База коллектор и эмиттер. Биполярный транзистор: устройство, принцип работы и проверка — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое биполярный транзистор. Как устроен биполярный транзистор. Какие бывают типы биполярных транзисторов. Как работает биполярный транзистор. Как проверить работоспособность биполярного транзистора. Как измерить коэффициент усиления биполярного транзистора.

Содержание

Что такое биполярный транзистор

Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор с тремя выводами, который может усиливать и переключать электрические сигналы. Основные характеристики биполярного транзистора:

Имеет трехслойную структуру из полупроводников разного типа проводимости (p-n-p или n-p-n)
Три вывода: эмиттер, база и коллектор
Ток через прибор создается носителями заряда двух типов — электронами и «дырками»
Небольшой ток базы управляет значительно большим током коллектора
Коэффициент усиления по току может достигать нескольких сотен

Устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор имеет следующую структуру:

Три области полупроводника, образующие два p-n перехода

Средняя область называется базой
Крайние области — эмиттер и коллектор
База делается очень тонкой
Возможны две структуры: p-n-p и n-p-n

Почему нельзя заменить транзистор двумя диодами? Потому что база в транзисторе изготавливается очень тонкой, чего невозможно добиться при соединении двух отдельных диодов.

Принцип работы биполярного транзистора

Основной принцип работы биполярного транзистора заключается в следующем:

Небольшой ток базы управляет значительно большим током коллектора
Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления по току
Коэффициент усиления может составлять от единиц до сотен
Чем больше напряжение между эмиттером и базой, тем больше ток базы и ток коллектора
В рабочем режиме переход база-эмиттер открыт, а база-коллектор закрыт

Транзистор может работать в ключевом режиме, полностью открываясь при подаче тока в базу и закрываясь при его отсутствии.

Как проверить биполярный транзистор

Проверить работоспособность биполярного транзистора можно с помощью цифрового мультиметра следующим образом:

Установить мультиметр в режим проверки диодов
Подключить один щуп к базе, а второй поочередно к эмиттеру и коллектору
Измерить напряжение на p-n переходах в прямом и обратном направлении
В прямом направлении должно быть падение напряжения 0.6-0.7 В
В обратном направлении переходы должны быть закрыты

Таким образом проверяется исправность обоих p-n переходов транзистора.

Измерение коэффициента усиления биполярного транзистора

Если мультиметр имеет функцию измерения коэффициента передачи транзисторов, то можно измерить коэффициент усиления следующим образом:

Установить выводы транзистора в соответствующие гнезда мультиметра
Выбрать режим измерения коэффициента передачи (h21E)
Считать показания с дисплея
Сравнить полученное значение со справочными данными для данного типа транзистора

Типичные значения коэффициента усиления:

Для маломощных транзисторов — до нескольких сотен
Для мощных транзисторов — от единиц до десятков
Для пар Дарлингтона — до нескольких тысяч

Применение биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы широко применяются в различных электронных устройствах:

Усилители сигналов
Генераторы
Ключевые схемы
Стабилизаторы напряжения
Источники питания
Логические элементы

В компьютерной технике биполярные транзисторы используются в блоках питания, контроллерах питания, драйверах интерфейсов и других узлах.

Преимущества и недостатки биполярных транзисторов

Основные преимущества биполярных транзисторов:

Высокий коэффициент усиления по току
Хорошая линейность характеристик
Работа с большими токами
Низкая стоимость

Недостатки биполярных транзисторов:

Управление током, а не напряжением
Относительно низкое входное сопротивление
Чувствительность к температуре
Меньшее быстродействие по сравнению с полевыми транзисторами

Сравнение биполярных и полевых транзисторов

Основные отличия биполярных транзисторов от полевых:

Параметр	Биполярные транзисторы	Полевые транзисторы
Управляющий параметр	Ток базы	Напряжение затвора
Входное сопротивление	Низкое	Очень высокое
Быстродействие	Ниже	Выше
Линейность	Выше	Ниже
Чувствительность к статическому электричеству	Ниже	Выше

Выбор между биполярными и полевыми транзисторами зависит от конкретного применения и требуемых характеристик схемы.

Биполярный транзистор – Цифровая техника – ЧАСТЬ 1

Биполярный транзистор — полупроводниковый прибор, который управляется током и имеет коэффициент усиления больше единицы. Он имеет два р п-перехода и три вывода Эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). Биполярные транзисторы бывают двух структурр-п р и п p-η. Транзисторы структуры π р п применяются гораздо чаще, чем структуры p-η р. поэтому дальше будут рассматриваться только они. Для транзисторов структуры р-п р справедливо все то. что относится и к структуре п-р п, отличая только в полярности источника питания («плюс» и «минус» нужно поменять местами). Упрощенная структурная схема транзистора нарисована на рис. 1.10. Вывод базы располагается между эмиттером и коплектором, толщина базы очень мала — десятки микрометров (1000 мкм = 1 мм). Бпагодаря наличию двух р-п переходов, любой транзистор (биполярный) можно представить в виде двух диодов: с большим напряжением

Рис. 1 10. Структурная и упрощенная схемы строения биполярного транзистора пробоя между базой и коллектором и с малым напряжением пробоя (стабилитроном; напряжение стабилизации 5 . .12 В для кремниевых транзисторов) между базой и эмиттером, как видно, коллекторный и эмиттерныи p-η переходы по отношению к базе неравнозначны, поэтому «путать» их нельзя

Существует три схемы включения биполярного транзистора, с общей базой (ОБ), общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ) При включе нии транзистора по схеме с ОБ усиливается только напряжение, с ОК — только ток, а с ОЭ — и напряжение, и ток. Схема с ОБ в цифровой технике практически никогда не используется, поэтому здесь она рассматриваться не будет.

При включении транзистора структуры п-р-п на его эмиттер подают отрицательный потенциал, а на коллектор — положительный. При соединении вывода базы с эмиттером, или если базовый вывод попросту «в обрыве» транзистор закрыт и через переход коллектор—эмиттер течет ничтожный ток, а при соединении с коллектором он открывается и через транзистор течет довольно большой ток. Падение напряжения на переходе коллектор—эмиттер в этом режиме, как и у диода, равно 0,6.,. 1 В.

Рассмотрим схему включения транзистора с общим эмиттером (рис. 1.11). Эмиттер соединен с общим проводом («минусовой» вывод источника питания), а коллектор через нагрузку (на схеме — через лампочку) соединен с положительным выводом источника питания. Будем плавно увеличивать напряжение на базе относительно эмиттера (общего провода). Потенциальный барьер перехода база—эмиттер при этом будет понижаться, и его сопротивление уменьшится. Через переход начнет течь ток эмиттера 1„ обусловленный инжекцией электронов

Рис. 1.11. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером из эмиттера в базу. Но так как база имеет очень маленькую толщину, то большинство инжектированных из эмиттера в базу электронов «по инерции» пролетают потенциальный барьер перехода база—коллектор, захватываются его полем (к коллектору подключен положительный вывод источника питания — «генератор дырок», который очень активно притягивает к себе электроны. Наглядный пример этого «активного притягивания» — короткое замыкание) и втягиваются в коллектор, откуда они попадают в нагрузку, где и рекомбинируют с дырками. Благодаря выделяющейся при этом мощности лампочка начинает светиться. Напряжение на коллекторном выводе относительно общего провода уменьшается.

Так как транзистор‘ представляет собой монолитный кристалл кремния и толщина его базы ни при каких внешних воздействиях не изменяется, то отношение количества электронов, захваченных коллектором, к количеству электронов, выделившихся в базе при неизменном напряжении питания, также неизменно. Это отношение называется статическим коэффициентом передачи тока (коэффициент усиления) и определяется по формуле:

У современных биполярных транзисторов коэффициент передачи тока h_21jбольше 100, т. е. коллекторный ток в 100 раз больше базового.

При увеличении напряжения питания увеличивается потенциальный барьер перехода база—коллектор. Поэтому при увеличении напряжения питания количество электронов, которое может «захватить» коллектор (при неизменном токе базы) уменьшается. Следовательно, будет уменьшаться и коэффициент h₂„. При разработке высоковольтных устройств это нужно учитывать.

Если и дальше увеличивать ток базы, то потенциальный барьер эмиттерного перехода будет уменьшаться до тех пор, пока не исчезнет совсем. Электроны смогут беспрепятственно переходить из эмиттера в базу и также беспрепятственно захватываться полем коллектора Падение напряжения на переходе коллектор эмиттер будет уменьшаться (при увеличении тока базы и неизменном сопротивлении нагрузки и напряжении питания) до тех пор, пока не уменьшится почти до нуля Но нужно учитывать что в этом режиме (падение напряжения на переходе коллектор—эмиттер меньше 0,6 1 В) начинает уменьшаться статический коэффициент передачи тока h_2l), и при падении напряжения на этом переходе, равном нулю, он равен единице

Такой режим работы транзистора несмотря на то что он требует повышенного тока управления (так как коэффициент h₂₁, уменьшается), очень широко используется в цифровой технике при i оммутации мошной Hai рузки Как известно (формула (4)), мощность рассеивания транзистора зависит от тока нагрузки (его изменить для конкретной нагрузки невозможно) и от падения напряжения на переходах транзистора Поэтому при уменьшении падения напряжения нагрев транзистора уменьшается (т.

е. радиатор теплоотвод не нужен и пи нужен меньших размеров), а КПД устройства увеличивается так как на нагрев транзистора тоже нужно затратить некоторую мощность. Но слишком сильно уменьшать падение напряжения нельзя так как при этом КПД устройства начинает уменьшаться из-за возросшего базового тока управления Поэтому на практике выбиоают «золотую середину», и падение напряжения на переходе коллектор — эмиттер составляет 0,05…0.2 В в за висимости от тока нагрузки (чем он больше, тем больше падение напряжения, это начинает сказываться омическое сопротивление переходов)

Теперь рассмотрим схему включения транзистора с общим коллектором (рис. 1.12), при напряжении на базе 0…0,6 В относительно эмиттера (т. е. оаза никуда не подключена или соединена с общим проводом) Несмотря на то что i общему проводу олиже эмиттер, эта схема с оощнм коллектором так как с ис точником питания соединен коллектор, а на выводе эмиттера напряжение изме няется в зависимости от тока базы Транзистор заперт и нагрузка лампочка не горит При увеличении базового напряжения вплоть до напряжения питания «+U» транзистор постепенно приоткрывается, и при напряжении на базе равном напряжению на коллекторе, транзистор переходит в режим насыщения, т е сопротивление перехода коллектор—эмиттер становится минимальным Падение напряжения на этом переходе в режиме насыщения составляет 0,6 1 5 В и зави сит от типа транзистора и тока нагрузки Если напряжение на базе больше, чем на коллекторе, то эта схема плавно переходит в схему с общим эмиттером и па дение напряжения на переходе коллектор—эмиттер уменьшается почти до нуля У этой схемы есть несколько отличительных осооенностей Во первых оба перехода транзистора обратно смещены, поэтому напряжение на базе может быть любым — от нуля (общий провод) до «+U». У схемы с общим эмиттером напряжение на базе не должно превышать 2 В относительно эмиттера, поэтому в схеме включения обязательны токоограничивающие резисторы в цепи базы. Во-вторых, схема с общим коллектором усиливает сигнал только по току, поэтому напряжение на эмиттере независимо от сопротивления нагрузки на 0,6…1,0 В меньше напряжения на базе. Поэтому схему с общим коллектором иногда называют эмиттерным повторителем. Ток, потребляемый от источника сигнала базой, в h₂_b раз меньше тока нагрузки. При обрыве в цепи нагрузки база от источника сигнала потребляет практически нулевой ток, как видно из рис. 1.10; коллекторный переход при любом (от 0 до «+U») напряжении на базе отрицательно смещен, и его потенциальный барьер (см. рис. 1.7) препятствует протеканию тока. Схема с общим эмиттером усиливает сигнал и по напряжению, и по току, а ток, текущий через переход база—эмиттер, не зависит, в отличие от схемы с ОК, от сопротивления нагрузки, а зависит только от сопротивления токоограничивающего резистора в цепи базы (в схеме с ОК этот резистор не нужен). Поэтому при некотором базовом токе напряжение на коллекторе за-

Рис. 1.12. Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором висит от сопротивления нагрузки. В принципе в схеме с ОК напряжение на нагрузке также зависит от тока базы, но в этой схеме, если она работает в ключевом режиме (т. е. транзистор или полностью открыт, или полностью закрыт), для «открывания» транзистора можно попросту соединить вывод базы с шиной «+U», и транзистор «сам решит», какой ток должен течь в базу (он в h₂„ раз меньше тока нагрузки). Поэтому в устройствах с пониженным энергопотреблением схему с ОЭ лучше не использовать. И в-третьих, схема с ОЭ, в отличие от схемы с ОК, инвертирует сигнал. Как видно из рис. 1.11, при увеличении напряжения на базе транзистор открывается, и напряжение на его коллекторе уменьшается. В схеме с ОК (рис. 1.12) при увеличении напряжения на базе напряжение на эмиттере также увеличивается.

Благодаря этим особенностям схему с ОК часто используют для измерения статического коэффициента передачи тока (h_2b). Хотя он, судя по последней букве «э» в названии, относится к схеме с ОЭ, в схеме с ОК он примерно такой же. Для измерения коэффициента передачи тока нужно собрать схему, изображенную на рис. 1.12. Замыкая амперметром выводы коллектора и эмиттера (вывод базы разомкнут), измеряют ток потребления нагрузки. Затем амперметром замыкают выводы базы и коллектора и измеряют управляющий ток. После этого на микрокалькуляторе делят первое число на второе, и получается значение этого самого коэффициента. Как И все коэффициенты, этот — безразмерная величина и измеряется в «разах», а не в каких-нибудь единицах.

Статический коэффициент передачи тока зависит от напряжения на коллекторном переходе и от тока Нагрузки. При увеличении Напряжения потенциальный барьер коллекторного перехода увеличивается, диффузия основных носителей в коллектор уменьшается и коэффициент передачи тока также уменьшается. При увеличении тока нагрузки большинства транзисторов коэффициент h₂₁, уменьшается, но у некоторых он увеличивается. То же самое происходит и при увеличении температуры.

• Основные справочные параметры биполярных транзисторов следующие максимально допустимое напряжение коллектор—база — напряжение, при котором не происходит пробой коллекторного перехода;

• максимальный ток коллектора — ток, при котором не происходит повреждение кристалла из за локальных перегревов и (или) перегорание выводов коллектора и эмиттера;

• максимально допустимая рассеиваемая коллектором мощность;

• статический коэффициент передачи тока, максимальная рабочая частота;

• у высокочастотных транзисторов — емкость переходов

В цифровой технике биполярные транзисторы используются в качестве предварительных усилителей и в усититепях тока (мощности). «Предвары» в основном собраны на транзисторах, включенных по схеме с ОЭ (рис. 1.13), а уси лители тока — на транзисторах с ОЭ и ОК (рис. 1 14). Для упрощения проектной работы на рисунках показаны схемы для транзисторов обеих структур; значения напряжений даны относительно общего вывода источника питания («минусовой» провод), а не общего вывода транзистора, как это принято. Так рисунки получаются более наглядными, а также облегчается проблема согласования транзисторных каскадов с микросхемами, для которых общий вывод — отрицательный полюс источника питания.

