Принцип работы транзистора простым языком: Что такое транзистор и как он работает? Как работает транзистор: принцип и устройство

Содержание

Легкое описание простым языком для чайников принципа работы полевого транзистора, его видов и применения

Транзисторами (transistors, англ.) называют полупроводниковые триоды у которых расположено три выхода. Их основным свойством является возможность посредством сравнительно низких входных сигналов осуществлять управление высоким током на выходах цепи.

Для радиодеталей, которые используются в современных сложных электроприборах, применяются полевые транзисторы. Благодаря свойствам этих элементов выполняется включение или выключение тока в электрических цепях печатных плат, или его усиление.

Что представляет собой полевой транзистор

Полевые транзисторы — это трех или четырех контактные устройства, в которых ток, идущий на два контакта может регулироваться посредством напряжения электрополя третьего контакта. на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. В результате этого подобные транзисторы называются полевыми.

Название расположенных на устройстве контактов и их функции:

Истоки – контакты с входящим электрическим током, которые находится на участке n;
Стоки – контакты с исходящим, обработанным током, которые находятся на участке n;
Затворы – контакты, находящиеся на участке р, посредством изменения напряжения на котором, выполняется регулировка пропускной способности на устройстве.

Полевые транзисторы с n-p переходами – особые виды, позволяющие управлять током. От простых они, как правило, отличаются тем, через них протекает ток, без пересечения участка р-n переходов, участка который образуется на границах этих двух зон. Размеры р-n участка являются регулируемыми.

Что это такое

Транзистор — это особый элемент электроцепи полупроводникового типа, который служит для изменения основных электрических параметров электротока и для регулирования этих параметров. В стандартном полупроводниковом триоде есть всего 3 вывода: коллектор, инжектор зарядов и базовый элемент, на который собственно и направляются электроны от управления. Также имеются комбинированные транзисторы с большой мощностью. Если обычные элементы, используемые в интегральных схемах, могут быть размером в несколько нанометров, то производственные транзисторы для промышленных предприятий имеют корпус и составляют до 1 сантиметра в ширину. Напряжение обратного типа производственных управляющих триодов достигает 1 тысячи Вольт.

2SD1710 для импульсных блоков питания

Конструкция триода сделана на основе слоев полупроводника, заключенных в корпусе элемента. В качестве полупроводников выступают материалы, в основу которых входит кремний, германий, галлий и некоторые другие химические элементы. В настоящее время проводится множество исследований, которые предлагают в качестве материалов различные виды полимеров и углеродных нанотрубок.

Важно! Когда-то кристаллы полупроводников располагали в металлических отсеках в виде шляп с тремя выводами. Такое строение было характерно для точечных элементов транзисторного типа.

Различные виды рассматриваемых радиоэлементов

На сегодняшний день строение практически всех плоских и кремниевых транзисторов основано на легированном монокристалле. Они находятся в пластмассовых, металлических или стеклянных корпусах. У многих из них есть выступающие выводы, позволяющие отвести тепло при сильном нагреве от электричества.

Кремниевый биполярный транзистор 2SA1286

Выводы современных транзисторов расположены, как правило, в один ряд. Это удобно, так как плату собирают роботы, и это экономит ресурсы. Выводные контакты также не маркируются на корпусе элемента. Вид вывода определяют по инструкции эксплуатации или после тестовых замеров.

Вам это будет интересно Электрические схемы

Важно! Для транзисторов применяют сплавы полупроводникового типа с разным строением: PNP или NPN. Их различие заключается в разных знаках напряженности на выводах.

Если брать схематически, то описать этот радиоэлемент можно так: два полупроводника, разделенные дополнительным слоем, который управляет проводимостью триода.

Схема устройства полевых радиоэлементов

Виды полевых транзисторов

Полевой транзистор с n-р переходами подразделяется на несколько классов в зависимости:

От типа каналов проводников: n или р. Каналы воздействую на знаки, полярности, сигналы управления. Они должны быть противоположны по знакам n-участку.
От структуры приборов: диффузных, сплавных по р -n — переходам, с затворами Шоттки, тонкопленочными.
От общего числа контактов: могут быть трех или четырех контактными. Для четырех контактных приборов, подложки также являются затворами.
От используемых материалов: германия, кремния, арсенид галлия.

В свою очередь разделение классов происходит в зависимости от принципа работы транзистора:

устройства под управлениями р-n переходов;
устройства с изолированными затворами или с барьерами Шоттки.

Принцип работы полевого транзистора

Говоря простыми словами о том, как работает полевой транзистор для чайников с управляющими p-n переходами, стоит отметить: радиодетали состоят из двух участков: p-переходов и n-переходов. По участку n проходит электроток. Участок р является перекрывающей зоной, неким вентилем. Если оказывать определенное давление на нее, то она будет перекрывать участок и препятствовать прохождению тока. Либо, же наоборот, при снижении давления количество проходящего тока возрастет. В результате такого давления осуществляется увеличение напряжения на контактах затворов, находящихся на участке р.

Приборы с управляющими p-n канальными переходами — это полупроводниковые пластины, имеющие электропроводность с одним из данных типов. К торцевым сторонам пластин выполняется подсоединение контактов: стока и истока, в середину — контакты затвора. Принцип работы прибора основан на изменении пространственных толщин p-n переходов. Так как в запирающих областях практически отсутствуют подвижные носители заряда, их проводимость равняется нулю. В полупроводниковых пластинах, на участках которых не воздействует запирающий слой, создаются проводящие ток каналы. Если подается отрицательное напряжение в отношении истока, на затворе образуется поток, через который протекают носителя заряда.

Для изолированных затворов, характерно расположение на них тонкого слоя диэлектрика. Такое устройство работает по принципу электрических полей. Для его разрушения понадобится всего лишь небольшое электричество. В связи с этим, чтобы предотвратить статическое напряжение, которое может превышать 1000 В, необходимо создание специальных корпусов для приборов, которые минимизируют эффект от воздействия вирусных типов электричества.

