Для чего нужны транзисторы: простым языком для чайников, схемы

Содержание

Для чего нужны транзисторы и как они работают

18 ноября 2020

Транзисторами можно назвать основу цифровой электроники 21 века. Они представлены в виде полупроводникового элемента, который необходим для управления электрическим током. Сегодня транзисторы применяются при производстве разнообразной техники. Они содержат благородные металлы, которые находятся на выводах и корпусе. Драгметаллы в транзисторах — это золото, платина или серебро. На некоторых из них имеется скрытая позолота, которую можно найти под крышкой устройства. Из-за этого приборы сегодня активно перерабатываются. Но нужно учитывать, что драгоценные металлы в транзисторах встречаются не всегда. Все зависит от года выпуска и производителя приборов.

Для чего в составе техники нужны транзисторы с драгметаллами

Главная функция транзисторов — управление электрическим током большого значения, используя небольшие усилия. Сегодня без этого прибора не смогут обойтись многие усовершенствованные электрические схемы. Транзисторы активно применяются при производстве вычислительной аппаратуры, аудиотехники, видеоаппаратуры. Сегодня известны разные виды полупроводниковых приборов. Но все они выполняют одну функцию и имеют схожий принцип работы.

Принцип работы транзистора и зачем нужны драгметаллы в транзисторах

Один из самых часто встречающихся видов транзистора — биполярный. Он представлен в виде кристалла проводника, который разделяется на три зоны с разными показателями электропроводности. Все эти зоны имеют свои названия — коллектор, база, эмиттер. Принцип работы прибора схож с функционированием водопроводного крана. Однако жидкость здесь заменяет электрический ток.

Выделяют два состояния транзистора — открытое и закрытое. Когда прибор закрыт, через него не проходит малый электрический ток. Когда на базу попадает ток, транзистор открывается. Далее большой ток начинает проходить через эмиттер и коллектор.

При подключении источника энергии между эмиттером и коллектором, электронный коллектора буду притягиваться к плюсу. Однако возникновения тока не произойдёт. Прохождению электричества в таком случае будет препятствовать база и поверхность эмиттера. Если же попробовать подсоединить источник сети между базой и эмиттером, электрон эмиттера будут внедряться в сферу баз. Это область станет обогащаться свободными электронами. Одна часть из них будет направляться в сторону плюса базы, другая — в сторону коллектора.

Так транзистор станет открытым, при этом через него будет проходить электрический ток. При повышении напряжения в области базы, будет увеличиваться и ток зоны коллектора и эмиттера. Даже при самых незначительных изменениях управляющего напряжения сила тока коллектора-эмиттера будет увеличена. По такому принципу и работает транзистор в электроприборах.

Особенности полевых транзисторов

Полевые транзисторы имеют особый принцип работы — ток в этом случае проходит только по одной полярности. По типу устройства эти приборы можно разделить на несколько видов: устройства с управляющим p-n переходом, приборы, имеющие изолированный затвор, транзисторы с устройством металл-диэлектрик-проводник.

Главная особенность полевых устройств — низкий процент потребления энергии. Для них характерна продолжительная работа от небольших аккумуляторов. В таком режиме они могут функционировать больше года. Из-за этого полевые транзисторы активно используют для производства современной электроники. Например, мобильных устройств, пультов дистанционного управления и иного цифрового оборудования. Для этих приборов полевой транзистор считается наиболее выгодным.

Устройство состоит из трех главных элементов — исток, сток и затвор. Исток и сток выполняют функцию генерирования и приёма носителей электрического заряда. Сам затвор помогает управлять током, который проходит через весь полевой транзистор. Сегодня в аппаратуре используются транзисторы полевого типа с p-n-переходом и приборы с изолированный затвором.


◄ Назад к новостям

Зачем нужны транзисторы

Транзистор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов.

Что означает название «транзистор»

Транзистор не сразу получил такое привычное название. Первоначально, по аналогии с ламповой техникой его называли полупроводниковым триодом. Современное название состоит из двух слов. Первое слово – «трансфер», (тут сразу вспоминается «трансформатор») означает передатчик, преобразователь, переносчик. А вторая половина слова напоминает слово «резистор», — деталь электрических схем, основное свойство которой электрическое сопротивление.

Именно это сопротивление встречается в законе Ома и многих других формулах электротехники. Поэтому слово «транзистор» можно растолковать, как преобразователь сопротивления. Примерно так же, как в гидравлике изменение потока жидкости регулируется задвижкой. У транзистора такая «задвижка» изменяет количество электрических зарядов, создающих электрический ток. Это изменение есть не что иное, как изменение внутреннего сопротивления полупроводникового прибора.

Усиление электрических сигналов

Наиболее распространенной операцией, которую выполняют транзисторы, является усиление электрических сигналов. Но это не совсем верное выражение, ведь слабый сигнал с микрофона таковым и остается.

Усиление также требуется в радиоприеме и телевидении: слабый сигнал с антенны мощностью в миллиардные доли ватта необходимо усилить до такой степени, чтобы получить звук или изображение на экране. А это уже мощности в несколько десятков, а в некоторых случаях и сотен ватт. Поэтому процесс усиления сводится к тому, чтобы с помощью дополнительных источников энергии, полученной от блока питания, получить мощную копию слабого входного сигнала. Другими словами маломощное входное воздействие управляет мощными потоками энергии.

Усиление в других областях техники и природе

Такие примеры можно найти не только в электрических схемах. Например, при нажатии педали газа увеличивается скорость автомобиля. При этом на педаль газа нажимать приходится не очень сильно – по сравнению с мощностью двигателя мощность нажатия на педаль ничтожна. Для уменьшения скорости педаль придется несколько отпустить, ослабить входное воздействие. В этой ситуации мощным источником энергии является бензин.

Такое же воздействие можно наблюдать и в гидравлике: на открытие электромагнитного клапана, например в станке, энергии, идет совсем немного. А давление масла на поршень механизма способно создать усилие в несколько тонн. Это усилие можно регулировать, если в маслопроводе предусмотреть регулируемую задвижку, как в обычном кухонном кране. Чуть прикрыл — давление упало, усилие снизилось. Если открыл побольше, то и нажим усилился.

На поворот задвижки тоже не требуется прилагать особых усилий. В данном случае внешним источником энергии является насосная станция станка. И подобных воздействий в природе и технике можно заметить великое множество. Но все-таки нас больше интересует транзистор, поэтому далее придется рассмотреть…

Усилители электрических сигналов

В большинстве усилительных схем транзисторы или электронные лампы используются как переменный резистор, сопротивление которого изменяется под действием слабого входного сигнала. Этот «переменный резистор» является составной частью электрической цепи постоянного тока, которая получает питание, например, от гальванических элементов или аккумуляторов, поэтому в цепи начинает протекать постоянный ток. Начальное значение этого тока (входного сигнала еще нет) устанавливается при настройке схемы.

Под действием входного сигнала внутреннее сопротивление активного элемента (транзистора или лампы) изменяется в такт входному сигналу. Поэтому постоянный ток превращается в переменный, создавая на нагрузке мощную копию входного сигнала. Насколько точной будет эта копия, зависит от многих условий, но об этом разговор будет позже.

Действие входного сигнала очень напоминает упомянутые выше педаль газа или задвижку в гидросистеме. Чтобы разобраться в том, что же является такой задвижкой в транзисторе, придется рассказать, хотя бы очень упрощенно, но верно и понятно о некоторых процессах в полупроводниках.

Электропроводность и строение атома

Электрический ток создается за счет движения электронов в проводнике. Для того, чтобы разобраться, как это происходит, придется рассмотреть строение атома. Рассмотрение, конечно, будет максимально упрощенное, даже примитивное, но позволяющее вникнуть в суть процесса, не более, чем нужно для описания работы полупроводников.

В 1913 году датский физик Нильс Бор предложил планетарную модель атома, которая показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Планетарная модель атома

Согласно его теории атом состоит из ядра, которое, в свою очередь, состоит из протонов и нейтронов. Протоны являются носителями положительного электрического заряда, а нейтроны электрически нейтральны.

Вокруг ядра по орбитам вращаются электроны, электрический заряд которых отрицательный. Количество протонов и электронов в атоме одинаково, и электрический заряд ядра уравновешивается общим зарядом электронов. В таком случае говорят, что атом находится в состоянии равновесия или электрически нейтрален, то есть не несет положительного или отрицательного заряда.

Если атом потеряет электрон, то его электрический заряд становится положительным, а сам атом в этом случае становится положительным ионом. Если атом присоединяет к себе чужой электрон, то его называют отрицательным ионом.

На рисунке 2 показан фрагмент периодической таблицы Менделеева. Обратим внимание на прямоугольник, в котором находится кремний (Si).

Рисунок 2. Фрагмент периодической таблицы Менделеева

В правом нижнем углу находится столбик цифр. Они показывают, как распределены электроны по орбитам атома, — нижняя цифра самая ближняя к ядру орбита. Если внимательно приглядеться к рисунку 1, то с уверенностью можно сказать, что перед нами атом кремния с распределением электронов 2, 8, 4. Рисунок 1 объемный, на нем почти видно, что орбиты электронов сферические, но для дальнейших рассуждений можно считать, что они находятся в одной плоскости, и все электроны бегают по одной дорожке, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3.

Латинскими буквами на рисунке отмечены оболочки. В зависимости от количества электронов в атоме их количество может быть разным, но не более семи: K = 2, L = 8, M = 18, N = 32, O = 50, P = 72, Q = 98. На каждой орбите может находиться определенное количество электронов. Например, на последней Q целых 98, меньше можно, больше нельзя. Собственно на это распределение в плане нашего рассказа можно внимания не обращать: нас интересуют только электроны, расположенные на внешней орбите.

Конечно, на самом деле все электроны вращаются вовсе не в одной плоскости: даже 2 электрона, которые находятся на орбите с именем K, вращаются по сферическим орбитам, расположенным очень близко. А что уж говорить об орбитах с более высокими уровнями! Там такое происходит… Но для простоты рассуждений будем считать, что все происходит в одной плоскости, как показано на рисунке 3.

В этом случае даже кристаллическую решетку можно представить в плоском виде, что облегчит понимание материала, хотя на самом деле все намного сложней. Плоская решетка показана на рисунке 4.

Рисунок 4.

Электроны внешнего слоя называют валентными. Именно они и показаны на рисунке (остальные электроны для нашего рассказа значения не имеют). Именно они участвуют в соединении атомов в молекулы, и при создании разных веществ определяют их свойства.

Именно они могут отрываться от атома и свободно блуждать, а при наличии некоторых условий создавать электрический ток. Кроме того, именно во внешних оболочках происходят те процессы, в результате которых получаются транзисторы – полупроводниковые усилительные приборы.

Ранее ЭлектроВести писали, что дожди могут стать новым источником возобновляемой и предельно дешевой энергии: ученые из Гонконга придумали новый тип электрогенератора с высоким КПД и удельной мощностью в тысячу раз большей, чем у существовавших до сих пор других подобных устройств. Их изобретение позволяет получать из падения одной капли воды с высоты 15 см напряжение свыше 140 вольт, а энергии этого падения хватит для питания 100 небольших светодиодных ламп.

По материалам: electrik.info.

Что делает транзистор простыми словами

Предлагаю тебе, мой уважаемый начинающий электронщик, прочесть эту статью, в которой я описал, пожалуй, самый основной из существующих электронных компонентов — транзистор.

Изобретение транзистора в ХХ веке по праву является одним из значимых событий, транзистор как электронный компонент пришел на смену электронным лампам. Электронные лампы на тот период времени, безраздельно служили во всех радиоэлектронных устройствах, при этом электронные лампы имели множество недостатков. Одним из самых значительных недостатков была их большая потребляемая мощность, так – же лампы имели очень большой вес и габариты, но при этом не отличались механической прочностью. Электронная аппаратура становилась все сложнее, большое количество электронных ламп требовало большего потребления энергии, возросло количество отказов техники — к примеру вычислительные машины (компьютеры того времени) собранные на лампах, могли работать без поломок лишь считанные минуты, а габариты этих “компьютеров” были таковы, что занимали целый многоэтажный дом.

Полупроводниковый транзистор лишен всех тех недостатков которые присущи электронным лампам и во многом превосходит их. Низкое энергопотребление, малый вес и размер, а механическая прочность такова, что если сбросить современный транзистор с высоты 10го этажа с ним ничего не случится.

Первый транзистор разработали ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен, в 1956 году они были удостоены нобелевской премии. Теперь эти имена известны всему миру.

И так, давай поближе познакомимся с этим замечательным электронным компонентом.

Биполярный транзистор

Устройство биполярного транзистора.

Транзистор это — электронный прибор, корпус которого выполнен из металла или пластика. В корпусе находится кристалл кремния, который обработан специальным образом. Этот кристалл состоит из трех частей — коллектор, эмиттер, база, к ним подключены электроды которые выведены из корпуса транзистора. Рассмотрим условное обозначение транзистора, очень напоминает диод, (особенно выделенная часть). В принципе, транзистор, с натяжкой можно назвать диодом, так как транзистор тоже является полупроводником, но у транзистора есть дополнительный элемент – “база”.

База расположена между коллектором и эмиттером и является преградой для прохождения напряжения. Для того чтобы транзистор мог выполнять возложенные на него обязанности необходимо “активировать” базу, после чего транзистор будет работать как ключевой элемент, как усилитель тока, или напряжения.

Принцип работы транзистора.

Обычно в специальной литературе и интернет сайтах, описание работы транзистора сводится к разжевыванию теории электронно — дырочного перехода, диффузии и прочей нудной теории. Думаю, если бы мне, когда я только начинал увлекаться радиоэлектроникой, таким образом объяснили принцип работы транзистора, забросил бы я это дело и пошел с пацанами делать самопалы и пугачи, ну или в худшем случае в авиомодельный кружок). Но к счастью для меня в радиокружках того времени работали люди которые умели так преподать теорию, что было понятно и не напряжно. Постараюсь и я, все объяснить в простой и доступной форме.

И так, биполярные транзисторы бывают двух типов PNP транзистор и NPN транзистор еще их называют — “прямой” и “обратный” транзистор. P-N-P – это прямой транзистор (легко запомнить, первая буква Р -соответственно прямой), N-Р-N – обратный.

На схеме обозначаются:

Рассмотрим схему работы транзистора в ключевом режиме.

Транзистор типа N-P-N, на коллектор транзистора подан (+V) напряжение для питания лампочки накаливания, лампочка не будет светиться так как напряжение через транзистор не проходит в таком случае говорят транзистор “закрыт”. Для того чтобы транзистор “открылся” на базу транзистора так же необходимо подать напряжение (+Vбазы). Напряжение +Vбазы (зеленые стрелки), пройдет через выключатель К1, резистор R1, через базу на эмиттер и с эмиттера на минус источника питания. Транзистор откроется, напряжение +V (красные стрелки), пройдет через лампочку, коллектор и базу на эмиттер транзистора и с эмиттера на –V источника питания, цепь “замкнется” и лампочка будет светиться.


В этом примере транзистор работает как ключ, открывает и закрывает прохождение электрического тока.

Теперь рассмотрим работу в ключевом режиме транзистора типа P-N-P.

В этом случае, наша схема будет отличаться тем что, отрицательное напряжение питания подается через лампочку на коллектор, а плюс источника подключен к эмиттеру транзистора, на базу нужно подавать отрицательное напряжение –Vб. Отпирающее напряжение (зеленые стрелки) плюса источника питания через эмиттер через базу VT, резистор R1, выключатель пройдет на минус источника питания и транзистор откроется. Плюс источника питания (красные стрелки) через эмиттер, базу проходит на коллектор и через лапочку накаливания на минус питания, лампочка будет светиться.

Запомни простую истину – обратный транзистор открывается подачей положительного напряжения на базу, прямой отрицательного. Еще проще – обратный транзистор открывается плюсом, прямой минусом. Плюс питания у обратного транзистора подается на коллектор а минус на эмиттер, у прямого наоборот, минус на коллекторе плюс на эмиттере. Соответственно ток в обратном транзисторе течет от коллектора к эмиттеру в прямом транзисторе от эмиттера к коллектору.

Где можно применить работу транзистора в ключевом режиме?

Главное достоинство транзистора заключается еще и в том, что подавая на базу совсем небольшое напряжение всего в несколько десятков вольта, можно коммутировать мощные исполнительные устройства, например, вместо лампочки можно поставить реле, и оно будет своими контактами включать мощный электромотор тем самым используя низкое напряжение управления мы обеспечиваем безопасность человека.

Еще один пример.

На схеме изображен N-P-N транзистор в базу которого включен переменный резистор R1, при помощи этого резистора можно плавно изменять величину напряжения приложенного к базе транзистора. Перемещая ползунок резистора (вывод со стрелочкой) ближе к плюсу источника питания (в верх по схеме) мы тем самым будем увеличивать сопротивление резистора R1, соответственно величина напряжения на базе транзистора уменьшится, транзистор закроется, если ползунок перемещать в противоположную сторону, напряжение на базе увеличится. Ты догадался, что будет происходить с лампочкой? Очень надеюсь, что догадался, зря я что ли уже столько букв написал). Да, лампочка будет изменять интенсивность свечения. Чем больше напряжение на базе транзистора, тем ярче будет светиться лампочка. Эту схему можно с успехом применить, для регулировки свечения лампочки ручного фонарика).

Теперь разберемся с работой транзистора в режиме усиления.

Транзистор может работать не только как ключевой элемент, но и как усилитель тока, напряжения или того и другого одновременно. Существует несколько способов включения транзистора – это с общим коллектором, общей базой, и общим эмиттером. Схема с общим эмиттером получила наибольшее применение поэтому ее и рассмотрим.

Схема с транзистором работающем в режиме усиления, более сложная чем ключевая, но тем не менее разобраться с принципом ее работы не так сложно.

В ключевом режиме транзистор находится в режиме отсечки (закрыт) или в режиме насыщения (открыт) для того чтобы транзистор работал как усилитель его нужно заставить работать в “пограничном” режиме между отсечкой и насыщением. Помнишь, мы регулировали свечение лампочки, изменяя напряжение на базе транзистора при помощи переменного сопротивления (потенциометра). Когда лампочка горела в пол накала это и был “пограничный” режим, или если говорить другими (умными словами), мы задавали смещение на базу транзистора. Идем дальше. Допустим ты решил услышать, о чем говорят твои рыбки в аквариуме :), нашел подводный микрофон и поместил его к рыбкам, но микрофон выдает очень слабый сигнал и если подключить к нему наушники ничего не услышишь. Значит нужно усилить сигнал чтобы он был достаточной силы.

Схема усилителя. На этой схеме, различных электронных компонентов значительно больше чем в схеме где транзистор работает как ключ, но если ты читал мои предыдущие статьи в рубрике электроника для начинающих , ты знаешь, что такое электролитический конденсатор.

В схеме усилителя резистор R1 является самым главным, он задает ток смещения на базе Т1 чтобы отпереть транзистор, вывести его из режима отсечки в активный режим, или иными словами задать базовый ток. От того, какой номинал (величину сопротивления) резистора мы будем использовать, будет зависеть сила тока, который потечет через цепь +Uпит – R1 — база — эмиттер и на минус источника питания. Задавая нужный базовый ток резистором R1, мы выбираем режим работы нашего усилителя, при котором сигнал с микрофона не будет больше режима насыщения и отсечки, а будет примерно в середине активного режима транзистора. Микрофон выдает сигнала который представляет собой переменный ток, надеюсь ты уже знаешь, что переменный ток имеет как положительную, так и отрицательную полярность, соответственно на базу транзистора будет подаваться либо (+) либо (–) в зависимости от этого транзистор будет больше открываться или наоборот закрываться. Следовательно, напряжение на коллекторе в точке подключения конденсатора С2 так же будет меняться и на входе конденсатора С2 ты получишь копию входного микрофонного сигнала, только многократно усиленную.

Ведь на вход усилителя, мы подаем с микрофона очень маленькое напряжение, измеряемое в микровольтах, а на коллекторе транзистора, пульсация напряжения будет в несколько Вольт, теперь можно подключить наушники и услышать рыбок :).

Конечно, эту схему усилителя собирать не стоит, так как она имеет некоторые недостатки, но, как пример работы транзистора в качестве усилителя, очень даже годится. Теперь ты знаешь, как работает транзистор – это НЕ сложно!