Обратимся к рис. 1.13. Предварительный усилитель, изображенный на нем, — сложный «гибрид», состоящий из двух транзисторов VT1 и VT2 разной структуры, включенных по схеме с ОЭ на входе и эмиттерным повторителем (VT3) на выходе Этот трехкаскалный усилитель нарисован только для того, чтобы лучше объяснить принцип действия транзисторов, при работе с современ ными КМОП-ыикросхемами, потребляющими от источника питания ничтожный ток, эмиттерные повторители не нужны воооше, а все неооходимое усиление может обеспечить единственный транзистор

Рис. 1.13. Многокаскадный предварительный усилитель

Первый каскад собран на транзисторе VT1 структуры п-р-п по схеме с ОЭ. У п-р-п-транзисторов напряжение на коллекторе должно быть больше напряжения на эмиттере, у транзисторов структуры р-п-р — наоборот.

Поэтому эмиттер транзистора VT1 соединен с общим проводом, а коллектор через нагрузочный резистор R2 — с положительным выводом источника питания (+U_nHT). Резистор R1 нужен для начального смещения транзистора, чтобы напряжение на его коллекторе равнялось половине напряжения питания (0,5 U_nilI). Его сопротивление должно быть:

где h₂₁,— статический коэффициент передачи тока транзистора VT1;

1,5…1,8 — коэффициент, зависящий от напряжения питания; при низком напряжении питания (6„.9 В) он меньше 1,5, а при высоком (более 50 В) приближается к 1,8…2.

Коэффициент усиления транзисторного каскада максимален при напряжении на нагрузке, равном половине напряжения питания.

Рис f. 14 Усилители тока

a — схема Дарлингтона, б — каскад с общим эмиттером, в, г — схема Шиклаи, д — составной транзистор с эмиттерным повторителем на входе и каскадом с ОЭ на выходе, е — исчлчтель на двух инверторах, ж — триггер Шмитта на его основе

Источник сигнала (генератор G) подключен к базе транзистора VT1 через развязывающий конденсатор CI (см. объяснение рис 1.5). Этот конденсатор нужен для того, чтобы постоянная составляющая на выходе источника сигнала (на схеме — 0,5 (_Ц,, но она может быть любой — от 0 до U_m„) не нарушала работу транзистора VT1 (т. е. чтобы напряжение на его коллекторе (постоянная составляющая) при подключенном G равнялась той же величине, что и при отключенном), и наоборот, чтобы переход база—эмиттер транзистора VT1 не закорачивал по постоянному току источник сигнала.

При включении напряжения питания сх’емы разряженный конденсатор С1 начинает заряжаться через переход база—эмиттер транзистора VT1. В начальный момент времени этот транзистор находится в режиме насыщения (так как ток заряда конденсатора С1 довольно велик и ограничивается только выходным сопротивлением источника сигнала), и напряжение на его коллекторе близко к напряжению на эмиттере, т. е. к нулю. По мере заряда конденсатора ток через базовый переход уменьшается, следовательно, напряжение на коллекторе транзистора VT1 увеличивается. При полностью заряженном конденсаторе С1 (напряжение на его обкладках (выводах) равно 0 5 U_nMT– 0 6 В). Базовый ток определяется только резистором R1, и напряжение на коллекторе транзистора при правильном выборе номинала резистора R1 равно 0,5 U_niiT.

Допустим теперь, что напряжение на источнике сигнала G немножко увеличилось, например, на 1 мВ (1000 мВ = 1 В). Через конденсатор С1, который начнет заряжаться, увеличится базовый ток транзистора VT1, следовательно, напряжение на его коллекторе уменьшится. И уменьшится не на 1 мВ, а на h₂₁, · 1 мВ. То есть коэффициент усиления этого каскада равен h_2u раз. Если теперь напряжение на источнике сигнала уменьшится, то уменьшится и базовый ток, а напряжение на коллекторе увеличится. И опять во столько же раз.

Но столь высокий коэффициент усиления возможен только в идеальном случае — когда емкость конденсатора С1 и входное сопротивление каскада на транзисторе VT1 бесконечны, а выходное сопротивление источника сигнала — генератора G — равно нулю. В реальных же схемах такого никогда не бывает! Выходное сопротивление источника сигнала R_BbU равно сопротивлению резистора R, если от воздействия внешних факторов у него изменяется сопротивление или сопротивлению катушки, если он носит индуктивный характер (напри мер, головка воспроизведения в кассетном магнитофоне) и от воздействия внешних факторов на его выводах индуцируется переменное напряжение (в таком случае резистор R не нужен). Входное сопротивление каскада на тран зисторе VT1 численно равно сопротивлению резистора R1, а емкостное сопротивление Х_с конденсатора С1 зависит от частоты сигнала и определяется по формуле (6). При бесконечно большой емкости этого конденсатора (т. е. его емкостное сопротивление равно нулю) коэффициент усиления каскада можно вычислить по формуле:

где к_{ус ид} — идеальный (максимальный) коэффициент усиления, равный h₂₁, транзистора.

Из этой формулы можно сделать несколько выводов.

1. Коэффициент усиления по напряжению транзисторного каскада можно уменьшить, если при неизменном сопротивлении источника сигнала R_Bhlxуменьшить сопротивление резистора R1 (R_BX). При этом увеличится коэффициент усиления по току, так как для баланса схемы нужно будет также уменьшить и сопротивление резистора R2, от которого зависит ток нагрузки. При увеличении сопротивлении этих резисторов оба коэффициента пропорционально изменятся в обратную сторону, и в целом произведение обоих этих коэффициентов всегда постоянно и равно h,,,.

2. Наибольший коэффициент усиления и по напряжению, и по току получается когда источник сигнала идеально согласован с усилителем на транзисторе VT1, т. е. когда отношение входного сопротивления к выходному равно h_2lj транзистора. В противном случае или напряжение, или ток сигнала частично гасится (теряется, выделяется) или на R„, или на R_BU„ и коэффициент усиления немного уменьшается.

Все это справедливо только при бесконечно большой емкости конденсатора С1. Если же она ймеет некоторое конечное значение, то конденсатор начинает дифференцировать входной сигнал: при уменьшении частоты входного сигнала (т. е. сигнала с выхода генератора G) его амплитуда на базе транзистора VT1 будет уменьшаться. Связано это с тем, что конденсатор, включенный между каскадами для гальванической развязки, не только пропускает переменную составляющую, но и сам заряжается-разряжается. Через сопротивления источника сигнала и его нагрузки. При довольно высоких частотах он не успевает сколь-нибудь заметно зарядиться-разрядиться, поэтому его влияние на сигнал очень мало и его можно не учитывать. Но на низких частотах, на которых емкостное сопротивление Х_с конденсатора меньше входного сопротивления R_BX источника сигнала, конденсатор будет «успевать» изменять свою заряженность в такт с сигналом, поэтому амплитуда сигнала на базе транзистора уменьшится. Поэтому, чтобы такого «безобразия» не происходило, емкостное сопротивление конденсатора на самой низкой частоте входного сигнала должно быть в к_ус раз меньше входного сопротивления его нагрузки, а в идеале — равняться выходному сопротивлению источника сигнала. Вообще, чем больше емкость такого конденсатора, тем лучше, но слишком сильно увеличивать ее нельзя, так как при этом возрастает длительность переходных процессов, т. е. время зарядки конденсатора от нуля до разности напряжений между каскадами При этом на выходе усилителя возникает сигнал постоянного тока с амплитудой, равной напряжению питания. Этот сигнал может повредить транзистор или его нагрузку.

Источник: А. С. Колдунов, Радиолюбительская азбука. Том 1. Цифровая техника. / А. С. Колдунов — М.: СОЛОН-Пресс, 2003. 272 с. — (Серия «СОЛОН — радиолюбителям» Выпуск 18)

Что такое биполярный транзистор и как его проверить

Добрый день, друзья!

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

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

Биполярный транзистор

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

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

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

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

Биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру с чередующимися видами полупроводников.

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

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

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

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

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

Принцип работы биполярного транзистора

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

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

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

Это напоминает работу полевого транзистора (ПТ).

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

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

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

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

При этом сопротивление между эмиттером и коллектором будет небольшим.

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

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

Лампа погаснет.

Как проверить биполярный транзистор?

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

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

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

Такой переход может быть или открыт, или закрыт.

Затем надо изменить полярность щупов и повторить измерения.

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

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

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

Измерение коэффициента передачи биполярного транзистора по току

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

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

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

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

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

Коэффициент передачи тока маломощных транзисторов может достигать нескольких сотен.

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

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

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

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

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

Встроенная диодная защита

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

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

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

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

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

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

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

Транзисторы для ваших экспериментов можно купить здесь:

До встречи на блоге!

устройство, принцип действия, схемы включения

Слово “транзистор” составлено из слов TRANSfer и resISTOR – преобразователь сопротивления. Он пришел на смену лампам в начале 1950-х. Это прибор с тремя выводами, используется для усиления и переключения в электронных схемах. Прилагательное “биполярный” (bipolar junction transistor) служит для отличия от полевых транзисторов (FET – field effect transistor). Принцип действия биполярного транзистора состоит в использовании двух p-n переходов, образующих запорный слой, который позволяет малому току управлять большим током. Биполярный транзистор используется и как управляемое сопротивление, и как ключ. Транзисторы бывают двух типов: pnp и npn.

P-N переход

Германий (Ge) и кремний (Si) – это полупроводники. Сейчас главным образом используют кремний. Валентность Si и Ge равна четырем. Поэтому если добавить в кристаллическую решетку кремния пятивалентный мышьяк (As), мы получим “лишний” электрон, а если добавить трехвалентный бор (B) – мы получим вакантное место для электрона. В первом случае говорят о “донорном” материале, дающем электроны, во втором случае – об “акцепторном”, принимающем электроны. Также первый тип материала называют N (negative), а второй – P (positive).

Если привести в контакт материалы P и N типов, то между ними возникнет ток и установится динамическое равновесие с обедненной областью, где концентрация носителей заряда – электронов и вакантных мест (“дырок”) – мала. Этот слой обладает односторонней проводимостью и служит основой прибора, называемого диод. Непосредственный контакт материалов не создаст качественный переход, необходимо сплавление (диффузия) или “забивание” в кристалл ионов легирующих примесей в вакууме.

PNP-транзистор

Впервые биполярный транзистор изготовили, вплавляя в кристалл германия (материал n-типа) капли индия. Индий (In) – трехвалентный металл, материал p-типа. Поэтому такой транзистор назвали диффузным (сплавным), имеющим структуру p-n-p (или pnp). Биполярный транзистор на рисунке ниже изготовлен в 1965 году. Его корпус обрезан для наглядности.

Кристалл германия в центре называется базой, а вплавленные в него капли индия – эмиттером и коллектором. Можно рассматривать переходы ЭБ (эмиттерный) и КБ (коллекторный) как обычные диоды, но переход КЭ (коллектор-эмиттерный) имеет особое свойство. Поэтому невозможно изготовить биполярный транзистор из двух отдельных диодов.

Если в транзисторе типа pnp приложить между коллектором (-) и эмиттером (+) напряжение в несколько вольт, в цепи пойдет очень слабый ток, несколько мкА. Если затем приложить небольшое (открывающее) напряжение между базой (-) и эмиттером (+) – для германия оно составляет около 0,3 В (а для кремния 0,6 В) – то ток некоторой величины потечет из эмиттера в базу. Но так как база сделана очень тонкой, то она быстро насытится дырками (“растеряет” свой избыток электронов, которые уйдут в эмиттер). Поскольку эмиттер сильно легирован дырочной проводимостью, а в слабо легированной базе рекомбинация электронов немного запаздывает, то существенно большая часть тока пойдет из эмиттера в коллектор. Коллектор сделан больше эмиттера и слабо легирован, что позволяет иметь на нем большее пробивное напряжение (U_{проб.КЭ}> U_{проб.ЭБ}). Также, поскольку основная часть дырок рекомбинирует в коллекторе, то он и греется сильнее остальных электродов прибора.

Между током коллектора и эмиттера имеется соотношение:

Обычно α лежит в пределах 0,85-0,999 и обратно зависит от толщины базы. Эта величина называется коэффициент передачи тока эмиттера. На практике чаще используют обратную величину (также обозначается как h_21e):

Это коэффициент передачи тока базы, один из самых важных параметров биполярного транзистора. Он чаще определяет усилительные свойства на практике.

Транзистор pnp называют транзистором прямой проводимости. Но бывает и другой тип транзистора, структура которого отлично дополняет pnp в схемотехнике.

NPN-транзистор

Биполярный транзистор может иметь коллектор с эмиттером из материала N-типа. Тогда база делается из материала P-типа. И в этом случае, транзистор npn работает точно, как pnp, за исключением полярности – это транзистор обратной проводимости.

Транзисторы на основе кремния подавляют своим числом все остальные типы биполярных транзисторов. Донорным материалом для коллектора и эмиттера может служить As, имеющий “лишний” электрон. Также изменилась технология изготовления транзисторов. Сейчас они планарные, что дает возможность использовать литографию и делать интегральные схемы. На картинке ниже изображен планарный биполярный транзистор (в составе интегральной схемы при сильном увеличении). По планарной технологии изготавливаются как pnp, так и npn-транзисторы, в том числе и мощные. Сплавные уже сняты с производства.

Планарный биполярный транзистор в разрезе на следующей картинке (упрощенная схема).

Из картинки видно, насколько удачно устроена конструкция планарного транзистора – коллектор эффективно охлаждается подложкой кристалла. Также изготовлен и планарный pnp транзистор.

Условные графические обозначения биполярного транзистора показаны на следующей картинке.

Эти УГО являются международными, и также действительны по ГОСТ 2.730-73.

Схемы включения транзисторов

Обычно биполярный транзистор всегда используется в прямом включении – обратная полярность на КЭ переходе ничего интересного не дает. Для прямой схемы подключения есть три схемы включения: общий эмиттер (ОЭ), общий коллектор (ОК), и общая база (ОБ). Все три включения показаны ниже. Они поясняют только сам принцип работы – если предположить, что рабочая точка каким-то образом, с помощью дополнительного источника питания или вспомогательной цепи установлена. Для открывания кремниевого транзистора (Si) необходимо иметь потенциал ~0,6 В между эмиттером и базой, а для германиевого хватит ~0,3 В.

Общий эмиттер

Напряжение U1 вызывает ток Iб, ток коллектора Iк равен базовому току, умноженному на β. При этом напряжение +E должно быть достаточно большим: 5 В-15 В. Эта схема хорошо усиливает ток и напряжение, следовательно, и мощность. Выходной сигнал противоположен по фазе входному (инвертируется). Это используется в цифровой технике как функция НЕ.

Если транзистор работает не в ключевом режиме, а как усилитель малых сигналов (активный или линейный режим), то при помощи подбора базового тока устанавливают напряжение U₂ равным E/2, чтобы выходной сигнал не искажался. Такое применение используется, например, при усилении аудиосигналов в усилителях высокого класса, с низкими искажениям и, как следствие, низким КПД.

Общий коллектор

По напряжению схема ОК не усиливает, здесь коэффициент усиления равен α ~ 1. Поэтому эта схема называется эмиттерный повторитель. Ток в цепи эмиттера получается в β+1 раз больше, чем в цепи базы. Эта схема хорошо усиливает ток и имеет низкое выходное и очень высокое входное сопротивление. (Тут самое время вспомнить о том, что транзистор называется трансформатором сопротивления.)

Эмиттерный повторитель имеет свойства и рабочие параметры, очень подходящие для пробников осциллографов. Здесь используют его огромное входное сопротивление и низкое выходное, что хорошо для согласования с низкоомным кабелем.

Общая база

Эта схема отличается наиболее низким входным сопротивлением, но усиление по току у нее равно α. Схема с общей базой хорошо усиливает по напряжению, но не по мощности. Ее особенностью является устранение влияния обратной связи по емкости (эфф. Миллера). Каскады с ОБ идеально подходят в качестве входных каскадов усилителей в радиочастотных трактах, согласованных на низких сопротивлениях 50 и 75 Ом.