Интересное видео о принципе действия транзистора

< Назад
Вперёд >

игорь 06.11.2015 17:52 спасибо очень полезное видео и доходчиво.остал ось понять зависимость работы транзистора от напряжения и тока,по каким формулам это можно расщитать.

Цитировать

Дмитрий 11.02.2016 12:45 видео заблокированно

Цитировать

admin 11.02.2016 13:15 Спасибо,подправ им…

Цитировать

Прохожий 04.12.2016 08:57 «В полевых транзисторах носители зарядов движутся к коллектору от эмиттера через базу. » Что за охинея? Только запутываете новичков…

Цитировать

Сержант 13.02.2017 12:56 «Существует канал, в легированном проводнике находясь в промежутке между нелегированной подложкой и затвором. » Серьёзно? Думаете я понимаю что такое легированный/не легированный если читаю о том что такое транзистор?

Цитировать

Серега 25.09.2017 21:02 может на пальцах кто объяснит, хочу вообщем сделать так: при срабатывание вибро на мобильнике чтоб включалось реле на 12в которое замыкает цепь в 220в. так вот, подключил я значит к коллектору +12в к эмиттеру управление реле, общий минус с телефоном и реле, касаюсь базой любого контакта «вибратора»))) и вуаля, транзистор срабатывает, а вибро не работает в этот момент. поскажите пожалуйста как правильно это все собрать, заранее спасибо. P.s.: уже начинаю психовать

Цитировать

тезка 08.12.2017 11:07 Ты на базу ток подай через резистор килоом так на 1 — 2. Еще и диод вставь для развязки. А то транзистор перегружает питание моторчика. Сопротивление надо подбирать методом научного тыка.

Цитировать

Kirill Zotov 30.05.2018 11:17 А разве так можно? В 2018м живемс…

Цитировать

Обновить список комментариев

Для чего нужен полевой транзистор

При рассмотрении работы сложных видов электротехники, стоит рассмотреть работу такого важного компонента интегральной схемы, как полевой транзистор. Основная задача от использования данного элемента заключается в пяти ключевых направлениях, в связи с чем транзистор применяется для:

Усиления высокой частоты.
Усиления низкой частоты.
Модуляции.
Усиления постоянного тока.
Ключевых устройств (выключателей).

В качестве простого примера работа транзистора-выключателя, может быть представлена как микрофон и лампочка в одной компановке. Благодаря микрофону улавливаются звуковые колебания, что влияет на появление электрического тока, поступающего на участок запертого устройства. Присутствие тока влияет на включение устройства и включение электрической цепи, к которой подключаются лампочки. Последние загораются после того как микрофон уловил звук, но горят они за счет источников питания не связанных с микрофоном и более мощных.

Модуляцию применяют с целью управления информационными сигналами. Сигналы управляют частотами колебаний. Модуляцию применяют для качественных звуковых радиосигналов, для передачи звуковых частот в телевизионные передачи, для трансляции цветовых изображений и телевизионных сигналов с высоким качеством. Модуляцию применяют повсеместно, где нужно проводить работу с высококачественными материалами.

Как усилители полевые транзисторы в упрощенном виде работают по такому принципу: графически любые сигналы, в частности, звукового ряда, могут быть представлены как ломаная линия, где ее длиной является временной промежуток, а высотой изломов – звуковая частотность. Чтобы усилить звук к радиодетали подается поток мощного напряжения, приобретаемого нужную частотность, но с более большим значением, из-за подачи слабых сигналов на управляющие контакты. Иначе говоря, благодаря устройству происходит пропорциональная перерисовка изначальной линии, но с более высоким пиковым значением.

Литература по электронике

Наука, которая изучает транзисторы и другие приборы, называется электроника. Целый ее раздел посвящён полупроводниковым приборам. Если вам интересно получить больше информации о работе транзисторов, можно почитать следующие книги по этой тематике:

Цифровая схемотехника и архитектура компьютера — Дэвид М.
Операционные системы. Разработка и реализация — Эндрю Т.
Силовая электроника для любителей и профессионалов — Б. Ю. Семенов .

В этих книгах описываются различные средства программируемой электроники. Конечно же, в основе всех программируемых схем, лежат транзисторы. Благодаря этим книгам вы не только получите новые знания о транзисторах, но и навыки, которые, возможно, принесут вам доход.

Теперь вы знаете, как работают транзисторы, и где они применяются в жизни. Если вам интересна эта тема, продолжайте её изучать, ведь прогресс не стоит на месте, и все технические устройства постоянно совершенствуются. В этом деле очень важно идти в ногу со временем. Успехов вам!

Как применять полевой транзистор для чайников

Первыми приборами, которые поступили на рынок для реализации, и в которых были использованы полевые транзисторы с управляющими p-n переходами, были слуховые аппараты. Их изобретение состоялось еще в пятидесятые годы XX века. В более крупным масштабах они применялись, как элементы для телефонных станций.

В наше время, применение подобных устройств можно увидеть во многих видах электротехники. При наличии маленьких размеров и большому перечню характеристик, полевые транзисторы встречаются в кухонных приборах (тостерах, чайниках, микроволновках), в устройстве компьютерной, аудио и видео техники и прочих электроприборах. Они используются для сигнализационных систем охраны пожарной безопасности.

На промышленных предприятиях транзисторное оборудование применяют для регуляции мощности на станках. В сфере транспорта их устанавливают в поезда и локомотивы, в системы впрыскивания топлива на личных авто. В жилищно-коммунальной сфере транзисторы позволяют следить за диспетчеризацией и системами управления уличного освещения.