Источник: slojno.net

Как работает транзистор и где используется?

Радиоэлектронный элемент из полупроводникового материала с помощью входного сигнала создает, усиливает, изменяет импульсы в интегральных микросхемах и системах для хранения, обработки и передачи информации. Транзистор – это сопротивление, функции которого регулируются напряжением между эмиттером и базой или истоком и затвором в зависимости от типа модуля.

Виды транзисторов

Преобразователи широко применяются в производстве цифровых и аналоговых микросхем для обнуления статического потребительского тока и получения улучшенной линейности. Типы транзисторов различаются тем, что одни управляются изменением напряжения, вторые регулируются отклонением тока.

Полевые модули работают при повышенном сопротивлении постоянного тока, трансформация на высокой частоте не увеличивает энергетические затраты. Если говорить, что такое транзистор простыми словами, то это модуль с высокой границей усиления. Эта характеристика у полевых видов больше, чем у биполярных типов. У первых нет рассасывания носителей заряда , что ускоряет работу.

Полевые полупроводники применяются чаще из-за преимуществ перед биполярными видами:

  • мощного сопротивления на входе при постоянном токе и высокой частоте, это уменьшает потери энергии на управление;
  • отсутствия накопления неосновных электронов, из-за чего ускоряется работа транзистора;
  • переноса подвижных частиц;
  • стабильности при отклонениях температуры;
  • небольших шумов из-за отсутствия инжекции;
  • потребления малой мощности при работе.

Виды транзисторов и их свойства определяют назначение. Нагревание преобразователя биполярного типа увеличивает ток по пути от коллектора к эмиттеру. У них коэффициент сопротивления отрицательный, а подвижные носители текут к собирающему устройству от эмиттера. Тонкая база отделена p-n-переходами, а ток возникает только при накоплении подвижных частиц и их инжекции в базу. Некоторые носители заряда захватываются соседним p-n-переходом и ускоряются, так рассчитаны параметры транзисторов.

Полевые транзисторы имеют еще один вид преимущества, о котором нужно упомянуть для чайников. Их соединяют параллельно без выравнивания сопротивления. Резисторы для этой цели не применяются, так как показатель растет автоматически при изменении нагрузки. Для получения высокого значения коммутационного тока набирается комплекс модулей, что используется в инверторах или других устройствах.

Нельзя соединять параллельно биполярный транзистор, определение функциональных параметров ведет к тому, что выявляется тепловой пробой необратимого характера. Эти свойства связаны с техническими качествами простых p-n каналов. Модули соединяются параллельно с применением резисторов для выравнивания тока в эмиттерных цепях. В зависимости от функциональных черт и индивидуальной специфики в классификации транзисторов выделяют биполярные и полевые виды.

Биполярные транзисторы

Биполярные конструкции производятся в виде полупроводниковых приборов с тремя проводниками. В каждом из электродов предусмотрены слои с дырочной p-проводимостью или примесной n-проводимостью. Выбор комплектации слоев определяет выпуск p-n-p или n-p-n типов приборов. В момент включения устройства разнотипные заряды одновременно переносятся дырками и электронами, задействуется 2 вида частиц.

Носители движутся за счет механизма диффузии. Атомы и молекулы вещества проникают в межмолекулярную решетку соседнего материала, после чего их концентрация выравнивается по всему объему. Перенос совершается из областей с высоким уплотнением в места с низким содержанием.

Электроны распространяются и под действием силового поля вокруг частиц при неравномерном включении легирующих добавок в массе базы. Чтобы ускорить действие прибора, электрод, соединенный со средним слоем, делают тонким. Крайние проводники называют эмиттером и коллектором. Обратное напряжение, характерное для перехода, неважно.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор управляет сопротивлением с помощью электрического поперечного поля, возникающего от приложенного напряжения. Место, из которого электроны движутся в канал, называется истоком, а сток выглядит как конечная точка вхождения зарядов. Управляющее напряжение проходит по проводнику, именуемому затвором. Устройства делят на 2 вида:

  • с управляющим p-n-переходом;
  • транзисторы МДП с изолированным затвором.

Приборы первого типа содержат в конструкции полупроводниковую пластину, подключаемую в управляемую схему с помощью электродов на противоположных сторонах (сток и исток). Место с другим видом проводимости возникает после подсоединения пластины к затвору. Вставленный во входной контур источник постоянного смещения продуцирует на переходе запирающее напряжение.

Источник усиливаемого импульса также находится во входной цепи. После перемены напряжения на входе трансформируется соответствующий показатель на p-n-переходе. Модифицируется толщина слоя и площадь поперечного сечения канального перехода в кристалле, пропускающем поток заряженных электронов. Ширина канала зависит от пространства между обедненной областью (под затвором) и подложкой. Управляющий ток в начальной и конечной точках регулируется изменением ширины обедненной области.

Транзистор МДП характеризуется тем, что его затвор отделен изоляцией от канального слоя. В полупроводниковом кристалле, называемом подложкой, создаются легированные места с противоположным знаком. На них установлены проводники – сток и исток, между которыми на расстоянии меньше микрона расположен диэлектрик. На изоляторе нанесен электрод из металла – затвор. Из-за полученной структуры, содержащей металл, диэлектрический слой и полупроводник транзисторам присвоена аббревиатура МДП.

Устройство и принцип работы для начинающих

Технологии оперируют не только зарядом электричества, но и магнитным полем, световыми квантами и фотонами. Принцип действия транзистора заключается в состояниях, между которыми переключается устройство. Противоположный малый и большой сигнал, открытое и закрытое состояние – в этом заключается двойная работа приборов.

Вместе с полупроводниковым материалом в составе, используемого в виде монокристалла, легированного в некоторых местах, транзистор имеет в конструкции:

  • выводы из металла;
  • диэлектрические изоляторы;
  • корпус транзисторов из стекла, металла, пластика, металлокерамики.

До изобретения биполярных или полярных устройств использовались электронные вакуумные лампы в виде активных элементов. Схемы, разработанные для них, после модификации применяются при производстве полупроводниковых устройств. Их можно было подключить как транзистор и применять, т. к. многие функциональные характеристики ламп годятся при описании работы полевых видов.

Преимущества и недостатки замены ламп транзисторами

Изобретение транзисторов является стимулирующим фактором для внедрения инновационных технологий в электронике. В сети используются современные полупроводниковые элементы, по сравнению со старыми ламповыми схемами такие разработки имеют преимущества:

  • небольшие габариты и малый вес, что важно для миниатюрной электроники;
  • возможность применить автоматизированные процессы в производстве приборов и сгруппировать этапы, что снижает себестоимость;
  • использование малогабаритных источников тока из-за потребности в низком напряжении;
  • мгновенное включение, разогревание катода не требуется;
  • повышенная энергетическая эффективность из-за снижения рассеиваемой мощности;
  • прочность и надежность;
  • слаженное взаимодействие с дополнительными элементами в сети;
  • стойкость к вибрации и ударам.

Недостатки проявляются в следующих положениях:

  • кремниевые транзисторы не функционируют при напряжении больше 1 кВт, лампы эффективны при показателях свыше 1-2 кВт;
  • при использовании транзисторов в мощных сетях радиовещания или передатчиках СВЧ требуется согласование маломощных усилителей, подключенных параллельно;
  • уязвимость полупроводниковых элементов к воздействию электромагнитного сигнала;
  • чувствительная реакция на космические лучи и радиацию, требующая разработки стойких в этом плане радиационных микросхем.

Схемы включения

Чтобы работать в единой цепи транзистору требуется 2 вывода на входе и выходе. Почти все виды полупроводниковых приборов имеют только 3 места подсоединения. Чтобы выйти из трудного положения, один из концов назначается общим. Отсюда вытекают 3 распространенные схемы подключения:

  • для биполярного транзистора;
  • полярного устройства;
  • с открытым стоком (коллектором).

Биполярный модуль подключается с общим эмиттером для усиления как по напряжению, так и по току (ОЭ). В других случаях он согласовывает выводы цифровой микросхемы, когда существует большой вольтаж между внешним контуром и внутренним планом подключения. Так работает подсоединение с общим коллектором, и наблюдается только рост тока (ОК). Если нужно повышение напряжения, то элемент вводится с общей базой (ОБ). Вариант хорошо работает в составных каскадных схемах, но в однотранзисторных проектах ставится редко.

Полевые полупроводниковые приборы разновидностей МДП и с использованием p-n-перехода включаются в контур:

  • с общим эмиттером (ОИ) – соединение, аналогичное ОЭ модуля биполярного типа
  • с единым выходом (ОС) – план по типу ОК;
  • с совместным затвором (ОЗ) – похожее описание ОБ.

В планах с открытым стоком транзистор включается с общим эмиттером в составе микросхемы. Коллекторный вывод не подсоединяется к другим деталям модуля, а нагрузка уходит на наружный разъем. Выбор интенсивности вольтажа и силы тока коллектора производится после монтажа проекта. Приборы с открытым стоком работают в контурах с мощными выходными каскадами, шинных драйверах, логических схемах ТТЛ.

Для чего нужны транзисторы?

Область применение разграничена в зависимости от типа прибора – биполярный модуль или полевой. Зачем нужны транзисторы? Если необходима малая сила тока, например, в цифровых планах, используют полевые виды. Аналоговые схемы достигают показателей высокой линейности усиления при различном диапазоне питающего вольтажа и выходных параметров.

Областями установки биполярных транзисторов являются усилители, их сочетания, детекторы, модуляторы, схемы транзисторной логистики и инверторы логического типа.

Места применения транзисторов зависят от их характеристик. Они работают в 2 режимах:

  • в усилительном порядке, изменяя выходной импульс при небольших отклонениях управляющего сигнала;
  • в ключевом регламенте, управляя питанием нагрузок при слабом входном токе, транзистор полностью закрыт или открыт.

Вид полупроводникового модуля не изменяет условия его работы. Источник подсоединяется к нагрузке, например, переключатель, усилитель звука, осветительный прибор, это может быть электронный датчик или мощный соседний транзистор. С помощью тока начинается работа нагрузочного прибора, а транзистор подсоединяется в цепь между установкой и источником. Полупроводниковый модуль ограничивает силу энергии, поступающей к агрегату.

Сопротивление на выходе транзистора трансформируется в зависимости от вольтажа на управляющем проводнике. Сила тока и напряжение в начале и конечной точке цепи изменяются и увеличиваются или уменьшаются и зависят от типа транзистора и способа его подсоединения. Контроль управляемого источника питания ведет к усилению тока, импульса мощности или увеличению напряжения.

Транзисторы обоих видов используются в следующих случаях:

  1. В цифровом регламенте. Разработаны экспериментальные проекты цифровых усилительных схем на основе цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).
  2. В генераторах импульсов. В зависимости от типа агрегата транзистор работает в ключевом или линейном порядке для воспроизведения прямоугольных или произвольных сигналов, соответственно.
  3. В электронных аппаратных приборах. Для защиты сведений и программ от воровства, нелегального взлома и использования. Работа проходит в ключевом режиме, сила тока управляется в аналоговом виде и регулируется с помощью ширины импульса. Транзисторы ставят в приводы электрических двигателей, импульсные стабилизаторы напряжения.

Монокристаллические полупроводники и модули для размыкания и замыкания контура увеличивают мощность, но функционируют только как переключатели. В цифровых устройствах применяют транзисторы полевого типа в качестве экономичных модулей. Технологии изготовления в концепции интегральных экспериментов предусматривают производство транзисторов на едином чипе из кремния.

Миниатюризация кристаллов ведет к ускорению действия компьютеров, снижению количества энергии и уменьшению выделения тепла.

Источник: odinelectric.ru

Как работает транзистор: принцип и устройство

Транзистор – прибор, предназначенный для управления током в электрической цепи. Применяется практически во всех моделях видео- и аудио аппаратуры. Полупроводниковые транзисторы пришли на смену морально устаревшим ламповым, которые устанавливались в старые телевизоры. Для изготовления полупроводниковых моделей ранее использовался германий, но сферы его применения ограничены из-за чувствительности к температурным колебаниям. На смену германию пришел кремний, т.к. кремниевые детали стоят дешевле германиевых и более устойчивы к скачкам температуры. Транзисторы небольшой мощности изготавливают в прямоугольных корпусах из полимерных материалов или в металлических цилиндрических. В этой статье мы постараемся простыми словами изложить, что такое транзистор, как он устроен и что делает.

Устройство транзисторов

Наиболее популярный вид полупроводникового транзистора – биполярный. В устройство транзистора этого типа входит монокристалл, разделенный на 3 зоны: база (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э), каждая из которых имеет свой вывод.

  • Б – база, очень тонкий внутренний слой;
  • Э – эмиттер, предназначается для переноса заряженных частиц в базу;
  • К – коллектор, составляющая, которая имеет тип проводимости, одинаковый с эмиттером, предназначена для сбора зарядов, поступивших с эмиттера.
  • n-типа — носителями зарядов являются электроны.
  • p-типа — носители зарядов – положительно заряженные «дырки».

Требуемый тип проводимости достигается путем легирования различных частей кремниевого монокристалла. Легирование – это добавление в состав материала различных примесей для улучшения физических и химических свойств этого материала. Транзисторы по типу проводимости раздаются на два типа: n-p-n и p-n-p.

Принцип работы транзистора

Транзистор работает в режимах «Открыто» и «Закрыто». Рассмотрим, как работает транзистор биполярного типа на уровне «чайников», и на каких физических процессах основано его функционирование. В таком транзисторе коллектор и эмиттер сильно легированы, база тонкая, содержит малое количество примесей.

Простое изложение принципа работы биполярного транзистора:

  • Подключение к зажимам одноименного напряжения к эмиттеру и базе (p подсоединяется к «+», а n – к «-») приводит к появлению тока между эмиттером и базой. В базе образуются носители зарядов. Чем выше напряжение, тем больше количество носителей зарядов появляется в базе. Ток, подаваемый на базу, называется управляющим.
  • Если к коллектору подключить обратное напряжение (n-коллектор подключается к плюсу, p-коллектор – к минусу), то между эмиттером и коллектором появится разница потенциалов, и между ними потечет ток. Чем больше носителей заряда скапливается в базе, тем сильнее будет ток между коллектором и эмиттером.
  • При увеличении управляющего напряжения на базе растет ток «эмиттер-коллектор». Причем несущественный рост напряжения приводит к значительному усилению тока «эмиттер-коллектор». Этот принцип используется при производстве усилителей.

Если к эмиттеру и базе подключают напряжение, противоположное по знаку, ток прекращается, и транзистор переходит в закрытое состояние.

Кратко принцип работы полупроводникового транзистора можно изложить так: при подключении к зажимам эмиттера и базы напряжения одноименного заряда прибор переходит в открытое состояние, при подключении к этим выводам обратных зарядов транзистор закрывается.

Как работает транзистор — видео

Источник: www.radioelementy.ru

Основы электроники для чайников: что такое транзистор и как он работает

Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не задумывается о том, как вся эта штука работает. На самом деле все довольно просто. Именно это мы и постараемся сегодня показать. А начнем с такого важного элемента, как транзистор. Расскажем, что это такое, что делает, и как работает транзистор.

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для управления электрическим током.

Где применяются транзисторы? Да везде! Без транзисторов не обходится практически ни одна современная электрическая схема. Они повсеместно используются при производстве вычислительной техники, аудио- и видео-аппаратуры.

Времена, когда советские микросхемы были самыми большими в мире, прошли, и размер современных транзисторов очень мал. Так, самые маленькие из устройств имеют размер порядка нанометра!

Приставка нано- обозначает величину порядка десять в минус девятой степени.

Однако существуют и гигантские экземпляры, использующиеся преимущественно в областях энергетики и промышленности.

Транзисторы

Существуют разные типы транзисторов: биполярные и полярные, прямой и обратной проводимости. Тем не менее, в основе работы этих приборов лежит один и тот же принцип. Транзистор — прибор полупроводниковый. Как известно, в полупроводнике носителями заряда являются электроны или дырки.

Область с избытком электронов обозначается буквой n (negative), а область с дырочной проводимостью – p (positive).

Как работает транзистор?

Чтобы все было предельно ясно, рассмотрим работу биполярного транзистора (самый популярный вид).

Биполярный транзистор (далее – просто транзистор) представляет собой кристалл полупроводника (чаще всего используется кремний или германий), разделенный на три зоны с разной электропроводностью. Зоны называются соответственно коллектором, базой и эмиттером. Устройство транзистора и его схематическое изображение показаны на рисунке ни же

Биполярный транзистор

Разделяют транзисторы прямой и обратной проводимости. Транзисторы p-n-p называются транзисторами с прямой проводимостью, а транзисторы n-p-n – с обратной.

Транзисторы

Теперь о том, какие есть два режима работы транзисторов. Сама работа транзистора похожа на работу водопроводного крана или вентиля. Только вместо воды – электрический ток. Возможны два состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт) и состояние покоя (транзистор закрыт).

Что это значит? Когда транзистор закрыт, через него не течет ток. В открытом состоянии, когда на базу подается малый управляющий ток, транзистор открывается, и большой ток начинает течь через эмиттер-коллектор.

Физические процессы в транзисторе

А теперь подробнее о том, почему все происходит именно так, то есть почему транзистор открывается и закрывается. Возьмем биполярный транзистор. Пусть это будет n-p-n транзистор.

Если подключить источник питания между коллектором и эмиттером, электроны коллектора начнут притягиваться к плюсу, однако тока между коллектором и эмиттером не будет. Этому мешает прослойка базы и сам слой эмиттера.

Транзистор закрыт

Если же подключить дополнительный источник между базой и эмиттером, электроны из n области эмиттера начнут проникать в область баз. В результате область базы обогатиться свободными электронами, часть из которых рекомбинирует с дырками, часть потечет к плюсу базы, а часть (большая часть) направится к коллектору.

Таким образом, транзистор получается открыт, и в нем течет ток эмиттер коллектор. Если напряжение на базе увеличить, увеличится и ток коллектор эмиттер. Причем, при малом изменении управляющего напряжения наблюдается значительный рост тока через коллектор-эмиттер. Именно на этом эффекте и основана работа транзисторов в усилителях.

Транзистор открыт

Вот вкратце и вся суть работы транзисторов. Нужно рассчитать усилитель мощности на биполярных транзисторах за одну ночь, или выполнить лабораторную работу по исследованию работы транзистора? Это не проблема даже для новичка, если воспользоваться помощью специалистов нашего студенческого сервиса.

Не стесняйтесь обращаться за профессиональной помощью в таких важных вопросах, как учеба! А теперь, когда у вас уже есть представление о транзисторах, предлагаем расслабиться и посмотреть клип группы Korn “Twisted transistor”! Например, вы решили купить отчет по практике, обращайтесь в Заочник.

Источник: zaochnik-com.ru

Как работает транзистор и где используется?

Радиоэлектронный элемент из полупроводникового материала с помощью входного сигнала создает, усиливает, изменяет импульсы в интегральных микросхемах и системах для хранения, обработки и передачи информации. Транзистор – это сопротивление, функции которого регулируются напряжением между эмиттером и базой или истоком и затвором в зависимости от типа модуля.

Виды транзисторов

Преобразователи широко применяются в производстве цифровых и аналоговых микросхем для обнуления статического потребительского тока и получения улучшенной линейности. Типы транзисторов различаются тем, что одни управляются изменением напряжения, вторые регулируются отклонением тока.

Полевые модули работают при повышенном сопротивлении постоянного тока, трансформация на высокой частоте не увеличивает энергетические затраты. Если говорить, что такое транзистор простыми словами, то это модуль с высокой границей усиления. Эта характеристика у полевых видов больше, чем у биполярных типов. У первых нет рассасывания носителей заряда , что ускоряет работу.

Полевые полупроводники применяются чаще из-за преимуществ перед биполярными видами:

  • мощного сопротивления на входе при постоянном токе и высокой частоте, это уменьшает потери энергии на управление;
  • отсутствия накопления неосновных электронов, из-за чего ускоряется работа транзистора;
  • переноса подвижных частиц;
  • стабильности при отклонениях температуры;
  • небольших шумов из-за отсутствия инжекции;
  • потребления малой мощности при работе.

