло около 680 мВ для тестов BC546, но не измерялось для BC550.

В CE (пост. Ток) ч FE (вычислено) Выход переменного тока (среднеквадратичное значение) Усиление переменного тока
BC546
5.94 В 276 1,52 В 152
5,80 В 291 1,52 В 152
5,77 В 293 1,52 В 152
7,20 В 177 1,24 В 124 (-1,8 дБ)
BC550C
4,36 В 498 2,04 В 204
4.31 В 508 2,04 В 204
3,65 В 675 2,12 В 212 (+0,3 дБ)
4,83 В 414 1,92 В 192 (-0,5 дБ)
BC550C Перевернутое положение !
8,39 В 112 255 мВ 25,5
Таблица 1 — Измеренные характеристики постоянного и переменного тока

Результаты интересные.Совершенно очевидно, что при измерении низкого напряжения коллектора транзистор имеет высокий коэффициент усиления (постоянный ток) и наоборот. Что не так очевидно, так это причина изменения выходного напряжения переменного тока при входном среднеквадратичном значении 10 мВ от генератора 50 Ом. Точно так же несколько транзисторов показывают одинаковый коэффициент усиления по напряжению, даже если очевидно, что их h FE отличается. Вы можете ожидать, что усиление переменного напряжения будет связано с транзистором h FE , но, очевидно, здесь есть нечто большее.

Частично причиной является собственное сопротивление эмиттера « r e » (обычно известное как «маленький r e»), которое составляет примерно 26 / Ie (в миллиамперах).Если ток эмиттера составляет 2,6 мА, тогда относительно составляет 10 Ом. Это неточная цифра, но в целом она достаточно близка для грубых расчетов. Поскольку оно изменяется с током эмиттера, отсюда следует, что коэффициент усиления по напряжению также изменяется вместе с током эмиттера, поэтому коэффициент усиления отличается для положительного входного сигнала (который увеличивает Ie) и отрицательного входного напряжения (который уменьшает Ie). В результате r e изменяется с уровнем сигнала, вызывая искажения. Также стоит отметить, что тест с «настоящими» транзисторами и моделирование дают удивительно близкие ответы.

Во многих ранних звуковых конструкциях использовались сравнительно высокие напряжения питания, чтобы минимизировать изменение , и за счет уменьшения изменения тока для заданного выходного напряжения. Большая часть этого стала ненужной, когда более совершенные схемы с высоким коэффициентом усиления разомкнутого контура и отрицательной обратной связью заменили простые транзисторные каскады. Они подробно описаны в статье «Альтернативы операционным усилителям».

Конечным результатом всего этого является то, что вы можете определить параметры транзистора, установив его в схему, подобную показанной здесь.Вам не нужен тестер транзисторов, и результаты, которые вы получите, будут настолько точными, насколько вам когда-либо понадобится. Это базовый анализ схем, который помогает вам понять более сложные схемы и оценить значение основных математических функций. В большинстве случаев для определения характеристик транзистора требуется немного больше, чем закон Ома.

Главный параметр (и тот, который, кажется, интересует большинство людей) — это усиление постоянного тока — h FE или β. Вам нужны только два показания напряжения, чтобы можно было определить коэффициент усиления (при условии, что напряжение питания является фиксированным и известным значением, например 12 В).Измерьте напряжение на коллекторе и базе, общей точкой является эмиттер (в конце концов, этот — это каскад с общим эмиттером). Теперь у вас есть все, что нужно для получения прибыли.

Сначала определите ток коллектора Ic. Это устанавливается напряжением на R1, которое составляет Vcc — Vce (предположим, что Vcc составляет 12 В для этого примера). Затем отработайте коллекторный ток. Я буду использовать Vce равным 6 В, но оно редко будет ровно половиной напряжения питания.

Ic = (Vcc — Vce) / R1
Ic = (12-6) / 1k = 6 мА

Теперь вы измеряете базовое напряжение и определяете ток через R2 (240 кОм).Для примера предположим, что 0,68 В. Ток в R2 — это базовый ток.

Ib = (Vce — Vb) / R2
Ib = (6 — 0,68) / 240k = 22,17 мкА

Gain — это просто Ic / Ib, то есть 6 мА / 22,17 мкА, что составляет 270. Это коэффициент усиления по постоянному току транзистора. Да, это утомительнее, чем считывание с тестера транзисторов, но это точная цифра, полученная в тестируемой цепи. Он будет меняться в зависимости от температуры и тока коллектора, поэтому в данном конкретном случае применяется только .В конечном счете, точная цифра не особенно полезна. Это даже не очень полезно в качестве «показателя качества», потому что коэффициент усиления переменного напряжения схемы не сильно меняется, даже если h FE отличается.

Вы можете использовать такую ​​схему для согласования транзисторов, как описано в разделе 2, если это необходимо для схемы, которую вы строите. Обратите внимание, что Vbe по-прежнему является переменной, и ее необходимо сопоставить независимо от h FE .


