ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ
Привет всем читателям «Радиосхем«, меня зовут Дима и сегодня я расскажу простыми словами о полупроводниках и их свойствах, а также о транзисторах и диодах. Итак, приступим, для начала вспомните, какие вы элементы электроники встречали? И их принцип работы? Если вы начали сразу изучать диоды и транзисторы, то у вас возникнет много вопросов. Поэтому лучше начать с закона Ома, а потом приступить к более простым конструкциям. Транзисторы и диоды – не очень простые элементы, обладающие свойством полупроводника.
Вы знаете как работает простой проводник – ничего сложного. Электроны с большой скоростью проходят через атом, сталкиваясь с ними. При этом возникает сопротивление, вы уже встречали это слово, конечно встречали. Вот лучший друг сопротивления называется резистор. Резистор – это пассивный элемент, обладающей бОльшим сопротивлением, чем обычный проводник. Ладно, идём дальше, нам надо узнать что же представляет из себя полупроводник? У полупроводника в атомной связи есть лишние электроны, их называют свободными электронами, и есть дырки.
Рисунок 1. Внутреннее строение межатомных связей полупроводника.
Теперь разберёмся – как полупроводник пропускает ток. Представим, что мы подключили полупроводник к гальваническому элементу, например к обычной батарее. Ток начинает двигаться от плюса к минусу. При тепловых явлениях электроны проходящие через полупроводник начинают выхватывать из межатомных связей электроны. Происходят дырки, а свободные электроны сопровождаются проходящими электронами гальванического элемента. Те же электроны, которые попадут на дырку, как бы впрыгнут в неё, восстановив межатомную связь. Проще говоря в полупроводнике при поступлении на него тока нарушаются межатомные связи, электроны вылетают и становятся свободным, другие заполняют дырки, встретив на их пути. И этот процесс происходит бесконечно. На рисунке 2 показано движение электронов.
Рисунок 2. Движение и направление электронов и дырок.
Полупроводниковые диоды
Итак, мы разобрались что из себя представляет полупроводник и какой у него принцип работы. Теперь приступим к диодам, не самым простейшим радиоэлектронным элементам. Выше уже говорил про p-n переход. Теперь подробней: p – это positive (позитив, положительный), n – negative (негатив, отрицательный). Давайте разберёмся как движутся электроны в диоде. Представим, если мы подключим гальванический элемент, например батареи так, чтоб была полярность. Ах да – мы же не разобрались в полярности. Мы уже знаем структуру диода: p-n переход, p – положительный является анодом, n – отрицательный является катодом. На корпусе диода есть тоненькая белая полоска – она чаще всего является катодом, её присоединяют к минусу, а другой вывод является анодом, который присоединяется к плюсу. Теперь разберёмся с движение электронов. Мы присоединили полярно выводы диода, теперь возникает ток. Электроны положительной области начинают двигаться к минусу батареи, а электроны отрицательной области начинают двигаться к плюсу, они встречаются друг с другом, электроны как бы впрыгивают в дырки, в результате и те и другие прекратили своё существование.
Эта электропроводность называется электроно-дырочной электропроводностью, электроны движутся с небольшим сопротивлением, показано на рисунке 3 (А). Этот ток называется прямым током Iпр, а что же будет если поменять полярность так, чтобы анод был соединён с минусом, а катод с плюсом. Что же будет происходить? Положительная область, короче дырки начнут двигаться к минусу батареи, а свободные электроны к плюсу, в результате возникнет большая область, она заштрихована на рисунке 3 (Б). Этот ток называется обратным, обладающим очень большим сопротивлением, превышающим несколько сотен Ом, килоом и даже мегаом.
Итак, разобрались с p-n переходом, давайте теперь поговорим о предназначении диода. Диоды используются для детекторных приёмников, чтобы из переменного тока создавать пульсирующий постоянный. А что такое вообще переменный ток? Давайте вспоминать. Переменный ток – это ток который способен менять своё направление в течении каждого полупериода, единицы времени. Как же диод сможет сделать из переменного тока пульсирующий? А вот как: вы же помните, что диод пропускает ток только в одну сторону.
Рисунок 3. Движение электронов обратного и прямого тока в диоде.