Виды транзисторов и их свойства определяют назначение. Нагревание преобразователя биполярного типа увеличивает ток по пути от коллектора к эмиттеру. У них коэффициент сопротивления отрицательный, а подвижные носители текут к собирающему устройству от эмиттера. Тонкая база отделена p-n-переходами, а ток возникает только при накоплении подвижных частиц и их инжекции в базу. Некоторые носители заряда захватываются соседним p-n-переходом и ускоряются, так рассчитаны параметры транзисторов.

Полевые транзисторы имеют еще один вид преимущества, о котором нужно упомянуть для чайников. Их соединяют параллельно без выравнивания сопротивления. Резисторы для этой цели не применяются, так как показатель растет автоматически при изменении нагрузки. Для получения высокого значения коммутационного тока набирается комплекс модулей, что используется в инверторах или других устройствах.

Нельзя соединять параллельно биполярный транзистор, определение функциональных параметров ведет к тому, что выявляется тепловой пробой необратимого характера. Эти свойства связаны с техническими качествами простых p-n каналов. Модули соединяются параллельно с применением резисторов для выравнивания тока в эмиттерных цепях. В зависимости от функциональных черт и индивидуальной специфики в классификации транзисторов выделяют биполярные и полевые виды.

Биполярные транзисторы

Биполярные конструкции производятся в виде полупроводниковых приборов с тремя проводниками. В каждом из электродов предусмотрены слои с дырочной p-проводимостью или примесной n-проводимостью. Выбор комплектации слоев определяет выпуск p-n-p или n-p-n типов приборов. В момент включения устройства разнотипные заряды одновременно переносятся дырками и электронами, задействуется 2 вида частиц.

Носители движутся за счет механизма диффузии. Атомы и молекулы вещества проникают в межмолекулярную решетку соседнего материала, после чего их концентрация выравнивается по всему объему. Перенос совершается из областей с высоким уплотнением в места с низким содержанием.

Электроны распространяются и под действием силового поля вокруг частиц при неравномерном включении легирующих добавок в массе базы. Чтобы ускорить действие прибора, электрод, соединенный со средним слоем, делают тонким. Крайние проводники называют эмиттером и коллектором. Обратное напряжение, характерное для перехода, неважно.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор управляет сопротивлением с помощью электрического поперечного поля, возникающего от приложенного напряжения. Место, из которого электроны движутся в канал, называется истоком, а сток выглядит как конечная точка вхождения зарядов. Управляющее напряжение проходит по проводнику, именуемому затвором. Устройства делят на 2 вида:

  • с управляющим p-n-переходом;
  • транзисторы МДП с изолированным затвором.

Приборы первого типа содержат в конструкции полупроводниковую пластину, подключаемую в управляемую схему с помощью электродов на противоположных сторонах (сток и исток). Место с другим видом проводимости возникает после подсоединения пластины к затвору. Вставленный во входной контур источник постоянного смещения продуцирует на переходе запирающее напряжение.

Источник усиливаемого импульса также находится во входной цепи. После перемены напряжения на входе трансформируется соответствующий показатель на p-n-переходе. Модифицируется толщина слоя и площадь поперечного сечения канального перехода в кристалле, пропускающем поток заряженных электронов. Ширина канала зависит от пространства между обедненной областью (под затвором) и подложкой. Управляющий ток в начальной и конечной точках регулируется изменением ширины обедненной области.

Транзистор МДП характеризуется тем, что его затвор отделен изоляцией от канального слоя. В полупроводниковом кристалле, называемом подложкой, создаются легированные места с противоположным знаком. На них установлены проводники – сток и исток, между которыми на расстоянии меньше микрона расположен диэлектрик. На изоляторе нанесен электрод из металла – затвор. Из-за полученной структуры, содержащей металл, диэлектрический слой и полупроводник транзисторам присвоена аббревиатура МДП.

Устройство и принцип работы для начинающих

Технологии оперируют не только зарядом электричества, но и магнитным полем, световыми квантами и фотонами. Принцип действия транзистора заключается в состояниях, между которыми переключается устройство. Противоположный малый и большой сигнал, открытое и закрытое состояние – в этом заключается двойная работа приборов.

Вместе с полупроводниковым материалом в составе, используемого в виде монокристалла, легированного в некоторых местах, транзистор имеет в конструкции:

  • выводы из металла;
  • диэлектрические изоляторы;
  • корпус транзисторов из стекла, металла, пластика, металлокерамики.

До изобретения биполярных или полярных устройств использовались электронные вакуумные лампы в виде активных элементов. Схемы, разработанные для них, после модификации применяются при производстве полупроводниковых устройств. Их можно было подключить как транзистор и применять, т. к. многие функциональные характеристики ламп годятся при описании работы полевых видов.

Преимущества и недостатки замены ламп транзисторами

Изобретение транзисторов является стимулирующим фактором для внедрения инновационных технологий в электронике. В сети используются современные полупроводниковые элементы, по сравнению со старыми ламповыми схемами такие разработки имеют преимущества:

  • небольшие габариты и малый вес, что важно для миниатюрной электроники;
  • возможность применить автоматизированные процессы в производстве приборов и сгруппировать этапы, что снижает себестоимость;
  • использование малогабаритных источников тока из-за потребности в низком напряжении;
  • мгновенное включение, разогревание катода не требуется;
  • повышенная энергетическая эффективность из-за снижения рассеиваемой мощности;
  • прочность и надежность;
  • слаженное взаимодействие с дополнительными элементами в сети;
  • стойкость к вибрации и ударам.

Недостатки проявляются в следующих положениях:

  • кремниевые транзисторы не функционируют при напряжении больше 1 кВт, лампы эффективны при показателях свыше 1-2 кВт;
  • при использовании транзисторов в мощных сетях радиовещания или передатчиках СВЧ требуется согласование маломощных усилителей, подключенных параллельно;
  • уязвимость полупроводниковых элементов к воздействию электромагнитного сигнала;
  • чувствительная реакция на космические лучи и радиацию, требующая разработки стойких в этом плане радиационных микросхем.

Схемы включения

Чтобы работать в единой цепи транзистору требуется 2 вывода на входе и выходе. Почти все виды полупроводниковых приборов имеют только 3 места подсоединения. Чтобы выйти из трудного положения, один из концов назначается общим. Отсюда вытекают 3 распространенные схемы подключения:

  • для биполярного транзистора;
  • полярного устройства;
  • с открытым стоком (коллектором).

Биполярный модуль подключается с общим эмиттером для усиления как по напряжению, так и по току (ОЭ). В других случаях он согласовывает выводы цифровой микросхемы, когда существует большой вольтаж между внешним контуром и внутренним планом подключения. Так работает подсоединение с общим коллектором, и наблюдается только рост тока (ОК). Если нужно повышение напряжения, то элемент вводится с общей базой (ОБ). Вариант хорошо работает в составных каскадных схемах, но в однотранзисторных проектах ставится редко.

Полевые полупроводниковые приборы разновидностей МДП и с использованием p-n-перехода включаются в контур:

  • с общим эмиттером (ОИ) – соединение, аналогичное ОЭ модуля биполярного типа
  • с единым выходом (ОС) – план по типу ОК;
  • с совместным затвором (ОЗ) – похожее описание ОБ.

В планах с открытым стоком транзистор включается с общим эмиттером в составе микросхемы. Коллекторный вывод не подсоединяется к другим деталям модуля, а нагрузка уходит на наружный разъем. Выбор интенсивности вольтажа и силы тока коллектора производится после монтажа проекта. Приборы с открытым стоком работают в контурах с мощными выходными каскадами, шинных драйверах, логических схемах ТТЛ.

Для чего нужны транзисторы?

Область применение разграничена в зависимости от типа прибора – биполярный модуль или полевой. Зачем нужны транзисторы? Если необходима малая сила тока, например, в цифровых планах, используют полевые виды. Аналоговые схемы достигают показателей высокой линейности усиления при различном диапазоне питающего вольтажа и выходных параметров.

Областями установки биполярных транзисторов являются усилители, их сочетания, детекторы, модуляторы, схемы транзисторной логистики и инверторы логического типа.

Места применения транзисторов зависят от их характеристик. Они работают в 2 режимах:

  • в усилительном порядке, изменяя выходной импульс при небольших отклонениях управляющего сигнала;
  • в ключевом регламенте, управляя питанием нагрузок при слабом входном токе, транзистор полностью закрыт или открыт.

Вид полупроводникового модуля не изменяет условия его работы. Источник подсоединяется к нагрузке, например, переключатель, усилитель звука, осветительный прибор, это может быть электронный датчик или мощный соседний транзистор. С помощью тока начинается работа нагрузочного прибора, а транзистор подсоединяется в цепь между установкой и источником. Полупроводниковый модуль ограничивает силу энергии, поступающей к агрегату.

Сопротивление на выходе транзистора трансформируется в зависимости от вольтажа на управляющем проводнике. Сила тока и напряжение в начале и конечной точке цепи изменяются и увеличиваются или уменьшаются и зависят от типа транзистора и способа его подсоединения. Контроль управляемого источника питания ведет к усилению тока, импульса мощности или увеличению напряжения.

Транзисторы обоих видов используются в следующих случаях:

  1. В цифровом регламенте. Разработаны экспериментальные проекты цифровых усилительных схем на основе цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).
  2. В генераторах импульсов. В зависимости от типа агрегата транзистор работает в ключевом или линейном порядке для воспроизведения прямоугольных или произвольных сигналов, соответственно.
  3. В электронных аппаратных приборах. Для защиты сведений и программ от воровства, нелегального взлома и использования. Работа проходит в ключевом режиме, сила тока управляется в аналоговом виде и регулируется с помощью ширины импульса. Транзисторы ставят в приводы электрических двигателей, импульсные стабилизаторы напряжения.

Монокристаллические полупроводники и модули для размыкания и замыкания контура увеличивают мощность, но функционируют только как переключатели. В цифровых устройствах применяют транзисторы полевого типа в качестве экономичных модулей. Технологии изготовления в концепции интегральных экспериментов предусматривают производство транзисторов на едином чипе из кремния.

Миниатюризация кристаллов ведет к ускорению действия компьютеров, снижению количества энергии и уменьшению выделения тепла.

Источник: odinelectric.ru

Что такое транзистор? (принцип действия, назначение и применение, как выглядит)

Радиоэлектронный элемент из полупроводникового материала с помощью входного сигнала создает, усиливает, изменяет импульсы в интегральных микросхемах и системах для хранения, обработки и передачи информации. Транзистор — это сопротивление, функции которого регулируются напряжением между эмиттером и базой или истоком и затвором в зависимости от типа модуля.

Виды транзисторов

Преобразователи широко применяются в производстве цифровых и аналоговых микросхем для обнуления статического потребительского тока и получения улучшенной линейности. Типы транзисторов различаются тем, что одни управляются изменением напряжения, вторые регулируются отклонением тока.

Полевые модули работают при повышенном сопротивлении постоянного тока, трансформация на высокой частоте не увеличивает энергетические затраты. Если говорить, что такое транзистор простыми словами, то это модуль с высокой границей усиления. Эта характеристика у полевых видов больше, чем у биполярных типов. У первых нет рассасывания носителей заряда , что ускоряет работу.

Полевые полупроводники применяются чаще из-за преимуществ перед биполярными видами:

  • мощного сопротивления на входе при постоянном токе и высокой частоте, это уменьшает потери энергии на управление;
  • отсутствия накопления неосновных электронов, из-за чего ускоряется работа транзистора;
  • переноса подвижных частиц;
  • стабильности при отклонениях температуры;
  • небольших шумов из-за отсутствия инжекции;
  • потребления малой мощности при работе.

Виды транзисторов и их свойства определяют назначение. Нагревание преобразователя биполярного типа увеличивает ток по пути от коллектора к эмиттеру. У них коэффициент сопротивления отрицательный, а подвижные носители текут к собирающему устройству от эмиттера. Тонкая база отделена p-n-переходами, а ток возникает только при накоплении подвижных частиц и их инжекции в базу. Некоторые носители заряда захватываются соседним p-n-переходом и ускоряются, так рассчитаны параметры транзисторов.

Полевые транзисторы имеют еще один вид преимущества, о котором нужно упомянуть для чайников. Их соединяют параллельно без выравнивания сопротивления. Резисторы для этой цели не применяются, так как показатель растет автоматически при изменении нагрузки. Для получения высокого значения коммутационного тока набирается комплекс модулей, что используется в инверторах или других устройствах.

Нельзя соединять параллельно биполярный транзистор, определение функциональных параметров ведет к тому, что выявляется тепловой пробой необратимого характера. Эти свойства связаны с техническими качествами простых p-n каналов. Модули соединяются параллельно с применением резисторов для выравнивания тока в эмиттерных цепях. В зависимости от функциональных черт и индивидуальной специфики в классификации транзисторов выделяют биполярные и полевые виды.

Биполярные транзисторы

Биполярные конструкции производятся в виде полупроводниковых приборов с тремя проводниками. В каждом из электродов предусмотрены слои с дырочной p-проводимостью или примесной n-проводимостью. Выбор комплектации слоев определяет выпуск p-n-p или n-p-n типов приборов. В момент включения устройства разнотипные заряды одновременно переносятся дырками и электронами, задействуется 2 вида частиц.

Носители движутся за счет механизма диффузии. Атомы и молекулы вещества проникают в межмолекулярную решетку соседнего материала, после чего их концентрация выравнивается по всему объему. Перенос совершается из областей с высоким уплотнением в места с низким содержанием.

Электроны распространяются и под действием силового поля вокруг частиц при неравномерном включении легирующих добавок в массе базы. Чтобы ускорить действие прибора, электрод, соединенный со средним слоем, делают тонким. Крайние проводники называют эмиттером и коллектором. Обратное напряжение, характерное для перехода, неважно.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор управляет сопротивлением с помощью электрического поперечного поля, возникающего от приложенного напряжения. Место, из которого электроны движутся в канал, называется истоком, а сток выглядит как конечная точка вхождения зарядов. Управляющее напряжение проходит по проводнику, именуемому затвором. Устройства делят на 2 вида:

  • с управляющим p-n-переходом;
  • транзисторы МДП с изолированным затвором.

Приборы первого типа содержат в конструкции полупроводниковую пластину, подключаемую в управляемую схему с помощью электродов на противоположных сторонах (сток и исток). Место с другим видом проводимости возникает после подсоединения пластины к затвору. Вставленный во входной контур источник постоянного смещения продуцирует на переходе запирающее напряжение.

Источник усиливаемого импульса также находится во входной цепи. После перемены напряжения на входе трансформируется соответствующий показатель на p-n-переходе. Модифицируется толщина слоя и площадь поперечного сечения канального перехода в кристалле, пропускающем поток заряженных электронов. Ширина канала зависит от пространства между обедненной областью (под затвором) и подложкой. Управляющий ток в начальной и конечной точках регулируется изменением ширины обедненной области.

Транзистор МДП характеризуется тем, что его затвор отделен изоляцией от канального слоя. В полупроводниковом кристалле, называемом подложкой, создаются легированные места с противоположным знаком. На них установлены проводники — сток и исток, между которыми на расстоянии меньше микрона расположен диэлектрик. На изоляторе нанесен электрод из металла — затвор. Из-за полученной структуры, содержащей металл, диэлектрический слой и полупроводник транзисторам присвоена аббревиатура МДП.

Устройство и принцип работы для начинающих

Технологии оперируют не только зарядом электричества, но и магнитным полем, световыми квантами и фотонами. Принцип действия транзистора заключается в состояниях, между которыми переключается устройство. Противоположный малый и большой сигнал, открытое и закрытое состояние — в этом заключается двойная работа приборов.

Вместе с полупроводниковым материалом в составе, используемого в виде монокристалла, легированного в некоторых местах, транзистор имеет в конструкции:

  • выводы из металла;
  • диэлектрические изоляторы;
  • корпус транзисторов из стекла, металла, пластика, металлокерамики.

До изобретения биполярных или полярных устройств использовались электронные вакуумные лампы в виде активных элементов. Схемы, разработанные для них, после модификации применяются при производстве полупроводниковых устройств. Их можно было подключить как транзистор и применять, т. к. многие функциональные характеристики ламп годятся при описании работы полевых видов.

Преимущества и недостатки замены ламп транзисторами

Изобретение транзисторов является стимулирующим фактором для внедрения инновационных технологий в электронике. В сети используются современные полупроводниковые элементы, по сравнению со старыми ламповыми схемами такие разработки имеют преимущества:

  • небольшие габариты и малый вес, что важно для миниатюрной электроники;
  • возможность применить автоматизированные процессы в производстве приборов и сгруппировать этапы, что снижает себестоимость;
  • использование малогабаритных источников тока из-за потребности в низком напряжении;
  • мгновенное включение, разогревание катода не требуется;
  • повышенная энергетическая эффективность из-за снижения рассеиваемой мощности;
  • прочность и надежность;
  • слаженное взаимодействие с дополнительными элементами в сети;
  • стойкость к вибрации и ударам.

Недостатки проявляются в следующих положениях:

  • кремниевые транзисторы не функционируют при напряжении больше 1 кВт, лампы эффективны при показателях свыше 1-2 кВт;
  • при использовании транзисторов в мощных сетях радиовещания или передатчиках СВЧ требуется согласование маломощных усилителей, подключенных параллельно;
  • уязвимость полупроводниковых элементов к воздействию электромагнитного сигнала;
  • чувствительная реакция на космические лучи и радиацию, требующая разработки стойких в этом плане радиационных микросхем.

Схемы включения

Чтобы работать в единой цепи транзистору требуется 2 вывода на входе и выходе. Почти все виды полупроводниковых приборов имеют только 3 места подсоединения. Чтобы выйти из трудного положения, один из концов назначается общим. Отсюда вытекают 3 распространенные схемы подключения:

  • для биполярного транзистора;
  • полярного устройства;
  • с открытым стоком (коллектором).

Биполярный модуль подключается с общим эмиттером для усиления как по напряжению, так и по току (ОЭ). В других случаях он согласовывает выводы цифровой микросхемы, когда существует большой вольтаж между внешним контуром и внутренним планом подключения. Так работает подсоединение с общим коллектором, и наблюдается только рост тока (ОК). Если нужно повышение напряжения, то элемент вводится с общей базой (ОБ). Вариант хорошо работает в составных каскадных схемах, но в однотранзисторных проектах ставится редко.

Полевые полупроводниковые приборы разновидностей МДП и с использованием p-n-перехода включаются в контур:

  • с общим эмиттером (ОИ) — соединение, аналогичное ОЭ модуля биполярного типа
  • с единым выходом (ОС) — план по типу ОК;
  • с совместным затвором (ОЗ) — похожее описание ОБ.

В планах с открытым стоком транзистор включается с общим эмиттером в составе микросхемы. Коллекторный вывод не подсоединяется к другим деталям модуля, а нагрузка уходит на наружный разъем. Выбор интенсивности вольтажа и силы тока коллектора производится после монтажа проекта. Приборы с открытым стоком работают в контурах с мощными выходными каскадами, шинных драйверах, логических схемах ТТЛ.

Для чего нужны транзисторы?

Область применение разграничена в зависимости от типа прибора — биполярный модуль или полевой. Зачем нужны транзисторы? Если необходима малая сила тока, например, в цифровых планах, используют полевые виды. Аналоговые схемы достигают показателей высокой линейности усиления при различном диапазоне питающего вольтажа и выходных параметров.

Областями установки биполярных транзисторов являются усилители, их сочетания, детекторы, модуляторы, схемы транзисторной логистики и инверторы логического типа.

Места применения транзисторов зависят от их характеристик. Они работают в 2 режимах:

  • в усилительном порядке, изменяя выходной импульс при небольших отклонениях управляющего сигнала;
  • в ключевом регламенте, управляя питанием нагрузок при слабом входном токе, транзистор полностью закрыт или открыт.

Вид полупроводникового модуля не изменяет условия его работы. Источник подсоединяется к нагрузке, например, переключатель, усилитель звука, осветительный прибор, это может быть электронный датчик или мощный соседний транзистор. С помощью тока начинается работа нагрузочного прибора, а транзистор подсоединяется в цепь между установкой и источником. Полупроводниковый модуль ограничивает силу энергии, поступающей к агрегату.

Сопротивление на выходе транзистора трансформируется в зависимости от вольтажа на управляющем проводнике. Сила тока и напряжение в начале и конечной точке цепи изменяются и увеличиваются или уменьшаются и зависят от типа транзистора и способа его подсоединения. Контроль управляемого источника питания ведет к усилению тока, импульса мощности или увеличению напряжения.