Каскады с общей базой очень широко используются в технике СВЧ и их применение в радиоэлектронике с каскадом эмиттерного повторителя очень распространено.

Два основных режима работы

Различают режимы работы с использованием “малого” и “большого” сигнала. В первом случае биполярный транзистор работает на маленьком участке своих характеристик и это используется в аналоговой технике. В таких случаях важна линейность усиления сигналов и малые шумы. Это линейный режим.

Во втором случае (ключевой режим), биполярный транзистор работает в полном диапазоне – от насыщения до отсечки, как ключ. Это значит, что если посмотреть на ВАХ p-n перехода – следует для полного запирания транзистора приложить между базой и эмиттером небольшое обратное напряжение, а для полного открывания, когда транзистор переходит в режим насыщения, немного увеличить базовый ток, по сравнению с малосигнальным режимом. Тогда транзистор работает как импульсный ключ. Этот режим используется в импульсных и силовых устройствах, применяется для импульсных источников питания. В таких случаях стараются добиться малого времени переключения транзисторов.

Для цифровой логики характерно промежуточное положение между “большим” и “малым” сигналами. Низкий логический уровень ограничивают 10% от напряжения питания, а высокий 90%. Время задержек и переключения стремятся уменьшить до предела. Такой режим работы является ключевым, но мощность здесь стремятся свести к минимальной. Любой логический элемент – это ключ.

Другие виды транзисторов

Основные, уже описанные виды транзисторов, не ограничивают их устройство. Выпускают составные транзисторы (схема Дарлингтона). Их β очень большой и равен произведению коэффициентов обеих транзисторов, поэтому их называют еще “супербета” транзисторами.

Электротехника уже хорошо освоила IGBT-транзисторы (insulated gate bipolar transistor), с изолированным затвором. Затвор полевого транзистора, действительно, изолирован от его канала. Правда, есть вопрос перезарядки его входной емкости при переключениях, так что, без тока и здесь не обходится.

Такие транзисторы используют в мощных силовых ключах: импульсные преобразователи, инверторы и т.д. По входу IGBT очень чувствительны, за счет высокого сопротивления затворов полевых транзисторов. По выходу – дают возможность получать огромные токи и могут быть изготовлены на высокое напряжение. Например, в США есть новая солнечная электростанция, где такие транзисторы в мостовой схеме нагружены на мощные трансформаторы, отдающие энергию в промышленную сеть.

В заключение отметим, что транзисторы, говоря простыми словами, являются “рабочей лошадкой” всей современной электроники. Их используют везде: от электровозов до мобильников. Любой современный компьютер состоит практически из одних транзисторов. Физические основы работы транзисторов хорошо изучены и обещают еще немало новых достижений.

Материалы по теме:

Биполярный переходной транзистор

— Engineering LibreTexts

Биполярный переходной транзистор — это полупроводниковое устройство, состоящее из двух P-N-переходов, соединяющих три клеммы, называемые клеммами базы, эмиттера и коллектора. Расположение трех выводов влияет на ток и усиление транзистора. Поведение транзисторов с биполярным переходом также сильно различается для каждой конфигурации схемы. Три разные конфигурации схемы дают разные характеристики схемы в отношении входного сопротивления, выходного сопротивления и усиления.Эти характеристики влияют на то, имеет ли транзистор усиление по напряжению, по току или по мощности. Одна из основных операций транзистора с биполярным переходом — усиление сигнала тока. Транзисторы с биполярным переходом способны регулировать ток таким образом, чтобы величина тока была пропорциональна напряжению смещения, приложенному к клемме базы транзистора. Применение биполярных переходных транзисторов можно найти в устройствах, использующих аналоговые схемы, таких как компьютеры, мобильные телефоны и радиопередатчики.

ВВЕДЕНИЕ

Биполярный транзистор

имеет три полупроводниковые области. Эти три области — это область эмиттера (E), область базы (B) и область коллектора (c), и эти области по-разному легированы в зависимости от типа биполярного транзистора. Двумя типами биполярных транзисторов являются PNP-транзистор, три области которого относятся к p-типу, n-типу и p-типу соответственно, и NPN-транзистор, чьи области относятся к n-типу, p-типу и n-типу соответственно. Оба типа транзисторов имеют один P-N-переход между коллекторной областью и базой и другой P-N-переход между базовой и эмиттерной областями.Базовая область всегда является центральным соединением структуры с областями эмиттера и коллектора, соединенными с обеих сторон. Оба типа транзисторов имеют одинаковый принцип работы с единственной разницей в полярности питания и смещении для каждого типа.

Способность биполярных транзисторов

усиливать сигнал за счет регулирования тока позволяет передавать входной сигнал от одной цепи к другой, независимо от разного уровня сопротивления в каждой цепи.Величина тока, протекающего через транзистор, пропорциональна величине напряжения смещения, приложенного к клемме базы. Это позволяет транзистору действовать как переключатель с регулируемым током. В зависимости от того, является ли биполярный транзистор PNP или NPN, регулируемый ток будет течь от коллектора к эмиттеру или от эмиттера к коллектору, в то время как меньший управляющий ток будет течь от базы к эмиттеру или от эмиттера к базе соответственно.

Транзистор содержит максимально допустимый ток, который может ограничивать величину тока, проходящего от клеммы к клемме.В зависимости от порядка клемм в транзисторе, транзистор будет действовать как проводник или как изолятор при наличии контролируемого тока. Эта способность переключаться между этими двумя состояниями, изолятором или проводником, позволяет транзистору действовать как переключатель или как усилитель сигналов малой амплитуды, подаваемых на базу, в зависимости от структуры и порядка трех полупроводниковых областей.

СТРУКТУРА

Биполярные транзисторы

содержат три легированных примесных полупроводниковых области, каждая из которых подключена к цепи.Транзистор не является симметричным из-за разной степени легирования областей эмиттера, коллектора и базы. Базовая область состоит из легированных материалов, обладающих высоким удельным сопротивлением. База расположена между областью сильнолегированного эмиттера и областью слаболегированного коллектора. Коллектор охватывает эмиттерную область, что исключает возможность для электронов, инжектированных в базовую область, покидать базовую область, не собираясь. Область эмиттера сильно легирована для увеличения коэффициента усиления транзистора по току.

Для высокого коэффициента усиления по току необходимо высокое соотношение носителей, вводимых эмиттером, и несущих, вводимых базой. Повышение эффективности инжекции эмиттера приводит к тому, что большая часть носителей, инжектируемых в переход эмиттер-база, поступает из области эмиттера. Высокая степень легирования областей эмиттера и коллектора также означает, что переход коллектор-база имеет обратное смещение. Следовательно, переход коллектор-база может иметь большое обратное напряжение смещения до того, как переход сломается.Для транзистора в целом фундаментальное различие между NPN-транзистором и PNP-транзистором заключается в направлениях тока и полярности напряжения на переходах транзистора. Убедившись, что эти два элемента всегда расположены напротив друг друга, обеспечивает правильное смещение транзисторов.

Биполярный переходной транзистор NPN

Биполярный транзистор NPN имеет базу из полупроводника, легированного P, между эмиттером, легированным N, и областью коллектора, легированным N. Биполярные транзисторы NPN являются наиболее часто используемыми биполярными транзисторами из-за легкости подвижности электронов над подвижностью электронных дырок.

Для этого типа транзисторов коллекторный и эмиттерный токи большой величины создаются за счет усиления небольшого тока, который проходит через базу. Этот небольшой ток усиливается только тогда, когда транзистор становится активным. В этом активном состоянии положительная разность потенциалов обнаруживается как между основной областью к области коллектора, так и областью эмиттера к области базы, что приводит к току, который переносится электронами между областями коллектора и эмиттера.Конструкция и напряжение на клеммах NPN-транзистора показаны на Рисунке 1 ниже.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Схема NPN транзистора.

Для биполярного NPN-транзистора, проводящего ток, коллектор всегда более положительный по отношению к базе и эмиттеру. Напряжение между базой и эмиттером (V _BE) положительное на базе и отрицательное на эмиттере. Клемма базы всегда положительна по отношению к эмиттеру. Другой способ отображения NPN-транзистора показан на рисунке 2 ниже.

Рисунок 2 Схема биполярного транзистора NPN.

Ток, вытекающий из транзистора, должен быть равен токам, текущим в транзистор, поскольку ток эмиттера задается как

Ie = Ic + Ib. (1)

Примечание: «Ic» — это ток, протекающий на выводе коллектора, «Ib» — это ток, протекающий на выводе базы, а «Ie» — это ток, вытекающий из вывода эмиттера.

Поскольку физическая конструкция транзистора определяет электрическую связь между этими тремя токами (Ib), (Ic) и (Ie), любое небольшое изменение тока базы (Ib) приведет к гораздо большему изменению в коллекторе. ток (Ic).Отношение тока коллектора к току эмиттера называется Alpha (α).

Альфа (α) = Ic / Ie (2)

Коэффициент усиления транзистора по току от клеммы коллектора до клеммы эмиттера, Ic / Ie, является функцией электронов, диффундирующих через переход. Текущее усиление транзистора от клеммы коллектора до клеммы базы обозначается буквой Beta (β).

Бета (β) = Ic / Ib (3)

Транзисторы

NPN являются хорошими усилителями, когда значение Beta велико.Бета-значения обычно находятся в диапазоне от 20 до 200 для большинства транзисторов общего назначения. Следовательно, если бета-значение транзистора равно 50, то на каждые 50 электронов, проходящих между выводами эмиттер-коллектор, один электрон будет вытекать из вывода базы.

Комбинируя выражения для Alpha, α и Beta, β, коэффициент усиления транзистора по току может быть задан как:

Бета = (α) / (1-α) (4)

Как видно из приведенных выше уравнений, подвижность электронов между цепями коллектора и эмиттера является единственной связью между этими двумя цепями.Это звено является главной особенностью работы транзистора. Так как действие транзистора определяется начальным движением электронов через область базы, усилительные свойства транзистора возникают из-за последующего управления базой током между коллектором и эмиттером. Пока поток тока смещения в базовый вывод является устойчивым, базовую область можно рассматривать как вход управления током.

PNP Биполярный переходной транзистор

PNP-транзистор с биполярным переходом имеет полупроводниковую базу, легированную азотом, между эмиттером, легированным фосфатом, и областью коллектора, легированным фосфатом.PNP-транзистор имеет очень похожие характеристики с NPN-транзистором, с той разницей, что смещение направления тока и напряжения меняются местами. Для транзисторов PNP ток поступает в транзистор через вывод эмиттера. Небольшой ток, выходящий из базы, усиливается на выходе коллектора. Область эмиттера-база смещена в прямом направлении, поэтому будут генерироваться электрическое поле и носители. Источники напряжения подключены к транзистору PNP, как показано на рисунках 3 и 4 ниже.

Рисунок 3 Схема транзистора PNP Рисунок 4 Схема транзистора PNP

Напряжение между базой и эмиттером (V _BE) теперь отрицательное на базе и положительное на эмиттере. Клемма Base всегда смещена отрицательно по отношению к эмиттеру while. Эмиттер положительный по отношению к коллектору (V _CE). В нижней части коллектора с обратным смещением образовались отверстия. Из-за электрического поля носители или электроны притягиваются дырками.Для того, чтобы транзистор PNP проводил, эмиттер всегда более положительный по отношению как к базе, так и к коллектору.

РЕГИОНЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Биполярные транзисторы имеют четыре различных режима работы. Эти области определяются смещениями на переходе биполярного переходного транзистора.

Отсечка : Область отсечки — это когда транзистор неактивен из-за минимального тока, проходящего через транзистор, из-за чего транзистор выглядит как разомкнутая цепь.Как VBE, так и VBC имеют обратное смещение, поэтому все края обедненной области имеют небольшую плотность неосновных носителей. Эта область имеет условия смещения, противоположные насыщению.

Прямая активность : Прямая активная область возникает, когда транзистор находится в активном состоянии, что позволяет транзистору усиливать колебания напряжения, присутствующие на базе. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор имеет обратное смещение, транзистор может усиливать напряжение, потому что напряжение коллектор-эмиттер больше, чем напряжение базы-эмиттер, а также находится между состояниями отсечки и насыщения.Выходной ток пропорционален базовому току и может быть извлечен на коллекторе.

Обратно-активный : Обратно-активная область возникает, когда транзистор находится в активном состоянии, но максимальный коэффициент усиления по току в обратном активном режиме намного меньше, чем в прямом активном режиме. Условия смещения меняются на противоположные, так что коллекторный переход базы имеет прямое смещение, а база-эмиттерный переход — обратное смещение, что переключает роли коллекторной и эмиттерной областей.База содержит гораздо более низкое обратное напряжение смещения, чем в прямой активной области.

Насыщение : Область насыщения позволяет транзистору проводить ток от эмиттера к коллектору. При прямом смещении как базового коллекторного перехода, так и базового эмиттерного перехода ток базы настолько велик, что превышает величину, при которой он может увеличить ток коллектора. В результате цепь между выводами коллектора и эмиттера кажется короткозамкнутой из-за перенасыщения тока.

КОНФИГУРАЦИИ

Существует три метода подключения биполярного переходного транзистора к электронной схеме. Конфигурация с общей базой, конфигурация с общим эмиттером и конфигурация с общим коллектором по-разному реагируют на входной сигнал схемы, тем самым изменяя характеристики каждой конфигурации.

Общая базовая конфигурация

Общая базовая конфигурация имеет сильную высокочастотную характеристику, которая хороша для схем с одноступенчатым усилителем.Однако это не очень распространено из-за низких характеристик усиления по току и низкого входного сопротивления. Входной сигнал подается между выводами базы и эмиттера, а выходной сигнал берется между выводами базы и коллектора. Для того чтобы это произошло, базовый терминал должен быть заземлен, так что опорное напряжение представляет собой фиксированную сумму. Общая базовая конфигурация показана ниже.

Рисунок 5 Схема транзистора с общей базой

Этот тип конфигурации усилителя представляет собой схему неинвертирующего усилителя напряжения.Конфигурация имеет усиление сопротивления за счет соотношения между сопротивлением нагрузки (Rload) последовательно с коллектором и резистором Rin. Входной ток, протекающий в эмиттер, представляет собой сумму как базового тока, так и тока коллектора соответственно, поэтому выходной ток коллектора меньше, чем входной ток эмиттера, что приводит к усилению тока. Его входные характеристики соответствуют прямому смещению диода

Конфигурация общего эмиттера

Конфигурация усилителя с общим эмиттером обеспечивает самый высокий коэффициент усиления по току и мощности из всех трех конфигураций биполярных транзисторов, поэтому этот тип конфигурации является наиболее часто используемой схемой для усилителей на основе транзисторов.Входной сигнал, подаваемый между базой и эмиттером, невелик из-за прямого смещения PN-перехода, а выходной сигнал, принимаемый между коллектором и эмиттером, велик из-за обратного смещения PN-перехода.

Это происходит главным образом потому, что входной импеданс невелик, поскольку он подключен к PN-переходу с прямым смещением, а выходной импеданс велик, поскольку он снимается с PN-переходом с обратным смещением. Однако его коэффициент усиления по напряжению намного ниже. Конфигурация общего эмиттера показана ниже.

Рисунок 6 Схема усилителя с общим эмиттером

Конфигурация с общим эмиттером представляет собой схему инвертирующего усилителя. Следовательно, выходной сигнал не совпадает по фазе с сигналом входного напряжения.