Также самая востребованная область, в которой применяются транзисторы – изготовление комплектующих, используемых в процессорах. Устройство каждого процессора предусматривает множественные миниатюрные радиодетали, которые при повышении частоты более чем на 1,5 ГГц, нуждаются в усиленном потреблении энергии. В связи с этими разработчики процессорной техники решил создавать многоядерные оборудования, а не увеличивать тактовую частоту.

Достоинства и недостатки полевых транзисторов

Использование полевых транзисторов благодаря их универсальным характеристикам позволило обойти другие виды транзисторов. Они широко применяются для интегральной схемы в качестве выключателя.

Достоинства:

каскады детали расходуют малое количество энергии;
показатели усиления превышают, значения других аналогичных устройств;
достижение высокой помехоустойчивости осуществляется за счет того, что отсутствует ток в затворе;
обладают более высокой скоростью включения и выключения, работают с недоступными для других транзисторов частотами.

Недостатки:

менее устойчивы к высоким температурам, которые приводят к разрушению;
на частотах более 1,5 ГГц, количество потребляемой энергии стремительно увеличивается;
чувствительны к статическим видам электричества.

Благодаря характеристикам, которыми обладают полупроводниковые материалы, взятые в качестве основы для полевого транзистора, позволяют использовать устройство в бытовой и производственной сфере. Полевыми транзисторами оснащается различная бытовая техника, которая используется современным человеком.

простым языком для чайников, схемы

Подробности Категория: Начинающим Опубликовано 29.11.2013 14:41 Автор: Admin

Транзисторы – это радиоэлектронные компоненты из полупроводникового материала, которые предназначены для преобразований, усилений и генерации электрических колебаний.

Но всё же, как работает транзистор? Говоря простым языком с помощью транзистора можно управлять током. Транзисторами называются любые устройства, которое способно имитировать главные его свойства, а именно – изменять сигнал между двумя разными типами состояний при изменениях сигнала на управляющем электроде.

Транзисторы бывают двух типов:

полевые;
биполярные.

Материалами изготовления служат германий и кремний, но при добавлении примесей способность проводить ток возрастает. Нужно рассмотреть оба типа транзисторов, для того чтобы понять как работает транзистор? На рисунке представлены три области p-n-p или n-p-n из которых состоит любой биполярный транзистор.

Как работает транзистор в цепи электрического тока?

Основной принцип работы транзистора заключается в управлении электрическим током с помощью незначительного тока являющегося своего рода управляющим током. В полевых транзисторах носители зарядов движутся к коллектору от эмиттера через базу. Существует канал, в легированном проводнике находясь в промежутке между нелегированной подложкой и затвором. В подложке отсутствует заряд, и она не проводит ток. Перед затвором есть область обеднения с отсутствием носителей заряда.

Таким образом, вся ширина канала ограничивается пространством между областью обеднения и пространством между подложкой. Напряжение, прикладываемое к затвору, уменьшает или увеличивает область обеднения, и тем самым ширину самого канала, контролируя при этом ток.

Многие начинающие радиолюбители не так представляют себе принцип работы транзистора. Они думают, что транзистор способен усилить мощность источника питания, но это далеко не так. Важно понимать, что транзистор управляет большим током коллектора с помощью маленького тока протекающего через базу. Здесь речь идет скорее всего об управлении чем об усилении.

Полевые и биполярные транзисторы

По технологии изготовления транзисторы подразделяются на два типа: полевые и биполярные. Биполярные в свою очередь делятся по проводимости на n-p-n – транзисторы обратной проводимости, и p-n-p – транзисторы прямой проводимости. Полевые транзисторы бывают, соответственно, с каналом n-типа и p-типа. Затвор полевого транзистора может быть изолированным (IGBT-транзисторы) или в виде p-n-перехода. IGBT-транзисторы бывают со встроенным каналом или с индуцированным каналом.

Виды транзисторов, p–n–p и n–p–n проводимость

Области применения транзисторов определяются их характеристиками, а работать транзисторы могут в двух режимах: в ключевом или в усилительном. В первом случае транзистор в процессе работы или полностью открыт или полностью закрыт, что позволяет управлять питанием значительных нагрузок, используя малый ток для управления. А в усилительном, или по-другому — в динамическом режиме, используется свойство транзистора изменять выходной сигнал при малом изменении входного, управляющего сигнала. Далее рассмотрим примеры различных транзисторов.

2N3055 – биполярный n-p-n-транзистор в корпусе ТО-3

Популярен в качестве элемента выходных каскадов высококачественных звуковых усилителей, где он работает в динамическом режиме. Как правило, используется совместно с комплементарным p-n-p собратом MJ2955. Данный транзистор может работать и в ключевом режиме, например в трансформаторных НЧ инверторах 12 на 220 вольт 50 Гц, пара 2n3055 управляет двухтактным преобразователем.

Примечательно, что напряжение коллектор-эмиттер для данного транзистора в процессе работы может достигать 70 вольт, а ток 15 ампер. Корпус ТО-3 позволяет удобно закрепить его на радиатор в случае необходимости. Статический коэффициент передачи тока — от 15 до 70, этого достаточно для эффективного управления даже мощными нагрузками, при том, что база транзистора выдерживает ток до 7 ампер. Данный транзистор может работать на частотах до 3 МГц.

КТ315 — легенда среди отечественных биполярных транзисторов малой мощности

Данный транзистор n-p-n – типа впервые увидел свет 1967 году, и по сей день пользуется популярностью в радиолюбительской среде. Комплементарной парой к нему является КТ361. Идеален для динамических и ключевых режимов в схемах малой мощности.

При максимально допустимом напряжении коллектор-эмиттер 60 вольт, этот высокочастотный транзистор способен пропускать через себя ток до 100 мА, а граничная частота у него не менее 250 МГц. Коэффициент передачи тока достигает 350, при том, что ток базы ограничен 50 мА.