Транзисторы обоих видов используются в следующих случаях:

  1. В цифровом регламенте. Разработаны экспериментальные проекты цифровых усилительных схем на основе цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).
  2. В генераторах импульсов. В зависимости от типа агрегата транзистор работает в ключевом или линейном порядке для воспроизведения прямоугольных или произвольных сигналов, соответственно.
  3. В электронных аппаратных приборах. Для защиты сведений и программ от воровства, нелегального взлома и использования. Работа проходит в ключевом режиме, сила тока управляется в аналоговом виде и регулируется с помощью ширины импульса. Транзисторы ставят в приводы электрических двигателей, импульсные стабилизаторы напряжения.

Монокристаллические полупроводники и модули для размыкания и замыкания контура увеличивают мощность, но функционируют только как переключатели. В цифровых устройствах применяют транзисторы полевого типа в качестве экономичных модулей. Технологии изготовления в концепции интегральных экспериментов предусматривают производство транзисторов на едином чипе из кремния.

Миниатюризация кристаллов ведет к ускорению действия компьютеров, снижению количества энергии и уменьшению выделения тепла.

Применение биполярных транзисторов с микроконтроллерами / Хабр

В современном цифровом мире микроконтроллерам часто требуется выполнять какие-то действия в физическом мире людей с помощью различных механических, оптических, акустических и других внешних устройств. Транзисторы призваны согласовать микроконтроллер с исполнительными устройствами. В статье рассмотрим применение биполярных транзисторов в ключевых режимах.

Биполярный транзистор является по сути токовым прибором, током управляется и током управляет. По типу проводимости биполярные транзисторы бывают pnp и npn типа.

Наиболее часто используется схема включения с общим эмиттером. В этой схеме управление подается на базу через токоограничивающий резистор относительно эмиттера. Нагрузка подключается в цепь коллектора.

Схема управления светодиодом с рабочим током 50 мА

Светодиодом с рабочим током 50 мА нельзя управлять непосредственно от микроконтроллера, так как допустимый выходной ток с ножки обычно ограничен значением 10 мА – 20 мА.

Например, нам нужно включать/выключать инфракрасный светодиод BL-L513IRBC которым мы планируем управлять кондиционером.

Рисунок 1. Управление светодиодом через эмиттерный повторитель

Резистор R1 задает ток базы транзистора при включении и при выключении. Транзистор BC847C довольно маломощный и при токе 50 мА на коллекторе в режиме насыщения будет падать около 200 мВ. Падение на светодиоде составит 2.0 В. Резистор R2 нужно выбрать таким, чтобы ток через светодиод был равен 50 мА. При питании 12 В, и суммарном падении напряжения на транзисторе и светодиоде 2.2 В на резисторе будет напряжение 9.8 В. Чтобы получить ток 50 мА сопротивление резистора R2 должно быть 196 Ом.

Если взять более мощный транзистор, например, BC817-25, то напряжение насыщения коллектора у него будет меньше, около 40 мВ при токе коллектора 50 мА, но у более мощных транзисторов, как правило, меньше коэффициент усиления.

При питании коллекторной цепи от 12 В мы можем соединить несколько светодиодов последовательно и управлять ими одновременно (например, чтобы увеличить дальность работы нашего пульта управления) соответственным образом пересчитав токоограничивающий резистор R2.

Как выбрать резистор в базе транзистора? Транзистор BC847C имеет коэффициент передачи по току hFE = 400 – 800. В линейном режиме это будет означать что ток базы (управляющий ток) во столько раз меньше тока коллектора (управляемый ток). Так как схема у нас работает в ключевом режиме, то ток базы необходимо установить больше. Чем больше ток базы, тем быстрей транзистор включится. Коэффициент во сколько раз ток базы превышает минимальный называется коэффициентом насыщения. Минимальный ток базы (с коэффициентом насыщения единица) который полностью откроет транзистор будет 50 мА / 400 = 0.125 мА. Так как характеристики транзистора меняются со временем, при изменении температуры, при изменении тока коллектора, от партии к партии, у разных производителей, правильным решением будет задавать коэффициент насыщения больше единицы, иначе может возникнуть ситуация при которой транзистор будет открываться не полностью и схема будет работать при этом не верно. Верхнее значение тока базы ограничено либо максимальным током базы по документации на транзистор, либо максимально допустимым током который может выдать выход микроконтроллера. Пусть максимальный ток базы у нас будет 10 мА.

Рассчитаем базовый резистор для схемы на рисунке 1. Напряжение на базе при насыщении принято считать 0.7 В. При питании микроконтроллера 3.3 В на базовом резисторе будет напряжение 2.6 В. Минимальный базовый ток 0.125 мА будет обеспечен сопротивлением 20800 Ом. Максимальный базовый ток 10 мА будет обеспечен сопротивлением 260 Ом. В данном случае у нас довольно широкий диапазон выбора сопротивления, можем взять 1 кОм.

Рассмотрим схему с другой нагрузкой

Рисунок 2. Управление мощной нагрузкой

Нам нужно включать мотор с рабочим током 0.7 А. Для включения нам потребуется более мощный транзистор. Возьмем транзистор SS8050 с максимально допустимым током коллектора 1.5 А. У этого транзистора минимальный коэффициент передачи тока 120. При токе коллектора 0.7 А, нам необходимо обеспечить минимальный ток базы 5.8 мА. С учетом того что необходимо реализовать коэффициент насыщения больше единицы, у нас остается рабочий вариант для тока базы 10 мА. При заданном токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения базы этого транзистора составит около 1.2 В (по документации на транзистор). Напряжение на базовом резисторе получится 2.1 В, Минимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.010 А = 210 Ом. Максимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.0058 А = 360 Ом. Если мы поставим базовый резистор больше 360 Ом, транзистор заведомо не будет открываться полностью и не обеспечит ток на выходе в 0.7 А.

При токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения коллектора составит около 0.2 В. Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора составит около 0.14 Вт, транзистор при этом будет заметно теплым.

Дополнительно отмечу, что электродвигатель постоянного тока является индуктивной нагрузкой и параллельно ему обязательно нужно ставить защитный диод который защитит транзистор от ЭДС самоиндукции при выключении транзистора. Номинальный ток этого диода должен быть равен или больше рабочего тока индуктивной нагрузки. Рабочее напряжение диода должно быть больше напряжения питания нагрузки.

Нужно указать на важный момент. Чем больше ток базы, тем быстрей включится транзистор, тем больше коэффициент насыщения. Чем больше коэффициент насыщения, там медленней транзистор будет выключаться. Задержка выключения может достигать нескольких сотен наносекунд. На первый взгляд эта величина кажется слишком маленькой чтобы обращать на нее внимание. Фактически, если вы станете управлять током через нагрузку с помощью ШИМ, или постараетесь увеличить скорость передачи данных через инфракрасный канал, вы увидите что задержка выключения транзистора будет очень сильно искажать сигнал.

Например, возьмем ШИМ частотой 20 кГц с разрешением 8 бит. Период ШИМ-а будет 50 микросекунд, разрешение одного шага составит около 200 наносекунд. Задержка выключения транзистора на 400 наносекунд поглотит разрешение двух младших бит и оставит от разрешения 8 бит всего 6 бит динамического диапазона.

Для увеличения скорости выключения транзистора есть способы которые мы рассмотрим позже.

Рассмотрим еще одну схему, которая обладает рядом интересных свойств

Рисунок 3. Схема стабилизации тока

Эта схема также с общим эмиттером. В ней отсутствует резистор в цепи базы, и ток базы задается сопротивлением резистора в цепи эмиттера. Через этот резистор течет ток базы и ток коллектора (ток управления и ток нагрузки). Получается отрицательная обратная связь: при увеличении тока нагрузки, будет увеличиваться ток через эмиттерный резистор и при этом будет увеличиваться падение напряжения на эмиттерном резисторе. Так как напряжение на базе у нас фиксированное, 3.3 В, то при увеличении напряжения на эмиттерном резисторе напряжение на эмиттерном переходе транзистора будет уменьшаться, при этом будет уменьшаться ток базы и транзистор будет закрываться. Таким образом, будет стабилизироваться эмиттерный ток транзистора. Так как базовый ток в коэффициент усиления раз меньше коллекторного, то его влияние на напряжение эмиттерного резистора незначительное и, при первом приближении, его можно не учитывать при расчете и считать что ток эмиттера приблизительно равен току коллектора .

Сопротивление эмиттерного резистора рассчитать довольно просто. При управляющем напряжении 3.3 В, и падении на эмиттерном переходе 0.7 В напряжение на эмиттерном резисторе получается 2.6 В. При целевом токе в нагрузке 50 мА, сопротивление эмиттерного резистора должно быть около 52 Ом.

Эта схема позволяет стабилизировать ток нагрузки, то есть, при изменении напряжения питания нагрузки (или при изменении сопротивления нагрузки) ток через нагрузку останется постоянным. Мы можем поставить один светодиод, два или три при этом эмиттерный резистор менять не придется и ток через светодиоды будет один и тот же. При этом нужно отметить, что в этой схеме избыточное напряжение падает на транзисторе и нужно учитывать мощность рассеиваемую на транзисторе.

Транзистор в этой схеме работает в линейном режиме и не входит в насыщение. Это позволяет транзистору быстро открываться и быстро закрываться.

В этой схеме только один резистор вместо двух, что так же может иметь важное значение в практическом применении.

Важно чтобы напряжение управления базы было стабильным, так как оно является опорным для стабилизации тока.

Для питания коллекторной цепи этой схемы требуется напряжение большее чем напряжение управляющего сигнала.

Способы сократить время выключения транзистора

Если у нас стоит базовый резистор и мы управляем транзистором от вывода микроконтроллера с питанием 3.3 В, то получается что мы включаем транзистор током с 3.3 В , а выключаем транзистор током через тот же резистор, но током с напряжения 0.7 В, то есть ток базы на выключение транзистора получится меньше.

Рисунок 4. Время выключения транзистора 1200 нсек

Это одна из причин почему выключается транзистор медленней. Для увеличения скорости выключения транзистора мы можем применить такую схему.

Рисунок 5. Время выключения транзистора 400 нсек

В схеме на рисунке 5, при выключении, когда выходной сигнал с микроконтроллера становится равным 0 В, получается что оба резистора 300 Ом и 200 Ом соединяются параллельно и суммарное сопротивление становится меньше, что приводит к увеличению тока базы транзистора при выключении. Это увеличивает скорость выключения транзистора.

Еще один способ увеличить скорость выключения транзистора, это сократить глубину насыщения транзистора при включении. Диод подключенный от базы на коллектор уменьшит глубину насыщения. Вначале включения на коллекторе высокое напряжение, диод закрыт и весь ток базового резистора течет через эмиттерный переход транзистора. Когда напряжение на коллекторе станет ниже напряжения базы, этот диод начнет шунтировать эмиттерный переход и часть тока базового резистора потечет через диод при этом ток через эмиттерный переход уменьшится и это сократит глубину насыщения транзистора.

Рисунок 6. Задержка выключения транзистора составляет около 20 нсек

Каскад увеличения выходного тока на биполярных транзисторах.

Эта схема позволяет увеличить ток на выходе. Это полумостовая схема. В ней используется два транзистора различной проводимости, комплементарная пара транзисторов. Оба транзистора, и верхний и нижний, в этой схеме включены по схеме с общим коллектором. Включение с общим коллектором обладает такой особенностью, что выходное напряжение не может быть больше входного напряжения, при этом происходит усиление тока.

Рисунок 7. Схема увеличения выходного тока

При построении полумоста на полевых транзисторах нужно особым образом проектировать схему управления, и если оба транзистора управлять от одного сигнала, то в момент переключения будет течь сквозной ток с питания на землю, так как один транзистор уже включился, а другой еще не успел выключиться.

Сквозной ток плох тем, что он будет увеличивать потребление, сквозной ток будет создавать мощную помеху и может вывести транзисторы из строя. Для устранения этого для управления полумостом полевых транзисторов используют два сигнала, на один транзистор подается сигнал отключения, затем пауза на время отключения транзистора (мертвое время, deadtime), затем подается сигнал на включение второго транзистора. Такой способ заметно усложняет схему управления и требует два различных сигнала управления. Полумостовая схема на биполярных транзисторах включенных с общим эмиттером тоже требует мертвое время при переключении для исключения сквозного тока.

Схема изображенная на рисунке 7 с биполярными транзисторами включенными по схеме с общим коллектором лишена такого недостатка, и полумост может управляться одним сигналом. То есть сквозной ток через оба транзистора при переключении в схеме на рисунке 7 отсутствует.

Дополнительным достоинством этой схемы, является отсутствие резисторов.

Так же, транзисторы в этой схеме работают без насыщения, то есть максимально быстро включаются и отключаются, что позволяет применять эту схему как усилитель ШИМ.

Недостатком этой схемы является падение на транзисторах. На примере нижнего транзистора. Когда мы переводим сигнал управления на базе с 3.3 В на 0 В, нижний транзистор начинает включаться. При этом напряжение на эмиттере транзистора не может стать равным нулю, так как в этом случае через эмиттерный переход будет отсутствовать ток открывающий транзистор. Таким образом минимальное напряжение на выходе этого каскада составит около 0.7 В. Аналогичная ситуация и с верхним транзистором, максимальное напряжение на выходе каскада не может быть больше чем напряжение питания минус 0.7 В.

Как можно использовать каскад усиления тока

Если взять два таких полумоста с питанием равным напряжению питания микроконтроллера, сделать сигнал ШИМ и его инверсию (либо отдельным инвертором, либо конфигурацией выходов в микроконтроллере) и подать каждый сигнал на свой полумост, то получится довольно мощный усилитель, например для генерации звука.

Рисунок 8

При питании усилителя от 3.3 В Размах напряжения на выходе составит 3.3 В — 2 * 0.7 В = 1.9 В. При использовании динамической головки сопротивлением 4 Ом ток через нее составит около 0.4 А и максимальная мощность на нагрузке получится чуть больше половины Ватта. Что довольно таки хорошо для такого простейшего усилителя ШИМ. Питание этой схемы усилителя нужно качественно фильтровать, так как любое изменение напряжения питания будет отражаться на изменении тока через нагрузку.

При применении микроконтроллера с питанием 5 В так же можно увеличить напряжение питания усилителя до 5 В, при этом выходная мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом получится около 3 Вт. При этом нужно взять транзисторы с большим допустимым током коллектора, например комплементарную пару SS8550 (pnp) и SS8050 (npn), они допускают ток коллектора до 1.5 А, транзисторы придется дополнительно охлаждать.

Эту же схему можно использовать для управления коллекторными моторами с применением ШИМ. Схема позволяет менять направление вращения электромотора. При использовании более высокого напряжения питания этого усилителя тока требуется также увеличить напряжение управляющего сигнала.

Рисунок 9. Мост управления коллекторным двигателем

Для приведения уровня управляющего сигнала с 3.3 В до 15 В применен транзистор.

В этой схеме для управления каждым полумостом используется логическая микросхема 4069 (CD4069UB). В этой микросхеме шесть логических инверторов, питание микросхемы может осуществляться от 3 В до 18 В. Для управления мостом необходимо подать питание на эту микросхему от того же напряжения питания что и мост. Эта же микросхема используется для формирования инверсного сигнала для второго полумоста. Для того чтобы на нагрузку можно было подать максимальное напряжение 12 В с учетом падения на транзисторах, увеличено напряжение питания моста до 15 В. В этой схеме реализован режим управления током нагрузки fast decay. Для реализации режима slow decay потребуется отдельное управление для каждого полумоста.

Для упрощения понимания в статье рассматриваются только основные параметры, и характеристики реальных каскадов будут несколько отличаться. Все схемы приведенные в статье промоделированы в LTspice

Раз вы дочитали до этого момента – значит статья вас заинтересовала. Поддержите автора донатом!

https://donate.stream/ya4100117341489066

Что такое транзисторы и для чего они нужны | ЭТМ для профессионалов

Транзисторы – это активные полупроводниковые приборы с несколькими электрическими переходами и тремя выводами, предназначенные для усиления сигнала и генерации колебаний. Транзисторы бывают разные, но можно выделить два основных класса: биполярные и полевые.

В биполярных транзисторах есть два p-n-перехода, через которые переносятся заряды двух полярностей – электроны (отрицательные) и дырки (положительные), поэтому их и называют «БИполярные». В полевых транзисторах физические процессы обусловлены движением зарядов одной полярности, их также называют «УНИполярными».

Это не все отличия транзисторов разных типов, поэтому давайте сначала поговорим о том, что такое биполярные транзисторы и как они работают.

Устройство и обозначение на схеме

Если вы читали статью о тиристорах, то помните, что их называют полууправляемыми ключами, потому что их можно открыть, но управлять моментом закрытия мы не можем (за исключением некоторых случаев). Транзистор же мы можем открывать и закрывать, когда это необходимо, поэтому их называют полностью управляемыми полупроводниковыми ключами.

Биполярный транзистор состоит из трёх чередующихся областей полупроводника с разной проводимостью (p- и n-проводимости). Между областями с разной проводимостью образуются два p-n-перехода. По типу проводимости различают две структуры биполярных транзисторов:

  1. С прямой проводимостью, обозначается как p-n-p.
  2. С обратной проводимостью, обозначается как n-p-n.

Области называются эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). Между областями находятся p-n переходы — эмиттерный (1) и коллекторный (2).

Рисунок 1 — структура npn- и pnp-транзистора

Рисунок 1 — структура npn- и pnp-транзистора

Условное графическое обозначение биполярных транзисторов по ГОСТ 2.730-73 на схеме изображено на рисунке 2, но на схемах, изданных в разных странах, оно может несколько отличаться, например, обозначаться в окружности или могут немного отличаться стрелки. Но основной вид не изменяется — эмиттер всегда со стрелкой, коллектор без стрелки, база между ними.

Рисунок 2 — УГО биполярных транзисторов

Рисунок 2 — УГО биполярных транзисторов

Принцип работы

Предлагаю в этой статье не углубляться в теорию, структуру и физические процессы, протекающие в транзисторы. Ограничимся простой практической частью, если вы хотите узнать подробнее — напишите об этом в комментариях.

Итак, транзисторы позволяют управлять большими токами с помощью малых токов. У него есть три вывода — эмиттер, коллектор и база. База – это управляющий электрод, на неё подают управляющий ток, а эмиттер с коллектором включают в цепь, которой необходимо управлять. С помощью транзистора можно усиливать ток или напряжение, что используется как в силовых цепях, так и для согласования цепей с разными параметрами.

Но как усиливает транзистор? Сам по себе транзистор ничего усилить не может, все изменения токов и напряжений происходят с помощью дополнительного источника питания.

Это похоже на реле или контактор, где управляющее напряжение может быть подано через небольшую кнопку от одного источника питания или приходить от выхода контроллера, а силовые контакты будут включать многокиловаттную нагрузку, запитанную от другого источника питания. При этом силовая цепь и управления могут отличаться по напряжению в любую сторону.

У транзистора сила тока коллектора пропорционально зависит от силы тока базы. Величина, которая связывает ток коллектора и тока базы называют коэффициентом усиления по току и обозначается как h31Э или латинской буквой B, он равен отношению тока коллектора (Ik) к току базы (Iб):

Например, коэффициент усиления транзистора равен 100. То если приложить напряжение между коллектором и эмиттером, и подать ток на базу силой в 10 мА, то через коллектор будет протекать ток силой в 1А.

Представим другую ситуацию, мы знаем Н21э транзистора, он равен 40, и какой ток коллектора нам нужно получить, тогда нужно подать на базу ток:

Iб=Iк/h31Э=1/40=0.025 А = 25 мА.

И наоборот, при известном токе базы Iб = 100 мА и Н21э = 50, можно посчитать какой будет ток коллектора:

Iк=Iб*h31э

Токе, протекающем через транзистор состоит из трёх составляющих: ток базы (Iб), коллектора (Iк) и эмиттера (Iэ). Ток эмиттера складывается из тока базы и тока коллектора.