Конфигурация общего коллектора

Конфигурация с общим коллектором очень полезна для приложений согласования импеданса из-за очень большого отношения входного импеданса к выходному. В конфигурации входной сигнал напрямую подключен к базе.Когда эмиттерная область включена последовательно с нагрузочным резистором, ток, протекающий через сопротивление нагрузки, будет иметь то же значение, что и ток эмиттера. Вот почему выходной сигнал берется с эмиттерной нагрузки, а коэффициент усиления по току конфигурации приблизительно равен значению β транзистора.

Рисунок 7 Схема транзистора с общим коллектором

Этот тип конфигурации биполярных транзисторов является неинвертирующей схемой, в которой напряжения сигналов Vin и Vout являются «синфазными».Сопротивление нагрузки принимает как базовый, так и коллекторный токи, что приводит к большому усилению тока, а также обеспечивает хорошее усиление тока с очень небольшим усилением напряжения.

вопросов

1. Если ток коллектора (Ic) составляет 50 А, а базовый ток (Ib) равен 2 А, то каково значение бета?

2. В чем разница между биполярным транзистором PNP и биполярным транзистором NPN?

3. Каков текущий коэффициент усиления транзистора, если заданная альфа (α) равна 0.5?

ответов

1. Бета-отношение (β) = Ic / Ib. Значение бета равно 50 амперам, разделенным на 2 ампера, что составляет 25.

2. PNP-транзистор и NPN-транзистор имеют очень похожие характеристики, но разница между ними заключается в смещении направлений тока и напряжения.

3. Коэффициент усиления транзистора по току — это бета-коэффициент (β), который равен (α) / (1-α). Значение Beta равно 0.5 / (1-0,5), что равно 0,5

Список литературы

1. Kasap, S. (2006). Принципы электронных материалов и устройств (3-е изд.). Бостон: Макгроу-Хилл.

2. «Учебное пособие по NPN-транзисторам — Биполярный NPN-транзистор». Учебники по основам электроники . 1 сентября 2013 г. Интернет. 8 декабря 2015 г.

3. «Переходный транзистор». Переходный транзистор . Интернет. 8 декабря 2015 г.

4. Все образы созданы с помощью программы на дигикеи.com

Авторы

1. К. Битти, MSE (Калифорнийский университет, Дэвис).

транзисторов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 74

Введение

Транзисторы вращают наш мир электроники. Они критически важны как источник управления практически в каждой современной цепи. Иногда вы их видите, но чаще всего они спрятаны глубоко внутри кристалла интегральной схемы.В этом уроке мы познакомим вас с основами самого распространенного транзистора: биполярного транзистора (BJT).

В небольших дискретных количествах транзисторы могут использоваться для создания простых электронных переключателей, цифровой логики и схем усиления сигналов. В количествах тысяч, миллионов и даже миллиардов транзисторы соединены между собой и встроены в крошечные микросхемы для создания компьютерной памяти, микропроцессоров и других сложных ИС.

описано в этом учебном пособии

После прочтения этого руководства мы хотим, чтобы вы получили широкое представление о том, как работают транзисторы.Мы не будем углубляться в физику полупроводников или эквивалентные модели, но мы достаточно углубимся в предмет, чтобы вы поняли, как транзистор можно использовать в качестве переключателя или усилителя .

Это руководство разделено на несколько разделов, охватывающих:

Существует два типа базовых транзисторов: биполярный переход (BJT) и металлооксидный полевой транзистор (MOSFET). В этом уроке мы сфокусируемся на BJT , потому что его немного легче понять.Если копать еще глубже в типы транзисторов, на самом деле существует две версии BJT: NPN и PNP . Мы сфокусируемся еще больше, ограничив наше раннее обсуждение NPN. Если сузить наш фокус — получить твердое представление о NPN — будет легче понять PNP (или даже МОП-транзисторы), сравнив, чем он отличается от NPN.

и nbsp

Хотите изучить транзисторы?

Мы вас прикрыли!

Комплект деталей SparkFun для начинающих

В наличии КОМПЛЕКТ-13973

SparkFun Beginner Parts Kit — это небольшой контейнер с часто используемыми деталями, который дает вам все основные компоненты, которые вы…

Символы, булавки и конструкция

Транзисторы — это в основном трехконтактные устройства.На биполярном переходном транзисторе (BJT) эти контакты обозначены как коллектор (C), база (B) и эмиттер (E). Обозначения схем для NPN и PNP BJT ниже:

Единственное различие между NPN и PNP — это направление стрелки на эмиттере. Стрелка на NPN указывает, а на PNP она указывает. Полезная мнемоника для запоминания:

NPN: N ot P ointing i N

Обратная логика, но работает!

Конструкция транзистора

Транзисторы полагаются на полупроводники, чтобы творить чудеса.Полупроводник — это не совсем чистый проводник (например, медный провод), но и не изолятор (например, воздух). Проводимость полупроводника — насколько легко он позволяет электронам течь — зависит от таких переменных, как температура или наличие большего или меньшего количества электронов. Заглянем вкратце под капот транзистора. Не волнуйтесь, мы не будем углубляться в квантовую физику.

Транзистор как два диода

Транзисторы

— это своего рода продолжение другого полупроводникового компонента: диодов.В некотором смысле транзисторы — это всего лишь два диода со связанными вместе катодами (или анодами):

Диод, соединяющий базу с эмиттером, здесь важен; он соответствует направлению стрелки на схематическом символе и показывает , в каком направлении должен течь ток через транзистор.

Изображение диодов — хорошее место для начала, но оно далеко не точное. Не основывайте свое понимание работы транзистора на этой модели (и определенно не пытайтесь воспроизвести ее на макете, это не сработает).Существует множество странных вещей уровня квантовой физики, управляющих взаимодействием между тремя терминалами.

(Эта модель полезна, если вам нужно проверить транзистор. Используя функцию проверки диодов (или сопротивления) на мультиметре, вы можете провести измерения на клеммах BE и BC, чтобы проверить наличие этих «диодов».)

Структура и работа транзистора

Транзисторы
состоят из трех разных слоев полупроводникового материала.В некоторые из этих слоев добавлены дополнительные электроны (процесс, называемый «легирование»), а в других электроны удалены (допирование «дырками» — отсутствие электронов). Полупроводниковый материал с дополнительными электронами называется n-типа ( n для отрицательного, потому что электроны имеют отрицательный заряд), а материал с удаленными электронами называется p-типа (для положительного). Транзисторы создаются путем наложения n поверх p поверх n или p поверх n поверх p .
Упрощенная схема структуры NPN. Заметили происхождение акронимов?
Если немного помахать рукой, мы можем сказать, что электрона могут легко перетекать из n областей в p областей , если у них есть небольшая сила (напряжение), толкающая их. Но переход от области p к области n действительно затруднен (требуется лот напряжения). Но особенность транзистора — та часть, которая делает нашу модель с двумя диодами устаревшей — это тот факт, что электронов могут легко перемещаться от базы p-типа к коллектору n-типа, пока база- эмиттерный переход имеет прямое смещение (это означает, что база находится под более высоким напряжением, чем эмиттер).
NPN-транзистор предназначен для передачи электронов от эмиттера к коллектору (поэтому обычный ток течет от коллектора к эмиттеру). Эмиттер «испускает» электроны в базу, которая контролирует количество электронов, испускаемых эмиттером. Большинство испускаемых электронов «собираются» коллектором, который отправляет их в следующую часть цепи.
PNP работает таким же, но противоположным образом. База по-прежнему контролирует ток, но этот ток течет в противоположном направлении — от эмиттера к коллектору.Вместо электронов эмиттер испускает «дырки» (концептуальное отсутствие электронов), которые собираются коллектором.
Транзистор похож на электронный клапан . Базовый штифт похож на ручку, которую вы можете отрегулировать, чтобы позволить большему или меньшему количеству электронов течь от эмиттера к коллектору. Давайте исследуем эту аналогию дальше …
Расширение аналогии с водой
Если вы в последнее время читали много руководств по концепциям электричества, вы, вероятно, привыкли к аналогиям с водой.Мы говорим, что ток аналогичен скорости потока воды, напряжение — это давление, проталкивающее воду по трубе, а сопротивление — это ширина трубы.
Неудивительно, что аналогия с водой может быть распространена и на транзисторы: транзистор похож на водяной клапан — механизм, который мы можем использовать для управления скоростью потока .
Есть три состояния, в которых мы можем использовать клапан, каждое из которых по-разному влияет на скорость потока в системе.
1) Вкл — короткое замыкание
Клапан может быть полностью открыт, позволяя воде свободно течь в — проходить, как если бы клапана даже не было.
Аналогичным образом, при определенных обстоятельствах, транзистор может выглядеть как , короткое замыкание между выводами коллектора и эмиттера. Ток может свободно течь через коллектор и выходить из эмиттера.
2) Выкл. — обрыв цепи
Когда он закрыт, клапан может полностью перекрыть поток воды.
Таким же образом можно использовать транзистор для создания разомкнутой цепи между контактами коллектора и эмиттера.
3) Линейное управление потоком
С некоторой точной настройкой, клапан может быть отрегулирован для точного управления расходом до некоторой точки между полностью открытым и закрытым.
Транзистор может делать то же самое — линейно регулирует ток через цепь в какой-то момент между полностью выключенным (разомкнутая цепь) и полностью включенным (короткое замыкание).
Из нашей аналогии с водой, ширина трубы аналогична сопротивлению в цепи. Если клапан может точно регулировать ширину трубы, то транзистор может точно регулировать сопротивление между коллектором и эмиттером. Таким образом, транзистор похож на регулируемый резистор .
Усилитель мощности
Есть еще одна аналогия, которую мы можем провести здесь. Представьте себе, что с помощью легкого поворота клапана вы могли бы контролировать скорость потока затворов плотины Гувера. Ничтожное усилие, которое вы можете приложить для поворота ручки, может создать силу в тысячи раз сильнее. Мы расширяем аналогию до предела, но эта идея распространяется и на транзисторы. Транзисторы особенные, потому что они могут усиливать электрических сигналов, превращая сигнал малой мощности в аналогичный сигнал гораздо большей мощности.
Вид. Это еще не все, но это хорошее место для начала! В следующем разделе вы найдете более подробное объяснение работы транзистора.
Режимы работы
В отличие от резисторов, которые обеспечивают линейную зависимость между напряжением и током, транзисторы являются нелинейными устройствами. У них есть четыре различных режима работы, которые описывают протекающий через них ток. (Когда мы говорим о токе, протекающем через транзистор, мы обычно имеем в виду ток , протекающий от коллектора к эмиттеру NPN .)
Четыре режима работы транзистора:
Насыщение — Транзистор действует как короткое замыкание . Ток свободно течет от коллектора к эмиттеру.
Отсечка — Транзистор действует как разомкнутая цепь . Нет тока от коллектора к эмиттеру.
Активный — Ток от коллектора к эмиттеру пропорционален току, протекающему в базу.
Reverse-Active — Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении.Ток течет от эмиттера к коллектору (не совсем то, для чего были предназначены транзисторы).
Чтобы определить, в каком режиме находится транзистор, нам нужно взглянуть на напряжения на каждом из трех контактов и на то, как они соотносятся друг с другом. Напряжения от базы к эмиттеру (V _BE) и от базы к коллектору (V _BC) устанавливают режим транзистора:
Упрощенный квадрантный график выше показывает, как положительное и отрицательное напряжение на этих клеммах влияет на режим.На самом деле все немного сложнее.
Давайте рассмотрим все четыре режима транзистора по отдельности; мы исследуем, как перевести устройство в этот режим и как это влияет на ток.
Примечание: Большая часть этой страницы посвящена NPN транзисторам . Чтобы понять, как работает транзистор PNP, просто поменяйте полярность или знаки> и <.
Режим насыщенности
Насыщенность — это в режиме транзистора.Транзистор в режиме насыщения действует как короткое замыкание между коллектором и эмиттером.
В режиме насыщения оба «диода» в транзисторе смещены в прямом направлении. Это означает, что V _BE должен быть больше 0, и , поэтому V _BC должен быть. Другими словами, V _B должен быть выше, чем V _E и V _C.
Поскольку переход от базы к эмиттеру выглядит как диод, в действительности, V _BE должно быть больше, чем пороговое напряжение , чтобы войти в насыщение.Есть много сокращений для этого падения напряжения — V _th, V _γ и V _d — несколько — и фактическое значение варьируется между транзисторами (и даже в зависимости от температуры). Для большинства транзисторов (при комнатной температуре) это падение может составить около 0,6 В.
Еще один облом реальности: между эмиттером и коллектором не будет идеальной проводимости. Между этими узлами образуется небольшое падение напряжения. В технических характеристиках транзисторов это напряжение определяется как напряжение насыщения CE, В _{CE (насыщение)} — напряжение от коллектора к эмиттеру, необходимое для насыщения.Это значение обычно составляет 0,05-0,2 В. Это значение означает, что V _C должно быть немного больше, чем V _E (но оба все еще меньше, чем V _B), чтобы транзистор перешел в режим насыщения.
Режим отсечки
Режим отсечки противоположен насыщению. Транзистор в режиме отсечки выключен — нет тока коллектора, а значит, нет тока эмиттера. Это почти похоже на обрыв цепи.
Чтобы перевести транзистор в режим отсечки, базовое напряжение должно быть меньше, чем напряжения эмиттера и коллектора.Оба V _BC и V _BE должны быть отрицательными.
На самом деле, V _BE может находиться в диапазоне от 0 В до _и (~ 0,6 В) для достижения режима отсечки.
Активный режим
Для работы в активном режиме значение V _BE транзистора должно быть больше нуля, а значение V _BC должно быть отрицательным. Таким образом, базовое напряжение должно быть меньше, чем на коллекторе, но больше, чем на эмиттере. Это также означает, что коллектор должен быть больше эмиттера.
На самом деле, нам нужно ненулевое прямое падение напряжения (сокращенно V _th, V _γ или V _d) от базы к эмиттеру (V _BE), чтобы «включить» транзистор. Обычно это напряжение обычно составляет около 0,6 В.
Усиление в активном режиме
Активный режим — это самый мощный режим транзистора, потому что он превращает устройство в усилитель . Ток, идущий на вывод базы, усиливает ток, идущий в коллектор и выходящий из эмиттера.
Наше сокращенное обозначение для коэффициента усиления (коэффициент усиления) транзистора — β (вы также можете увидеть его как β _F или h _FE ). β линейно связывает ток коллектора ( I _C ) с базовым током ( I _B ):
Фактическое значение β зависит от транзистора. Обычно это около 100 , но может варьироваться от 50 до 200 … даже 2000, в зависимости от того, какой транзистор вы используете и сколько тока проходит через него.Если, например, у вашего транзистора β = 100, это будет означать, что входной ток в 1 мА на базу может производить ток 100 мА через коллектор.
Модель с активным режимом. V _BE = V _th и I _C = βI _B.
А как насчет тока эмиттера, I _E? В активном режиме токи коллектора и базы идут в устройство, а выходит I _E. Чтобы связать ток эмиттера с током коллектора, у нас есть другое постоянное значение: α .α — коэффициент усиления по току общей базы, он связывает эти токи как таковые:
α обычно очень близко, но меньше 1. Это означает, что I _C очень близко, но меньше, чем I _E в активном режиме.
Вы можете использовать β для вычисления α или наоборот:
Если, например, β равно 100, это означает, что α равно 0,99. Так, если, например, I _C составляет 100 мА, тогда I _E составляет 101 мА.
Реверс Активный
Так же, как насыщение противоположно отсечке, обратный активный режим противоположен активному режиму.Транзистор в обратном активном режиме проводит, даже усиливает, но ток течет в обратном направлении, от эмиттера к коллектору. Обратной стороной активного режима является то, что β (β _R в данном случае) на намного меньше на .
Чтобы перевести транзистор в обратный активный режим, напряжение на эмиттере должно быть больше, чем на базе, которая должна быть больше, чем на коллекторе (V _BE <0 и V _BC> 0).
Обратный активный режим обычно не является состоянием, в котором вы хотите управлять транзистором.Приятно знать, что он есть, но он редко воплощается в приложении.
Относительно PNP
После всего, о чем мы говорили на этой странице, мы все еще покрыли только половину спектра BJT. А как насчет транзисторов PNP? PNP работает очень похоже на NPN — у них те же четыре режима, но все наоборот. Чтобы узнать, в каком режиме находится PNP-транзистор, поменяйте местами все знаки <и>.
Например, чтобы перевести PNP в режим насыщения, V _C и V _E должны быть выше, чем V _B.Вы опускаете базу ниже, чтобы включить PNP, и поднимаете ее выше, чем коллектор и эмиттер, чтобы выключить его. И, чтобы перевести PNP в активный режим, V _E должен иметь более высокое напряжение, чем V _B, которое должно быть выше, чем V _C.
Итого:
Соотношения напряжений Режим NPN Режим PNP
В _E <В _B <В _C Активный Обратный
V _E B > V _C Насыщенность Отсечка
V _E> V _B C Отсечка Насыщенность
V _E> V _B> V _C Задний ход Активный
Другой противоположной характеристикой NPN и PNP является направление тока.В активном режиме и режиме насыщения ток в PNP течет от эмиттера к коллектору . Это означает, что эмиттер обычно должен иметь более высокое напряжение, чем коллектор.
Если вы перегорели концептуальными вещами, перейдите к следующему разделу. Лучший способ узнать, как работает транзистор, — это изучить его в реальных схемах. Давайте посмотрим на некоторые приложения!
Приложения I: Коммутаторы
Одно из наиболее фундаментальных применений транзистора — это его использование для управления потоком энергии к другой части схемы — использование его в качестве электрического переключателя.Управляя им либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения, транзистор может создавать двоичный эффект включения / выключения переключателя.
Транзисторные переключатели являются важными строительными блоками; они используются для создания логических вентилей, которые используются для создания микроконтроллеров, микропроцессоров и других интегральных схем. Ниже приведены несколько примеров схем.
Транзисторный переключатель
Давайте посмотрим на самую фундаментальную схему транзисторного переключателя: переключатель NPN. Здесь мы используем NPN для управления мощным светодиодом:
Наш управляющий вход проходит в базу, выход связан с коллектором, а на эмиттере поддерживается фиксированное напряжение.
В то время как для обычного переключателя требуется физическое переключение исполнительного механизма, этот переключатель управляется напряжением на базовом выводе. Вывод микроконтроллера ввода / вывода, как и на Arduino, может быть запрограммирован на высокий или низкий уровень для включения или выключения светодиода.
Когда напряжение на базе больше 0,6 В (или какое бы там значение у вашего транзистора V _th), транзистор начинает насыщаться и выглядит как короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Когда напряжение на базе меньше 0.6V транзистор находится в режиме отсечки — ток не течет, потому что это похоже на разрыв цепи между C и E.
Схема, приведенная выше, называется переключателем низкого уровня , потому что переключатель — наш транзистор — находится на стороне низкого (заземления) цепи. В качестве альтернативы мы можем использовать транзистор PNP для создания переключателя верхнего плеча:
Подобно схеме NPN, база — это наш вход, а эмиттер подключен к постоянному напряжению. Однако на этот раз эмиттер имеет высокий уровень, а нагрузка подключена к транзистору со стороны земли.
Эта схема работает так же хорошо, как и переключатель на основе NPN, но есть одно огромное различие: чтобы включить нагрузку, база должна быть низкой. Это может вызвать проблемы, особенно если высокое напряжение нагрузки (V _CC — 12 В, подключенное к эмиттеру V _E на этом рисунке) выше, чем высокое напряжение нашего управляющего входа. Например, эта схема не будет работать, если вы попытаетесь использовать Arduino с напряжением 5 В для выключения двигателя 12 В. В этом случае было бы невозможно выключить выключатель , потому что V _B (соединение с управляющим контактом) всегда будет меньше, чем V _E.
Базовые резисторы!
Вы заметите, что каждая из этих схем использует последовательный резистор между управляющим входом и базой транзистора. Не забудьте добавить этот резистор! Транзистор без резистора на базе похож на светодиод без токоограничивающего резистора.
Напомним, что в некотором смысле транзистор — это просто пара соединенных между собой диодов. Мы смещаем в прямом направлении диод база-эмиттер, чтобы включить нагрузку. Для включения диоду требуется всего 0,6 В, большее напряжение означает больший ток.Некоторые транзисторы могут быть рассчитаны только на ток, протекающий через них не более 10–100 мА. Если вы подаете ток выше максимального номинала, транзистор может взорваться.
Последовательный резистор между нашим источником управления и базой ограничивает ток в базе . Узел база-эмиттер может получить свое счастливое падение напряжения 0,6 В, а резистор может снизить оставшееся напряжение. Значение резистора и напряжение на нем определяют ток.
Резистор должен быть достаточно большим, чтобы эффективно ограничивать ток, но достаточно маленьким, чтобы питать базу достаточным током .Обычно достаточно от 1 мА до 10 мА, но чтобы убедиться в этом, проверьте техническое описание транзистора.
Цифровая логика
Транзисторы
можно комбинировать для создания всех наших основных логических вентилей: И, ИЛИ, и НЕ.
(Примечание: в наши дни полевые МОП-транзисторы с большей вероятностью будут использоваться для создания логических вентилей, чем биполярные транзисторы. Полевые МОП-транзисторы более энергоэффективны, что делает их лучшим выбором.)
Инвертор
Вот схема транзистора, реализующая инвертор или НЕ вентиль:
Инвертор на транзисторах.
Здесь высокое напряжение на базе включает транзистор, который эффективно соединяет коллектор с эмиттером. Поскольку эмиттер напрямую подключен к земле, коллектор тоже будет (хотя он будет немного выше, где-то около V _{CE (sat)} ~ 0,05-0,2 В). С другой стороны, если на входе низкий уровень, транзистор выглядит как разомкнутая цепь, а выход подтянут до VCC
.
(На самом деле это фундаментальная конфигурация транзистора, называемая общим эмиттером .Подробнее об этом позже.)
И Ворота
Вот пара транзисторов, используемых для создания логического элемента И с двумя входами :
2-входной логический элемент И на транзисторах.
Если какой-либо из транзисторов выключен, то на выходе коллектора второго транзистора будет установлен низкий уровень. Если оба транзистора включены (на обоих базах высокий уровень), то на выходе схемы также высокий уровень.
OR Выход
И, наконец, логический элемент ИЛИ с двумя входами :
Затвор ИЛИ с 2 входами, построенный на транзисторах.
В этой схеме, если один (или оба) A или B имеют высокий уровень, этот соответствующий транзистор включается и подтягивает выходной сигнал к высокому уровню. Если оба транзистора выключены, то через резистор выводится низкий уровень.
Н-образный мост
Н-мост — это транзисторная схема, способная приводить в движение двигатели как по часовой, так и против часовой стрелки . Это невероятно популярная трасса — движущая сила бесчисленных роботов, которые должны уметь двигаться как вперед на , так и на назад.
По сути, H-мост представляет собой комбинацию четырех транзисторов с двумя входными линиями и двумя выходами:
Вы можете догадаться, почему это называется Н-мостом?
(Примечание: обычно у хорошо спроектированного H-моста есть нечто большее, включая обратные диоды, базовые резисторы и триггеры Шмидта.)
Если оба входа имеют одинаковое напряжение, выходы двигателя будут иметь одинаковое напряжение, и двигатель не сможет вращаться. Но если два входа противоположны, двигатель будет вращаться в одном или другом направлении.
H-мост имеет таблицу истинности, которая выглядит примерно так:
653653
Вход A Вход B Выход A Выход B Направление двигателя
0 0 1 1 Остановлено (торможение)
1 0 По часовой стрелке
1 0 0 1 Против часовой стрелки
1 1 0 (торможение)
Осцилляторы
Генератор — это схема, которая генерирует периодический сигнал, который колеблется между высоким и низким напряжением.Генераторы используются во всевозможных схемах: от простого мигания светодиода до генерации тактового сигнала для управления микроконтроллером. Есть много способов создать схему генератора, включая кварцевые кристаллы, операционные усилители и, конечно же, транзисторы.
Вот пример колебательного контура, который мы называем нестабильным мультивибратором . Используя обратную связь , мы можем использовать пару транзисторов для создания двух дополняющих осциллирующих сигналов.
Помимо двух транзисторов, конденсаторы являются настоящим ключом к этой схеме.Колпачки поочередно заряжаются и разряжаются, в результате чего два транзистора попеременно включаются и выключаются.
Анализ работы этой схемы — отличное исследование работы конденсаторов и транзисторов. Для начала предположим, что C1 полностью заряжен (сохраняется напряжение около _{В, CC}), C2 разряжен, Q1 включен, а Q2 выключен. Вот что происходит после этого:
Если Q1 включен, то левая пластина C1 (на схеме) подключена примерно к 0 В. Это позволит C1 разряжаться через коллектор Q1.
Пока C1 разряжается, C2 быстро заряжается через резистор меньшего номинала — R4.
Как только C1 полностью разрядится, его правая пластина будет подтянута примерно до 0,6 В, что включит Q2.
На этом этапе мы поменяли местами состояния: C1 разряжен, C2 заряжен, Q1 выключен, а Q2 включен. Теперь танцуем в другую сторону.
Q2 включен, позволяет C2 разряжаться через коллектор Q2.
Когда Q1 выключен, C1 может относительно быстро заряжаться через R1.
Как только C2 полностью разрядится, Q1 снова включится, и мы вернемся в состояние, в котором мы начали.
Иногда бывает трудно осознать. Вы можете найти еще одну отличную демонстрацию этой схемы здесь.
Выбирая определенные значения для C1, C2, R2 и R3 (и сохраняя R1 и R4 относительно низкими), мы можем установить скорость нашей схемы мультивибратора:
Итак, при значениях для конденсаторов и резисторов, установленных на 10 мкФ и 47 кОм соответственно, частота нашего генератора будет около 1.5 Гц. Это означает, что каждый светодиод будет мигать примерно 1,5 раза в секунду.
Как вы, наверное, уже заметили, существует тонн схем, в которых используются транзисторы. Но мы почти не коснулись поверхности. Эти примеры в основном показывают, как транзистор можно использовать в режимах насыщения и отсечки в качестве переключателя, но как насчет усиления? Пришло время увидеть больше примеров!
Applications II: Усилители
Некоторые из наиболее мощных приложений транзисторов включают усиление: преобразование сигнала малой мощности в сигнал большей мощности.Усилители могут увеличивать напряжение сигнала, беря что-то из диапазона мкВ и преобразовывая его в более полезный уровень в мВ или В. Или они могут усиливать ток, что полезно для превращения мкА тока, создаваемого фотодиодом, в ток гораздо большей величины. Существуют даже усилители, которые принимают ток и производят более высокое напряжение или наоборот (называемые транссопротивлением и крутизной соответственно).
Транзисторы являются ключевым компонентом многих усилительных схем. Существует, казалось бы, бесконечное множество транзисторных усилителей, но, к счастью, многие из них основаны на некоторых из этих более примитивных схем.Помните об этих схемах, и, надеюсь, с небольшим сопоставлением с образцом вы сможете понять более сложные усилители.
Общие конфигурации
Три основных транзисторных усилителя: общий эмиттер, общий коллектор и общая база. В каждой из трех конфигураций один из трех узлов постоянно связан с общим напряжением (обычно с землей), а два других узла являются либо входом, либо выходом усилителя.
Общий эмиттер
Общий эмиттер — одна из наиболее популярных схем транзисторов.В этой схеме эмиттер подключен к общему напряжению как для базы, так и для коллектора (обычно заземления). База становится входом сигнала, а коллектор становится выходом.
Схема с общим эмиттером популярна, потому что она хорошо подходит для усиления напряжения , особенно на низких частотах. Например, они отлично подходят для усиления аудиосигналов. Если у вас небольшой входной сигнал с размахом 1,5 В, вы можете усилить его до гораздо более высокого напряжения, используя немного более сложную схему, например:
Одна особенность обычного эмиттера заключается в том, что он инвертирует входной сигнал (сравните его с инвертором с последней страницы!).
Общий коллектор (эмиттерный повторитель)
Если мы подключим коллектор к общему напряжению, используем базу как вход, а эмиттер как выход, то получим общий коллектор. Эта конфигурация также известна как эмиттерный повторитель .
Общий коллектор не усиливает напряжение (фактически, выходное напряжение будет на 0,6 В ниже входного). По этой причине эту схему иногда называют повторителем напряжения .
Эта схема действительно имеет большой потенциал как усилитель тока .В дополнение к этому, высокий коэффициент усиления по току в сочетании с почти единичным коэффициентом усиления по напряжению делает эту схему отличным буфером напряжения . Буфер напряжения предотвращает нежелательные помехи цепи нагрузки управляющей цепи.
Например, если вы хотите подать 1 В на нагрузку, вы можете пойти простым путем и использовать делитель напряжения, или вы можете использовать эмиттерный повторитель.
По мере увеличения нагрузки (что, наоборот, означает уменьшение сопротивления) выход схемы делителя напряжения падает.Но выходное напряжение эмиттерного повторителя остается стабильным, независимо от нагрузки. Большие нагрузки не могут «нагружать» эмиттерный повторитель, как это могут быть схемы с большим выходным сопротивлением.
Общая база
Мы поговорим об общей базе, чтобы завершить этот раздел, но это наименее популярная из трех основных конфигураций. В усилителе с общей базой эмиттер является входом, а коллектор — выходом. База общая для обоих.
Общая база похожа на антиэмиттер-повторитель.Это приличный усилитель напряжения, и ток на входе примерно равен току на выходе (на самом деле ток на входе немного больше, чем на выходе).
Схема с общей базой лучше всего работает как токовый буфер . Он может принимать входной ток с низким входным сопротивлением и подавать почти такой же ток на выход с более высоким сопротивлением.
Резюме
Эти три конфигурации усилителей лежат в основе многих более сложных транзисторных усилителей. У каждого из них есть приложения, где они сияют, будь то усиление тока, напряжения или буферизация.
9064
Общий эмиттер Общий коллектор Общая база
Усиление напряжения Среднее Низкое Высокое
Усиление тока 9064 Низкое сопротивление Среднее Средний Высокий Низкий
Выходной импеданс Средний Низкий Высокий
Многокаскадные усилители
Мы могли бы продолжать говорить о большом разнообразии транзисторных усилителей.Вот несколько быстрых примеров, демонстрирующих, что происходит, когда вы комбинируете одноступенчатые усилители, указанные выше:
Дарлингтон
Усилитель Дарлингтона соединяет один общий коллектор с другим для создания усилителя с высоким коэффициентом усиления по току .
Выходное напряжение составляет , что примерно соответствует входному напряжению (минус 1,2–1,4 В), но коэффициент усиления по току является произведением двух коэффициентов усиления транзистора . Это β ² — более 10 000!
Пара Дарлингтона — отличный инструмент, если вам нужно управлять большой нагрузкой с очень малым входным током.
Дифференциальный усилитель
Дифференциальный усилитель вычитает два входных сигнала и усиливает эту разницу. Это важная часть цепей обратной связи, где вход сравнивается с выходом, чтобы получить будущий выход.
Вот основа дифференциального усилителя:
Эта схема также называется длиннохвостой парой . Это пара схем с общим эмиттером, которые сравниваются друг с другом для получения дифференциального выхода.Два входа подаются на базы транзисторов; выход представляет собой дифференциальное напряжение на двух коллекторах.
Двухтактный усилитель
Двухтактный усилитель — полезный «заключительный каскад» во многих многокаскадных усилителях. Это энергоэффективный усилитель мощности, часто используемый для управления громкоговорителями.
Основной двухтактный усилитель использует транзисторы NPN и PNP, оба сконфигурированы как общие коллекторы:
Двухтактный усилитель на самом деле не усиливает напряжение (выходное напряжение будет немного меньше входного), но усиливает ток.Это особенно полезно в биполярных схемах (с положительным и отрицательным питанием), потому что оно может как «проталкивать» ток в нагрузку от положительного источника питания, так и «вытягивать» ток и погружать его в отрицательный источник питания.
Если у вас есть биполярный источник питания (или даже если у вас его нет), двухтактный — отличный конечный каскад для усилителя, действующий как буфер для нагрузки.
Собираем их вместе (операционный усилитель)
Давайте рассмотрим классический пример многокаскадной транзисторной схемы: операционный усилитель.Умение распознавать общие транзисторные схемы и понимание их назначения может очень помочь! Вот схема внутри LM3558, действительно простого операционного усилителя:
Внутреннее устройство операционного усилителя LM358. Узнали какие-то усилители?
Здесь определенно больше сложности, чем вы можете быть готовы усвоить, однако вы можете увидеть некоторые знакомые топологии:
Q1, Q2, Q3 и Q4 образуют входной каскад. Очень похоже на общий коллектор (Q1 и Q4) на дифференциальный усилитель , верно? Он просто выглядит перевернутым, потому что использует PNP.Эти транзисторы образуют входной дифференциальный каскад усилителя.
Q11 и Q12 являются частью второго этапа. Q11 — это общий коллектор, а Q12 — это общий эмиттер . Эта пара транзисторов буферизует сигнал с коллектора Q3 и обеспечивает высокий коэффициент усиления, когда сигнал поступает на конечный каскад.
Q6 и Q13 являются частью финальной стадии, и они тоже должны выглядеть знакомо (особенно если не обращать внимания на R _SC) — это двухтактный ! Этот этап буферизует выходной сигнал, позволяя ему управлять большими нагрузками.
Есть множество других распространенных конфигураций, о которых мы не говорили. Q8 и Q9 сконфигурированы как токовое зеркало , которое просто копирует величину тока, проходящего через один транзистор, в другой.
После этого ускоренного курса по транзисторам мы не ожидаем, что вы поймете, что происходит в этой схеме, но если вы можете начать определять общие транзисторные схемы, вы на правильном пути!
Покупка транзисторов
Теперь, когда вы контролируете источник управления, мы рекомендуем SparkFun Inventor’s Kit, чтобы воплотить в жизнь полученные вами новые знания.Мы также предоставили ссылки на комплект полупроводников и одиночные транзисторы для использования в ваших собственных проектах.
Наши рекомендации:
N-канальный полевой МОП-транзистор 60 В, 30 А
В наличии COM-10213
Если вы когда-нибудь задумывались, как управлять фарами автомобиля с микроконтроллера, MOSFET — это то, что вам нужно.Это ве…
4
Пакет дополнений SparkFun Inventor’s Kit — v4.0
В наличии КОМПЛЕКТ-14310
С помощью Add-On Pack вы сможете включить некоторые из старых частей, которые раньше входили в SIK, которые были обновлены…
Ресурсы и будущее
Если вы хотите глубже изучить транзисторы, мы рекомендуем несколько ресурсов:
Начало работы в электронике Форрест Мимс — Мимс — мастер объяснения электроники в простой для понимания и применимости манере.Обязательно посмотрите эту книгу, если вы хотите более подробно познакомиться с транзисторами.
LTSpice и Falstad Circuit — это бесплатные программные инструменты, которые вы можете использовать для моделирования цепей. Цифровые эксперименты со схемами — отличный способ научиться. Вы получаете все эксперименты без боли макетирования или страха взорвать все. Попробуйте собрать воедино то, о чем мы говорили!
2N3904 Техническое описание — Еще один способ узнать о транзисторах — это изучить их техническое описание.2N3904 — это действительно распространенный транзистор, который мы используем все время (а 2N3906 — его брат по PNP). Ознакомьтесь с таблицей данных, посмотрите, узнаете ли вы какие-нибудь знакомые характеристики.
Кроме того, наш собственный технический директор Пит выпустил серию видеороликов «По словам Пита», в которых основное внимание уделяется транзисторам и транзисторным усилителям. Обязательно посмотрите его видео о диодах и транзисторах:
.
Затем вы можете перейти к: Конфигурации смещения транзисторов, часть 1 и часть 2, и, наконец, текущие зеркала.Качественный товар!
Дальше
Или, если вам не терпится узнать больше об электронике в целом, ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств по SparkFun:
Интегральные схемы — Что вы получите, если объедините тысячи транзисторов и поместите их в черный ящик? IC!
Регистры сдвига — регистры сдвига являются одними из наиболее распространенных интегральных схем. Узнайте, как можно использовать транзистор для мигания десятков светодиодов всего несколькими входами.
Mini FET Shield Hookup Guide — Это действительно простой щит Arduino, который использует 8 полевых МОП-транзисторов для управления 8 сильноточными выходами.Это хороший пример использования транзистора в качестве переключателя из реальной жизни.
Проектирование печатных плат с EAGLE — Выведите свои новые навыки работы с транзисторами на новый уровень. Сделайте из них печатную плату! В этом руководстве объясняется, как использовать бесплатное программное обеспечение (Eagle) для разработки печатных плат.
Как паять. Если вы разрабатываете печатную плату, вам также нужно знать, как паять. Узнайте, как паять через отверстия в этом руководстве.
Или ознакомьтесь с некоторыми из этих сообщений в блоге, чтобы найти идеи:
Транзисторы
Вопросы и ответы — Инструменты
Что такое транзистор и типы транзисторов?
Транзистор — это полупроводниковое устройство, способное передавать сигнал с высокого сопротивления на низкое или наоборот.Транзистор имеет три вывода и используется в электронных схемах как усилители и переключатели. В электронных схемах используются в основном три типа транзисторов: а) биполярный переходной транзистор б) переходный полевой транзистор в) металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор.
Что такое биполярный переходной транзистор?
Название Bipolar произошло из-за того, что работа устройства зависит от движения носителей заряда с обеими полярностями (дырок и электронов).BJT имеет три вывода: a) эмиттер b) база c) коллектор, аналогичный катодному затвору и аноду в вакуумной лампе. Эмиттер сильно легирован, коллектор умеренно легирован, а база слабо легирована, так как нам нужно, чтобы большая часть тока от эмиттера должна достигать коллектора; базовый ток необходим только как пилот-сигнал для изменения тока коллектора. Транзистор — это активное устройство, которое может управлять потоком электронов через него. BJT бывает двух типов: 1) PNP-транзистор 2) NPN-транзистор. PNP-транзистор сформирован путем размещения полупроводника n-типа между двумя полупроводниками P-типа.Точно так же транзистор PNP формируется путем размещения полупроводника n-типа между двумя полупроводниками P-типа.
Какая мощность рассеивается транзистором в активной области?
Рассеивание мощности на транзисторе в основном происходит на коллекторном переходе. Это связано с тем, что коллекторный переход имеет обратное смещение, поэтому он обеспечивает большее сопротивление току. Следовательно, на коллекторном переходе происходит большее падение напряжения. Рассеяние мощности на транзисторе равно
.
{ V BE игнорируется как V BE << V CE}
Почему обратный активный режим транзистора бесполезен?
Внутренняя конструкция биполярного переходного транзистора такова, что он имеет высокий коэффициент усиления в нормальном активном режиме.Также, когда вы меняете ролями эмиттера и коллектора с обратным смещением эмиттерного базового перехода, напряжение пробоя уменьшается, поскольку напряжение пробоя обратно пропорционально количеству легирования. Поскольку эмиттер сильно легирован по сравнению с коллектором, выгодно обратное смещение коллекторного базового перехода, чтобы иметь преимущество высоких пробивных напряжений.
Какие бывают типы конфигураций транзисторов?
BJT может работать в трех конфигурациях с одной клеммой, общей для входа и выхода.Это: а) общая база б) общий эмиттер в) конфигурации общего коллектора.
Что такое α, β и γ в транзисторе?
β — коэффициент усиления по току транзистора в конфигурации с общим эмиттером. Коэффициент усиления по току общего эмиттера beta (β) = Ic / I b , поскольку в конфигурации с общим эмиттером входной ток составляет I b , а выходной ток составляет Ic . α — большой коэффициент усиления по току сигнала транзистора с общей базой конфигурации α = ( I c — I co ) / ( I E -0) .Альфа обычно изменяется от 0,9 до 0,995. Если пренебречь током обратного насыщения Ico, то бета может быть представлена через альфа, β = α / (1- α). В конфигурации с общим коллектором выходной сигнал берется на выводе эмиттера, следовательно, коэффициент усиления по току общего коллектора задается γ = I E / I B (входной ток равен I B , а выходной ток — I E ). γ также называется степенью впрыска эмиттера.
Какая связь между α, β и γ в транзисторе?
α * β * γ = 1.
Каковы значения насыщения между коллектором и эмиттером, базой и эмиттером, активным, включенным, отключенным напряжениями?
Типичное напряжение перехода n-p-n, p-n-p транзистора при 25 ° C
Что такое ICBO и ICEO в транзисторе, какова связь между ICEO, ICBO и ICO?
I CBO — ток коллектора с обратным смещением коллекторного перехода и разомкнутой базой. I CEO — ток коллектора с обратным смещением коллектора и разомкнутым эмиттером.
Почему ICBO лучше ICO?
I CBO больше I CO по двум причинам
В дополнение к обратному току через переход существует ток утечки, который течет вокруг перехода и по поверхностям. I утечка α V переход
Новые носители могут возникать в результате столкновения в переходной области коллекторного перехода.
Каковы различные регионы работы транзистора?
В BJT из-за наличия двух переходов каждый переход может работать с прямым или обратным смещением, что приводит к трем различным областям работы. Транзистор, когда он используется в качестве переключателя в логических элементах, будет работать в крайних областях входных выходных характеристик, в которых обе области будут смещены в прямом или обратном направлении, что называется областями насыщения и отсечки работы одновременно.Транзистор, когда он используется в качестве усилителя, работает в активной области, в которой входной переход будет смещен в прямом направлении, а выходной переход будет смещен в обратном направлении. Другая область, обратная активная область, на практике менее важна.
Какая модель транзистора Ebers?
Модель транзистора Ebers-moll подходит для всех областей работы БЮТ. Эта модель основана на предположении, что базовым сопротивлением растеканию можно пренебречь.

Рассмотрим диод, между выводами которого приложено напряжение v.Ток, протекающий через переход, с точки зрения приложенного напряжения между его выводами, определяется как
.
I = Io (exp (В / Вт) -1)
Где Io — обратный ток насыщения транзистора (Ток, который течет через переход при обратном смещении, будет равен — Io , поскольку exp (V / Vt) стремится к 0). Из диаграммы, применяющей закон Кирхгофа по току на коллекторном узле получаем
I c = — α N I E + I co (exp (V BC / Vt) -1)
Где α N — коэффициент усиления по току транзистора с общей базой, упомянутого выше, VBC — напряжение между базой и коллектором, I co — ток обратного насыщения перехода база-коллектор.Аналогично для эмиттерного перехода, применяя действующий закон Кирхгофа
IE = — α I I C + I E o (exp (V BE / Vt) -1
)
Где α I — это усиление по инвертированному току транзистора с общей базой с чередованием ролей коллектора и эмиттера, В BE — напряжение между базой и эмиттером, I co — обратное насыщение ток базы Эмиттерный переход.Приведенные выше уравнения получены на основе предположения о низком уровне инжекции неосновных носителей (концентрация дырок, введенных в базу, намного меньше по сравнению с собственной концентрацией электронов в базе), в таком случае ток эмиттера или коллектора в основном определяется диффузией. токов, дрейфовый ток незначителен по сравнению с дрейфовыми токами.
Как получить реакцию транзистора на большой сигнал и слабый сигнал?
Транзистор с биполярным соединением действует как нелинейное устройство, если размах входного-выходного напряжения велик.В таком случае большой сигнальный отклик транзистора получается графически. Но для малых сигналов транзистор работает с разумной линейностью, так что отклик транзистора с малым сигналом может быть получен аналитически с использованием модели транзистора. Эти модели малосигнальных транзисторов представляют собой малосигнальные аппроксимации транзистора в линейной активной области. Понятие слабого сигнала справедливо для напряжений порядка милливольт вокруг точки смещения.
Малосигнальная гибридная модель транзистора?
Основные уравнения двух портов для транзистора в конфигурации с общим эмиттером:
Vbe = hfe * ib + hre * Vce
ic = hfe * ib + hre * Vce
Где Vbe, ib, Vce, ic — инкрементные токи и напряжения (инкрементальные средства, например, i b = I b — I B где I b — мгновенный базовый ток , I B — базовый ток покоя)

Определить крутизну транзистора?
Крутизна транзистора определяется как отношение инкрементного тока коллектора к инкрементному напряжению базы к напряжению эмиттера при постоянном постоянстве коллектора к эмиттеру.Обозначается он gm .
гм = | I c | / V T
, где V T = K * T / Q = 26 милливольт при комнатной температуре 27 ° C,
г = | I c (мА) | / 26.
Модель транзистора с малым сигналом PI?

Где gm = | Ic (mA) | / 26, rΠ = β / gm, rO = VA / Ic , где β — усиление тока малого сигнала в конфигурации с общим эмиттером, VA — раннее напряжение, Ic — ток коллектора, Vbe — инкрементное основание к напряжению эмиттера.
Модель транзистора с малым сигналом Т?
Где г = | I c (мА) | / 26, r e = α / gm, r O = V = A / I c
, где α — коэффициент усиления по току малого сигнала в общей базовой конфигурации α = β / (1+ β), β — коэффициент усиления по току малого сигнала в конфигурации с общим эмиттером, В A — раннее напряжение, I c — ток коллектора, V be — инкрементное основание к напряжению эмиттера.Связь между r e и r Π составляет r Π = (1+ β) * r e.
Что такое точка Q?
Q-точка — это аббревиатура от точки покоя. Q-точка — это рабочая точка транзистора (I C , V CE ) , в которой он смещен. Концепция Q-точки используется, когда транзистор действует как усилительное устройство.Q-точкой обычно считается точка пересечения линии нагрузки с выходными характеристиками транзистора. Может быть бесконечное количество точек пересечения, но q-точка выбрана таким образом, что независимо от входного транзистора качания остается в активной области. Все изменения входных сигналов переменного тока происходят около точки Q.
Что такое цепь смещения самосмещения (или) деления напряжения транзистора?
Название самосмещения придумано из-за того факта, что все изменения постоянного тока вокруг точки Q имеют тенденцию регулироваться в цепи самосмещения.Схема самосмещения показана ниже
. Схема самосмещения транзистора
Все конденсаторы, показанные на рисунке, действуют как разомкнутые цепи для сигналов постоянного тока и короткие замыкания для сигналов переменного тока. Действие самосмещения можно объяснить следующим образом. Если Ic имеет тенденцию к увеличению из-за увеличения Ico (из-за повышения температуры), ток через Re также увеличивается. В результате падение напряжения на Re также увеличивается, следовательно, напряжение база-эмиттер уменьшается, а ток базы уменьшается. Следовательно, Ic увеличивается меньше из-за действия резистора самосмещения Re .
Коэффициент устойчивости S = 1 + (R b / Re) Где R b = (R 1 * R 2 ) / (R 1 + R 2 )
Что такое фиксированное смещение?
Цепь фиксированного смещения показана на рисунке ниже: Цепь фиксированного смещения транзистора
Цепь фиксированного смещения транзистора
Ток Ib постоянен в цепи фиксированного смещения. Цепь фиксированного смещения обеспечивает плохую стабильность w.r. к изменению параметров транзистора. В цепи фиксированного смещения
Коэффициент устойчивости S = 1 + β
Определить коэффициенты стабильности транзистора, работающего в точке Q?
Основная цель схем смещения — стабилизировать рабочую точку транзистора независимо от изменений Ico, β, Vbe, которые меняются из-за изменяющейся температуры. В основном изменение Ico в зависимости от температуры является значительным, и о нем необходимо позаботиться. Соответственно, определяется коэффициент стабильности для количественной оценки стабильности схем смещения по отношению к изменению параметров транзистора.
Коэффициент стабильности S = Ic / Ico
Аналогично S ’= Ic / β, S’ ’= Ic / Vbe
Какое термическое сопротивление транзистора?
Термическое сопротивление определяется как отношение установившегося повышения температуры на коллекторном переходе к мощности, рассеиваемой на переходе. Выражается в градусах C / Вт и дается как
.
Φ = (Tj-TA) / PD
Что такое модуляция ширины базы или более ранний эффект?
Рассмотрим транзистор с общей базой, смещенный в активной области работы.Когда вы увеличиваете напряжение коллектора до базы, то есть, если вы увеличиваете обратное смещение в коллекторном переходе базы, ширина обедненного слоя увеличивается, поскольку ширина обедненного слоя пропорциональна напряжению обратного смещения. Этот обедненный слой выступает больше в основание, чем в коллектор, потому что основание слегка легировано по сравнению с коллектором. По мере увеличения ширины слоя истощения напряжения от базы к коллектору это, в свою очередь, уменьшает эффективную ширину базы. По закону перехода концентрация введенных носителей в базу должна уменьшиться до нуля в начале истощения слоя в базе.На графике (построенном с концентрацией неосновных носителей по оси Y и расстоянием от базового перехода эмиттера до базового коллекторного перехода на стойках по оси X), показанная ниже, левая сторона построена для более высокого обратного смещения по сравнению с графиком справа с меньшим наклоном по сравнению с тем, что справа. Это называется ранним эффектом.
Эффект предыдущего транзистора
Влияние модуляции ширины базы?
Модуляция базовой ширины (или) Ранний эффект имеет три основных последствия
1.Поскольку ток эмиттера в основном представляет собой диффузионный ток (при условии низкого уровня инжекции), поскольку обратное смещение базы коллектора увеличивает градиент концентрации дырок, это приводит к большему току эмиттера (IE α ∆P / ∆X).
2. Кроме того, при уменьшении эффективной ширины базы уменьшается вероятность рекомбинации и уменьшается ток базы по мере увеличения обратного смещения, база в основном возникает из-за токов рекомбинации, поэтому коэффициент усиления по бета-току транзистора с общим эмиттером увеличивается.
3. При дальнейшем увеличении напряжение обратного смещения в какой-то момент эффективная ширина базы приближается к нулю, и транзистор выйдет из строя.Это явление называется сквозным или сквозным.
Что такое высокочастотная модель транзистора?
На высоких частотах модель транзистора с низкочастотным малым сигналом должна быть модифицирована, чтобы учесть влияние паразитных емкостей транзистора. Ниже представлена высокочастотная модель транзистора.
высокочастотная модель транзистора
Где
B ’= внутренний узел в базе
Rbb ’= Базовое сопротивление распространению
Rb’e = внутренний базовый узел к сопротивлению эмиттера
Ce = диффузионная емкость базового перехода эмиттера
Rb’e = Сопротивление обратной связи от внутреннего базового узла к узлу коллектора
Gm = крутизна
CC = переходная емкость коллекторного перехода базы
Выразить параметры высокочастотной модели транзистора через параметры низкочастотного гибрида слабого сигнала?
Крутизна г м = I c / V t
Внутренний базовый узел к сопротивлению эмиттера r b’e = h fe / g m = ( h fe * V) / I c
Внутренний базовый узел к сопротивлению коллектора r b’e = (h re * r b’c ) / (1- h re) при условии h re << 1 сокращается до r b’e = (h re * r b’c )
Базовое сопротивление растеканию r bb ‘ = h ie — r b’e = h ie — h V т) / I c
Сопротивление коллектора к эмиттеру r ce = 1 / ( h oe — (1+ h fe) / r b’c
)
Какая связь между усилением по току большого сигнала (или) усилением постоянного тока и бета слабого сигнала?
Коэффициент усиления постоянного тока определяется как отношение тока коллектора к току базы, тогда как усиление малого сигнала — это отношение возрастающего изменения тока коллектора к возрастающему изменению тока базы.
Коэффициент усиления постоянного тока β постоянного тока = Ic / I b , усиление тока малого сигнала β = hfe = Ic / Ib при постоянном напряжении Vce
Поскольку Ic = β * I b + (1 + β) * Icbo , дифференцируя и переставляя термины, мы получаем
β = β пост. ))
Где Icbo — обратный ток насыщения с поверхностными токами e.Т.к. учтено.
Почему два встречных диода не могут работать как транзистор?
Рассмотрим два диода, подключенных друг к другу в конфигурации, показанной ниже
два обратных диода
Очевидно, что если один переход смещен в прямом направлении, то другой переход будет смещен в обратном направлении, например, диод D1 смещен в прямом направлении, а диод D2 смещен в обратном направлении, как NPN-транзистор в активной области в соответствии с напряжениями перехода только текущий порядок обратного тока насыщения протекает через последовательные переходы.
Это можно объяснить следующим образом: диод с обратным смещением D2 будет пропускать только токи порядка обратных токов насыщения. Поскольку D1 и D2 включены последовательно, через их переходы протекают только токи обратного тока насыщения. Очевидно, что это не относится к транзистору в активной области (из-за внутренней конструкции транзистора). Прямой ток, входящий в базу, передается в коллектор электрическим полем, создаваемым напряжением обратного смещения, приложенным к переходу базы и коллектора.
Что такое пробивка транзистора?
По мере увеличения напряжения обратного смещения обедненная ширина коллекторного перехода базы увеличивается, а эффективная ширина базы уменьшается (поскольку база менее легирована по сравнению с коллектором, обедненный слой больше выступает в базу, коллектор, следовательно, на эффективную ширину базы влияет), в какой-то момент эффективная ширина базы приближается к нулю, и транзистор выйдет из строя. Это явление называется пробой через или пробой через .n
Где β dc — коэффициент усиления по постоянному току, а n — постоянная в диапазоне от 2 до 10.
Какое значение имеет коэффициент лавинного умножения в транзисторе?
Лавинный пробой происходит из-за лавинообразного размножения носителей заряда. Обратный ток насыщения, который проходит через коллекторный переход, то есть Ico, становится M * Ico, где M — коэффициент умножения лавины, умноженный из-за лавинного эффекта. Если напряжение обратного смещения увеличивается намного выше BV cbo , тогда коэффициент лавинного умножения становится бесконечно большим, и, следовательно, ток через транзистор резко возрастает.п)
, где BVcbo — напряжение пробоя между коллектором и базой с разомкнутым эмиттером
Что означает устойчивость эмиттера к вырождению?
ANS: Сопротивление дегенерации эмиттера относится к добавлению сопротивления на выводе эмиттера, которое создает отрицательную обратную связь в цепи усилителя. Некоторые из важных последствий добавления сопротивления вырождению эмиттера:
a) Коэффициент усиления по напряжению уменьшается (выходной сигнал снимается с коллектора), отсюда и название сопротивления дегенерации (потеря усиления).Но коэффициент усиления более стабилен по отношению к изменению параметров транзистора. Из-за уменьшения коэффициента усиления по напряжению допустимое отклонение входного сигнала больше, чем при отсутствии сопротивления эмиттера, прежде чем усилитель перейдет в нелинейный режим.
б) Полоса пропускания увеличивается. Это связано с тем, что произведение коэффициента усиления на полосу пропускания остается постоянным.
c) Входное сопротивление увеличивается.
г) Уровень нелинейных искажений и шума снижается.
e) Это помогает в стабилизации точки q транзистора.
Какое значение имеет конденсатор обхода эмиттера и конденсаторы блокировки входа-выхода?
Блокирующие конденсаторы входа и выхода действуют как короткое замыкание для сигналов переменного тока и предотвращают передачу сигнала постоянного тока от источника питания постоянного тока к источнику сигнала переменного тока и выход за счет блокировки сигналов постоянного тока.
Конденсатор обхода эмиттера действует как короткое замыкание для всей полосы пропускания сигнала переменного тока, который должен быть усилен, тем самым закорачивая сопротивление вырождения эмиттера (что снижает коэффициент усиления), так что коэффициент усиления усилителя будет большим.Для частот сигналов, не представляющих интереса, то есть частот, лежащих за пределами частотного спектра входного сигнала переменного тока, подлежащего усилению, шунтирующий конденсатор действует как разомкнутая цепь, так что коэффициент усиления усилителя уменьшается из-за сопротивления вырождению эмиттера, тем самым повышая эффективность усилителя. На токи смещения постоянного тока и напряжения не влияют байпасные и блокирующие конденсаторы, поскольку они действуют как разомкнутые цепи для сигналов постоянного тока (импеданс, обеспечиваемый конденсатором, равен Xc = 1 / (w * C), где w — частота сигнала переменного тока, w = 0 для постоянного тока. сигнал, C — емкость).
Схема общего эмиттера
Эквивалентная схема с общим эмиттером для переменного тока Эквивалентная схема общего эмиттера для сигналов постоянного тока
Какое условие устраняет термический побег в BJT?
Условием устранения теплового разгона в BJT является смещение транзистора таким образом, чтобы Vce
Усилитель с общим коллектором
Представляем усилитель с общим коллектором

В этой статье рассматривается другой тип архитектуры биполярных транзисторов, используемый для усиления сигналов, который обычно известен как усилитель с общим коллектором (CCA). CCA также иногда может называться усилителем с эмиттерным повторителем , и мы поймем почему позже в этой статье.
Первый рисунок ниже представляет собой упрощенную электрическую схему без конкретной схемы смещения, представляющую конфигурацию CCA:
рис 1: электрическая схема CCA
Основное отличие этой архитектуры от усилителя с общим эмиттером (CEA) заключается в том, что выходные сигналы принимаются на эмиттерной ветви, а коллектор всегда подключается непосредственно к источнику питания, отсюда и название «Общий коллектор».
Далее показано, что коэффициент усиления по напряжению A _V = V _out / V _in примерно равен 1. Более того, фаза остается той же во время процесса усиления, входные и выходные сигналы поэтому очень похожи, отсюда и название «эмиттер-повторитель». С другой стороны, мы увидим, что коэффициент усиления по току A, _C = I _out / I _в является высоким, но имеет верхний предел.
Эквивалентная схема
Мы можем рассматривать биполярный транзистор между коллектором и эмиттером как идеальный источник тока с коэффициентом усиления β, где I _out = β.Я _в . Он также представляет собой небольшое сопротивление, равное r _e = 25 мВ / I _out , известное как «сопротивление эмиттера переменного тока » или «сопротивление эмиттера малого диода » и представляет собой динамическое сопротивление для малых сигналов переменного тока p / n переход биполярного транзистора.
Мы видим на рис. 2 эквивалентную схему конфигурации CCA рис. 1 с учетом транзистора, такого как описанный выше.
рис 2: Эквивалентная схема конфигурации CCA
Коэффициент усиления по напряжению
Легко понять, что в конфигурации, представленной на рис. 1 , коэффициент усиления по напряжению приблизительно равен 1. Давайте действительно рассмотрим контур напряжения между базой и эмиттером. Автоматически получается, что V _in = R _E .I _out = V _{или t} и, таким образом, A _V = 1.
Из Рис. 2 мы можем четко выразить входное напряжение как В _в = (R _E + r _e).I _E и выходное напряжение должно быть В, _out = R _E .I _E . При выражении усиления по напряжению A _V = V _{на выходе} / V _в член I _E исчезает, и мы получаем точное выражение усиления A _V:
уравнение 1: Выражение прироста напряжения
Из этой формулы следует, что A _V <1 , но обычно R _E >> r _e , поэтому аппроксимация A _V = 1 оправдано.Поскольку коэффициент усиления по напряжению всегда меньше 1, V _{на выходе} в : , CCA не может обеспечить какое-либо усиление для сигнала напряжения .
Метод смещения
Для обеспечения лучшей стабильности база биполярного транзистора смещена с помощью схемы делителя напряжения, как показано на следующем рисунке.
рис 3: CCA с делителем напряжения смещения
Поскольку в конфигурации CCA В, _{на входе} = В _{на выходе} , сеть делителя напряжения может быть представлена более простой эквивалентной схемой, показанной на Рис. 4 :
Рис. 4: Делитель сети напряжения
Используя законы Кирхгофа или теорему Миллера в схеме Рис. 4 , легко выразить выходное напряжение:
Для точного усиления (без искажений или насыщения) выходное напряжение должно соответствовать условию: В, _{, питание} = 2.V _из . Таким образом, сопротивления смещения R ₁ и R ₂ должны быть примерно равны. Однако, чтобы быть более точным, необходимо учитывать пороговое напряжение между базой и эмиттером В _BE . Для биполярных транзисторов на основе кремния пороговое напряжение является константой, равной В _BE = 0,7 В .
Полное выражение выходного напряжения, следовательно, дается Уравнение 2 :
уравнение 2: Выходное напряжение как функция напряжения питания
Входное сопротивление
Усилитель CCA отличается высоким входным сопротивлением.Выражение базового сопротивления R _B происходит из закона Ома: R _B = V _в / I _в . Ранее мы видели, что V _в = (R _E + r _e) .I _out , таким образом:
уравнение 3: Выражение основного сопротивления
При условии, что R _E >> r _e , окончательное выражение основного сопротивления может быть просто записано R _B = β × R _Е .По этой причине коэффициент усиления транзистора по току β является наиболее важным фактором для установки входного сопротивления конфигурации CCA.
При рассмотрении полной архитектуры CCA со схемой смещения полное входное сопротивление R _в удовлетворяет следующей формуле:
уравнение 4: Выражение общего входного сопротивления
Входное сопротивление CCA всегда очень велико, что полезно для предотвращения перегрузки ранее подключенных к нему цепей.
Выходное сопротивление
Если мы рассмотрим схему Рис. 1 , выходное сопротивление определяется сопротивлением эмиттера R _E, которое выражается в виде R _E = R _B / β .Однако сигнал всегда принимается на сопротивлении нагрузки R _L параллельно эмиттерной ветви, и в этом случае выходное сопротивление удовлетворяет:
eq 5: Выражение полного выходного сопротивления
Выходное сопротивление в конфигурации CCA всегда очень низкое, и по этой причине CCA используются для управления нагрузками с низким сопротивлением.
Текущее усиление
Давайте рассмотрим реальный CCA со схемой смещения, такой как представлена на Рис. 3 .Текущее усиление A _C выражается соотношением A _C = I _out / I _in. Расчет A _I зависит от значений сопротивлений смещения:
Если параллельное сопротивление R ₁ // R ₂ намного больше, чем сопротивление базы R _B, большая часть тока течет к базе и, следовательно, I _в ≅I _B, поэтому что A _C = β.
Если R ₁ // R ₂ меньше или имеет ту же величину, что и R _B, текущий коэффициент усиления должен быть определен по формуле A _C = I _out / I _in с I _дюйм = V _дюйм / R _дюйм и R _дюйм могут быть определены из Уравнение 4.
Итак, если R ₁ // R ₂ >> β × R _E, A _C ≅β .Если нет, A _C = I _из / I _из . Коэффициент усиления транзистора β, таким образом, является максимальным коэффициентом усиления по току, достигаемым конфигурацией CCA.
Пример: увеличение напряжения, тока и мощности усилителя с общим коллектором
Имея в виду выражения и характеристики усиления по напряжению, входного и выходного сопротивлений, давайте рассмотрим следующую схему с коэффициентом усиления транзистора β = 200 и определим коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности.
рис 5: Пример конфигурации CCA
Выходное сопротивление определяется сопротивлением эмиттера R _E параллельно с сопротивлением нагрузки R _L:
Сопротивление базы определяется как R _B = β.R _out = 200 × 500 = 100 кОм . Входное сопротивление, таким образом, определяется базовым сопротивлением R _B, параллельным сопротивлениям смещения R ₁ и R ₂:
.
Уже можно отметить, что R _в >> R _из, как упоминалось ранее.Теперь давайте точно рассчитаем коэффициент усиления по напряжению A _В _. Сначала считается, что A _V = 1, так что Уравнение 2 действительно, и поэтому мы можем выразить падение напряжения на R _E, например:

Таким образом, ток через то же сопротивление определяется как I _E = 4,3 В / 1 кОм = 4,3 мА . Тогда небольшое сопротивление переменному току можно определить как r _e = 25 мВ / 4,3 мА = 5,8 Ом . Поскольку R _E = 1 кОм, мы можем подтвердить гипотезу R _E >> r _e.
Наконец, усиление по напряжению выражается как A _В = 500 Ом / 505,8 Ом = 0,989≅1 .
В этом примере, поскольку R ₁ // R ₂ = 10 кОм << R _B = 100 кОм, приближение A _C ≅β недействительно, и необходимо рассчитать коэффициент усиления по току с формула A _C = I _out / I _in. Чтобы вычислить коэффициент усиления по току A _C, необходимо определить входные и выходные токи I _в и I _{на выходе}:
Выходной ток просто I _out = V _out / R _out и, поскольку V _out ≅V _in , I _out = 1 В / 500 Ом = 2 мА .
Входной ток равен I _в = В _в / R _в = 1 В / 9,1 кОм = 110 мкА .
Наконец, коэффициент усиления по току выражается следующим образом: A _C = 2 мА / 110 мкА = 18,2 .
Прирост мощности определяется как A _P = A _V × A _C = 18 . Однако, поскольку R _E = R _L, мощность, отдаваемая нагрузке, составляет только половину: A _{P, нагрузка} = 9 .
Пара Дарлингтона
Мы видели, что коэффициент усиления транзистора по току β является фактором, ограничивающим общее входное сопротивление и выходной ток I _out = β.Я _в . Действительно, если β увеличивается, базовое сопротивление R _B = β.R _E увеличивается, и, следовательно, R _в также увеличивается.
Простой способ преодолеть это ограничение без необходимости покупать дорогостоящий транзистор с высоким коэффициентом усиления — использовать пару Дарлингтона (DP), представленную ниже на рисунке 6:
Рис. 5: Пара Дарлингтона
DP состоит из соединения двух биполярных транзисторов. Эмиттер первого транзистора соединен с базой второго, а оба коллектора закорочены на источник питания.Мы предполагаем, что первый транзистор имеет коэффициент усиления β ₁ , а второй — β ₂ .
В этой конфигурации в первую очередь усиливается входной ток, на выходе первого транзистора I _{вых, 1} = β ₁ .I _в . Этот же ток I _{out, 1} впоследствии становится входным током второго усилителя, который имеет конфигурацию CCA. Конечный выходной ток составляет I _{out, 2} = β ₂.I _{на выходе, 1} = β ₁. Β ₂ .I _в .
Наконец, общий коэффициент усиления по току DP равен Ом = β ₁. Β ₂ , что приводит к очень высокому выходному току. Более того, сопротивление базы также может быть выражено R _B = Ω.R _E , что приводит к очень высокому входному импедансу.
Заключение
В заключение, мы увидели, что усилитель с общим коллектором не усиливает сигналы напряжения, так как его коэффициент усиления по напряжению строго меньше 1, но обычно может быть приближен к 1, его прозвище «эмиттер-повторитель» происходит именно от этого поведения, поскольку фаза также сохраняется.Однако коэффициент усиления по току CCA является высоким с верхним пределом, равным коэффициенту усиления по току транзистора β, и зависит от значений сопротивлений смещения. Более того, мы видели, что входное сопротивление высокое, а выходное сопротивление низкое. Эта характеристика делает конфигурацию CCA полезной в качестве буфера напряжения: CCA может быть вставлен между блоком с высоким и низким импедансом, чтобы предотвратить любую нежелательную нагрузку. В последнем разделе мы показываем пример архитектуры, называемой парой Дарлингтона, которая может преодолеть ограничение, установленное β для входного сопротивления и выходного тока.
В следующей статье мы представляем последнюю топологию биполярного транзистора: усилитель с общей базой.
Конфигурация общего коллектора
Обычный Конфигурация коллектора
В этой конфигурации клемма базы транзистора служит входом, клемма эмиттера является выходом, а клемма коллектора является общей для входа и выхода. Следовательно, она называется общей конфигурацией сборщика.Вход применяется между базой и коллектором, а выход — от эмиттера и коллектора.

В конфигурации с общим коллектором клемма коллектора заземлена, поэтому конфигурация с общим коллектором также известна как конфигурация с заземленным коллектором.
Иногда конфигурацию с общим коллектором также называют эмиттерным повторителем, повторителем напряжения, усилителем с общим коллектором, усилителем CC или конфигурацией CC.Эта конфигурация в основном используется в качестве буфера напряжения.
Входное напряжение питания между базой и коллектором обозначается VBC, а выходное напряжение между эмиттером и коллектором обозначается VEC.
В этой конфигурации входной ток или базовый ток обозначен IB, а выходной ток или ток эмиттера обозначен IE. Усилитель с общим коллектором имеет высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс.Он имеет низкий коэффициент усиления по напряжению и высокий коэффициент усиления по току.
Коэффициент усиления по мощности усилителя с общим коллектором средний. Чтобы полностью описать поведение транзистора с конфигурацией CC, нам нужны два набора характеристик — входные характеристики и выходные характеристики.
Входные характеристики

Входные характеристики описывают взаимосвязь между входным током или базовым током (IB) и входным напряжением или напряжением база-коллектор (VBC).
Сначала нарисуйте вертикальную и горизонтальную линии. Вертикальная линия представляет ось Y, а горизонтальная линия представляет ось x
Входной ток или базовый ток (IB) снимается по оси y (вертикальная линия), а входное напряжение или напряжение база-коллектор (VBC) снимается по оси x (горизонтальная линия).

Кому определить входные характеристики, выходное напряжение VEC поддерживается постоянным на уровне 3 В, а входное напряжение VBC составляет увеличился от нуля вольт до различных уровней напряжения.Для каждого уровень входного напряжения VBC _, соответствующий входной ток IB равен принято к сведению. Затем строится кривая между входным током IB и входное напряжение VBC при постоянное выходное напряжение VEC (3В).
Затем выходное напряжение VEC увеличивается с 3 В до другого уровня напряжения, например, 5 В, а затем остается постоянным на уровне 5 В.При увеличении выходного напряжения VEC входное напряжение VBC поддерживается постоянным на уровне нуля вольт.

После того как мы сохранили выходное напряжение VEC постоянная при 5 В, входное напряжение VBC равно увеличился от нуля вольт до различных уровней напряжения. Для каждого уровень входного напряжения VBC , соответствующий входной ток IB равен принято к сведению.Затем строится кривая между входным током IB и входное напряжение VBC при постоянное выходное напряжение VEC (5В).
Этот процесс повторяется для более высоких фиксированных значений выходного напряжения (VEC).

Выходные характеристики

Выходные характеристики описывают взаимосвязь между выходным током или током эмиттера (IE) и выходным напряжением или напряжением эмиттер-коллектор (VEC).

Сначала нарисуйте вертикальную и горизонтальную линии. Вертикальная линия представляет ось y, а горизонтальная линия представляет ось x.

Выходной ток или ток эмиттера (IE) снимается по оси y (вертикальная линия), а выходное напряжение или напряжение эмиттер-коллектор (VEC) снимается по оси x (горизонтальная линия).

Для определения выходных характеристик входной ток IB поддерживается постоянным на уровне нуля микроампер, а выходное напряжение VEC увеличивается от нуля вольт до различных уровней напряжения. Для каждого уровня выходного напряжения VEC отмечается соответствующий выходной ток IE. Затем строится кривая между выходным током IE и выходным напряжением VEC при постоянном входном токе IB (0 мкА).

Затем входной ток ( IB ) увеличивается с 0 мкА до 20 мкА и затем остается постоянным на уровне 20 мкА.При увеличении входного тока (IB) выходное напряжение (VEC) поддерживается постоянным на уровне 0 вольт.
После того, как мы поддерживаем постоянный входной ток (IB) на уровне 20 мкА, выходное напряжение (VEC) увеличивается с нуля до различных уровней напряжения. Для каждого уровня выходного напряжения (VEC) записывается соответствующий выходной ток (IE). Затем строится кривая между выходным током IE и выходным напряжением VEC при постоянном входном токе IB (20 мкА). Эта область известна как активная область транзистора.

Этот процесс повторяется для более высоких фиксированных значений входного тока IB (т.е. 40 мкА, 60 мкА, 80 мкА и т. Д.).

В конфигурации с общим коллектором, если входной ток или базовый ток равны нулю, то выходной ток или ток эмиттера также равны нулю. В результате через транзистор не протекает ток.Таким образом, транзистор окажется в области отсечки. Если немного увеличить базовый ток, то увеличивается и выходной ток или ток эмиттера. Так транзистор попадает в активную область. Если ток базы сильно увеличивается, то ток, протекающий через транзистор, также сильно увеличивается. В результате транзистор попадает в область насыщения.

Параметры транзистора

динамический входное сопротивление (r _i)

Динамическое входное сопротивление определяется как отношение изменения входного напряжения или базового напряжения (VBC) к соответствующему изменению входного или базового тока (IB) при постоянном выходном напряжении или напряжении эмиттера (VEC).

Входное сопротивление усилителя с общим коллектором высокое.

динамический выходное сопротивление (r _o)

Динамическое выходное сопротивление определяется как отношение изменения выходного напряжения или напряжения эмиттера (VEC) к соответствующему изменению выходного тока или тока эмиттера (IE) при постоянном входном токе или базовом токе (IB).Выходное сопротивление усилителя с общим коллектором низкое.

Коэффициент усиления тока (γ)

Коэффициент усиления тока определяется как отношение изменения выходного тока или тока эмиттера IE к изменению входного тока или базового тока IB. Это выражается γ.

Усилитель с общим коллектором имеет высокий коэффициент усиления по току.

CBE Определение: коллектор-база-эмиттер | Поиск аббревиатуры

Что означает CBE? CBE расшифровывается как Collector-Base-Emitter.Если вы посещаете нашу неанглийскую версию и хотите увидеть английскую версию Collector-Base-Emitter, прокрутите вниз, и вы увидите значение Collector-Base-Emitter на английском языке. Имейте в виду, что аббревиатура CBE широко используется в таких отраслях, как банковское дело, вычислительная техника, образование, финансы, правительство и здравоохранение. Помимо CBE, Collector-Base-Emitter может быть сокращением от других аббревиатур.
CBE = коллектор-база-эмиттер
Ищете общее определение CBE? CBE означает коллектор-база-эмиттер.Мы с гордостью вносим аббревиатуру CBE в крупнейшую базу данных сокращений и сокращений. На следующем изображении показано одно из определений CBE на английском языке: Collector-Base-Emitter. Вы можете скачать файл изображения для печати или отправить его своим друзьям по электронной почте, Facebook, Twitter или TikTok.
Значения CBE в английском
Как упоминалось выше, CBE используется как аббревиатура в текстовых сообщениях для обозначения Collector-Base-Emitter. Эта страница посвящена аббревиатуре CBE и его значениям как Collector-Base-Emitter.Обратите внимание, что коллектор-база-эмиттер — не единственное значение CBE. Может быть несколько определений CBE, поэтому просмотрите их в нашем словаре, чтобы узнать все значения CBE один за другим.
Определение на английском языке: Collector-Base-Emitter
Другие значения CBE
Помимо коллектор-база-эмиттер, CBE имеет другие значения.
Навигация по записям
Формат HEX: Подробный обзор шестнадцатеричных файлов и способов работы с ними
Конденсатор к75 10 содержание драгметаллов. Содержание драгметаллов в конденсаторе К75-10: состав и характеристики
Похожие записи

21.11.2024 0
Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

19.11.2024 0
Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

19.11.2024 0
Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Рубрики
Карта сайта
© M-Gen

Что такое биполярный транзистор

Устройство биполярного транзистора

Принцип работы биполярного транзистора

Как проверить биполярный транзистор

Измерение коэффициента усиления биполярного транзистора

Применение биполярных транзисторов

Преимущества и недостатки биполярных транзисторов

Сравнение биполярных и полевых транзисторов

Биполярный транзистор – Цифровая техника – ЧАСТЬ 1

Что такое биполярный транзистор и как его проверить

Биполярный транзистор

Принцип работы биполярного транзистора

Как проверить биполярный транзистор?

Измерение коэффициента передачи биполярного транзистора по току

Встроенная диодная защита

устройство, принцип действия, схемы включения

P-N переход

PNP-транзистор

NPN-транзистор

Схемы включения транзисторов

Общий эмиттер

Общий коллектор

Общая база

Два основных режима работы

Другие виды транзисторов

— Engineering LibreTexts

ВВЕДЕНИЕ

СТРУКТУРА

Биполярный переходной транзистор NPN

PNP Биполярный переходной транзистор

РЕГИОНЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

КОНФИГУРАЦИИ

Общая базовая конфигурация

Конфигурация общего эмиттера

Конфигурация общего коллектора

вопросов

ответов

Список литературы

Авторы

транзисторов — learn.sparkfun.com

Введение

описано в этом учебном пособии

Рекомендуемая литература

Хотите изучить транзисторы?

Комплект деталей SparkFun для начинающих

Символы, булавки и конструкция

NPN: N ot P ointing i N

Конструкция транзистора

Транзистор как два диода

Структура и работа транзистора

Расширение аналогии с водой

1) Вкл — короткое замыкание

2) Выкл. — обрыв цепи

3) Линейное управление потоком

Усилитель мощности

Режимы работы

Режим насыщенности

Режим отсечки

Активный режим

Усиление в активном режиме

Реверс Активный

Относительно PNP

Приложения I: Коммутаторы

Транзисторный переключатель

Базовые резисторы!

Цифровая логика

Инвертор

И Ворота

OR Выход

Н-образный мост

Осцилляторы

Applications II: Усилители

Общие конфигурации

Общий эмиттер

Общий коллектор (эмиттерный повторитель)

Общая база

Резюме

Многокаскадные усилители

Дарлингтон

Дифференциальный усилитель