Когда ток начинает двигаться от плюса к минусу, проходит прямой ток, спокойно без большого сопротивления, но когда ток начинает двигаться от минуса к плюсу, то возникает обратный ток, который диод не пропускает. Вы наверняка видели график переменного напряжения, такая волнистая линия – сунусоида. Если прикрыть нижнюю линию, то получиться пульсирующий ток. Значит диод как бы отсёк нижнею часть. Ток будет двигаться только в одну сторону – это от плюса к минусу. Разобрались? Тогда теперь приступим к транзисторам.
Биополярные и полевые транзисторы
Итак, мы подошли к биополярным и полевым транзисторам. Мы изучим только биополярные транзисторы, а полевые пока не будем трогать – отложим для следующего занятия. Биополярные транзисторы ещё иногда называют простыми. В общем мы уже изучили полупроводники и их свойства, а также диод и p-n переход. Теперь подошли к более сложной структуре. Структуре? Думаете что же это, мы уже изучили структуру диода.
Итак, разберёмся с принципом работы транзистора. Если ток направить на эмиттер и на базу, то получиться p-n переход, там произойдёт избыток электронов, в результате коллектор соберёт этот сильный поток электронов и ток будет усиленный.
Рисунок 4. Две структуры транзистора: p-n-p и n-p-n.
На этом статья закончена, если что-то не понятно – обращайтесь, расскажу и отвечу. Всем пока. С вами был Дмитрий Цывцын
Форум по теории электроники
MOSFET паразитный диод, или таки защитный? / Хабр
MOSFET (metal‑oxide‑semiconductor field‑effect transistor) — транзистор по технологии металл‑оксид‑полупроводник с полевым эффектом. Данный тип транзисторов уверенно вошёл в обиход во всех областях применения, как наиболее эффективное решение многих задач. Вы наверняка в курсе, что он применяется в качестве ключей в силовой электронике, причём не только в «чистом» виде, но и в составе IGB‑транзисторов. В частности, в вычислительной технике все цепи питания построены на базе MOSFET’ов.
Но статья не о самом транзисторе, материалов по которому очень много, а про его небольшую часть — встроенный диод, который иногда называют защитным, а иногда — паразитным. Данный диод характерен для наиболее распространённых транзисторов с индуцированным каналом (транзисторы со встроенным каналом настолько редки, что я как‑то искал пример их существования в природе продаже пару дней).
а) n-канальный и б) p-канальный MOSFET’ы со встроенным диодом
Изначальная природа данного диода — внутренняя структура самого транзистора. У него имеются области разной проводимости, которые можно рассматривать, как обычный биполярный транзистор, который в свою очередь, как бы состоит из двух диодов. При этом в «правильную» сторону диод можно игнорировать — сопротивление индуцированного канала намного меньше сопротивления данного диода, и через последний пойдёт минимальный ток. А вот обратный диод, вот он — таки паразит!
Эквивалентные схемы MOSFET’а
Упрощенная внутренняя структура n-канального MOSFET’а
Почему этот диод является паразитным? Дело в том, что он проводит ток даже в закрытом состоянии транзистора.
Точнее, в диапазоне состояний, когда основной канал уже закрыт и почти не проводит ток. Для схемотехников это является большой головной болью. Одна радость — проводит ток он в «неправильную» сторону, т. е. при штатной эксплуатации транзистора к нему просто не прикладывают напряжение в «неправильную» сторону и он всегда закрыт.
Однако, при коммутации индуктивной нагрузки, типа реле, дросселя или обмоток двигателя всегда возникает обратный выброс напряжения, что связано с ЭДС самоиндукции, которая накапливается в магнитном поле катушки (отдельная тема, если что). То есть, данный диод будет проводить ток этого самого обратного выброса. В 99% случаев это хорошо и погасит паразитный импульс. Но! Данный диод имеет очень «плохие» характеристики — высокое падение на нём напряжения, а значит — высокое сопротивление, что приводит к большому тепловыделению, а тепловыделение может спровоцировать выход транзистора из строя. Отдельно необходимо заметить, что данный диод не очень толерантен к высоким напряжениям, а обратный выброс напряжения, при резком отключении проходящего тока, всегда намного выше номинального напряжения питания данной индуктивности (на чём построены все повышающие DC‑DC преобразователи).
Что же делать?
Разработчики MOSFET’ов не долго думали и воткнули внутрь самого транзистора ещё один диод, но уже специальный «защитный», который ставится в ту же сторону, что и паразитный, но имеет уже вполне приличные характеристики. Часто это диод Шотки, у которого низкое падение напряжения (малое сопротивление). В даташитах MOSFET’ов всегда указывают характеристики этого диода. По ним легко определить — является ли диод паразитным или защитным. Если падение напряжения на нём велико (около одного вольта) — диод паразитный, мало (менее полувольта) — защитный.
Ещё пару слов про «неправильный» режим работы MOSFET’а. Существуют топологии, где требуется включить транзистор так, чтобы защитный диод работал в прямом направлении. Например, при коммутации двух источников питания:
Схема включения повышающего преобразователя в режиме UPS (с муськи)
Здесь p‑канальный MOSFET включен так, чтобы 5 вольт питания не попадали на выход TP4056, что привело бы к отключению батареи от зарядки (связано с особенностями топологии TP4056).
Данная схема имеет несколько мелких недостатков, но сейчас не об этом… Если для реализации данной схемы вы выберете транзистор с защитным диодом, то всё будет работать так, как задумано. Но если диод окажется «паразитным» велика вероятность того, что в тот момент, когда исчезнет напряжение на входе блока питания, вы получите «провал» по току, который приведет к перезагрузке вашего ардуино, роутера, или того устройства, что вы пытались от пропадания питания и защитить.
Почему это может произойти? — Питание 5 вольт не исчезнет мгновенно, так как на выходе блока питания имеются ёмкие конденсаторы, что приведёт к плавному снижению напряжения при разряде этих конденсаторов на нагрузку. Условием же открытия p‑канального MOSFET’а является отрицательный потенциал на затворе (G — gate) относительно истока (S — source). У разных транзисторов он разный (см. даташит, параметр «Vgs(th)»), но суть в том, что даже если он не очень велик, мы можем попасть в «мёртвую область». Например, Vgs(th) = -1.
5V, а напряжение на источнике питания упало уже до двух вольт, а на выходе TP4056, скажем, 3.4V (аккумуляторы не успели зарядиться полностью). т. е. разница напряжений всего 1.4 вольта, чего недостаточно для открытия транзистора, а MT3608 в этом случае уже не сможет обеспечивать работу нагрузки, если нет диода, который пропустит ток «мимо» транзистора. Если же мы имеем «защитный» диод, то он отработает корректно — падение напряжение на нём невелико, и нагрузка будет в порядке, а вот паразитный диод «скушает» добрый вольт от 3.4, останется 2.4V на входе повышайки (MT3608), и она с большой вероятностью уже не сможет корректно работать, хоть и заявлена работа от двух вольт, но при внятной нагрузке это точно не так — уже при трёх вольтах подобные повышайки не держат ток больше 200мА.
Надеюсь, что изложил всё понятно, и оно было вам полезно.
Биполярные транзисторы | Avalanche, Darlington, BJT и драйвер затвора
Годы разработки, собственной упаковки и инноваций в процессах расширяют наше лидерство в биполярной обработке и разработке в создании быстропереключаемых транзисторов со сверхнизким насыщением до 900 В.
За счет оптимизации процессов для обеспечения минимального напряжения насыщения, уменьшения площади кристалла и улучшения характеристик переключения (таким образом, уменьшая рассеиваемую мощность) наш широкий ассортимент биполярных транзисторов позволяет создавать компактные корпуса для поверхностного монтажа, отвечающие требованиям многих целевых приложений, в том числе с требованиями AEC-Q101.
Присущая устойчивость к электростатическому разряду и очень низкое удельное сопротивление в открытом состоянии также делают эти биполярные транзисторы подходящими в качестве экономичной альтернативы технологии MOSFET в широком диапазоне топологий схем.