Рисунок 3 – токи в транзисторе

Рисунок 3 – токи в транзисторе

Для работы транзистора нужно выполнить 2 условия – приложить напряжение между коллектором и эмиттером (Uкэ) и обеспечить протекание тока базы, для этого прикладывают напряжение между базой и эмиттером (Uэб). Для иллюстрации в качестве примера ниже изображена схема включения транзистора с общим эмиттером.

Рисунок 4 — схема включения транзистора с общим эмиттером

Рисунок 4 — схема включения транзистора с общим эмиттером

Чтобы понять, как используют транзистор на практике, рассмотрим простейшую схему включения транзистора для управления нагрузкой, изображённую на рисунке 5. У нас есть источник питания GB с постоянным напряжением на выходе, транзистор VT1, резистор R1, задающий ток базы, выключатель SA1 и лампочка накаливания EL1 в качестве нагрузки.

При замыкании ключа SA1 от источника GB1 через резистор R1 потечёт ток базы Iб и откроет транзистор VT1. Лампа EL1 загорится, и яркость её свечения зависит от тока коллектора. Изменяя сопротивление R1, мы увеличиваем или уменьшаем ток базы, соответственно увеличивается или уменьшается ток коллектора.

Рисунок 5 — схема управления нагрузкой с помощью транзистора

Рисунок 5 — схема управления нагрузкой с помощью транзистора

Как отмечалось выше, ток базы будет в h31э раз меньше тока коллектора, то есть если коэффициент усиления тока у транзистора равен 20, то ток базы будет в 20 раз меньше тока коллектора. Максимальный ток коллектора будет ограничен сопротивлением спирали лампы EL1.

Если резистор R1 заменить потенциометром – получим возможность регулировки яркости лампы, такая схема называется линейным регулятором, а режим, в котором будет работать транзистор, активным. Таким образом, с помощью транзистора можно усиливать ток, а в качестве управляющего может использоваться любой сигнал, например, от датчика, или звуковой сигнал.

Рассмотрим еще один практический пример, допустим, вам нужно, чтобы микроконтроллер включал или выключал нагрузку с напряжением 220В, но максимальный ток выхода 20 мА, напряжение логической единицы 5 вольт. Вы решаете использовать малогабаритное реле для монтажа на печатную плату с катушкой на 5 вольт типа SRD-05VDC-SL-С, но у него ток катушки 71.4 мА. Выход микроконтроллера просто сгорит, если подключить обмотку этого реле напрямую.

Значит, нужно усилить ток, будем использовать для этого использовать транзистор, включённый по схеме похожей на рассмотренную на рисунке 5. Для этого подойдёт npn-транзистор типа 2N2222A, с такими характеристиками:

  • Напряжение коллектор-эмиттер — не более 40 В;
  • Напряжение коллектор-база — не более 75 В;
  • Напряжение эмиттер-база — не более 6 В;
  • Ток коллектора не более 0.8 А.

Или любой другой подобный маломощный.

Тогда схема примет несколько другой вид (рисунок 6). Ток выхода микроконтроллера будет около 15 мА, что вписывается в допустимые значения, ток коллектора будет ограничен током катушки реле. Диод VD1 называют обратным, он нужен для подавления импульсов ЭДС самоиндукции при закрытии транзистора и отключении катушки, используется также маломощный, например, 1N4118.

Рисунок 6 — пример использования транзистора для усиления тока выхода микроконтроллера

Рисунок 6 — пример использования транзистора для усиления тока выхода микроконтроллера

Примерно и подключены реле к управляющему элементу (микроконтроллеру или аналоговым схемам) в различной автоматике, типа реле времени, освещённости или импульсных реле для управления освещением.

Принцип действия и схемы включения pnp-транзисторов аналогичны, отличается лишь полярность напряжения на всех выводах.

Основные схемы включения транзисторов и режимы работы

Различают 3 основных схемы включения транзисторов:

  1. С общим эмиттером.
  2. С общим коллектором.
  3. С общей базой.

Наиболее распространены первые два варианта, при них входная цепь эмиттер-база, а выходная – коллектор-эмиттер, соответственно входной ток – это ток базы, а выходной – коллекторный или эмиттерный ток. Схема с общим коллектором используется для усиления тока, на выходе сигнал (напряжение и ток в нагрузке Urэ) совпадает по фазе с сигналом управления. В схеме с общим эмиттером усиливается напряжение, а выходной сигнал (Uкэ) в противофазе со входным — выходное напряжение перевёрнуто относительно выходного, когда на входе высокое напряжение, на выходе оно близко к нулю.

Рисунок 7 — основные схемы включения транзисторов

Рисунок 7 — основные схемы включения транзисторов

Таблица 1 — расчетные соотношения и типовые величины коэффициентов усиления и сопротивлений различных схем включения биполярных транзисторов

Таблица 1 — расчетные соотношения и типовые величины коэффициентов усиления и сопротивлений различных схем включения биполярных транзисторов

В зависимости от задачи транзистор может работать в разных режимах:

  1. Режим насыщения. В этом режиме транзистор находится в проводящем состоянии, он полностью открыт, оба pn-перехода смещены в прямом направлении. Напряжение на транзисторе крайне низкое (доли – единицы вольт), и всё напряжение падает на нагрузке.
  2. Режим отсечки. В этом случае транзистор закрыт, ток через него не протекает, и оба перехода смещены в обратном направлении. В таком режиме через транзистор протекают только очень низкие обратные токи эмиттера (Iэбо) и коллектора (Iкбо).
  3. Активный режим. В этом случае транзистор проводит ток, но открыт не полностью и в какой-то степени ограничивает ток, при этом коллекторный переход смещён в обратном направлении, а эмиттерный в прямом.
  4. Инверсный активный режим. Здесь коллекторный переход смещён в прямом направлении, а эмиттерный смещён в обратном. Этот режим используется реже остальных.

Если в процессе работы транзистор резко переход из режима насыщения в режим отсечки и наоборот, то транзистор работает в ключевом режиме. Он используется в импульсных схемах источников питания, усилителей класса D, цифровой электронике. Активный режим используется в линейных регуляторах, усилителях класса А и других подобных схемах. Для сравнения потери в виде нагрева транзистора в ключевом режиме – минимальны, а в активном максимальны.

Заключение

23 декабря 1947 года прошла презентация нового изобретения – транзистора, этот день считается датой его рождения. Изобрели транзистор американские ученные У. Шокли, Д. Бардин и У. Браттейн, работавшие в то время в лаборатории Bell Labs. Спустя 9 лет, в 1956 году, изобретатели были удостоены Нобелевской премии.

слева направо: Джон Бардин, Уильям Шокли, Уолтер Браттейн. Фото из сервися Яндекс.Картинки

слева направо: Джон Бардин, Уильям Шокли, Уолтер Браттейн. Фото из сервися Яндекс.Картинки

Сначала транзистор называли полупроводниковым триодом, по аналогии с электронной лампой. Привычное нам название было придумано коллегой изобретателей Джоном Пирсом, и составлено из двух слов — transfer – передача и resistor – сопротивление, из его принципа действия – ток в базе изменяет сопротивление между коллектором и эмиттером.

Для чего нужен транзистор в схеме

Что такое транзистор? Наверняка каждый человек хотя бы раз в жизни слышал это слово. Однако далеко не каждый знаком с его значением, а тем более с устройством и назначением транзистора. Это понятие подробно изучают студенты технических ВУЗов. При этом довольно часто технические знания пригождаются в жизни людям, не имеющим ничего общего с инженерной деятельностью. В этой статье мы рассмотрим в каких областях они применяются.

Принцип работы прибора

Транзистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления электрического сигнала. Благодаря особому строению кристаллических решёток и полупроводниковым свойствам, этот прибор способен увеличивать амплитуду протекающего тока.

Полупроводники — вещества, которые способны проводить ток, а также препятствовать его прохождению. Самыми яркими их представителями являются кремний и германий. Существует два вида полупроводников:

В полупроводниках электрический ток возникает из-за недостатка или переизбытка свободных электронов. Например, кристаллическая решётка атома состоит из трёх электронов. Однако если ввести в это вещество атом, состоящий из четырёх электронов, один будет лишним. Он является свободным электроном. Соответственно, чем больше таких электронов, тем ближе это вещество по своим свойствам к металлу. А значит, и проводимость тока больше. Такие полупроводники называются электронными.

Теперь поговорим о дырочных. Для их создания в вещество вводятся атомы другого вещества, кристаллическая решётка которого содержит больше атомов. Соответственно, в нашем полупроводнике становится меньше электронов. Образуются вакантные места для электронов. Валентные связи будут разрушаться, так как электроны будут стремиться занять эти вакантные места. Далее, мы будем называть их дырками.

Электроны постоянно стремятся занять дырку и, начиная движение, образуют новую дырку. Таким поведением обладают абсолютно все электроны. В полупроводнике происходит их движение, а значит, начинает проводиться ток. Такие полупроводники называются дырочными.

Таким образом, вводя недостаток или избыток электронов в кремний или германий, мы способствуем их движению. Получается ток. Транзисторы состоят из соединений этих полупроводников по определённому принципу. С их помощью можно управлять протекающими токами и другими параметрами электрических сигналов.

Виды транзисторов

Существует несколько видов транзисторов. Их около четырёх. Однако основные из них это:

Остальные виды собираются из полевых и биполярных. Рассмотрим более подробно каждый вид.

Полевые

Суть этого прибора заключается в управлении параметрами электрического сигнала с помощью электрического поля. Оно появляется при подаче напряжения к какому-либо из выводов:

  1. Затвор нужен для регулирования параметров сигнала, благодаря подаче напряжения на него.
  2. Сток — вывод, через который из канала уходят носители заряда (дырки и электроны).
  3. Исток — вывод, через который в канал приходят электроны и дырки.

Такой транзистор состоит из полупроводника с определённой проводимостью и двух областей, помещённых в него с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор между этими двумя областями появляется пространство, через которое протекает ток. Это пространство называется каналом. Ширина этого канала регулируется напряжением, которое мы подаём на затвор. Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

Теперь поговорим о приборе с изолированным затвором. Разница в том, что в первом случае этот переход есть всегда, даже когда на затвор не подавалось напряжение. А при его подаче, переход и токопроводящий канал менялись в зависимости от полярности и амплитуды напряжения. Металлический затвор в таких транзисторах изолирован диэлектриком от полупроводниковой области. Их входное сопротивление гораздо больше.

Существует два вида приборов с изолированным затвором:

  • Со встроенным каналом.
  • С индуцированным каналом.

Встроенный канал позволяет протекать электрическому току с определённой амплитудой. При подаче напряжения с определённой амплитудой и полярностью мы можем менять ширину канала и его проводимость. Этот канал встраивается в транзисторы на производственных предприятиях.

Индуцированный канал появляется между двумя областями, о которых мы говорили выше, только при подаче напряжения определённой полярности на затвор. То есть, когда на затвор напряжение не подаётся, ток в нем не протекает.

Все виды полевых транзисторов отличаются друг от друга по следующим параметрам:

  1. Входное сопротивление.
  2. Амплитуда напряжения, которое необходимо подать на затвор.
  3. Полярность.

Каждый из этих видов полевых транзисторов необходим для сборки определённых электрических и логических схем. Так как для реализации двух разных устройств необходимо разные электрические параметры.

Биполярные

Слово «биполярные» означает две полярности. То есть, такие приборы имеют две полярности, благодаря особенностям своего строения. Особенность их строения заключается в том, что они состоят из трёх полупроводниковых областей. Типы проводимости бывают следующими:

  1. Электронная, далее n.
  2. Дырочная, далее p.

Соответственно, можно сделать вывод, что существует два вида биполярных транзисторов:

Разница между ними заключается в том, что для корректной работы необходимо подавать напряжение разной полярности. К каждой из трёх полупроводниковых областей подключено по одному выводу. Всего их три:

  1. База — центральный слой. Он является самым тонким. На выводе базы находится управляющий ток с небольшой амплитудой.
  2. Коллектор — один из крайних слоёв. Он является самым широким. На него подаётся ток с большой амплитудой.
  3. Эмиттер — вывод, на который подаётся ток с коллектора. На его выходе амплитуда тока немного больше, чем на входе.

Существует три схемы подключения биполярных транзисторов:

  1. С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора.
  2. С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера.
  3. С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора.

Благодаря нескольким электронно-дырочным переходам, образующимся в биполярном транзисторе, можно управлять параметрами электрического сигнала. Полярность и амплитуда подаваемого напряжения зависят от типа биполярного транзистора.

Применение транзисторов в жизни

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

  1. Усилительные схемы.
  2. Генераторы сигналов.
  3. Электронные ключи.

Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства. Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы.

Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора.

Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем. На их основе работают компьютеры, телевизоры и другие электрические приборы, без которых в современной жизни не обойтись.

Литература по электронике

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

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

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

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

В этом цикле статей мы попытаемся просто и доходчиво рассказать о таких непростых компонентах, как транзисторы.

Сегодня этот полупроводниковый элемент встречается почти на всех печатных платах, в любом электронном устройстве (в сотовых телефонах, в радиоприёмниках, в компьютерах и другой электронике). Транзисторы являются основой для построения микросхем логики, памяти, микропроцессоров… Вот давайте и разберёмся, что это чудо из себя представляет, как работает и чем вызвана такая широта его применения.

Транзистор — это электронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий с помощью входного сигнала управлять током.

Многие считают, что транзистор усиливает входной сигнал. Спешу огорчить, — сами по себе, без внешнего источника питания, транзисторы ничего не усилят (закон сохранения энергии ещё никто не отменял). На транзисторе можно построить усилитель, но это лишь одно из его применений, и то, для получения усиленного сигнала нужна специальная схема, которая проектируется и рассчитывается под определённые условия, плюс обязательно источник питания.

Сам по себе транзистор может только управлять током.

Что нужно знать из самого важного? Транзисторы делятся на 2 большие группы: биполярные и полевые. Эти 2 группы отличаются по структуре и принципу действия, поэтому про каждую из этих групп мы поговорим отдельно.

Итак, первая группа — биполярные транзисторы.

Эти транзисторы состоят из трёх слоёв полупроводника и делятся по структуре на 2 типа: pnp и npn. Первый тип (pnp) иногда называют транзисторами прямой проводимости, а второй тип (npn) — транзисторами обратной проводимости.

Что означают эти буквы? Чем отличаются эти транзисторы? И почему именно двух проводимостей? Как обычно — истина где-то рядом. © Всё гениальное — просто. N — negative (англ.) — отрицательный. P — positive (англ.) — положительный. Это обозначение типов проводимостей полупроводниковых слоёв из которых транзистор состоит. «Положительный» — слой полупроводника с «дырочной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют положительный знак), «отрицательный» — слой полупроводника с «электронной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют
отрицательный знак).

Структура и обозначение биполярных транзисторов на схемах показаны на рисунке справа. У каждого вывода имеется своё название. Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база. Как на схеме узнать базовый вывод? Легко. Он обозначается площадкой, в которую упираются коллектор и эмиттер. А как узнать эмиттер? Тоже легко, — это вывод со стрелочкой. Оставшийся вывод — это коллектор. Стрелочка на эмиттере всегда показывает направление тока. Соответственно, для npn транзисторов — ток втекает через коллектор и базу, а вытекает из эмиттера, для pnp транзисторов наоборот, — ток втекает через эмиттер, а вытекает через коллектор и базу.

Тонем в теории глубже… Три слоя полупроводника образуют в транзисторе два pn-перехода. Один — между эмиттером и базой, его обычно называют эмиттерный, второй — между коллектором и базой, его обычно называют коллекторный.

На каждом из двух pn-переходов может быть прямое или обратное смещение, поэтому в работе транзистора выделяют четыре основных режима, в зависимости от смещения pn-переходов (помним да, что если на стороне с проводимостью p-типа напряжение больше, чем на стороне с проводимостью n-типа, то это прямое смещение pn-перехода, если всё наоборот, то обратное). Ниже, на рисунках, иллюстрирующих каждый режим, стрелочками показано направление от большего напряжения к меньшему (это не направление тока!). Так легче ориентироваться: если стрелочка направлена от «p» к «n» — это прямое смещение pn-перехода, если от «n» к «p» — это обратное смещение.

Режимы работы биполярного транзистора:

1) Если на эмиттерном pn-переходе прямое смещение, а на коллекторном — обратное, то транзистор находится в нормальном активном режиме (иногда говорят просто: «активный режим», — опуская слово нормальный). В этом режиме ток коллектора зависит от тока базы и связан с ним следующим соотношением: Iк=Iб*β.

Активный режим используется при построении транзисторных усилителей.

2) Если на обоих переходах прямое смещение — транзистор находится в режиме насыщения. При этом ток коллектора перестаёт зависеть от тока базы в соответствии с указанной выше формулой (в которой был коэффициент β), он перестаёт увеличиваться, даже если продолжать увеличивать ток базы. В этом случае говорят, что транзистор полностью открыт или просто открыт. Чем глубже мы уходим в область насыщения — тем больше ломается зависимость Iк=Iб*β. Внешне это выглядит так, как будто коэффициент β уменьшается. Ещё скажу, что есть такое понятие, как коэффициент насыщения. Он определяется как отношение реального тока базы (того, который у вас есть в данный момент) к току базы в пограничном состоянии между активным режимом и насыщением.

3) Если у нас на обоих переходах обратное смещение — транзистор находится в режиме отсечки. При этом ток через него не течёт (за исключением очень маленьких токов утечки — обратных токов через pn-переходы). В этом случае говорят, что транзистор полностью закрыт или просто закрыт.

Режимы насыщения и отсечки используются при построении транзисторных ключей.

4) Если на эмиттерном переходе обратное смещение, а на коллекторном — прямое, то транзистор попадает в инверсный активный режим. Этот режим является довольно экзотическим и используется редко. Несмотря на то, что на наших рисунках эмиттер не отличается от коллектора и по сути они должны быть равнозначны (посмотрите ещё раз на самый верхний рисунок, — на первый взгляд ничего не изменится, если поменять местами коллектор и эмиттер), на самом деле у них есть конструктивные отличия (например в размерах) и равнозначными они не являются. Именно из-за этой неравнозначности и существует разделение на «нормальный активный режим» и «инверсный активный режим».

Иногда ещё выделяют пятый, так называемый, «барьерный режим». В этом случае база транзистора закорочена с коллектором. По сути правильнее было бы говорить не о каком-то особом режиме, а об особом способе включения. Режим тут вполне обычный — близкий к пограничному состоянию между активным режимом и насыщением. Его можно получить и не только закорачивая базу с коллектором. В данном конкретном случае вся фишка в том, что при таком способе включения, как бы мы не меняли напряжение питания или нагрузку — транзистор всё равно останется в этом самом пограничном режиме. То есть транзистор в этом случае будет эквивалентен диоду.

Итак, c теорией пока закончили. Едем дальше.

Биполярный транзистор управляется током. То есть, для того, чтобы между коллектором и эмиттером мог протекать ток (по другому говоря, чтобы транзистор открылся), — должен протекать ток между эмиттером и базой (или между коллектором и базой — для инверсного режима). Более того, величина тока базы и максимально возможного тока через коллектор (при таком токе базы) связаны постоянным коэффициентом β (коэффициент передачи тока базы): IБ*β=IK.

Кроме параметра β используется ещё один коэффициент: коэффициент передачи эмиттерного тока (α). Он равен отношению тока коллектора к току эмиттера: α=Iк/Iэ. Значение этого коэффициента обычно близко к единице (чем ближе к единице — тем лучше). Коэффициенты α и β связаны между собой следующим соотношением: β=α/(1-α).

В отечественных справочниках часто вместо коэффициента β указывают коэффициент h21Э (коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером), в забугорной литературе иногда вместо β можно встретить hFE. Ничего страшного, обычно можно считать, что все эти коэффициенты равны, а называют их зачастую просто «коэффициент усиления транзистора».

Что нам это даёт и зачем нам это надо? На рисунке слева изображены простейшие схемы. Они эквивалентны, но построены с участием транзисторов разных проводимостей. Также присутствуют: нагрузка, в виде лампочки накаливания, переменный резистор и постоянный резистор.