Изначально транзистор выпускался только в пластмассовом корпусе KT-13, 7 мм в ширину и 6 мм высотой, но в последнее время можно его встретить и в корпусе ТО-92.

КП501 — полевой n-канальный транзистор малой мощности с изолированным затвором

Имеет обогащенный n-канал, сопротивление которого составляет от 10 до 15 Ом, в зависимости от модификации (А,Б,В). Предназначен данный транзистор, как его позиционирует производитель, для использования в аппаратуре связи, в телефонных аппаратах и другой радиоэлектронной аппаратуре.

Этот транзистор можно назвать сигнальным. Небольшой корпус ТО-92, максимальное напряжение сток-исток — до 240 вольт, максимальный ток стока — до 180 мА. Емкость затвора менее 100 пф. Особенно примечательно то, что пороговое напряжение затвора составляет от 1 до 3 вольт, что позволяет реализовать управление с очень-очень малыми затратами. Идеален в качестве преобразователя уровней сигналов.

irf3205 – n-канальный полевой транзистор, изготовленный по технологии HEXFET

Популярен в качестве силового ключа для повышающих высокочастотных инверторов, например автомобильных. Посредством параллельного включения нескольких корпусов представляется возможность построения преобразователей, рассчитанных на значительные токи.

Максимальный ток для одного такого транзистора достигает 75А (ограничение вносит конструкция корпуса ТО-220), а максимальное напряжение сток-исток составляет 55 вольт. Сопротивление канала при этом всего 8 мОм. Емкость затвора в 3250 пф требует применения мощного драйвера для управления на высоких частотах, но сегодня это не является проблемой.

FGA25N120ANTD мощный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT-транзистор)

Способен выдержать напряжение сток-исток 1200 вольт, максимальный ток стока составляет 50 ампер. Особенность изготовления современных IGBT-транзисторов такого уровня позволяет отнести их к классу высоковольтных.

Область применения — силовые преобразователи инверторного типа, такие как индукционные нагреватели, сварочные аппараты и другие высокочастотные преобразователи, рассчитанные на питание высоким напряжением. Идеален для мощных мостовых и полумостовых резонансных преобразователей, а также для работы в условиях жесткого переключения, имеется встроенный высокоскоростной диод.

Интересное видео о принципе действия транзистора

< Назад
Вперёд >

Что такое транзистор?

В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности.

Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств – от нескольких нанометров (бескорпусные элементы, используемые в микросхемах), до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до 1000 В.

Устройство

Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и других химических элементов. Сегодня проводятся исследования, готовящие на роль полупроводниковых материалов некоторые виды полимеров, и даже углеродных нанотрубок. Видимо в скором будущем мы узнаем о новых свойствах графеновых полевых транзисторов.

Раньше кристаллы полупроводника располагались в металлических корпусах в виде шляпок с тремя ножками. Такая конструкция была характерна для точечных транзисторов.

Сегодня конструкции большинства плоских, в т. ч. кремниевых полупроводниковых приборов выполнены на основе легированного в определённых частях монокристалла. Они впрессованы в пластмассовые, металлостеклянные или металлокерамические корпуса. У некоторых из них имеются выступающие металлические пластины для отвода тепла, которые крепятся на радиаторы.

Электроды современных транзисторов расположены в один ряд. Такое расположение ножек удобно для автоматической сборки плат. Выводы не маркируются на корпусах. Тип электрода определяется по справочникам или путём измерений.

Для транзисторов используют кристаллы полупроводников с разными структурами, типа p-n-p либо n-p-n. Они отличаются полярностью напряжения на электродах.

Схематически строение транзистора можно представить в виде двух полупроводниковых диодов, разделённых дополнительным слоем. (Смотри рисунок 1). Именно наличие этого слоя позволяет управлять проводимостью полупроводникового триода.

Рис. 1. Строение транзисторов

На рисунке 1 схематически изображено строение биполярных триодов. Существуют ещё класс полевых транзисторов, о которых речь пойдёт ниже.

Базовый принцип работы

В состоянии покоя между коллектором и эмиттером биполярного триода ток не протекает. Электрическому току препятствует сопротивление эмиттерного перехода, которое возникает в результате взаимодействия слоёв. Для включения транзистора требуется подать незначительное напряжение на его базу.

На рисунке 2 показана схема, объясняющая принцип работы триода.

Рис. 2. Принцип работы

Управляя токами базы можно включать и выключать устройство. Если на базу подать аналоговый сигнал, то он изменит амплитуду выходных токов. При этом выходной сигнал точно повторит частоту колебаний на базовом электроде. Другими словами, произойдёт усиление поступившего на вход электрического сигнала.

Таким образом, полупроводниковые триоды могут работать в режиме электронных ключей или в режиме усиления входных сигналов.

Работу устройства в режиме электронного ключа можно понять из рисунка 3.

Рис. 3. Триод в режиме ключа

Обозначение на схемах

Общепринятое обозначение: «VT» или «Q», после которых указывается позиционный индекс. Например, VT 3. На более ранних схемах можно встретить вышедшие из употребления обозначения: «Т», «ПП» или «ПТ». Транзистор изображается в виде символических линий обозначающих соответствующие электроды, обведённые кружком или без такового. Направление тока в эмиттере указывает стрелка.

На рисунке 4 показана схема УНЧ, на которой транзисторы обозначены новым способом, а на рисунке 5 – схематические изображения разных типов полевых транзисторов.