- Биполярные транзисторы Брошюра
Лавинные транзисторы
Транзисторы драйвера затвора
Транзисторы предварительного смещения
Устройства специального назначения
- Контроллер активного ИЛИ
- Линейные регуляторы высокого напряжения
- Светодиодные драйверы
- Драйвер реле
- Синхронный контроллер
- Контроллер идеальных диодов
Транзистор (BJT) Основная таблица
- Транзисторы < 30 В
- Транзисторы от 60 до 100 В
- Транзисторы > 100 В
- Транзисторы Дарлингтона
- Подходящие пары
Как исправить неисправные транзисторы, диоды и светодиоды
Учитесь на знаниях сообщества.
Это новый тип статьи, которую мы начали с помощью ИИ, и эксперты продвигают ее вперед, делясь своими мыслями непосредственно в каждом разделе.
Если вы хотите внести свой вклад, запросите приглашение, поставив лайк или ответив на эту статью. Узнать больше
— Команда LinkedIn
Последнее обновление: 19 марта 2023 г.
Транзисторы, диоды и светодиоды являются распространенными электронными компонентами, которые могут выйти из строя по разным причинам, таким как перегрев, перенапряжение, физическое повреждение или производственные дефекты. Если вы хотите отремонтировать свои электронные устройства, вам нужно знать, как определить и заменить эти неисправные компоненты. В этой статье мы покажем вам некоторые основные шаги и советы, как это сделать.
Проверка с помощью мультиметра
Мультиметр — это удобный инструмент для измерения напряжения, силы тока, сопротивления и других электрических характеристик.
Вы можете использовать его для проверки работоспособности транзисторов, диодов и светодиодов, установив его в соответствующий режим и подключив щупы к клеммам компонентов. Для транзисторов необходимо проверить выводы базы, коллектора и эмиттера на ожидаемые показания. Для диодов нужно проверить напряжения прямого и обратного смещения. Для светодиодов нужно проверить падение напряжения и яркость. Если мультиметр показывает ненормальные или противоречивые результаты, скорее всего, компонент неисправен.
Найдите на печатной плате
После того, как вы определили неисправный компонент, вам нужно найти его на печатной плате, где он припаян. Вы можете использовать принципиальную схему устройства или маркировку на плате, чтобы найти компонент. Вы также можете использовать увеличительное стекло или фонарик, чтобы осмотреть компонент на наличие видимых признаков повреждения, таких как трещины, ожоги или коррозия. Вы также должны проверить окружающие компоненты и дорожки на наличие признаков короткого замыкания или обрыва цепи.
Отпаяйте и удалите
Чтобы заменить неисправный компонент, вам необходимо отпаять и удалить его с печатной платы. Вы можете использовать паяльник и насос для удаления припоя или фитиль для припоя, чтобы расплавить и высосать припой из выводов компонента. Будьте осторожны, чтобы не повредить плату или другие компоненты нагреванием или инструментами. Вы также должны носить защитные перчатки и очки, чтобы избежать ожогов или травм глаз. После отпайки вы можете вытащить компонент с помощью пинцета или плоскогубцев.
Выбрать замену
Чтобы выбрать подходящую замену неисправному компоненту, необходимо, чтобы характеристики и номинальные характеристики соответствовали оригинальному компоненту. Вы можете найти эту информацию в техническом описании компонента или в Интернете. Вы также должны учитывать размер, форму и ориентацию компонента, чтобы он соответствовал печатной плате. Вы можете купить сменные компоненты в интернет-магазинах или местных магазинах электроники или использовать их с других устройств.
Припой и проверка
Чтобы установить сменный компонент, необходимо припаять его к печатной плате. Вы можете использовать паяльник и проволоку для припоя, чтобы прикрепить клеммы компонентов к контактным площадкам платы. Вы должны соблюдать полярность и выравнивание компонента и избегать создания холодных или сухих паяных соединений. Вы также должны обрезать любые лишние выводы или провода с помощью кусачек. После пайки можно проверить работоспособность компонента и устройства мультиметром или блоком питания.
При необходимости устраните неполадки
Если замененный компонент не работает должным образом или вызывает другие проблемы, вам может потребоваться устранить проблему. Вы можете проверить соединения и паяные соединения на наличие ошибок или дефектов. Вы также можете проверить совместимость и качество заменяемого компонента. Вы также можете использовать логический пробник или осциллограф для анализа сигналов и форм сигналов компонента и схемы.