Смотрим на левую схему. Что там происходит? Представим себе, что ползунок переменного резистора в верхнем положении. При этом на базе транзистора напряжение равно напряжению на эмиттере, ток базы равен нулю, следовательно ток коллектора тоже равен нулю (IК=β*IБ) — транзистор закрыт, лампа не светится. Начинаем опускать ползунок вниз
— напряжение на нём начинает опускаться ниже, чем на эмиттере — появляется ток из эмиттера в базу (ток базы) и одновременно с этим — ток из эмиттера в коллектор (транзистор начнёт открываться). Лампа начинает светиться, но не в полный накал. Чем ниже мы будем перемещать ползунок переменного резистора — тем ярче будет гореть лампа.

И тут, внимание! Если мы начнём перемещать ползунок переменного резистора вверх — то транзистор начнёт закрываться, а токи из эмиттера в базу и из эмиттера в коллектор — начнут уменьшаться. На правой схеме всё то же самое, только с транзистором другой проводимости.

Рассмотренный режим работы транзистора как раз является активным. В чём суть? Ток управляет током? Именно, но фишка в том, что коэффициент β может измеряться десятками и
даже сотнями. То есть для того, чтобы сильно менять ток, протекающий из эмиттера в коллектор, нам достаточно лишь чуть-чуть изменять ток, протекающий из эмиттера в базу.

В активном режиме транзистор (с соответствующей обвязкой) используется в качестве усилителя.

Мы устали… отдохнём немного…

Теперь разберёмся с работой транзистора в качестве ключа. Смотрим на левую схему. Пусть переключатель S будет замкнут в положении 1. При этом база транзистора через резистор R притянута к плюсу питания, поэтому ток между эмиттером и базой отсутствует и транзистор закрыт. Представим, что мы перевели переключатель S в положение 2. Напряжение на базе становится меньше, чем на эмиттере, — появляется ток между эмиттером и базой (его величина определяется сопротивлением R). Сразу возникает ток КЭ. Транзистор открывается, лампа загорается. Если мы снова вернём переключатель S в положение 1 — транзистор закроется, лампа погаснет. (на правой схеме всё то же самое, только транзистор другой проводимости)

В этом случае говорят, что транзистор работает в качестве ключа. В чём суть? Транзистор переключается между двумя состояниями — открытым и закрытым. Обычно при использовании транзистора в качестве ключа — стараются, чтобы в открытом состоянии транзистор был близок к насыщению (при этом падение напряжения между коллектором и эмиттером, а значит и потери на транзисторе, — минимальны).Для этого специальным образом рассчитывают ограничительный резистор в цепи базы. Состояний глубокого насыщения и глубокой отсечки обычно стараются избежать, потому что в этом случае увеличивается время переключения ключа из одного состояния в другое.

Небольшой пример расчётов. Представим себе, что мы управляем лампой накаливания 12В, 50мА через транзистор. Транзистор у нас работает в качестве ключа, поэтому в открытом состоянии должен быть близок к насыщению. Падение напряжения между коллектором и эмиттером учитывать не будем, поскольку для режима насыщения оно на порядок меньше напряжения питания. Так как через лампу течёт ток 50 мА, то нам нужно выбрать транзистор с максимальным током КЭ не менее 62,5 мА (обычно рекомендуют использовать компоненты на 75% от их максимальных параметров, это такой своеобразный запас). Открываем справочник и ищем подходящий p-n-p транзистор. Например КТ361. В нашем случае по току подходят с буквенными индексами «а, б, в, г», так как максимальное напряжение КЭ у них 20В, а у нас в задаче всего 12В.

Предположим, что использовать будем КТ361А, с коэффициентом усиления от 20 до 90. Так как нам нужно, чтобы транзистор гарантированно открылся полностью, — в расчёте будем использовать минимальный Кус=20. Теперь думаем. Какой минимальный ток должен течь между эмиттером и базой, чтобы через КЭ обеспечить ток 50 мА?

50 мА/ 20 раз = 2,5 мА

Токоограничивающий резистор какого номинала нужно поставить, чтобы пустить через БЭ ток 2,5 мА?

Тут всё просто. Закон Ома: I=U/R. Следовательно R=(12 В питания — 0,65 В потери на pn-переходе БЭ) / 0,0025 А = 4540 Ом. Так как 2,5 мА — это минимальный ток, который в нашем случае должен протекать из эмиттера в базу, то нужно выбрать из стандартного ряда ближайший резистор меньшего сопротивления. Например, с 5% отклонением это будет резистор 4,3 кОм.

Теперь о токе. Для зажигания лампы с номинальным током 50 мА нам нужно коммутировать ток всего 2,5 мА. И это при использовании ширпотребовского, копеечного транзистора, с низким Кус, разработанного 40 лет назад. Чувствуете разницу? Насколько можно уменьшить габариты выключателей (а значит и их стоимость) при использовании транзисторов.

Вернёмся опять к теории.

В рассмотренных выше примерах мы использовали только одну из схем включения транзистора. Всего же, в зависимости от того, куда мы подаём управляющий сигнал и откуда снимаем выходной сигнал (от того, какой электрод для этих сигналов является общим) выделяют 3 основных схемы включения биполярных транзисторов (ну, логично, да? — у транзистора 3 вывода, значит если делить схемы по принципу, что один из выводов общий, то всего может быть 3 схемы):

1) Схема с общим эмиттером.

Если считать, что входной ток — это ток базы, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора и выходное напряжение — это напряжение между коллектором и эмиттером, то можно записать, что: Iвых/Iвх=Iк/Iб=β , Rвх=Uбэ/Iб.

Кроме того, так как Uвых=Eпит-Iк*R, то видно, что, во-первых, выходное напряжение легко можно сделать гораздо выше входного, а во-вторых, что выходное напряжение инвертировано по отношению ко входному (когда Uбэ=Uвх увеличивается и входной ток растёт — выходной ток также растёт, но Uкэ=Uвых при этом уменьшается).

Такая схема включения (для краткости её обозначают ОЭ) является наиболее распространённой, поскольку позволяет усилить как ток, так и напряжение, то есть позволяет получить максимальное усиление мощности. Замечу, что эта дополнительная мощность у усиленного сигнала берётся не из воздуха и не от самого транзистора, а от источника питания (Eпит), без которого транзистор ничего не сможет усилить и вообще никакого тока в выходной цепи не будет. (Я думаю, — мы позже, в отдельной статье, про то, как именно работают транзисторные усилители и как их рассчитывать, подробнее напишем).

2) Схема с общей базой.

Здесь входной ток — это ток эмиттера, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь коллектора нагрузке. Для этой схемы: Iвых≈Iвх, т.к. Iк≈Iэ, Rвх=Uбэ/Iэ.

Такая схема (ОБ) усиливает только напряжение и не усиливает ток. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается.

3) Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Здесь входной ток — это ток базы, а входное напряжение подключено к переходу БЭ транзистора и нагрузке, выходной ток — ток эмиттера, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь эмиттера нагрузке. Для этой схемы: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=(IК+IБ)/IБ=β+1, т.к. обычно коэффициент β достаточно большой, то иногда считают Iвых/Iвх≈β. Rвх=Uбэ/Iб+R. Uвых/Uвх=(Uбэ+Uвых)/Uвых≈1.

Как видим, такая схема (ОК) усиливает ток и не усиливает напряжение. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается. Кроме того, данная схема имеет самое большое входное сопротивление.

Оранжевыми стрелками на приведённых выше схемах показаны контура протекания токов, создаваемых источником питания выходной цепи (Епит) и самим входным сигналом (Uвх). Как видите, в схеме с ОБ ток, создаваемый Eпит, протекает не только через транзистор, но и через источник усиливаемого сигнала, а в схеме с ОК, наоборот, — ток, создаваемый входным сигналом, протекает не только через транзистор, но и через нагрузку (по этим приметам можно легко отличить одну схему включения от другой).

Ну и на последок поговорим о том, как проверить биполярный транзистор на исправность. В большинстве случаев о исправности транзистора можно судить по состоянию pn-переходов. Если рассматривать эти pn-переходы независимо друг от друга, то транзистор можно представить как совокупность двух диодов (как на рисунке слева). В общем-то взаимное влияние pn-переходов и делает транзистор транзистором, но при проверке можно с этим взаимным влиянием не считаться, поскольку напряжение к выводам транзистора мы прикладываем попарно (к двум выводам из трёх). Соответственно, проверить эти pn-переходы можно обычным мультиметром в режиме проверки диодов. При подключении красного щупа (+) к катоду диода, а чёрного к аноду — pn-переход будет закрыт (мультиметр показывает бесконечно большое сопротивление), если поменять щупы местами — pn-переход будет открыт (мультиметр показывает падение напряжения на открытом pn-переходе, обычно 0,6-0,8 В). При подключении щупов между коллектором и эмиттером мультиметр будет показывать бесконечно большое сопротивление, независимо от того какой щуп подключен к коллектору, а какой к эмиттеру.

Транзисторы лежат в основе большинства электронных устройств. Он могут быть в виде отдельных радиодеталей, или в составе микросхем. Даже самый сложный микро­процессор состоит из великого множества малюсеньких транзисторов, плотно разме­щенных в его могучем кристалле.

Транзисторы бывают разные. Две основ­ные группы – это биполярные и полевые. Биполярный транзистор обозначается на схеме, так как показано на рисунке 1. Он бывает прямой (р-п-р) и обратной (п-р-п) проводимости. Структура транзистора, и физические процессы, происходящие в нем изучается в школе, так что здесь о ней гово­рить не будем, – так сказать, ближе к прак­тике. В сущности, разница в том, что р-п-р транзисторы подключают так, чтобы на их эмиттер поступал положительный потенциал напяжения, а на коллектор – отрицательный. Для транзисторов n-p -п – все наоборот, на эмиттер дают отрицательный потенциал, на коллектор – положительный.

Зачем нужен транзистор? В основном его используют для усиления тока, сигналов, напряжения. А усиление происходит за счет источника питания. Попробую объяснить принцип работы «на пальцах». В автомаши­не есть вакуумный усилитель тормоза. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, его мембрана перемещается и открывается клапан через который двигатель машины всасывает эту мембрану, добавляя ей усилие. В результате слабое усилие нажима на педаль тормоза приводит к сильному усилию на тормозных колодках. А добавка силы происходит за счет мощности работаю­щего мотора машины.

Вот и с транзистором похоже. На базу подают слабенький ток (рис. 2). Под действием этого тока проводимость коллек­тор – эмиттер увеличивается и через коллек­тор уже протекает куда более сильный ток, поступающий от источника питания. Изменя­ется слабый ток базы, – соответственно изменяется и сильный ток коллектора. В идеале, график изменения тока коллектора выглядит как увеличенная копия графика изменения тока базы.

Это различие между слабым током базы и сильным током коллектора называется коэф­фициентом усиления транзистора по току, и обозначается И21э. Определяется так: h31э = ik /i6 (ток коллектора делить на ток базы). Чем больше данный параметр, тем лучше усилительные свойства транзистора.

Но это все в идеале. На самом деле зависи­мость тока коллектора от напряжения на базе не так уж и линейна. Следует вспомнить bax диода, где в самом низу характеристики тока очень мал, и начинает резко наростать когда напряжение достигает определенного значения. Поскольку в основе транзистора лежат те же физические процессы, то и здесь имеется аналогичный «дефект».

Если мы соберем схему усилителя, показан­ную на рисунке 3, и будем говорить в микро­фон, в динамике звука не будет. Потому что напряжение на микрофоне очень мало, оно ниже порога открывания транзистора. Здесь не только не будет усиления, а даже наоборот, будет ослабление сигнала.

Чтобы транзистор заработал как усилитель нужно увеличить напряжение на его базе. Это можно сделать каким-то образом увели­чив напряжение на выходе микрофона. Но тогда теряеТся смысл усилителя. Или нужно схитрить, и подать на базу транзистора некоторое постоянное напряжение (рис.4) через резистор, такое чтобы транзистор приоткрыть. И слабое переменное напряже­ние подать на базу этого транзистора через конденсатор. Вот теперь самое важное, – слабое переменное напря­жение сложится с постоян­ным напряжением на базе. Напряжение на базе будет изменяться в такт слабому переменному напряжению. Но так как постоянное напряжение сместило рабо­чую точку транзистора на крутой линейный участок характеристики, происходит усиление.

Проще говоря, у слабого напряже­ния небыло сил чтобы открыть транзистор, и мы добавили ему в помощь постоян­ное напряжение, которое при­открыло транзис­тор. Еще проще (опять с водой), допустим, есть туго завинченный винтель, и ребенок повернуть его не может. Но папа может приоткрыть этот винтель, повернув его в приоткрытое положение, в котором он вращается легко. Теперь ребенок может регулировать напор воды в некоторых пределах. Вот здесь ребенок – это слабое переменное напряжение, а папа – это постоянное напряжение, поданное на базу транзистора через резистор.

Постоянное напряжение, которое подают на базу транзистора чтобы сместить его режим работы в участок с более крутой и линейной характеристикой, называется напряжением смещения. Изменяя это напряжение мы можем даже регулировать коэффициент усиления усилительного каскада.

Но транзисторы далеко не всегда исполь­зуются с напряжением смещения. Например, в усилительных каскадах передатчиков напряжение смещения на базы транзисторов могут и не подаваться, так как амплитуды входного переменного напряжения там впол­не достаточно для «раскачки» транзистора.

И если транзистор используется не в качестве усилителя, а в качестве ключа, то напряжение смещения тоже на базу не дают. Просто, когда ключ должен быть закрыт, – напряжение на базе равно нулю, а когда он должен быть открыт, – подают напряжение на базу достаточное для открывания транзистора. Это используется обычно в цифровой электронике, где есть только нули (нет напряжения) и единицы (напряжение есть) и никаких промежуточных значений.

На рисунке 5 показана практическая схема как сделать из репродуктора радиоточки компьютерную колонку. Нужен простой одно- программный репродуктор только с одной вилкой для подключения в радиосеть (у многопрограммного есть вторая вилка для электросети). Никаких изменений в схему репродуктора вносить не нужно. К коллек­тору транзистора он подключается так же как к радиосети.

Внутри однопрограммного репродуктора есть динамик, переменный резистор для регулировки громкости и трансформатор. Все это нужно, и оно остается. Когда вскроете корпус репродуктора, подпаивайте коллектор транзистора и плюс источника питания к тем местам, к которым подпаян его провод с вилкой. Сам провод можно убрать.

Для подключения к компьютеру нужен экранированный провод с соответствующим штекером на конце. Или обычный двухпро­водной провод. Если провод экранирован­ный, – оплетку подключайте к эмиттеру транзистора, а центральную жилу к конден­сатору С1.

Сигнал от компьютерной звуковой карты подают через штекер на конденсатор С1. Напряжение питания подают от сетевого блока питания. Лучше всего подходит блок питания от игровой приставки к телевизору, типа «Денди», «Кенга». Вообще годится любой блок питания с напряжением на выходе от 7 v до 12 v . Для подключения к блоку питания потребуется соответствующее гнездо, его нужно установить на корпусе репродуктора, просверлив для него отверстие. Хотя, конечно, можно подпаять провода от блока питания и непосредственно к схеме. Подключая источник питания нужно соблюдать полярность. Диод vd 1 в принципе не нужен, но он защищает схему от выхода из строя, если вы перепутаете плюс с минусом у блока питания. Без него при неправильном подключении питания транзис­тор можно сжечь, а с диодом, если полюса блока питания перепутаете, просто схема не включится.

Транзистор КТ315 в прямоугольном корпусе, у которого с одной стороны есть скос (на рисунке показано). Вот если этим скосом повернуть его от себя, а выводами вверх, то слева будет база, справа эмиттер, а коллектор посредине. Подойдет транзистор КТ315 с любой буквой (КТ315А, КТ315Б. ). Транзистор нужно запаять правильно, не перепутав его выводы. Если ошибетесь и включите питание он может сдохнуть. Поэтому, после того как все спаяете не поле­нитесь раза три проверить правильность монтажа, правильно ли подпаяны выводы транзистора, конденсаторов, диода. И только когда будете уверены на все 100%, – включайте.

Диод vd 1 типа КД209. На нем отмечен анод. Можно поставить и другой диод, например, 1 n 4004 или какой-то еще. Если диод впаяете неправильно схема работать

не будет. Так что, если все включили, но не работает, начинайте с проверки правиль­ности подключения диода.

Еще несколько причин того, что схема может не заработать:

– неправильно подключили источник питания.

– нет сигнала на выходе компьютера, либо громкость уменьшена или выключена регулировками в программе компьютера.

– регулятор громкости репродуктора в мини­мальном положении.

Конденсаторы – электролитические, на напряжение не меньше 12 v . Подойдут наши К50-16, К50-35 или импортные аналоги. Следует заметить, что у наших конденсато­ров на корпусе стоит плюсик возле положи­тельного вывода, а у импортных минусик или широкая вертикальная полоска у отрицатель­ного вывода. Вместо конденсатора 10 мкф можно выбрать на любую емкость от 2 мкф до 20 мкф. Вместо конденсатора на 100 мкФ подойдет конденсатор любой емкости не менее 100 мкФ.

На рисунке ниже схемы показана монтажная схема, на ней места паек отмечены точками. Не перепутайте места паек с пересечением проводов. Монтаж сделан навесным спосо­бом, используя выводы деталей и монтаж­ные проводки. Всю схему желательно поместить внутрь корпуса репродуктора (там обычно очень много места).

Если все работает, но сильно фонит, – значит, вы перепутали провода, идущие к звуковой карте. Поменяйте их местами.

Запитывать схему от источника питания компьютера НЕ СЛЕДУЕТ!

Для стереоварианта можно сделать две колонки, входы объединив в один стерео- кабель для подключения к звуковой карте, ну и запитать обе колонки от одного блока питания.

Конечно с одним транзисторным каскадом колонка будет звучать негромко, но достаточно для прослушивания в небольшой комнате. Громкость можно регулировать как регулятором компьютера, так и ручкой, что есть у репродуктора.

Транзисторы и модули, Транзисторы NPN и PNP, Транзисторная схема

Транзисторы, являясь одним из основных строительных блоков для компьютерного оборудования, используются как в коммерческих, так и в бытовых целях. Как основной «переключатель»; в компьютерных микросхемах транзисторы помогают компьютерам хранить информацию и принимать решения.

Поскольку транзисторы играют важную роль в проектировании компьютеров и схем, выбор лучших транзисторов и модулей для работы имеет важное значение. Тем не менее, когда на рынке так много товаров, выбор может быть затруднен.От транзисторов NPN до транзисторов PNP и т. Д. — читайте дальше, чтобы узнать о нашем выборе как для коммерческого, так и для домашнего использования и о том, чем они могут быть полезны.

Что такое транзисторы?

Транзисторы — одно из важнейших изобретенных устройств. Это небольшие электронные компоненты, которые служат двум основным целям:

  • В качестве выключателя для включения и выключения розеток — как выключатель света.
  • Как усилитель сигналов.

Основываясь на основных принципах электроники, мы знаем, что мы можем включать и выключать цепь с помощью переключателя.Однако для этого требуется человеческое взаимодействие. Вместо того, чтобы вручную включать и выключать схемы, транзистор автоматизирует этот процесс.

Транзисторы уникальны тем, что они позволяют контролировать, сколько тока проходит через цепь. Вместо традиционного перекидного переключателя транзистор использует напряжение для включения и выключения схемы. Они либо блокируют ток, либо пропускают электричество.

Каждую секунду транзисторы включают и выключают токи намного быстрее, чем любой человек. Это делает их невероятно полезными для множества приложений.

Транзисторы используются во всем: от кардиостимуляторов, фотоаппаратов, калькуляторов, часов, слуховых аппаратов и компьютеров.

Как работают транзисторы?

Принцип работы транзистора зависит от того, используется ли он в схеме транзисторного усилителя или в схеме переключателя.

Когда транзистор используется в качестве усилителя, он принимает электрический ток и усиливает его. Подобно подключению электрогитары к усилителю, транзистор превратит небольшой ток в гораздо больший.

Когда транзисторы используются в качестве переключателей, электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, означает, что больший ток может проходить через другие его части. Это означает, что небольшой ток может включить больший.

Из чего сделаны транзисторы?

Чтобы понять, как работают транзисторы, полезно посмотреть, из чего они сделаны. Кремниевые транзисторы, что неудивительно, сделаны из кремния. Это потому, что это полупроводник.