Рис. 4. Пример схемы УНЧ на триодах

как работает транзистор, альтернативная точка зрения

	Стр. 1, Стр. 2 La versioniion Espanol. Укороченная версия Помогите перевести!	© 1995 Уильям Бити, БСЕЭ
	Большинство технических учебников очень плохо объясняют детали внутренняя работа транзисторов. Сначала они предполагают, что базовый ток каким-то образом контролирует ток коллектора, тогда они пытаются объяснить, как один ток может влиять на другой. Эти объяснения неизменно терпят неудачу. потому что биполярные транзисторы, как и полевые транзисторы, являются устройствами, управляемыми напряжением. Один текущий не влияет на . Вместо этого база-эмиттер напряжение регулирует толщину изолирующего «слоя обеднения», который лежит на пути как тока базы, так и более крупного коллектора Текущий. ПРИМЕЧАНИЕ. В этой статье рассматривается биполярный транзистор. внутренняя операция: это точка зрения физика; не инженер или техника. При решении проектных задач инженеры должны моделировать транзистор в качестве усилителя тока, или в качестве преобразователя, или в качестве источник тока с регулируемым зарядом. Если вы хотите понять а транзисторная схема, то мы используем модель черного ящика. Но будь предупрежден, потому что если наша цель вместо этого состоит в том, чтобы «открыть капот» и посмотреть, что действительно происходит внутри, эти полезные модели черного ящика могут пустить под откос наши понимание.
	«Разница между убеждением и предубеждением что вы можете объяснить убеждение, не сердясь. » — anon Когда в детстве я впервые заинтересовался электроникой, я сел и разобрался как работают биполярные транзисторы. Ну вроде. Я читал много статей, объясняющих усилитель «Common Base». Общая база — это установка, которая использовалась изобретателями транзистор. В этих объяснениях База — это заземленная часть Германий и входной сигнал подается на излучатель. С усилители с общей базой редко используются в транзисторных схемах, я в итоге приходится придумывать собственное объяснение. Я основывал его на маленьких кусочках, которые я уже знал о конфигурации Common Emitter. Общий эмиттер тот, где эмиттер заземлен, база является входом, а где выход снимается через резистор, подключенный к коллектору. Мой самодельное объяснение вроде сработало, но я не был удовлетворен. я был полон из назойливых сомнений. И почему, черт возьми, учебники использовали Common Base? знакомить новичков с транзисторами? просто ничего не делал смысл. Когда я поступил в инженерную школу, мне показалось крайне странным, что там были еще нет хороших объяснений биполярных транзисторов. Конечно, были подробные математические обработки. Просто умножьте базу ток с помощью «hfe», чтобы получить ток коллектора. Или лечить транзистор как двухполюсник с системой уравнений внутри. Эберс-Молл и все такое. Но они были похожи на схемы черного ящика, и ни один из они сказали КАК работает транзистор, как малый ток может иметь какие-либо влияние на большее???? Больше никого это не интересовало. Каждый другие в классе, казалось, думали, что запоминать уравнения было так же, как изучение концепций и получение понимания устройства. (Р. Фейнман называет это евклидовым или «греческим точки зрения» любовь к математике, в отличие от «вавилонской точки зрения» физиков, где понятия гораздо важнее, чем уравнения.) Я полный вавилонянин. Для меня математика бесполезна в начале. Уравнения подобны программам Spice из черного ящика, которые могут работать. большой, но они не сообщают вам никаких подробностей о том, что происходит внутри устройства в реальный мир. Я могу выучить математику, но это просто означает, что я могу управлять «mental spice program» без компьютера, и я до сих пор не знать, как работают транзисторы. Сначала скажите мне, что такое «транзисторное действие». о. Покажите мне анимированные картинки, используйте аналогии. Только после того, как я достиг визуальное и интуитивное понимание чего-либо, только тогда математика полезно для меня для его уточнения и добавления всех деталей. Однако для меня сама по себе математика не является подлинным объяснением. Математика — это просто инструмент или рецепт, костыль для тех, кто ничего не хочет, кроме конечного числового результат, и это, конечно, не дает экспертных знаний. Сейчас прошло много лет, и я думаю, что вижу проблему… Традиционные объяснения транзисторов в основном отстой. Те, что я вижу в школьных учебниках и журналах по хобби, ужасны. Они полны ошибок и противоречий. Они злоупотребляют словом «текущий». как если бы это была субстанция, которая течет. Они не объясняют изоляторы правильно. И пытаются доказать, что ток базы может иметь прямое Влияние на ток коллектора. Учебники для инженеров тратят свое время вывод уравнений, которые в конечном итоге будут использоваться в программном моделировании, но все же они не садятся и не описывают происходящее в прямой ясности мода. А еще есть все те авторы, которые используют Common-base усилители, чтобы познакомить новичков с транзисторами. Они просто дураки, которые следовать традиции только потому, что она традиционна? Почему они никогда не прилагать усилия к улучшить объяснения? Были ли они написаны в камень от бога? Что ж, если никто, кроме меня, не думает, что объяснение открыто для улучшения, то я лучше положу свои деньги на язык. (И если я правильно, тогда должно быть очень легко написать значительно улучшенный объяснение.) Ниже приведены мои представления о том, как работают транзисторы на самом деле . Они не* на основе традиционных объяснений, широко распространенных в технических текстах и журналы для любителей. Вместо этого они основаны на инженерных учебниках: физика полупроводников и детали модели Эберса-Молла. Я перевод обычных математических моделей в вербальную/интуитивную версию. В качестве Вы скоро увидите, что требуется несколько новых концепций. может быть проще чтобы вы просто запоминали уравнения, а не представляли себе, что на самом деле продолжается внутри. Но если вам удастся расшифровать мои объяснения и грубые Работа ASCII, я думаю, вы будете в элитном меньшинстве, которое действительно понимает транзисторы . Я обнаружил, что даже большинство работающих инженеров не имеют хорошего представления о работе биполярного транзистора. Итак, если вы получить четкое представление о транзисторах, вы превзойдете многих эксперты.		БОЛЬШЕ СТРАНИЦ ЗДЕСЬ:
Потоки заряда, управляемые напряжением Прежде всего, вы должны отказаться от идеи, что ток проходит в транзисторы или потоки внутри проводов. Да, вы поняли меня правильно. Ток не течет. Электрический текущий никогда не течет , так как электрический ток не является веществом. Электрический ток — это поток чего-то другого. (Спросите себя: что за вещество, которое течет в реке, называется «течением»? Или это называется «вода?») Поскольку ток представляет собой поток заряда, общепринятого выражения «поток тока» следует избегать, так как буквально означает « поток из потока заряда». — СОВРЕМЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ ФИЗИКИ, Ричардс, Сирс, Вер, Земанский (найдите подобное в книге Сервея «КОЛЛЕДЖ»). ФИЗИКА) Так что же на самом деле течет внутри проводов? То, что движется внутри проводов, НЕ называется электрическим током. Intead он называется Electric Charge . Течет заряд, а не ток. Движение зарядов может исчезнуть, а движение может появиться. Но само движение не течет, а текут заряды. И в в реках (или в водопроводе) течет вода, а не «течение». Аналогия: мы не сможем понять сантехнику, пока не перестанем предполагать, что трубы пусты…и при этом верят в волшебство под названием «Текущий.» Мы должны узнать, что трубы уже полны; что «вода» течет внутри них. То же самое и с цепями. Провода не заполнены «потоком Ток», вместо этого они предварительно заполнены зарядом. Заряды, которые могут шаг. Электрический заряд — это реальная вещь; его переносят физические частицы, и он может двигаться с реальной скоростью и реальным направлением. Обвинение ведет себя как «вещество», как газ или жидкость. Но электрический ток отличается от заряда: заряд подобен веществу, а ток не вещи. (Если ток подобен ветру, то заряд подобен азоту!) Если мы экспериментируйте с понятиями; если мы решим игнорировать «текущее» и вместо этого пойти и внимательно изучить поведение движущихся зарядов в большом детали, мы можем сжечь облака тумана, которые блокируют наше понимание электроника. Секунда: заряды внутри проводников не выталкиваются сами собой вперед, но вместо этого их подталкивает «разница потенциалов»; они подталкивается полями напряжения внутри проводящего материала. Сборы не брызнуло из блока питания, как будто блок питания какой-то бака для воды. Если представить, что заряды уходят через минус клемма питания; и если вы думаете, что обвинения, то распространились по полым трубам контура, то вы сделали принципиальная ошибка. Если вы считаете, что сборы предусмотрены блок питания, то вы допустили фундаментальную ошибку. Провода не работают как «пустые электронные трубы». Блок питания не обеспечивает электроны. Блоки питания конечно создают токи, или они вызывает токи , но помните, мы удаляем слово «ток». Для создания потока зарядов блок питания не вводит никаких заряжается в проводах. Источником питания является только насос. Насос может подавать насосное давление. Насосы никогда не подают перекачиваемую воду. Третье: открыли ли вы большой «секрет» визуализации электрических схемы? ВСЕ ПРОВОДНИКИ УЖЕ ЗАРЯЖЕНЫ Провода и кремний … оба ведут себя как предварительно заполненные водопроводные трубы или резервуары для воды. «вода» — это огромное количество подвижных заряженных частиц проводник. Электрические цепи основаны на «аналогии полных труб». Этот простая идея обычно затемняется фразами «поток тока» или «блоки питания посылают ток.» В конце концов мы думаем, что провода похожи на полые трубы. В итоге мы визуализируем загадочную субстанцию под названием Current. который течет через них. Неа. (Как только мы избавимся от слова «текущий», мы можем обнаружить довольно ошеломляющие идеи в отношении простых схем, не так ли?) Если цепи похожи на сантехнику, , то ни одна из «труб» цепи всегда пусты. Эта идея чрезвычайно важна, и без нее мы не могу понять полупроводники … или даже проводники! Металлы содержат огромное количество подвижных электронов, образующих своего рода «электрическую жидкость». внутри металла. Простой кусок меди подобен резервуару для воды! Физики называют эту жидкость «электронным морем металлов». океан заряда.» Полупроводники всегда полны этого подвижного «зарядка». Подвижный заряд находится там, даже когда транзистор сидит на полке и отключается от всего. Когда напряжение нанесенные на кусок кремния, эти заряды уже находятся в пределах материал приводится в движение. Также обратите внимание, что заряд внутри проводов … не заряжен. Рядом с каждым подвижным электроном находится положительный протон, поэтому хотя металл содержит огромное море заряда, нет сети заряд в среднем. Провода содержат «незаряженный» заряд. Лучше позвони «Отмененный платеж». Тем не менее, даже несмотря на то, что электроны нейтрализуются близлежащие протоны, электроны все еще могут течь между протонами. Отменено заряд все еще может перемещаться, так что возможны потоки заряда в незаряженный металл. ОК, так как «трубы» уже заполнены «жидкостью», то для того, чтобы понимать схему, мы НЕ должны отслеживать путь, начинающийся в клеммы блока питания. Вместо этого мы можем начать с любого компонента на схема. Если к этому компоненту приложено напряжение, то заряды внутри этого компонента начнут течь. Давайте изменим старый «объяснение фонарика», которому нас всех учили в начальной школе. Вот исправленная версия: ТОЧНЫЙ ФОНАРЬ ОБЪЯСНЕНИЕ: Провода полны обширных количества подвижного электрического заряда (все проводники есть!) Если соединить несколько проводов в сплошное кольцо, вы образуете «электрическую цепь», которая содержит подвижный конвейер-ленту из зарядов внутри металлического круга. Далее разрезаем это кольцо в паре мест и вставляем батарейку и лампочка в порезы. Аккумулятор действует как зарядный насос, в то время как лампочка предлагает трение. Батарея толкает длинный ряд проводов заряды вперёд, потом все заряды текут, потом лампочка загорается. Давайте проследим за ними. Заряды начинаются внутри нити накала лампочки. (Нет, не внутри батарея. Начинаем с лампочки .) Заряды вынуждены течь вдоль нити. Затем они вытекают в первый провод и двигайтесь к первому терминалу батареи. (При этом более заряды входят в нить через другой ее конец.) Батарея накачивает заряжается через себя и обратно. Сборы оставляют вторым клемму аккумулятора, затем по второму проводу текут к лампочке. Они замотаться обратно внутрь нити накала лампочки. В то же время заряды в других частях цепи делают то же самое. Это как сплошная лента из зарядов. Аккумулятор работает как привод. колесо, которое перемещает ремень. Провода ведут себя так, как будто они скрывают конвейерная лента внутри. Лампочка действует как «трение»; становится жарко когда его собственные естественные заряды вынуждены течь. Скорость батареи вверх весь ремень, в то время как трение лампочки замедляет его опять таки. И так ремень работает постоянно, а лампочка греется. Правда освободит вас … но сначала она разозлит тебя! -анон Краткий обзор: 1. ВЕЩЕСТВО, ТЕКУЩЕЕ ПО ПРОВОДНИКАМ НАЗЫВАЕТСЯ ЗАРЯДОМ. («ТОК» НЕ ТЕЧИТ.) 2. ЗАРЯД ВНУТРИ ПРОВОДНИКИ СМАЧИВАЮТСЯ ПОЛЯМИ НАПРЯЖЕНИЯ. 3. ВСЕ ПРОВОДА ЕСТЬ «ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ЗАПОЛНЕН» БОЛЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ ПОВОРОТНОГО ЗАРЯДА 4. АККУМУЛЯТОРЫ И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЯВЛЯЮТСЯ ЗАРЯДНЫМИ НАСОСАМИ. 5. ЛАМПОЧКИ И РЕЗИСТОРЫ ДЕЙСТВУЙТЕ «ТРИКАЛЬНО». И последнее: разница между проводником и изолятором заключается в следующем. просто: проводники похожи на предварительно заполненные водопроводные трубы, а изоляторы как трубы, забитые льдом. Оба содержат «электрический материал»; дирижеры и изоляторы оба полны электрически заряженных частиц. Но «вещи» внутри изолятора не могут двигаться. Когда мы применяем перепад давления вдоль водопровода, вода течет. Но с пустая труба, там ничего нет, поэтому течи не происходит. И с забитая льдом труба, вещество застряло и не сдвинулось с места. (Другими словами, напряжение вызывает поток заряда в проводниках, но не может вызвать поток заряда в изоляторах, потому что заряды либо отсутствуют, либо иммобилизованы.) Многие вводные учебники дают неправильные определения. Они определяют проводника как что-то, через что могут течь заряды, и якобы изоляторы блокировать заряды. Неа. Воздух и вакуум не блокируют заряды, но воздух и вакуум хорошие изоляторы! На самом деле дирижер – это то, что содержит подвижные заряды, а изолятор — это то, в чем их нет. (Если в книге неверно изложена эта основополагающая идея, то в большинстве последующих объяснения подобны зданиям, построенным на куче мусора, и они стремятся рухнуть. ) Еще одна последняя вещь, прежде чем погрузиться в транзисторы. Кремний очень отличается от металла. Металлы полны подвижных зарядов… легированный кремний. Насколько они разные? Конечно, дело в том, «ширина запрещенной зоны» и разница между электронами и дырками, но это не главное. Важное отличие довольно простое: металлы имеют огромное количество подвижного заряда, но кремний имеет гораздо меньше. За Например, в меди каждый отдельный атом меди отдает один подвижный электрон. к «морю заряда». «Электрическая жидкость» меди очень плотная; это такой же плотный, как медный металл. Но в легированном кремнии только один в каждом миллиард атомов дает подвижный заряд. Кремний похож на большое пустое пространство со случайным блуждающим зарядом. В кремнии можно заметать все заряжается из материала, используя несколько вольт потенциала, в то время как в металлу потребуются миллиарды вольт, чтобы сделать то же самое. Или в другие слова: 6. ЗАРЯД ВНУТРИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ КАК СЖИМАЕМЫЙ ГАЗ, ПОКА ЗАРЯД ВНУТРИ МЕТАЛЛОВ ПОДОБЕН ПЛОТНОМУ И НЕСЖИМАЕМАЯ ЖИДКОСТЬ. Сметание зарядов в материале равносильно преобразованию этого материала от проводника к изолятору. Если силикон похож на резину шланг, то это шланг, который содержит сжимаемый газ. Мы можем легко сожмите его и остановите поток. Но если медь тоже как резина шланг, то вместо этого он похож на шланг, полный железных слизней. Вы можете сжать и сжать, но вы не можете разбить их в сторону. Но с воздушными шлангами а с силиконовыми проводниками даже небольшое боковое давление может защемить путь закрыт и остановить поток. Хорошо, давайте посмотрим, как обычно объясняют транзисторы. Чтобы открыть NPN-транзистор, на базу подается напряжение. клеммы эмиттера. Это приводит к тому, что электроны в основном проводе удаляются. от самого транзистора и вытекают в сторону источника питания. Это в очередь вырывает электроны из базовой области P-типа, оставляя «дырки» сзади, а «дырки» действуют как положительные заряды, которые выталкиваются в направление, противоположное направлению электронного тока. Что КАЖЕТСЯ случается так, что провод базы вводит положительные заряды в базу область, край. Он изрыгает дыры. Он вводит заряд. (Обратите внимание, что здесь я описываю поток заряда , а не положительный заряд. «обычный ток»)

Может ли кто-нибудь дать мне действительно простое объяснение того, как работают транзисторы?

спросил 6 лет, 1 месяц назад

Изменено 6 лет, 1 месяц назад

Просмотрено 2к раз

\$\начало группы\$

В настоящее время я занимаюсь электроникой и изучаю ее в целом. Кто-нибудь думает, что они могут объяснить транзисторы на базовом уровне. Я прочитал много веб-сайтов и т. д., но ни один из них не имеет для меня никакого смысла! Я пытаюсь понять, в какой степени они активируются и как использовать их в качестве переключателя.

транзисторы

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я хочу понять, до какой степени они активируются и как их использовать их как переключатель.

В качестве переключателей используются два основных типа транзисторов — биполярные (NPN, PNP) и полевые (MOSFET).

Биполярный транзистор можно рассматривать как усилитель тока с диодом между базой и эмиттером. Если транзистор имеет коэффициент усиления по току (H _FE), например. 100, то он может коммутировать ток до 100 раз больший, чем подается на Базу. Но (из-за диода база-эмиттер) по мере увеличения базового напряжения входной ток будет очень быстро расти, как только он превысит 0,6 В, поэтому вам нужен резистор для ограничения базового тока. Коэффициент усиления по току зависит от температуры и напряжения коллектор-эмиттер, поэтому, чтобы гарантировать его полное включение при любых условиях, вы должны обеспечить больший базовый ток, чем номинальный H _FE укажет.

Напротив, МОП-транзистор включается напряжением между затвором и стоком. Ворота не потребляют ток, но имеют некоторую емкость, которую необходимо заряжать/разряжать. Опять же, ответ нелинейный, но с этим типом транзистора вам просто нужно убедиться, что на затвор подается достаточное напряжение для включения. В техническом описании обычно представлены графики, показывающие взаимосвязь между входным напряжением и выходным током, но точную характеристику сложно точно воспроизвести, и она сильно различается между отдельными устройствами. Поэтому лучше всего предположить наихудший случай и дать ему много. МОП-транзисторы часто описываются как «логический уровень» (привод затвора 4,5 В) или, например. «2,5 В», указывающее напряжение, необходимое для полного включения.

Большинство учебных пособий по электронике сосредоточены на физике того, что происходит внутри транзистора (электроны, дырки, ширина канала и т. д.), но вам на самом деле не нужно знать эти вещи. Просто прочитайте техническое описание устройства и обратите внимание на то, как оно реагирует на различные раздражители. Эта информация говорит вам то, что вам действительно нужно знать, как конкретное устройство должно работать в реальной схеме. И изучение таблицы данных работает с любым устройством , даже если вы не знаете, какая технология используется внутри.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вот мое объяснение основного принципа работы биполярного транзистора (BJT) — максимально простое:

(1) Пожалуйста, запомните, как работает p-n-диод: Это нелинейный элемент, что означает, что ток в первую очередь зависит НЕ от сопротивления материала, а от толщины области обеднения поперек p-n перехода (физической причиной этой области обеднения являются эффекты диффузии между p- и n-областями). Толщина этой области контролируется/определяется приложенным внешним напряжением. В результате имеем известную экспоненциальную зависимость ВАХ (впервые описанную и объясненную У. Шокли). Большее напряжение на диоде вызывает эффект «сжатия», который позволяет увеличить ток, потому что заряженные носители (ток) имеют все больше и больше «энергии движения» для пересечения этой области удаления.

(2) Это также основной принцип работы биполярного транзистора. Изменение приложенного напряжения база-эмиттер VBE влияет на толщину зоны обеднения на pn-переходе. Как следствие, ток управляется этим напряжением VBE (диодный принцип) — однако большая часть этого тока (более 95%) идет на коллектор (а НЕ на базовый узел), потому что заряженные носители, формирующие этот ток, сильно притягивается относительно большим напряжением коллектора (намного большим, чем напряжение базы). В этом контексте важно знать, что толщина области истощения находится в диапазоне микрометров.

(3) В первом приближении количество заряженных носителей, достигающих коллектора (в качестве примера я упомянул 95%), НЕЗАВИСИМО от напряжения коллектор-эмиттер VCE (пока оно больше напряжения базы) . Следовательно, ток коллектора IC не сильно меняется при изменении VCE (5 В, 9 В или 12 В). Поэтому BJT обычно описывается и рассматривается как «источник тока, управляемый напряжением».

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я думаю, что вы ищете очень простую идею контекстуализации материала, который вы читаете. Я могу немного попробовать, но вы действительно научитесь, читая книги (Горовиц и Хилл, также в Справочнике ARRL есть отличный раздел о транзисторах) и создавая (и моделируя) схемы.

Как я уверен, вы уже читали, транзистор — это «нелинейный» компонент с тремя выводами (вместо двух, как у конденсаторов, резисторов и диодов). Один вывод называется либо воротами, либо базой, в зависимости от того, является ли он полевым транзистором или биполярным транзистором (прочитайте о различиях). Этот вывод особенный, потому что протекающий в него ток (или падение напряжения между ним и стоком в случае полевого транзистора) определяет свойства материала между двумя другими выводами.

Транзисторы можно использовать для коммутации и усиления сигналов. Например, типичный BJT без тока, протекающего в базу, находится в режиме «выключено». Это означает, что я могу понизить напряжение на двух других выводах, и между ними не будет протекать ток. Это просто открытая цепь. Теперь представьте, что я подключаю светодиод последовательно с двумя другими проводами.

^{имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab}

Я могу включать и выключать светодиод с помощью небольшого тока, подаваемого на базу. Это связано с тем, что при протекании тока в базу изменяются свойства материала, разделяющего коллектор и эмиттер, и они начинают проводить ток. Затем этот ток зажигает светодиод. Это пример приложения переключения. Ток, протекающий в базу, вызывает протекание тока между коллектором и эмиттером, что приводит к включению светодиода.

Другим важным приложением является усиление. Это касается более сложных аспектов транзистора, и я не буду здесь цитировать учебники.

Легкое описание простым языком для чайников принципа работы полевого транзистора, его видов и применения