5 — Стабилизирующее усиление напряжения

В большинстве случаев требуется определенное усиление, и это достигается добавлением еще одного резистора.На рисунке ниже я добавил эмиттерный резистор 100 Ом. Теперь усиление определяется отношением R1 к R3 плюс re (внутреннее базовое сопротивление). При 100 Ом, как показано, теоретическое усиление составляет около 9,57, но это не совсем так, потому что транзистор имеет конечное усиление, поэтому обратная связь не может дать точный результат. Однако это не так уж плохо и гораздо более предсказуемо, чем можно было бы ожидать в противном случае.


Рисунок 3 — Резистор эмиттера стабилизирует усиление

Как видно из рисунков, в идеале цепи должны быть повторно смещены, чтобы получить напряжение коллектора, близкое к 6.5 В (на резисторе эмиттера падает небольшое напряжение). Однако даже с одной и той же партией очень разных транзисторов разница между максимальным и самым низким коэффициентом усиления теперь составляет всего 0,15 дБ. Искажения также уменьшаются, но , а не , в том же соотношении, что и уменьшение усиления. Добавление эмиттерного резистора называется дегенерацией эмиттера, и это не то же самое, что отрицательная обратная связь. Это эффективно для стабилизации усиления (например), но не уменьшает искажения, а также «истинную» отрицательную обратную связь.Шум от R3 фактически усиливается этой схемой и всеми подобными устройствами, поэтому, несмотря на уменьшение усиления, шум не будет уменьшаться пропорционально.

Не сразу очевидно, что входной импеданс намного выше, более 11 кОм для каждого моделируемого транзистора. Входной импеданс (очень грубо) определяется сопротивлением эмиттера (как внутренним, так и внешним), умноженным на коэффициент усиления постоянного тока. Однако на него также влияет отрицательная обратная связь через R2, поэтому это непростой расчет.

Коэффициент усиления дополнительно уменьшается при добавлении внешней нагрузки, поскольку она фактически включена параллельно резистору коллектора (R1). Выходное сопротивление (почти) равно значению R1. На самом деле это немного меньше из-за отрицательной обратной связи через R2 (около 990 Ом при моделировании). Вырождение эмиттера не влияет на выходной импеданс, в отличие от отрицательной обратной связи, которая уменьшает его пропорционально коэффициенту обратной связи.

Я измерил искажения как с эмиттерным резистором, так и без него.При уровне сигнала всего около 230 мВ без R3 искажение составляло 2,5%. Когда был включен R3. усиление упало до 9, и даже при выходе 900 мВ искажение составляло «всего» 0,25%. Хотя это выглядит довольно значительным улучшением, учтите, что ни один из когда-либо созданных операционных усилителей не имеет такого большого искажения на любом уровне выходного сигнала. Также стоит отметить, что симулятор на удивление хорошо оценивает искажения — для тех же условий симулятор показал около 0,24%, что очень близко к измеренному значению.


6 — Ранний эффект

Эффект Раннего назван в честь его первооткрывателя Джеймса Эрли. Это вызвано изменением ширины эффективной базы в BJT из-за изменения приложенного базы к напряжению коллектора. Помните, что при нормальной работе соединение база-коллектор имеет обратное смещение, поэтому увеличение обратного смещения на этом переходе увеличивает ширину обеднения коллектор-база. Это уменьшает ширину несущей части базы и увеличивает коэффициент усиления транзистора.

Эффект раннего транзистора имеет некоторое влияние на характеристики (для переменного и постоянного тока). При напряжении коллектора 5 В коэффициент усиления почти точно равен 200 (при моделировании, Ib = 20 мкА), при 10 В оно возрастает до 215, а при 50 В — до 317. Как видно из графика, наклон довольно линейный. . Отсюда следует, что с изменением напряжения коллектора изменяется и эффективное значение h fe . Графики показаны для трех различных базовых токов — 15 мкА, 20 мкА и 25 мкА (в схеме показан только источник тока 20 мкА).Ток коллектора ниже 2 мА (при напряжении коллектора менее 500 мВ) не отображается, поскольку здесь он не имеет значения. Форма волны переменного тока не включена в тестовую схему или график. Примечательно, что даже при напряжении коллектора 500 мВ транзистор работает нормально.


Рисунок 4 — Схема тестирования раннего воздействия (2N2222)

Также есть изменение r e , поскольку ток коллектора изменяется, но я не пытался количественно оценить это в показанных тестах (это становится актуальным только тогда, когда ожидается напряжение усиление).Нагрузочный резистор коллектора не используется, поскольку базовый ток поддерживается на постоянном (и очень низком) значении. Во всем показанном ниже диапазоне коэффициент усиления по переменному току изменяется примерно в 1,6: 1 для диапазона тока, показанного на рисунке 5, и при напряжении коллектора от 1 до 50 В. Коэффициент усиления переменного напряжения почти прямо пропорционален току коллектора. Коэффициент усиления по переменному току был измерен, хотя это и не показано в тестовой схеме или графике. При подаче в базу сигнала 1 мкА (пика) коэффициент усиления по переменному току изменяется с минимума примерно 110 при токе коллектора 4 мА до 165 при 6.Ток коллектора 5 мА. Коэффициент усиления по напряжению не имеет отношения к этому тесту, потому что контролируется только ток.


Рисунок 5 — Ранний эффект (2N2222)

Хотя изучение Early Effect — интересное наблюдение, оно не особенно полезно для простых каскадов усиления. В более сложных схемах (особенно линейных ИС) обычно напряжение коллектора транзистора поддерживается постоянным, насколько это возможно. Это можно увидеть, например, на входном каскаде большинства усилителей мощности, где значительная часть усиления всей схемы создается во входном каскаде.Когда для входа используется пара с длинным хвостом, напряжение коллектора входных транзисторов не меняется очень сильно (если вообще изменяется), поэтому вариации усиления из-за напряжения коллектор-база сводятся к минимуму — но только при использовании в инвертирующей конфигурации.

Это относится к , а не , когда операционный усилитель работает в неинвертирующем режиме. Следовательно, для усилителя с единичным усилением напряжение между коллектором и базой может варьироваться от примерно 28 В (пиковое отрицательное входное напряжение) до всего 2 В (пиковое положительное входное напряжение).Эта модуляция напряжения может вызвать изменение усиления входных транзисторов на ± 10% или более из-за эффекта Раннего (хотя, вероятно, это не единственная причина повышенных искажений). Более высокие искажения в неинвертирующей конфигурации — хорошо известное явление для операционных усилителей, хотя в компетентных устройствах любые искажения, добавленные и , остаются значительно ниже порога слышимости. Некоторые устройства имеют настолько низкие искажения, что их практически невозможно измерить независимо от топологии.

Также стоит отметить, что если для переключения используется транзистор, вам необходимо обеспечить гораздо больший базовый ток, чем вы могли бы подумать. Это связано с тем, что при очень низких напряжениях коллектора коэффициент усиления транзистора по току намного ниже, чем указано в таблице данных. «Здравый смысл» состоит в том, чтобы гарантировать, что базовый ток для схемы переключения составляет примерно 1/10 тока коллектора, хотя при низком токе часто можно обойтись меньшим током. Для показанного 2N2222, если коммутируемый ток коллектора составляет 50 мА, вы должны обеспечить базовый ток около 5 мА, чтобы гарантировать, что напряжение коллектора во включенном состоянии не превышает 100 мВ.В таблице данных указано, что напряжение насыщения (транзистор полностью включен) составляет 300 мВ, ток коллектора составляет 150 мА, а базовый ток — 15 мА. Это указывает на то, что h FE всего 10, чтобы получить полное насыщение. В техническом описании вы только дошли до этого места, и вам нужно провести собственные тесты, чтобы получить реалистичные цифры. Очень важно проверить несколько устройств — тест, основанный на одном транзисторе, не покажет вам вероятных результатов с разными устройствами, даже если все они из одной партии.


7 — Транзисторы коммутационные

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.

Транзисторы

, 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.

Транзисторные переключатели

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 !


Выводы

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.

Транзисторы

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.


Список литературы

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.



Основной индекс Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2005. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

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.

Тогда кривая между входным током I E и входным напряжением V BE при постоянном выходном напряжении V CB (0 вольт).

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 (r o )

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

Биполярный транзистор

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.

Работа транзистора BJT Биполярный транзистор

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).

Текущие компоненты транзистора BJT

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.

Режимы работы БЮТ транзистора Биполярный транзистор

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.

Конфигурация транзистора BJT

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

Форматы кодирования, используемые для транзистора

1. Система JIS

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.

2. Система JEDEC

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.

3. Pro — Электронная система

  • 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.

Советы и хитрости — Как читать код транзистора?

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.

Транзисторы

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.

У полевых транзисторов

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.

Для транзисторов

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.

Модели Эберса-Молла для устройств PNP и NPN, а также приближенная модель Эберса-Молла для транзистора NPN в прямом активном режиме.В прямом активном режиме коллекторный диод смещен в обратном направлении, поэтому I CD практически равен нулю. Большая часть тока эмиттерного диода (αF составляет почти 1) отводится от коллектора, обеспечивая усиление тока базы.

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.

Показанная здесь полярность формы волны применима к npn-транзистору. Настройки трассировки для pnp-транзистора будут использовать напряжение и токи противоположной полярности (отрицательные).

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.

Текущее усиление транзистора определяется по отображению этого индикатора кривой с использованием соотношения β = ΔIc / ΔI B , где ΔI B — установка переключателя шага индикатора.

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.

Направление тока в pnp-транзисторе является обратным по отношению к npn-транзистору, поэтому V CE и направление тока базы должны быть поменяны местами, в результате чего здесь видна характеристическая кривая.

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