Кремний можно обрабатывать примесями, чтобы он работал по-разному.Например, его можно превратить в транзистор n-типа (отрицательного типа), добавив свободные электроны, которые могут легко вытекать из него. В качестве альтернативы можно удалить часть свободных электронов, чтобы электроны попали в транзистор. Это известно как p-тип (положительный тип).

После того, как кремний был обработан примесями, мы можем начать наслоить кремниевые транзисторы n-типа и p-типа вместе в так называемый «кремниевый сэндвич». Используя этот принцип, можно изготавливать огромное количество электронных компонентов, включая транзисторы.

Для чего используются транзисторы?

Транзисторы находят широкое применение: от слуховых аппаратов и кардиостимуляторов до компьютеров.

Транзисторы, известные как «нервная клетка» информационной эпохи, отвечают за передачу сигналов и токов.

Изобретение транзистора означало, что у нас есть доступ к огромному количеству информации в Интернете и в наших руках в виде смартфонов. Фактически, транзистор является основой всех современных компьютеров и схем.

Для получения дополнительной информации об использовании транзисторов свяжитесь с нашей командой.

Какие бывают типы транзисторов?

В зависимости от того, как вы хотите использовать свой транзистор и для какого проекта, можно рассмотреть разные типы.

Мы поставляем несколько различных типов высококачественных транзисторов от ведущих мировых производителей, в том числе:

NPN-транзистор — это биполярный транзистор, который используется для усиления сигнала. NPN означает «отрицательно-положительно-отрицательно», а поток электронов означает, что он может проводить.

В отличие от транзистора NPN, транзистор PNP состоит из двух материалов p-типа. Это означает, что его можно использовать в качестве переключателя в транзисторной схеме. Например, его можно использовать как выключатель.

Это тип биполярного переходного транзистора.

Также известный как UJT, однопереходный транзистор представляет собой трехконтактное полупроводниковое переключающее устройство. Это означает, что его можно использовать для фазовых цепей или схем синхронизации.

Транзисторный диод — это двухконтактный полупроводник, который позволяет току течь в одном направлении, но не в другом.

Какие преимущества транзисторов?

Некоторые из преимуществ наших транзисторов:

  • Сниженное потребление энергии: По сравнению с электронными лампами, транзисторы снижают энергопотребление.
  • Маленький: Транзисторы малы по размеру и весу, поэтому ваше оборудование может быть более компактным.
  • Менее подвержены поломке: Транзисторы намного надежнее стеклянных трубок и менее подвержены утечкам, выделению газа или другим повреждениям.
  • Более эффективный: Используя транзисторы, вы можете создавать схемы с большей энергоэффективностью.
  • Гибкость конструкции: Благодаря природе транзисторов и их широкому диапазону применения они обеспечивают большую гибкость при проектировании. Таким образом, возможны схемы дополнительной симметрии, в отличие от электронных ламп.

Выбор лучшего типа транзистора для ваших нужд

У нас есть широкий выбор транзисторов и диодов. Имея в наличии ведущие бренды, такие как NTE Electronics, Solid State Manufacturing и Siliconix — у нас есть все необходимое для выполнения ваших профессиональных проектов и проектов DIY.Мы уверены, что вы найдете подходящий транзистор в нашем каталоге продукции, но если нет, свяжитесь с нашей технической командой.

Чтобы получить дополнительную информацию о технических характеристиках наших самых популярных продуктов, обратитесь в наш экспертный центр за советами и рекомендациями специалистов.

Факты о транзисторах для детей | KidzSearch.com

Несколько типов транзисторов в индивидуальной упаковке

Транзистор — это электронный компонент, который можно использовать как часть усилителя или как переключатель. [1] Изготовлен из полупроводникового материала. Транзисторы встречаются в большинстве электронных устройств. Транзистор был большим достижением после лампового триода, потреблявшего гораздо меньше электроэнергии и служившего на много лет дольше, для переключения или усиления другого электронного тока.

Транзистор может использоваться для множества различных вещей, включая усилители и цифровые переключатели для компьютерных микропроцессоров. В цифровой работе в основном используются полевые МОП-транзисторы. Некоторые транзисторы упакованы индивидуально, в основном для того, чтобы выдерживать большую мощность.Большинство транзисторов находится внутри интегральных схем.

Как они работают

Когда на центральный штифт подается питание, мощность может течь. Транзисторы

имеют три вывода: затвор, сток и исток [2] (на биполярном транзисторе провода можно назвать эмиттером, коллектором и базой). Когда источник (или эмиттер) подключен к отрицательной клемме батареи, а сток (или коллектор) — к положительной клемме, в цепи не будет течь электричество (если у вас есть только лампа, соединенная последовательно с транзистором).Но когда мощность течет через затвор (или базу), транзистор пропускает электричество. Это связано с тем, что, когда затвор заряжен положительно, положительные электроны будут подталкивать другие положительные электроны в транзисторе, позволяя отрицательным электронам проходить через него. Транзистор также может работать, когда затвор просто положительно заряжен, поэтому ему не нужно касаться стока.

Визуализация

Легко представить, как работает транзистор, — это шланг с крутым изгибом, не позволяющий воде проходить через него.Вода — это электроны, и когда вы заряжаете затвор положительно, он разгибает шланг, позволяя воде течь.

Обозначение схемы транзистора Дарлингтона. «B» обозначает базу, «C» обозначает коллектор, а «E» обозначает эмиттер.

Базовая схема транзистора Дарлингтона состоит из двух биполярных транзисторов, связанных эмиттером и базой, поэтому они действуют как один транзистор. Один из транзисторов подключен так, что контролирует ток на базе другого транзистора. Это означает, что вы можете контролировать такое же количество тока с очень небольшим током, идущим в базу.

использует

Когда затвор P-канального MOSFET заряжен положительно, через него проходит электричество, это полезно для электроники, которая требует включения переключателя, что делает его электронным переключателем. Это конкурирует с механическим переключателем, который требует постоянного нажатия на него. [3]

В полевом МОП-транзисторе, используемом в качестве усилителя, транзисторы принимают поток стока и истока, и, поскольку ток истока намного больше, чем ток стока, ток стока обычно возрастает до значение источников, усиливающих его. [4]

Материалы

Транзисторы изготовлены из полупроводниковых химических элементов, обычно кремния, который относится к современной группе 14 (ранее группа IV) в периодической таблице элементов [5] . Германий, другой элемент группы 14, используется вместе с кремнием в специализированных транзисторах. Исследователи также изучают транзисторы, сделанные из особых форм углерода. [6] Транзисторы также могут быть изготовлены из таких соединений, как арсенид галлия.

История

Транзистор был не первым трех оконечным устройством.Триод служил той же цели, что и транзистор 50 лет назад. Электронные лампы были важны в бытовой технике до транзисторов. К сожалению, лампы были большими и хрупкими, потребляли много энергии и прослужили недолго. Транзистор решил эти проблемы. [7]

Трем физикам приписывают изобретение транзистора в 1947 году: Уолтеру Х. Браттейну, Джону Бардину и Уильяму Шокли, которые внесли наибольший вклад. [8]

Важность

Транзистор сегодня является очень важным компонентом. [9] Если бы не транзистор, такие устройства, как сотовые телефоны и компьютеры, были бы совсем другими, или они, возможно, вообще не были бы изобретены. Транзисторы были сделаны очень маленькими (в десятки атомов в ширину), так что миллиарды их можно поместить в небольшой компьютерный чип.

Галерея

  • Периодическая таблица элементов

  • Реплика первого транзистора.

  • Изобретатели транзистора

Список литературы

Другие сайты

транзисторов | Энциклопедия.com

Транзисторы используются почти во всех электронных устройствах, которые сейчас производятся. Транзистор — это резистор с электрическим управлением, который имеет три вывода: два для сквозного прохождения электрического тока и один для электрического сигнала, который контролирует его сквозное сопротивление. Джон Бардин (1908–1991), Уолтер Х. Браттейн (1902–1987) и Уильям Б. Шокли (1910–1989) изобрели транзистор в 1947 году. С тех пор были изготовлены миллиарды транзисторов, многие из которых были интегрированы в . схемы , из которых состоят процессоры и модули памяти современных компьютеров.Транзистор — такое важное устройство, и его изобретение стало таким научным прорывом, что три его изобретателя были удостоены Нобелевской премии в 1956 году.

Воздействие транзистора

С начала двадцатого века электронных ламп использовались. используется в электронных схемах, таких как усилители, для изготовления электронного оборудования, например радиоприемников. Даже первый компьютер, построенный до изобретения транзистора, был сделан на электронных лампах. Но электронные лампы были большими, они потребляли и рассеивали много энергии, и у них был короткий срок службы, прежде чем они перегорели.

В 1950-х годах, вскоре после изобретения транзистора, появились портативные радиостанции с батарейным питанием. Их называли «транзисторными радиоприемниками» или просто «транзисторами» и они были чрезвычайно популярны. К концу 1950-х годов транзисторы регулярно использовались в цифровых схемах. Затем стало возможным размещать целые схемы на одном кристалле, создавая так называемые «интегральные схемы». Затем цифровая электроника стала значительно быстрее и дешевле, что привело к появлению персональных калькуляторов и компьютеров.

Ручные калькуляторы были представлены в конце 1960-х годов. Конкуренция на рынке по цене и функциональности была настолько жесткой, что потребители почти боялись покупать их, опасаясь, что их покупка быстро устареет. Персональные компьютеры были представлены в конце 1970-х годов, и на рынке ПК произошел аналогичный взрыв низкой цены и более высокой функциональности.

Интеграция схем также облегчила электронику, поэтому сложная электроника может поместиться внутри спутников.По мере того, как выращивание кристаллов и фотолитография улучшились в течение последних десятилетий двадцатого века, стало легче увеличивать количество транзисторов на одном кристалле, и они стали дешевле в производстве и намного быстрее.

Основы транзисторов

Транзисторы изготовлены из кристаллов полупроводникового материала , обычно кремния . Кремний с валентностью 4 расположен недалеко от центра периодической таблицы химических элементов.Элементы слева от него, металлы с валентностью 1 и 2, являются хорошими проводниками (низкие резисторы) электричества, а те, что справа, неметаллы с валентностями от 0 до -2, являются плохими проводниками (высокие резисторы). Элементы в центре могут быть хорошими или плохими проводниками, в зависимости от их химического состава и физической структуры; поэтому их называют «полупроводниками».

Когда кремний образует кристалл, четыре внешних электрона каждого атома связаны с окружающими атомами ковалентными связями. Поскольку эти электроны не могут свободно двигаться, кристалл является плохим проводником.Однако, если кристалл не является чистым, и некоторые из атомов в кристалле, называемые «примесями», имеют валентность 5 или 3, то любой дополнительный электрон или любая «дырка», где электрон может поместиться в кристалле, может проводить электричество.

Примеси с валентностью 5 называются «донорами», потому что они отдают кристаллу дополнительный электрон. Примеси с 3 валентностью называются «акцепторами», потому что они создают дырку, в которой дополнительный электрон может быть принят в кристалл. Кристалл с большинством донорных примесей называется полупроводником N-типа, потому что электричество проводит через отрицательные электроны.Кристалл с большинством акцепторных примесей называется полупроводником P-типа, потому что электричество проводится через положительные дырки (фактически, электроны прыгают от дырки к дырке в противоположном направлении).

Влияние донорных примесей (лишних электронов) нивелируется действием акцепторных примесей (дырок, куда могут уходить электроны). Таким образом, способность кристалла кремния проводить электричество можно контролировать, изменяя тип и плотность примесей при создании кристалла или электрически контролируя влияние примесей, как в кремниевом транзисторе.

Как делаются транзисторы?

Хотя один транзистор расположен на крошечной «микросхеме» кристаллического кремния, транзисторы производятся партиями. Процесс начинается с тонкой круглой «пластины» размером и формой примерно с CD-ROM (постоянное запоминающее устройство на компакт-дисках), которая отрезается от большого цилиндра из чистого кристаллического кремния. Представьте себе воображаемый квадрат внутри круга на поверхности пластины и разбиение квадрата на массив N на N, содержащий N 2 мнимых ячеек.Процесс, называемый «фотолитография», позволяет одновременно создавать транзисторы N 2 , по одному в каждой ячейке.

Пластина покрывается веществом, называемым «фоторезист», а затем экспонируется черно-белым рисунком, как если бы узор фотографировался, а пластина с покрытием была пленкой в ​​фотоаппарате. Белые области рисунка соответствуют верхним поверхностям концевых областей (называемых эмиттером и коллектором) всех транзисторов N 2 . Свет попадает на пластину в этих белых областях рисунка и химически изменяет там фоторезист.Пластина погружается в растворитель, который растворяет химически измененный фоторезист, на котором рисунок был белым, но не неизмененные части, где рисунок был черным.

Затем пластину нагревают в герметичной печи, наполненной газом донорных примесей. Хотя пластина недостаточно нагрета, чтобы расплавить кремний, она достаточно горячая, чтобы некоторые атомы газа диффундировали с поверхности в тело материала. Донорные примеси закрепляются в кристаллической структуре, но только под открытыми местами фоторезиста.Вафля остужается и достается из духовки. Эмиттерная и коллекторная области отдельных транзисторов N 2 были встроены в пластину.

Фоторезист с рисунком смывается, и на пластину наносится второй свежий слой фоторезиста. Опять же, пластина подвергается черно-белому рисунку, но на этот раз белые области рисунка соответствуют верхним поверхностям областей управления (называемых базой) всех транзисторов N 2 . После аналогичной химической обработки пластина снова нагревается в герметичной печи, на этот раз заполненной газом акцепторных примесей.Они фиксируются в кристаллической структуре, но опять же только под открытыми местами фоторезиста. Вафля остужается и достается из духовки. Базовые области отдельных транзисторов N 2 были встроены в пластину, между ними и касаясь соответствующих областей эмиттера и коллектора, сделанных ранее. Все транзисторы N 2 отключены друг от друга, но они также отключены от любых проводов. Итак, фотолитография проводится на пластине в третий раз.

Фоторезист с рисунком снова смывается, и на пластину наносится третий свежий слой фоторезиста. На этот раз пластина подвергается воздействию черно-белого рисунка, где белые области рисунка соответствуют небольшим отверстиям на верхних поверхностях всех трех областей всех транзисторов N 2 . После аналогичной химической обработки пластина «напыляется» (как при окраске распылением) металлом. Металл образует небольшую каплю, которая прилипает к поверхности пластины, но только в открытых местах фоторезиста.Когда фоторезист смывается, металл поверх фоторезиста смывается вместе с ним, оставляя небольшие пятна. Эти капли представляют собой электрические контакты на трех участках каждого транзистора.

Затем пластина разрезается на чипы N 2 . Для каждой микросхемы провода прикреплены к трем металлическим шарикам транзистора, и микросхема заделана, и только три провода выходят наружу. Транзисторы могут быть очень маленькими или много транзисторов могут быть построены на одной микросхеме.Транзисторы на одной микросхеме могут даже быть соединены вместе тонкими областями P-типа или N-типа в сложных «интегральных» схемах, таких как усилители, цифровые схемы или запоминающие устройства.

Как работает транзистор?

Предположим, что кремниевый чип имеет область N-типа на одной стороне, область P-типа на другой стороне и отдельный переход в середине, где две области соприкасаются друг с другом. Любые незакрепленные заряды — электроны на N-стороне и дырки на P-стороне — естественно немного блуждают; это называется «диффузией».«Любые электроны с N-стороны, которые пересекают переход на P-сторону, соединяются с дырками там, а любые дырки с P-стороны, которые пересекают переход на N-сторону, соединяются с электронами там.

два эффекта. Во-первых, область вокруг перехода становится истощенной любыми свободными носителями заряда. Во-вторых, отрицательный заряд, накапливающийся на стороне P перехода, и положительный заряд, накапливающийся на стороне N перехода, действуют, чтобы оттолкнуть дальнейшую диффузию

Теперь предположим, что к этой микросхеме подключена батарея.Подключение положительной клеммы батареи к стороне N и ее отрицательной клеммы к стороне P, называемое «обратным смещением», притягивает носители на каждой стороне от перехода, усиливая область истощения рядом с переходом. Итак, течет очень мало тока.

Подключение положительной клеммы батареи к стороне P и ее отрицательной клеммы к стороне N, называемое «прямое смещение», преодолевает барьер заряда на стыке и подталкивает соответствующие держатели к стыку.Поскольку это вынуждает продолжать сочетания электронов и дырок, микросхема является хорошим проводником (с низким сопротивлением) в этом направлении. Электронное устройство, вроде Эта полупроводниковая микросхема PN, которая позволяет току течь в одном направлении, но не в другом, называется «диодом».

Есть несколько видов транзисторов; двумя наиболее популярными являются полевой транзистор (FET) и биполярный переходный транзистор (BJT). В этой статье описывается только BJT.

BJT

BJT имеет три последовательно соединенных участка: эмиттер, базу и коллектор.Каждый регион имеет соединительный провод. Две внешние области, эмиттер и коллектор, имеют одинаковый тип примеси, а основание в середине имеет противоположный тип примеси. Транзистор PNP имеет кремний P-типа в эмиттере и коллекторе и кремний N-типа в его базовой области. Транзистор типа «NPN» — это наоборот.

BJT состоит из двух встречных диодов. Если диод коллектор-база имеет обратное смещение, ожидается, что через устройство будет протекать небольшой ток от эмиттера к коллектору.Если диод эмиттер-база смещен в прямом направлении, носители перемещаются через область базы к его соединительному проводу. Но если сделать базовую область чрезвычайно тонкой, возможно, только 5 процентов носителей в базе достигнут провода, а 95 процентов — коллектора, даже через диод с обратным смещением. Видно, что ток эмиттер-коллектор в 0,95 / 0,05 в 19 раз больше, чем ток между эмиттером и базой, и мы можем контролировать сквозной поток эмиттер-коллектор, контролируя меньший поток в эмиттер-база.Полевой транзистор немного отличается, но имеет тот же эффект.

Транзистор может увеличивать интенсивность или усиление электрического сигнала. Электрический сигнал, полученный от микрофона, имеет недостаточную интенсивность для создания слышимого звука в динамике. Электрический сигнал, полученный от головки привода CD-ROM, имеет недостаточную интенсивность для обработки цифровой электроникой. Однако ряд транзисторов может усиливать электрический сигнал, так что выходного сигнала с последнего «каскада» многокаскадного будет достаточно для создания желаемого эффекта.

Основные строительные блоки цифрового проектирования могут быть реализованы в виде простых транзисторных схем. Поскольку подобные схемы могут быть интегрированы, что позволяет разместить многие из них на одном кристалле, каждый начинает понимать, как эта технология оказала такое огромное влияние на вычисления.

Заключение

Легкость, с которой транзисторы регенерируют цифровые сигналы, вероятно, является самым важным фактором, лежащим в основе успеха современной цифровой электроники, цифровой передачи и цифровых вычислений.Когда-то компьютеры были большими и дорогими машинами, которыми могли владеть только крупные корпорации, университеты и правительственные учреждения. Это, конечно, уже не так. Транзистор больше, чем какая-либо другая технология, отвечает за то, чтобы компьютеры были такими маленькими, быстрыми и недорогими, что теперь они стали относительно обычными бытовыми приборами, используемыми людьми всех возрастов для работы, образования, развлечений и общения.

см. Также Поколения, компьютеры; Интегральные схемы; Вакуумные трубки.

Ричард А. Томпсон

Библиография

Амос, Стэнли У. и Майкл Р. Джеймс. Принципы транзисторных схем: Введение в конструкцию усилителей, приемников и цифровых схем. Бостон: Newnes, 2000.

Риордан, Майкл и Лиллиам Ходдсон. Crystal Fire: изобретение транзистора и рождение информационного века. New York: W. W. Norton, 1998.

Что такое транзистор? Как работает транзистор?

Транзистор — одно из двух важнейших изобретений прошлого века.Другой, конечно же, кресло. Появление транзистора спровоцировало то, что сейчас называют электронной революцией. Без изобретения транзистора большинство электронных устройств, от которых вы так безнадежно зависимы, не существовало бы. Самые незаменимые технологические чудеса современности основаны на транзисторах — персональные компьютеры, телевизоры, смартфоны, планшеты, фаблеты, ноутбуки, маршрутизаторы и массажеры для ног. Переполненные миллиардами транзисторов для электронных устройств, это то же самое, что клетки для нашего тела.Но как инструменту тоньше человеческого волоса удается поднять на своих слабых плечах целые отрасли?

Semiconductors

Во-первых, мы должны узнать, из чего сделаны транзисторы. Знание его анатомии позволит нам с большей легкостью понять его работу. Полупроводники — это в основном амбиверты материального мира. Они не слишком общительны, когда дело касается дружбы с электронами, как проводники, и не молчаливы и не реагируют на них, как интровертные изоляторы.Их проводимость находится между проводниками и изоляторами. Наиболее часто используемые полупроводники — это кремний и германий.

Полупроводники проводят ток, только когда они нагреваются до более высоких температур. Тепловая энергия преодолевает слабую энергию, которая слабо связывает его электроны с их атомами, тем самым освобождая их, и тем самым делая материал проводящим. Однако более удобной альтернативой является изменение атомной структуры материала и повышение его проводимости путем введения в него примесей. Этот процесс известен как легирование.Эти материалы только полу -проводящие, потому что объем высвободившихся электронов намного меньше, чем объем свободных электронов, роящихся на поверхности проводников.

Однако частичная проводимость делает его выходной ток чувствительным к манипулированию или «контролю». Там, где электроны вырываются из проводника в огромных объемах, как вода стекает по плотине, электроны в полупроводнике ведут себя больше как вода, вытягиваемая из крана. Смеситель можно затянуть или ослабить, чтобы регулировать количество воды, протекающей через него.Это и есть принцип работы транзистора.

Что такое транзистор?

Давайте продолжим нашу аналогию с краном. Работа крана состоит из трех частей: резервуара с водой, трубы, по которой вода выходит, и ручки, которая позволяет нам контролировать выходящий объем. Точно так же транзистор образован соединением трех полупроводников: резервуара электронов, заполненного чрезмерным легированием, трубки с умеренным легированием и ручки, на которой — можно сделать разумный вывод — вообще нет электронов.Ток из резервуара течет по трубе при вращении ручки. Степень вращения определяет количество тока, протекающего по трубе. Здесь вращение означало бы подачу на ручку небольшого напряжения или тока.

(Фото: Inductiveload / Wikimedia Commons)

Транзисторы в основном можно разделить на две категории: переходные транзисторы и полевые транзисторы. Резервуар, патрубок и ручка в переходных транзисторах называются эмиттером, коллектором и базой соответственно.Коллектор обозначен буквой «n +», что подчеркивает избыток отрицательно заряженных частиц (электронов). Точно так же эмиттер обозначается буквой «n», что подчеркивает умеренную плотность электронов, тогда как основание обозначается буквой «p», подчеркивая отсутствие электронов или избыток положительно заряженных частиц , называемых дырками. Термин «соединение» относится к соединениям, образованным между этими тремя блоками.

Напротив, полевые транзисторы устроены иначе.Он состоит не из трех, а из двух слоев, зажатых друг над другом. Электроны проходят через внутренности одного слоя, называемого каналом, в то время как другой слой, называемый затвором, выполняет функцию ручки. Напряжение затвора контролирует силу тока, протекающего по каналу. Различная архитектура дает им совершенно разные резистивные свойства, но основная функция этих двух категорий транзисторов, по сути, одинакова — управление сильным током при слабом напряжении.

Транзистор может выполнять две основные функции. Он может действовать как переключатель или как усилитель. Работая в качестве переключателя, кран позволяет току течь по своей трубе только тогда, когда на его ручку подается определенное напряжение. Если напряжение ниже этого порога, кран подавляет любой ток, который может протекать через него. Так генерируются двоичные числа. Каждый бит «1» или «0» является либо открытым краном, величина тока которого стандартизована как «1», либо закрытым краном, что переводится в «0».Последовательность битов затем обрабатывается микропроцессорами для выполнения множества операций.

Биты «0» и «1» согласно нашей аналогии с краном.

Согласно закону Мура количество транзисторов в микропроцессоре должно удваиваться каждый год. При создании процессоров сначала на них застрял миллион транзисторов, и теперь их количество, в соответствии с законом Мура, выросло до триллионов! Этот невероятный подвиг был бы невозможен, если бы полупроводники не продемонстрировали склонность к такому масштабированию.Их невероятная масштабируемость позволила нам сжать компьютер, телефон, радио, GPS, игровую консоль и многое другое в одном устройстве — устройстве, на котором вы, вероятно, читаете это прямо сейчас.

Невероятная масштабируемость полупроводников позволила нам сжать компьютер, телефон, радио, GPS, игровую консоль и множество других инструментов в одном устройстве — смартфоне. (Фото предоставлено GaudiLab / Fotolia)

При работе в качестве усилителя он потребляет большой ток из резервуара по мере того, как ручка постепенно отпускается, так что небольшое количество тока контролирует большое количество тока — выходной ток напрямую пропорционально входному току.Усилители часто используются в залах, где микрофоны усиливают голос говорящего. Усилители широко используются в коммуникационных технологиях, где сигналы, ослабленные из-за перемещения на большие расстояния, постоянно захватываются и усиливаются, чтобы гарантировать их целостность. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о полупроводниках и найти изысканное визуальное объяснение того, как здесь работают транзисторы, в то время как я наслаждаюсь массажем ступней, опустившись в кресло, небрежно просматривая Как перестать быть ленивым.

Что это такое? — ES Components

Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии.Он состоит из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами для подключения к внешней цепи. Напряжение или ток, приложенные к одной паре выводов транзистора, контролируют ток через другую пару выводов. Поскольку управляемая (выходная) мощность может быть выше управляющей (входной) мощности, транзистор может усиливать сигнал. Сегодня некоторые транзисторы упакованы индивидуально, но гораздо больше встроено в интегральные схемы.

Транзистор является основным строительным блоком современных электронных устройств и широко используется в современных электронных системах.Юлиус Эдгар Лилиенфельд запатентовал полевой транзистор в 1926 году, но в то время было невозможно построить работающее устройство. Первым практически реализованным устройством был точечный транзистор, изобретенный в 1947 году американскими физиками Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли. Бардин, Браттейн и Шокли разделили Нобелевскую премию по физике 1956 года за свои достижения. Наиболее широко используемым типом транзисторов является MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), также известный как MOS-транзистор, который был изобретен Мохамедом. Аталла и Давон Канги в Bell Labs в 1959 году.Транзисторы произвели революцию в области электроники и, среди прочего, проложили путь для меньших и более дешевых радиоприемников, калькуляторов и компьютеров. Первый транзистор и полевой МОП-транзистор входят в список вех в электронике IEEE. По состоянию на 2013 год ежедневно производятся миллиарды МОП-транзисторов.

Большинство транзисторов изготовлено из очень чистого кремния или германия, но также могут использоваться некоторые другие полупроводниковые материалы. Транзистор может иметь носитель заряда только одного типа, в полевом транзисторе, или может иметь два типа носителей заряда в устройствах с биполярным переходом.По сравнению с вакуумной лампой транзисторы, как правило, меньше по размеру и требуют меньше энергии для работы. Некоторые электронные лампы имеют преимущества перед транзисторами при очень высоких рабочих частотах или высоких рабочих напряжениях. Многие типы транзисторов изготавливаются по стандартизованным спецификациям несколькими производителями.

Ссылка: Википедия.

Транзисторы

: ключ к современной электронике

Транзисторы: ключ к современной электронике

Изобретенные в 1947 году, точечно-контактные транзисторы быстро произвели революцию в электронике, заменив громоздкие и хрупкие электронные лампы, которые сами заменили реле в 1907 году.Изобретение транзисторов открыло дорогу меньшим, более дешевым, практичным и доступным компьютерам, калькуляторам, радиоприемникам и другим устройствам. Современные компьютеры и интеллектуальные устройства содержат от сотен миллионов до миллиардов крошечных транзисторов, упакованных внутри микрочипов. Но что такое транзистор и для чего он нужен?

Назначение транзистора

Транзистор может выполнять две основные функции: действовать как усилитель или действовать как переключатель. В качестве усилителя он потребляет небольшой входной ток и дает гораздо больший выходной ток.Примером может служить набор транзисторов в слуховом аппарате. Он воспринимает относительно тихий окружающий звук и воспроизводит его через крошечный динамик на гораздо большей громкости.

В качестве переключателя небольшой электрический ток, который проходит в одну часть транзистора, включает переключатель, создавая больший ток, протекающий через другую часть транзистора. Так работают компьютерные микросхемы. Каждый из сотен миллионов или миллиардов транзисторов внутри микросхемы может быть индивидуально включен или выключен.Если вы думаете о выключенном состоянии как о нуле, а о включенном как о единице, вы понимаете основы двоичного кода — языка компьютеров.

Наряду с формой логики, известной как булева алгебра, в которой все переменные либо истинны, либо ложны (единица или ноль), двоичный код поддерживает все функции компьютера и интеллектуальных устройств. Все транзисторы внутри микросхемы работают в тандеме, непрерывно переключаясь между единицами и нулями (вкл. Или выкл.) Для выполнения сложных вычислений почти мгновенно.

Из чего сделаны транзисторы?

Транзисторы сделаны из кремния, полупроводника, который является основным химическим элементом в песке.Он может быть «легирован» (обработан) определенными примесями для отрицательного заряда (n-тип) или положительного заряда (p-тип). Кремний N-типа легче теряет электроны, а кремний p-типа легче их забирает.

От диодов к транзисторам

Присоединение кремния p-типа к кремнию p-типа и добавление электрических контактов заставляет электроны проходить через переход со стороны n-типа на сторону p-типа, а затем выходить через цепь, но изменение направления тока останавливает поток электронов все вместе.Этот тип перехода известен как диод, который позволяет току течь только в одном направлении. Его можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный или для включения света при протекании электричества. Возможно, вы знакомы со светодиодами на электронных дисплеях.

Соединительный транзистор — это еще один шаг вперед, чем диод. Вместо простого соединения одного слоя кремния p-типа с одним слоем кремния n-типа теперь есть три слоя: n-p-n. У каждого среза есть электрические контакты.Контакты кремниевых частей n-типа являются эмиттером и коллектором, а контакты p-типа — базой. Помните, что база заряжена положительно (меньше электронов), а эмиттер и коллектор заряжены отрицательно (лишние электроны). При подаче положительного напряжения электроны перемещаются от эмиттера к базе, а затем от базы к коллектору. Таким образом, транзистор действует как переключатель (включается при подаче тока) и как усилитель (преобразует небольшой входной ток в большой выходной ток).

Полевой транзистор (FET) также имеет слои кремния n-типа и p-типа, но они устроены иначе и покрыты оксидами металлов. В этом случае кремний p-типа действует как затвор, предотвращая перемещение электронов между слоями кремния n-типа. Когда к затвору прикладывается электрический заряд, создается электрическое поле, которое обеспечивает тонкий канал непосредственно от одного слоя кремния n-типа к другому.

Триггер

Транзисторы

обычно питаются от электрического тока, но их можно подключить к логическим элементам, которые возвращают их выходы на их входы.Это означает, что транзистор останется в стабильном состоянии (включен или выключен) даже после снятия тока. Он не изменит своего положения, пока новый ток не заставит его перевернуться в другую сторону. Это «триггерное» устройство лежит в основе современных компьютерных микросхем памяти.

Готовы начать работу?

Здесь, в Quest Components, мы стремимся предоставить вам информацию, необходимую для того, чтобы ваш бизнес продолжал работать бесперебойно. Компания Quest Components, имеющая сертификат ISO 9001: 2015 со штаб-квартирой в промышленности, Калифорния, специализируется на пассивных и активных компонентах уровня платы.Мы также предоставляем различные услуги OEM-производителям (производителям оригинального оборудования) и CEM (контрактным производителям электроники) по всему миру. Свяжитесь с Quest Components сегодня по телефону 626-333-5858, чтобы получить все необходимые электронные компоненты!

Большой приклад. Быстрый ответ. Умные люди.

Руководство по выбору транзисторов

: типы, характеристики, применение

Транзисторы

— это небольшие универсальные полупроводниковые устройства, предназначенные для переключения или усиления электронных сигналов и мощности.Почти все электронные устройства сегодня содержат один или несколько транзисторов. Некоторые транзисторы упакованы индивидуально, но гораздо больше встроено в интегральные схемы. В этих схемах количество транзисторов может варьироваться от нескольких до нескольких миллиардов. Транзистор считается одним из самых важных изобретений 20 -го века из-за его широкого использования в большинстве современных схем и электронных систем.

Композиция

Транзисторы

можно разделить на типы в зависимости от состава и, следовательно, полярности транзистора.

Транзисторы биполярные

Биполярные транзисторы, также называемые биполярными переходными транзисторами (BJT), являются наиболее часто используемыми транзисторами. Они состоят из тонкого куска полупроводникового материала p-типа или n-типа (поясняется далее) между двумя более толстыми слоями противоположного типа. Эти транзисторы состоят из трех выводных компонентов: базы , коллектора и эмиттера .

  • База — это вывод, отвечающий за активацию транзистора.Это устройство управления затвором для более крупного источника питания.
  • Коллектор является плюсовым проводом и большим источником электропитания.
  • Излучатель является отрицательным проводом и розеткой для большего источника питания.

Простой транзистор с указанием трех его основных компонентов. Кредит изображения: студент-технолог

NPN и PNP — два стандартных типа транзисторов.Буквы обозначают порядок слоев полупроводников, из которых состоят выводы; Слои N-типа состоят из отрицательных носителей заряда и имеют избыточные электроны, а слои P-типа состоят из положительных носителей заряда и не имеют электронов. В полупроводниках свободные электроны заряжены отрицательно, а дырки в материале заряжены положительно.

Транзисторы

NPN имеют выводы коллектора и эмиттера из материала N-типа, а базовый вывод из материала P-типа. Они используют электроны в качестве носителей тока.Они более распространены, потому что их легче построить из кремния.

Транзисторы

PNP имеют выводы коллектора и эмиттера из материала P-типа, а базовый вывод из материала N-типа. Они используют дырки (пятна без электронов) в качестве носителей тока. Они работают почти так же, как NPN-транзисторы, за исключением того, что основной поток тока в них регулируется путем изменения количества отверстий в базе. Отрицательные и положительные соединения, выполняемые транзистором PNP, также являются обратными соединениям NPN.

Разница в составе и протекании тока между PNP и NPN транзисторами. Кредит изображения: PhysLink.com

Полевые (униполярные) транзисторы

Полевые транзисторы (FET), также называемые униполярными транзисторами, представляют собой транзисторы, состоящие только из двух слоев полупроводникового материала. Они включают в себя компоненты затвора , источника и стока .

  • Затвор — это слой полупроводника и вывод, который модулирует ток посредством приложенного напряжения.
  • Источник — это место, где ток входит в канал.
  • Сток — это место, где ток покидает канал.

Состав полевого транзистора показан на изображении ниже.

Изображение предоставлено: PhysLink.com

Во время работы электричество проходит через первый полупроводниковый слой (называемый каналом). Напряжение, подключенное ко второму полупроводниковому слою (затвор), регулирует силу тока в канале, препятствуя протеканию тока.

Как работают транзисторы

Принцип работы транзисторов можно объяснить как на функциональном, так и на теоретическом уровне.

Функциональное понимание

Транзисторы

могут работать как переключатели и усилители. Во время работы подаваемое напряжение изменяет поток электрического тока за счет добавления электронов или прерывания потока. Это позволяет небольшим изменениям напряжения вызывать пропорционально большие изменения выходного тока, что приводит к усилению. Ток, который проходит через транзистор, также может работать как механизм переключения.Чтобы понять работу транзистора, можно использовать простую визуальную аналогию.

Работа транзистора по аналогии с потоком воды. Кредит изображения: Satcure-focus.com

Диаграмма выше может использоваться для представления транзистора (в данном случае биполярного типа), где поток воды представляет поток тока. Изначально на коллектор (С) подается резервуар с водой (напряжение питания) и остается постоянным, чтобы не перегружать емкость транзистора. Изменяя ток из основного канала (B) путем увеличения напряжения, затвор (переключатель) перемещается, позволяя пропорционально большему количеству тока течь от коллектора к эмиттеру (E).

Теоретическое понимание

В то время как двухполюсные устройства описываются с одним напряжением и одним током, транзисторы (три оконечных устройства) описываются с тремя напряжениями и тремя токами. В BJT три напряжения — это напряжения между любыми двумя клеммами, представленные как V BE , V CE и V CB . Токи обозначаются как ток эмиттера ( I E ), ток коллектора ( I C ) и базовый ток ( I B ).На следующем рисунке показана конструкция, символ, а также направление и полярность токов и напряжений в NPN-транзисторе. Для транзистора PNP эти токи и напряжения имеют противоположную полярность.

Транзистор может производить большой выходной сигнал ( I C ) с очень маленьким входом ( I B ). Коэффициент, на который выходной ток ( I C ) больше, чем управляющий или входной ток ( I B ), называется коэффициентом усиления по постоянному току ( β ) усилитель.Его значение обычно указывается производителем и иногда обозначается символом h FE . Его можно найти по приблизительной формуле:

Это видео дает дальнейшее объяснение теории, лежащей в основе работы транзисторов:

Кредит видео: dizzo95

Критерии отбора

При выборе транзисторов промышленные покупатели должны учитывать тип транзистора и его рабочие характеристики, конструктивные параметры и применение.

Типы

Различные типы транзисторов могут иметь преимущества, которые делают их предпочтительными для определенных приложений.

  • Биполярные транзисторы предпочтительны для приложений с высокоскоростной коммутацией и в качестве мощных усилителей для систем с большим током.

  • Полевые транзисторы предпочтительны для приложений со слабым сигналом (например, для простой беспроводной связи и широковещательных приемников) и в системах с высоким импедансом.

Технические характеристики

Транзисторы

можно описать по ряду параметров и спецификаций.

Ток коллектора (I C ) описывает максимально допустимую токовую нагрузку в коллекторе. Он измеряется в миллиамперах (мА) или амперах (А) в зависимости от мощности транзистора. Если ток в коллекторе превысит этот параметр, транзистор может выйти из строя из-за перегрузки.

Рассеиваемая мощность (P D или P до ) описывает рассеиваемую мощность транзистора.Обычно он измеряется в ваттах. Фактическое рассеивание определяется умножением напряжения на транзисторе на ток через коллектор. Обычно он рассчитан на температуру окружающей среды 25 ° C.

Коэффициент усиления по току (h FE ) или (β) описывает коэффициент усиления по току транзистора. Он определяет коэффициент усиления тока в транзисторе.

Переход частоты (f T ) — частота, при которой коэффициент усиления по току падает до единицы.Измеряется в мегагерцах (МГц). В большинстве случаев транзистор должен работать значительно ниже этой частоты.

Напряжение пробоя коллектор-эмиттер (В CE ) — это максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером. Измеряется в вольтах. Напряжения, превышающие это значение, могут повредить соответствующий транзистор.

Расчетные параметры

Транзисторы

можно охарактеризовать по ряду конструктивных параметров, от стиля корпуса до типа материала.

Тип корпуса — Транзисторы могут быть спроектированы на основе большого разнообразия стилей корпусов. Коды корпусов TOxx описывают устройства с выводами, а коды корпусов SOTxxx описывают устройства для поверхностного монтажа.

Материал — Транзисторы обычно состоят из одного из двух полупроводниковых материалов: кремния или германия. Определенные уровни примесей (легирующих примесей) добавляются для изменения или улучшения рабочих характеристик транзистора, необходимого для применения. Хотя германий обладает более желательными электрическими свойствами, кремний используется гораздо чаще из-за его надежности и низкой стоимости.

Приложение

Выбор подходящего транзистора может зависеть от конкретного приложения. По этой причине многие листы продуктов будут включать общие или специальные приложения для различных транзисторных продуктов. Некоторые общие приложения включают:

  • Низкая / средняя / высокая мощность
  • Общего назначения
  • Низкий уровень шума
  • Высокое усиление

Некоторые конкретные приложения включают:

  • Смеситель
  • Усилитель УВЧ / УКВ
  • Усилитель Дарлингтона
  • Широкополосный усилитель

Стандарты

BS IEC 60747-7 — Полупроводниковые приборы — дискретные устройства, часть 7: Биполярные транзисторы

Список литературы

Все о схемах — Переходные полевые транзисторы

Клуб электроники — Транзисторы

PhysLink — Как работает транзистор?

WhatIS.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *