Эмиттер коллектор база. Биполярный транзистор: принцип работы, режимы и основные параметры — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое биполярный транзистор. Как устроен биполярный транзистор. Как работает биполярный транзистор. Какие бывают режимы работы биполярного транзистора. Какие основные параметры у биполярного транзистора. Какие существуют схемы включения биполярного транзистора.

Содержание

Устройство и принцип работы биполярного транзистора

Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор с тремя выводами: эмиттером, базой и коллектором. Он состоит из трех областей полупроводника с чередующимся типом проводимости. В зависимости от порядка чередования слоев различают транзисторы типа n-p-n и p-n-p.

Как работает биполярный транзистор типа n-p-n в активном режиме?

Эмиттерный p-n переход смещен в прямом направлении
Коллекторный p-n переход смещен в обратном направлении
Электроны инжектируются из эмиттера в базу
Большая часть электронов проходит через тонкую базу в коллектор
Небольшая часть электронов рекомбинирует в базе, образуя ток базы
Ток коллектора примерно равен току эмиттера

Таким образом, малый ток базы управляет значительно большим током коллектора, что обеспечивает усиление сигнала.

Основные режимы работы биполярного транзистора

Биполярный транзистор может работать в нескольких режимах в зависимости от напряжений на его электродах:

Активный режим — основной режим усиления сигнала
Режим насыщения — транзистор полностью открыт
Режим отсечки — транзистор полностью закрыт
Инверсный активный режим — редко используется

Чем отличаются эти режимы работы транзистора?

Активный режим

В активном режиме:

Эмиттерный переход смещен в прямом направлении
Коллекторный переход смещен в обратном направлении
Ток коллектора пропорционален току базы
Используется для усиления сигналов

Режим насыщения

В режиме насыщения:

Оба перехода смещены в прямом направлении
Транзистор полностью открыт
Напряжение коллектор-эмиттер минимально
Используется в ключевых схемах

Режим отсечки

В режиме отсечки:

Оба перехода смещены в обратном направлении
Транзистор полностью закрыт
Токи через транзистор минимальны
Также используется в ключевых схемах

Основные схемы включения биполярного транзистора

Существует три основные схемы включения биполярного транзистора:

Схема с общей базой (ОБ)

Особенности схемы с общей базой:

База является общим электродом для входной и выходной цепи
Коэффициент усиления по току близок к единице
Высокий коэффициент усиления по напряжению
Низкое входное и высокое выходное сопротивление
Не инвертирует фазу сигнала

Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Особенности схемы с общим эмиттером:

Эмиттер является общим электродом
Высокий коэффициент усиления по току и напряжению
Среднее входное и выходное сопротивление
Инвертирует фазу сигнала
Наиболее распространенная схема включения

Схема с общим коллектором (ОК)

Особенности схемы с общим коллектором:

Коллектор является общим электродом
Коэффициент усиления по напряжению близок к единице
Высокое входное и низкое выходное сопротивление
Не инвертирует фазу сигнала
Также называется эмиттерным повторителем

Основные параметры биполярных транзисторов

Какие ключевые параметры характеризуют биполярный транзистор?

Коэффициент усиления по току (β) — отношение тока коллектора к току базы
Максимально допустимый ток коллектора
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер
Граничная частота коэффициента передачи тока
Входное сопротивление
Выходная проводимость
Обратный ток коллектора
Емкости переходов

Эти параметры определяют усилительные свойства, предельные режимы работы и частотные характеристики транзистора.

Применение биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы широко применяются в электронике благодаря своим уникальным свойствам. Где используются биполярные транзисторы?

Усилители аналоговых сигналов
Генераторы электрических колебаний
Ключевые схемы в цифровой электронике
Стабилизаторы напряжения и тока
Преобразователи электрических сигналов
Датчики температуры
Источники опорного напряжения

Биполярные транзисторы остаются незаменимыми во многих областях, несмотря на развитие полевых транзисторов и интегральных схем.

Преимущества и недостатки биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы имеют ряд достоинств и недостатков по сравнению с другими типами транзисторов.

Преимущества биполярных транзисторов:

Высокий коэффициент усиления по току
Хорошие частотные свойства
Малый уровень шумов
Высокая линейность усиления
Возможность работы при больших токах

Недостатки биполярных транзисторов:

Управление током, а не напряжением
Относительно низкое входное сопротивление
Сложность согласования каскадов
Зависимость параметров от температуры
Подверженность эффекту пробоя при высоких напряжениях

Несмотря на недостатки, биполярные транзисторы остаются востребованными во многих областях электроники благодаря своим уникальным свойствам.

Современные тенденции в развитии биполярных транзисторов

Хотя биполярные транзисторы известны уже более 70 лет, их развитие продолжается. Какие современные тенденции наблюдаются в области биполярных транзисторов?

Уменьшение размеров транзисторов для повышения плотности интеграции

Повышение рабочих частот до сотен ГГц
Улучшение теплоотвода для увеличения мощности
Создание комбинированных биполярно-полевых структур (BiCMOS)
Применение новых полупроводниковых материалов (SiGe, GaAs)
Оптимизация конструкции для специфических применений

Эти тенденции позволяют расширить области применения биполярных транзисторов и улучшить их характеристики.

Сопротивление открытого биполярного транзистора — Морской флот

Пожалуй, сегодня сложно представить себе современный мир без транзисторов, практически в любой электронике, начиная от радиоприёмников и телевизоров, заканчивая автомобилями, телефонами и компьютерами, так или иначе, они используются.

Различают два вида транзисторов: биполярные и полевые. Биполярные транзисторы управляются током, а не напряжением. Бывают мощные и маломощные, высокочастотные и низкочастотные, p-n-p и n-p-n структуры. Транзисторы выпускаются в разных корпусах и бывают разных размеров, начиная от чип SMD (на самом деле есть намного меньше чем чип) которые предназначены для поверхностного монтажа, заканчивая очень мощными транзисторами. По рассеиваемой мощности различают маломощные до 100 мВт, средней мощности от 0,1 до 1 Вт и мощные транзисторы больше 1 Вт.

Когда говорят о транзисторах, то обычно имеют в виду биполярные транзисторы. Биполярные транзисторы изготавливаются из кремния или германия. Биполярными они названы потому, что их работа основана на использовании в качестве носителей заряда как электронов, так и дырок. Транзисторы на схемах обозначаются следующим образом:

Одну из крайних областей транзисторной структуры называют эмиттером. Промежуточную область называют базой, а другую крайнюю — коллектором. Эти три электрода образуют два p-n перехода: между базой и коллектором — коллекторный, а между базой и эмиттером — эмиттерный. Как и обычный выключатель, транзистор может находиться в двух состояниях — во «включенном» и «выключенном». Но это не значит, что они имеют движущиеся или механические части, переключаются они из выключенного состояния во включенное и обратно с помощью электрических сигналов.

Транзисторы предназначены для усиления, преобразования и генерирования электрических колебаний. Работу транзистора можно представить на примере водопроводной системы. Представьте смеситель в ванной, один электрод транзистора – это труба до краника (смесителя), другой (второй) – труба после краника, там где у нас вытекает вода, а третий управляющий электрод – это как раз краник, которым мы будем включать воду.
Транзистор можно представить как два последовательно соединенных диода, в случае NPN аноды соединяются вместе, а в случае PNP – соединяются катоды.

Различают транзисторы типов PNP и NPN, PNP транзисторы открываются напряжением отрицательной полярности, NPN – положительной. В NPN транзисторах основные носители заряда – электроны, а в PNP – дырки, которые менее мобильны, соответственно NPN транзисторы быстрее переключаются.

Uкэ = напряжение коллектор-эмиттер
Uбэ = напряжение база-эмиттер
Ic = ток коллектора
Iб = ток базы

В зависимости от того, в каких состояниях находятся переходы транзистора, различают режимы его работы. Поскольку в транзисторе имеется два перехода (эмиттерный и коллекторный), и каждый из них может находиться в двух состояниях: 1) открытом 2) закрытом. Различают четыре режима работы транзистора. Основным режимом является активный режим, при котором коллекторный переход находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – в открытом. Транзисторы, работающие в активном режиме, используются в усилительных схемах. Помимо активного, выделяют инверсный режим, при котором эмиттерный переход закрыт, а коллекторный – открыт, режим насыщения, при котором оба перехода открыты, и режим отсечки, при котором оба перехода закрыты.

При работе транзистора с сигналами высокой частоты время протекания основных процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. В результате способность транзистора усиливать электрические сигналы с ростом частоты ухудшается.

Некоторые параметры биполярных транзисторов

Постоянное/импульсное напряжение коллектор – эмиттер.
Постоянное напряжение коллектор – база.
Постоянное напряжение эмиттер – база.
Предельная частота коэффициента передачи тока базы
Постоянный/импульсный ток коллектора.
Коэффициент передачи по току
Максимально допустимый ток
Входное сопротивление
Рассеиваемая мощность.
Температура p-n перехода.
Температура окружающей среды и пр…

Граничное напряжение Uкэо гр. является максимально допустимым напряжение между коллектором и эмиттером, при разомкнутой цепи базы и токе коллектора. Напряжение на коллекторе, меньше Uкэо гр. свойственны импульсным режимам работы транзистора при токах базы, отличных от нуля и соответствующих им токах базы (для n-p-n транзисторы ток базы >0, а для p-n-p наоборот, Iб 0 2

Итак, допустим в нашем распоряжении транзистор с коэффициентом усиления 200 (β = 200). Со стороны коллектора подключим относительно мощный источник питания в 20V, за счет энергии которого будет происходить усиление. Со стороны базы транзистора подсоединим слабый источник питания в 2V. К нему последовательно подсоединим источник переменного напряжения в форме синуса, с амплитудой колебаний в 0.1V. Это будет сигнал, который нужно усилить. Резистор Rb возле базы необходим для того, чтобы ограничить ток, идущий от источника сигнала, обычно обладающего слабой мощностью.

2. Расчет входного тока базы Ib

Теперь посчитаем ток базы I_b. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (V_max) и минимальном (V_min). Назовем эти значения тока соответственно – I_bmax и I_bmin.

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер V_BE. Между базой и эмиттером располагается один PN-переход. Получается, что ток базы «встречает» на своем пути полупроводниковый диод. Напряжение, при котором полупроводниковый диод начинает проводить – около 0.6V. Не будем вдаваться в подробности вольт-амперных характеристик диода, и для простоты расчетов возьмем приближенную модель, согласно которой напряжение на проводящем ток диоде всегда 0.6V. Значит, напряжение между базой и эмиттером V_BE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (V_E = 0), то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (V_B = 0.6V).

Посчитаем I_bmax и I_bmin с помощью закона Ома:

2. Расчет выходного тока коллектора iс

Теперь, зная коэффициент усиления (β = 200), можно с легкостью посчитать максимальное и минимальное значения тока коллектора ( I_cmax и I_cmin).

3. Расчет выходного напряжения Vout

Осталось посчитать напряжение на выходе нашего усилителя V_out. В данной цепи – это напряжение на коллекторе V_C.

Через резистор Rc течет ток коллектора, который мы уже посчитали. Осталось подставить значения:

4. Анализ результатов

Как видно из результатов, V_Cmax получился меньше чем V_Cmin. Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе V_Rc отнимается от напряжения питания VCC. Однако в большинстве случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала – амплитуда, которая увеличилась c 0.1V до 1V. Частота и синусоидальная форма сигнала не изменились. Конечно же, соотношение V_out/V_in в десять раз – далеко на самый лучший показатель для усилителя, однако для иллюстрации процесса усиления вполне подойдет.

Итак, подытожим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе. Через базу течет ток I_b, несущий в себе постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая нужна для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал проводить – «открылся». Переменная составляющая – это, собственно, сам сигнал (полезная информация). Сила тока коллектор-эмиттер внутри транзистора – это результат умножения тока базы на коэффициент усиления β. В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором – результат умножения усиленного тока коллектора на значение резистора.

Таким образом, на вывод V_out поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний, но с сохранившейся формой и частотой. Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор берет у источника питания VCC. Если напряжения питания будет недостаточно, транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получится с искажениями.

Режимы работы биполярного транзистора

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы:

Режим отсечки (cut off mode).

Активный режим (active mode).

Режим насыщения (saturation mode).

Инверсный ражим (reverse mode ).

Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V – 0.7V, PN-переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор как бы заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

В активном режиме напряжение на базе достаточное, для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером открылся. В этом состоянии у транзистора присутствуют токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Иногда ток базы может оказаться слишком большим. В результате мощности питания просто не хватит для обеспечения такой величины тока коллектора, которая бы соответствовала коэффициенту усиления транзистора. В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечить источник питания, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.

В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен».

В данном режиме коллектор и эмиттер меняются ролями: коллекторный PN-переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. В результате ток из базы течет в коллектор. Область полупроводника коллектора несимметрична эмиттеру, и коэффициент усиления в инверсном режиме получается ниже, чем в нормальном активном режиме. Конструкция транзистора выполнена таким образом, чтобы он максимально эффективно работал в активном режиме. Поэтому в инверсном режиме транзистор практически не используют.

Основные параметры биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по току – соотношение тока коллектора I_С к току базы I_B. Обозначаетсяβ, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзисторов.

β – величина постоянная для одного транзистора, и зависит от физического строения прибора. Высокий коэффициент усиления исчисляется в сотнях единиц, низкий – в десятках. Для двух отдельных транзисторов одного типа, даже если во время производства они были “соседями по конвейеру”, β может немного отличаться. Эта характеристика биполярного транзистора является, пожалуй, самой важной. Если другими параметрами прибора довольно часто можно пренебречь в расчетах, то коэффициентом усиления по току практически невозможно.

Входное сопротивление – сопротивление в транзисторе, которое «встречает» ток базы. Обозначается R_in (R_вх). Чем оно больше – тем лучше для усилительных характеристик прибора, поскольку со стороны базы обычно находиться источник слабого сигнала, у которого нужно потреблять как можно меньше тока. Идеальный вариант – это когда входное сопротивление равняется бесконечность.

R_вх для среднестатистического биполярного транзистора составляет несколько сотен КΩ (килоом). Здесь биполярный транзистор очень сильно проигрывает полевому транзистору, где входное сопротивление доходит до сотен ГΩ (гигаом).

Выходная проводимость – проводимость транзистора между коллектором и эмиттером. Чем больше выходная проводимость, тем больше тока коллектор-эмиттер сможет проходить через транзистор при меньшей мощности.

Также с увеличением выходной проводимости (или уменьшением выходного сопротивления) увеличивается максимальная нагрузка, которую может выдержать усилитель при незначительных потерях общего коэффициента усиления. Например, если транзистор с низкой выходной проводимостью усиливает сигнал в 100 раз без нагрузки, то при подсоединении нагрузки в 1 КΩ, он уже будет усиливать всего в 50 раз. У транзистора, с таким же коэффициентом усиления, но с большей выходной проводимостью, падение усиления будет меньше. Идеальный вариант – это когда выходная проводимость равняется бесконечность (или выходное сопротивление R_out = 0 (R_вых = 0)).

Частотная характеристика – зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты входящего сигнала. С повышением частоты, способность транзистора усиливать сигнал постепенно падает. Причиной тому являются паразитные емкости, образовавшиеся в PN-переходах. На изменения входного сигнала в базе транзистор реагирует не мгновенно, а с определенным замедлением, обусловленным затратой времени на наполнение зарядом этих емкостей. Поэтому, при очень высоких частотах, транзистор просто не успевает среагировать и полностью усилить сигнал.

Биполя́рный транзи́стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar ), в отличие от полевого (униполярного) транзистора.

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента (например, в схемах ТТЛ).

Содержание

Устройство [ править | править код ]

Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера (обозначается «Э», англ. E ), базы («Б», англ. B ) и коллектора («К», англ. C ). В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n (эмиттер — n-полупроводник, база — p-полупроводник, коллектор — n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты [1] .

С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы, но при изготовлении они существенно различаются степенью легирования для улучшения электрических параметров прибора. Коллекторный слой легируется слабо, что повышает допустимое коллекторное напряжение. Эмиттерный слой — сильно легированный: величина пробойного обратного напряжения эмиттерного перехода не критична, так как обычно в электронных схемах транзисторы работают с прямосмещённым эмиттерным переходом. Кроме того, сильное легирование эмиттерного слоя обеспечивает лучшую инжекцию неосновных носителей в базовый слой, что увеличивает коэффициент передачи по току в схемах с общей базой. Слой базы легируется слабо, так как располагается между эмиттерным и коллекторным слоями и должен иметь большое электрическое сопротивление.

Общая площадь перехода база-эмиттер выполняется значительно меньше площади перехода коллектор-база, что увеличивает вероятность захвата неосновных носителей из базового слоя и улучшает коэффициент передачи. Так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включён с обратным смещением, в нём выделяется основная доля тепла, рассеиваемого прибором, и повышение его площади способствует лучшему охлаждению кристалла. Поэтому на практике биполярный транзистор общего применения является несимметричным устройством (то есть инверсное включение, когда меняют местами эмиттер и коллектор, нецелесообразно).

Для повышения частотных параметров (быстродействия) толщину базового слоя делают меньше, так как этим, в том числе, определяется время «пролёта» (диффузии в бездрейфовых приборах) неосновных носителей. Но при снижении толщины базы снижается предельное коллекторное напряжение, поэтому толщину базового слоя выбирают исходя из разумного компромисса.

В первых транзисторах в качестве полупроводникового материала использовался металлический германий. Полупроводниковые приборы на его основе имеют ряд недостатков, и в настоящее время (2015 г.) биполярные транзисторы изготавливают в основном из монокристаллического кремния и монокристаллического арсенида галлия. Благодаря очень высокой подвижности носителей в арсениде галлия приборы на его основе обладают высоким быстродействием и используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах СВЧ-усилителей.

Принцип работы [ править | править код ]

В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении [2] (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт).

В транзисторе типа n-p-n [3] основные носители заряда в эмиттере (электроны) проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того, что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, бо́льшая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора, так как время рекомбинации относительно велико [4] . Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны) и переносит их в коллекторный слой. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (I_э=I_б + I_к).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (I_к = α I_э), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно бо́льшим током коллектора.

Режимы работы [ править | править код ]

Напряжения на эмиттере, базе, коллекторе ( U E , U B , U C <displaystyle U_,U_,U_> )	Смещение перехода база-эмиттер для типа n-p-n	Смещение перехода база-коллектор для типа n-p-n	Режим для типа n-p-n
U E U B U C <displaystyle U_	прямое	обратное	нормальный активный режим
U_>»> U E U B > U C <displaystyle U_U_> U_>»/>	прямое	прямое	режим насыщения
U_ U E > U B U C <displaystyle U_>U_ U_	обратное	обратное	режим отсечки
U_>U_>»> U E > U B > U C <displaystyle U_>U_>U_> U_>U_>»/>	обратное	прямое	инверсный активный режим
Напряжения на эмиттере, базе, коллекторе ( U E , U B , U C <displaystyle U_,U_,U_> )	Смещение перехода база-эмиттер для типа p-n-p	Смещение перехода база-коллектор для типа p-n-p	Режим для типа p-n-p
U E U B U C <displaystyle U_	обратное	прямое	инверсный активный режим
U_>»> U E U B > U C <displaystyle U_U_> U_>»/>	обратное	обратное	режим отсечки
U_ U E > U B U C <displaystyle U_>U_ U_	прямое	прямое	режим насыщения
U_>U_>»> U E > U B > U C <displaystyle U_>U_>U_> U_>U_>»/>	прямое	обратное	нормальный активный режим

Нормальный активный режим [ править | править код ]

Переход эмиттер-база включён в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

Инверсный активный режим [ править | править код ]

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: U_КБ>0; U_ЭБ Режим насыщения [ править | править код ]

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (I_{Э. нас}) и коллектора (I_{К. нас}).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (U_{КЭ. нас}) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог R_{СИ. отк} у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (U_{БЭ. нас}) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки [ править | править код ]

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию U_ЭБ [5] [6] .

Барьерный режим [ править | править код ]

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включённый последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Схемы включения [ править | править код ]

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Схема включения с общей базой [ править | править код ]

Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.
Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх = I_к/I_э = α [α Достоинства

Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1
Малое входное сопротивление

Схема включения с общим эмиттером [ править | править код ]

Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх = I_к/I_б = I_к/(I_э-I_к) = α/(1-α) = β [β>>1].
Входное сопротивление: R_вх = U_вх/I_вх = U_бэ/I_б.

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.
Большой коэффициент усиления по напряжению.
Наибольшее усиление мощности.
Можно обойтись одним источником питания.
Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором [ править | править код ]

Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх = I_э/I_б = I_э/(I_э-I_к) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
Входное сопротивление: R_вх = U_вх/I_вх = (U_бэ + U_кэ)/I_б.

Достоинства

Большое входное сопротивление.
Малое выходное сопротивление.

Недостатки

Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры [ править | править код ]

Коэффициент передачи по току.
Входное сопротивление.
Выходная проводимость.
Обратный ток коллектор-эмиттер.
Время включения.
Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
Обратный ток коллектора.
Максимально допустимый ток.
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

коэффициент усиления по току α;
сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току r_э, r_к, r_б, которые представляют собой:

r_э — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
r_к — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
r_б — поперечное сопротивление базы.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

h 11 ∍ = r δ + r ∍ 1 − α <displaystyle h_<11ackepsilon >=r_<delta >+<frac ><1-alpha >>> ;

h 12 ∍ ≈ r ∍ r κ ( 1 − α ) <displaystyle h_<12ackepsilon >approx <frac >(1-alpha )>>> ;

h 21 ∍ = β = α 1 − α <displaystyle h_<21ackepsilon >=eta =<frac <alpha ><1-alpha >>> ;

h 22 ∍ ≈ 1 r κ ( 1 − α ) <displaystyle h_<22ackepsilon >approx <frac <1>(1-alpha )>>> .

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода C_к. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода C_э также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода r_э и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τ_з относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τ_ф. Временем включения транзистора называется τ_вкл = τ_з + τ_ф.

Биполярный СВЧ-транзистор [ править | править код ]

Биполярные СВЧ-транзисторы (БТ СВЧ) служат для усиления колебаний с частотой свыше 0,3 ГГЦ [7] . Верхняя граница частот БТ СВЧ с выходной мощностью более 1 Вт составляет около 10 ГГц. Большинство мощных БТ СВЧ по структуре относится к n-p-n типу [8] . По методу формирования переходов БТ СВЧ являются эпитаксиально-планарными. Все БТ СВЧ, кроме самых маломощных, имеют многоэмиттерную структуру (гребёнчатую, сетчатую) [9] . По мощности БТ СВЧ разделяются на маломощные (рассеиваемая мощность до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 1,5 Вт) и мощные (свыше 1,5 Вт) [10] . Выпускается большое число узкоспециализированных типов БТ СВЧ [10] .

Транзистор — принцип работы.Основные параметры.

Как устроен транзистор.

Вне зависимости от принципа работы, полупроводниковый транзистор содержит в себе монокристалл из основного полупроводникового материала, чаще всего это — кремний, германий, арсенид галлия. В основной материал добавлены, легирующие добавки для формирования p-n перехода(переходов), металлические выводы.

Кристалл помещается в металлический, пластиковый или керамический корпус, для защиты от внешних воздействий. Однако, существуют также и бескорпусные транзисторы.

Принцип работы биполярного транзистора.

Биполярный транзистор может быть либо p-n-p, либо n-p-n в зависимости от чередования слоев полупроводника в кристалле. В любом случае выводы называются — база, коллектор и эмиттер. Слой полупроводника, соответствующий базе заключен между слоями эмиттера и коллектора. Он имеет принципиально очень малую ширину. Носители заряда движутся от эмиттера через базу — к коллектору. Условием возникновения тока между коллектором и эмиттером является наличие свободных носителей в области базы. Эти носители проникают туда при возникновении тока эмиттер-база. причиной которого может являться разность напряжения между этими электродами.

Т.е. — для нормальной работы биполярного транзистора в качестве усилителя сигнала всегда необходимо присутствие напряжения некого минимального уровня, для смещения перехода эмиттер-база в прямом направлении. Прямое смещение перехода база-эмиттер приоткрывая транзистор, задает так называемую — рабочую точку режима. Для гармоничного усиления сигнала по напряжению и току используют режим — А. В этом режиме напряжение между коллектором и нагрузкой, примерно равно половине питающего напряжения — т. е выходное сопротивление транзистора и нагрузки примерно равны . Если подавать теперь на переход база — эмиттер сигнал переменного тока, СОПРОТИВЛЕНИЕ эмиттер — коллектор будет изменяться, графически повторяя форму входного сигнала. Соответственно, то же будет происходить и с током через эмиттер к коллектору протекающим. Причем амплитуда тока будет большей, нежели амплитуда входного сигнала — будет происходить

усиление сигнала.

Если увеличивать напряжение смещения база — эмиттер дальше, это приведет к росту тока в этой цепи, и как результат — еще большему росту тока эмиттер — коллектор. В конце, концов ток перестает расти — транзистор переходит в полностью открытое состояние(насыщения). Если затем убрать напряжение смещения — транзистор закроется, ток эмиттер — коллектор уменьшится, почти исчезнет. Так транзистор может работать в качестве

электронного ключа. Этот режим наиболее эффективен в отношении управления мощностями, при протекании тока через полностью открытый транзистор величина падения напряжения минимальна. Соответственно малы потери тока и нагрев переходов транзистора.

Существует три вида подключения биполярного транзистора. С общим эмиттером (ОЭ) — осуществляется усиление как по току, так и по напряжению — наиболее часто применяемая схема.
Усилительные каскады построенные подобным образом, легче согласуются между собой, так как значения их входного и выходного сопротивления относительно близки, если сравнивать с двумя остальными видами включения (хотя иногда и отличаются в десятки раз).

С общим коллектором (ОК) осуществляется усиление только по току — применяется для согласования источников сигнала с высоким внутренним сопротивлением(импендансом) и низкоомными сопротивлениями нагрузок. Например, в выходных каскадах усилителей и контроллеров.

С общей базой (ОБ) осуществляется усиление только по напряжению. Имеет низкое входное и высокое выходное сопротивление и более широкий частотный диапазон. Это позволяет использовать подобное включение для согласования источников сигнала с низким внутренним сопротивлением(импендансом) с последующим каскадом усиления. Например — в входных цепях радиоприемных устройств.

Принцип работы полевого транзистора.

Полевой транзистор, как и биполярный имеет три электрода. Они носят названия — сток, исток и затвор. Если на затворе отсутствует напряжение, а на сток подано положительное напряжение относительно истока, то между истоком и стоком через канал течет максимальный ток.

Т. е. — транзистор полностью открыт. Для того, что бы его изменить, на затвор подают отрицательное напряжение, относительно истока. Под действием электрического поля (отсюда и название транзистора) канал сужается, его сопротивление растет, а ток через него уменьшается. При определенном значении напряжения канал сужается до такой степени, что ток практически исчезает — транзистор закрывается.

На рисунке изображено устройство полевого транзистора с изолированным затвором(МДП).

Если на затвор этого прибора не подано положительное напряжение, то канал между истоком и стоком отсутствует и ток равен нулю. Транзистор полностью закрыт. Канал возникает при некотором минимальном напряжении на затворе(напряжение порога). Затем сопротивление канала уменьшается, до полного открывания транзистора.

Полевые транзисторы, как с p-n переходом (канальные), так и МОП (МДП) имеют следующие схемы включения: с общим истоком (ОИ) — аналог ОЭ биполярного транзистора; с общим стоком (ОС) — аналог ОК биполярного транзистора; с общим затвором (ОЗ) — аналог ОБ биполярного транзистора.

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:
маломощные транзисторы — до 100 мВт ;
транзисторы средней мощности — от 0,1 до 1 Вт;
мощные транзисторы — больше 1 Вт.

Важные параметры биполярных транзисторов.

1. Коэффициент передачи тока(коэффициент усиления) — от 1 до 1000 при постоянном токе. С увеличением частоты постепенно снижается.
2. Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером(при разомкнутой базе) У специальных высоковольтных транзисторов, достигает десятков тысяч вольт.
3.Предельная частота, до которой коэффициент передачи тока выше 1. До 100000 гц. у низкочастотных транзисторов, свыше 100000 гц. — у высокочастотных.
4.Напряжение насыщения эмиттер-коллектор — величина падения напряжения между этими электродами у полностью открытого транзистора.

Важные параметры полевых транзисторов.

Усилительные свойства полевого транзистора определяются отношением приращения тока стока к вызвавшему его приращению напряжения затвор — исток, т. е.

ΔI_d /ΔU_GS

Это отношение принято называть крутизной прибора, а по сути дела оно является передаточной проводимостью и измеряется в миллиамперах на вольт(мА /В).

Другие важнейшие параметры полевых транзисторов приведены ниже:
1. I_Dmax — максимальный ток стока.

2.U_DSmax — максимальное напряжение сток-исток.

3.U_GSmax — максимальное напряжение затвор-исток.

4.Р_Dmax — максимальна мощность, которая может выделяться на приборе.

5.t_on — типовое время нарастания тока стока при идеально прямоугольной форме входного сигнала.

6.t_off — типовое время спада тока стока при идеально прямоугольной форме входного сигнала.

7.R_DS(on)max — максимальное значение сопротивления исток — сток в включенном(открытом) состоянии.

На главную страницу

Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».

Проверка биполярного транзистора мультиметром

Добавлено 27 сентября 2017 в 07:35

Сохранить или поделиться

Биполярные транзисторы построены из трехслойного полупроводникового «сэндвича» либо NPN, либо PNP. Как таковые транзисторы при проверке мультиметром в режиме «сопротивление» или «проверка диода», как показано на рисунке ниже, показываются как два диода, соединенных друг с другом. Показания низкого сопротивления с черным отрицательным (-) выводом на базе соответствует N-типу материала в базе PNP транзистора. На условном обозначении на материал N-типа «указывает» стрелка перехода база-эмиттер, который в этом примере является базой. Эмиттер P-типа соответствует другому концу стрелки перехода база-эмиттер. Коллектор очень похож на эмиттер и так же является материалом P-типа PN-перехода.

Проверка PNP транзистора мультиметром: (a) прямое смещение переходов Б-Э и Б-К, сопротивление низкое; (b) обратное смещение переходов Б-Э, Б-К, сопротивление равно ∞

Здесь я предполагаю использовать мультиметр с единственной функцией измерения (сопротивление) для проверки PN-переходов. Некоторые мультиметры оснащены двумя отдельными функциями измерения: сопротивление и «проверка диода», каждая служит своей цели. Если у вашего мультиметра есть функция «проверка диода», используйте её, вместо измерения сопротивления, в этом случае мультиметр покажет прямое падение напряжения PN-перехода, а не только то, проводит ли он ток.

Разумеется, показания мультиметра будут совершенно противоположными для NPN транзистора, причем оба PN-перехода будут направлены в противоположную сторону. Показания низкого сопротивления с красным (+) выводом на базе являются «противоположным» состоянием для NPN транзистора.

Если в этом тесте используется мультиметр с функцией «проверка диода», будет установлено, что переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем переход коллектор-база. Эта разница прямых напряжений обусловлена несоответствием концентрации легирования между областями эмиттера и коллектора: эмиттер представляет собой кусок полупроводникового материала, гораздо более легированный, чем коллектор, в результате чего его переход с базой создает более высокое прямое падение напряжения.

Зная это, становится возможным определение назначение выводов на немаркированном транзисторе. Это важно, потому что корпуса, к сожалению, не стандартизированы. Разумеется, все биполярные транзисторы имеют три вывода, но расположение этих трех выводов на реальном физическом корпусе не имеет универсального стандартизированного порядка.

Предположим, что техник нашел биполярный транзистор и начинает измерять его проводимость с помощью мультиметра, установленного в режим «проверка диода». Измерения между парами выводов и запись значений, отображаемых мультиметром, дают ему следующие данные.

Неизвестный биполярный транзистор. Где здесь эмиттер, база, коллектор? Ниже приведены показания мультиметра.

Мультиметр подключен к выводу 1 (+) и 2 (-): “OL”
Мультиметр подключен к выводу 1 (-) и 2 (+): “OL”
Мультиметр подключен к выводу 1 (+) и 3 (-): 0.655 V
Мультиметр подключен к выводу 1 (-) и 3 (+): “OL”
Мультиметр подключен к выводу 2 (+) и 3 (-): 0.621 V
Мультиметр подключен к выводу 2 (-) и 3 (+): “OL”

Единственными комбинациями тестовых измерений, дающих на мультиметре показания, говорящие о проводимости, являются выводы 1 и 3 (красный щуп на выводе 1, черный щуп на выводе 3) и выводы 2 и 3 (красный щуп на выводе 2, черный щуп на выводе 3). Эти два показания должны указывать на прямое смещения перехода эмиттер-база (0,655 вольт) и перехода коллектор-база (0,621 вольт).

Теперь мы ищем один провод, общий для обоих показаний проводимости. Это должен быть вывод базы транзистора, поскольку база единственным слоем трехслойного устройства, общего для обоих PN-переходов (база-эмиттер и база-коллектор). В этом примере это провод номер 3, являющийся общим для комбинаций тестовых измерений 1-3 и 2-3. В обоих этих измерениях черный (-) щуп мультиметра касался к выводу 3, что говорит нам, что база этого транзистора изготовлена из полупроводникового материала N-типа (черный = отрицательный). Таким образом, это PNP-транзистор с базой на выводе 3, эмиттером на выводе 1 и коллектором на выводе 2, как показано на рисунке ниже.

Выводы биполярного транзистора определены с помощью мультиметра.

Обратите внимание, что вывод базы в этом примере не является средним выводом транзистора, как это можно было бы ожидать от трехслойной «сэндвичной» модели биполярного транзистора. Это довольно частый случай, и, как правило, это часто путает новых студентов. Единственный способ определить назначение выводов – это проверка мультиметром или чтение технического описания на конкретную модель транзистора.

Знание того, что биполярный транзистор при тестировании мультиметром в режиме проводимости ведет себя как два соединенных «спинами» диода, полезно для идентификации неизвестного транзистора только по показаниям мультиметра. Это также полезно для быстрой проверки работоспособности транзистора. Если техник измерит проводимость между тремя выводами в разных комбинациях, он или она сразу узнает, что транзистор неисправен (или что это не биполярный транзистор, а что-то еще – отличная возможность, если на детали нет маркировки для точной идентификации!). Однако модель «двух диодов» для транзистора не может объяснить, как и почему он действует как усилительное устройство.

Чтобы лучше проиллюстрировать этот парадокс, рассмотрим одну из схем транзисторных ключей, используя для представления транзистора физическую схему (как показано на рисунке ниже), а не условное обозначение. Так легче будет видеть два PN-перехода.

Небольшой ток базы, протекающий в прямо смещенном переходе база-эмиттер, обеспечивает большой ток через обратно смещенный переход база-коллектор (на рисунке показано направление движения потоков электронов, общепринятые направления электрических токов будут противоположными)

Диагональная стрелка серого цвета показывает направление потока электронов через переход эмиттер-база. Эта часть имеет смысл, так как электроны протекают от эмиттера N-типа к базе P-типа, очевидно прямое смещение перехода. Однако с переходом база-коллектор совсем другое дело. Обратите внимание, как толстая стрелка серого цвета указывает в направлении потока электронов (вверх) от базы к коллектору. С базой из материала P-типа и коллектором из материала N-типа, это направление потока электронов явно указывает на направление, противоположное тому, с каким ассоциируется PN-переход! Обычный PN-переход не позволил бы потоку электронов протекать в этом «обратном» направлении, по крайней мере, не без значительного сопротивления. Однако открытый (насыщенный) транзистор демонстрирует очень малое противодействие электронам на всем пути от эмиттера к коллектору, о чем свидетельствует свечение лампы!

Ясно, что здесь происходит что-то, что бросает вызов простой «двухдиодной» модели биполярного транзистора. Когда я впервые узнал о работе транзистора, я попытался построить свой собственный транзистор из двух диодов, включенных в противоположных направлениях, как показано на рисунке ниже.

Пара включенных в противоположных направлениях диода не действуют как транзистор!

Моя схема не работала, и я был озадачен. Однако полезное «двухдиодное» описание транзистора может использоваться для проверки, оно не объясняет, почему транзистор ведет себя как управляемый ключ.

То, что происходит в транзисторе, заключается в следующем: обратное смещение перехода база-коллектор предотвращает протекание тока коллектора, когда транзистор находится в режиме отсечки (закрыт, т.е. при отсутствии тока базы). Если переход база-эмиттер смещен в прямом направлении с помощью управляющего сигнала, нормально блокирующее поведение перехода база-коллектор изменяется, и ток через коллектор пропускается, несмотря на то, что электроны через этот PN-переход идут «неправильно». Это поведение зависит от квантовой физики полупроводниковых переходов и может иметь место только тогда, когда два перехода расположены правильно, и концентрации легирования этих трех слоев распределены правильно. Два диода, соединенных последовательно, не соответствуют этим критериям; верхний диод никогда не может «включиться», когда он смещен в обратном направлении, независимо от того, какая величина тока проходит через нижний диод в схеме через вывод базы. Для более подробной информации смотрите раздел «Биполярные транзисторы» главы 2.

То, что концентрации легирования играют решающую роль в особых способностях транзистора, еще раз подтверждается тем фактом, что коллектор и эмиттер не являются взаимозаменяемыми. Если транзистор просто рассматривается как два противоположно направленных PN-перехода или просто как N-P-N или P-N-P сэндвич материалов, может показаться, что любой конец этого сэндвича может служить в качестве коллектора или эмиттера. Это, однако, неверно. При «противоположном» включении транзистора в схему, ток база-коллектор не сможет управлять током между коллектором и эмиттером. Несмотря на то, что эти оба слоя (эмиттер и коллектор) биполярного транзистора имеют один и тот же тип легирования (либо N, либо P), коллектор и эмиттер определенно не одинаковы!

Ток через переход эмиттер-база позволяет протекать току через обратно смещенный переход база-коллектор. Действие тока базы можно рассматривать как «открывание клапана» для тока через коллектор. Более конкретно, любая заданная величина тока от эмиттера к базе допускает протекание ограниченной величины тока от базы к коллектору. На каждый электрон, который проходит через переход эмиттер-база и через вывод базы, через переход база-коллектор проходит определенное количество электронов и не более.

В следующем разделе это ограничение тока транзистора будет исследовано более подробно.

Подведем итоги:

При проверке с помощью мультиметра в режимах «сопротивление» и «проверка диода» биполярный транзистор ведет себя как два встречно направленных PN-перехода (диода).
PN-переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем PN-переход коллектор-база, из-за более сильного легирования полупроводникового слоя эмиттера.
Обратно смещенный переход база-коллектор обычно блокирует любой ток через транзистор между эмиттером и коллектором. Однако этот переход начинает проводить ток, если протекает ток и через вывод базы. Ток базы можно рассматривать как «открывание клапана» для определенной, ограниченной величины тока через коллектор.

Оригинал статьи:

Как определить базу, коллектор и эмиттер транзистора с помощью мультиметра | Pro Физику

Приветствую, друзья! В cегодняшней статье посмотрим, как определить базу коллектор и эмиттер биполярного транзистора с помощью мультиметра, а так же как определить структуру транзистора npn или pnp.

Биполярный транзистор

Как мы знаем, биполярный транзистор состоит из 3-х слоев полупроводника разного типа проводимости или 2-х pn переходов.

Подробно на этом останавливаться не будем. Если кому интересно, у меня на канале есть несколько видеоуроков о полупроводниках, в частности, о транзисторах и диодах.

Полупроводниковый диод состоит из 2-х слоев полупроводника разного типа проводимости или 1-го pn перехода. P область состоит из так называемых положительных зарядов – дырок, а n область состоит из отрицательных зарядов — электронов.

p область — анод, n область — катод.

Если мы выставим мультиметр в режим прозвонки диодов и красный щуп приложим к аноду диода, а чёрный щуп к катоду(будем прозванивать диод в прямом направлении), то в исправном диоде будет прямое падение напряжения на PN переходе в милливольтах(400-800 mВ для кремниевых диодов, для германиевых меньше).

Прозвонка диода в прямом направлении

Если диод прозвонить в обратном направлении(красный щуп на катод, чёрный на анод), то мультиметр покажет бесконечность, как у диэлектрика.

Прозвонка диода в обратном направлении

А как мы знаем, у транзистора 2 pn перехода. Это тоже самое, что если взять и запаять два диода так, что их аноды будут с внешних сторон, а катоды внутри — так устроен транзистор pnp типа.

Два диода с соединенными катодами

А если аноды двух диодов внутри(катоды снаружи), то получим три слоя полупроводника или 2 pn перехода(транзистор npn типа). Поэтому определить с помощью мультиметра в режиме прозвонки диодов, где аноды и катоды двух спаянных диодов, труда не составит.

Прикладываем красный щуп на анод(полупроводник p-типа), а чёрный щуп на катод(полупроводник n-типа). Прибор покажет в случае исправного диода, напряжение (0.4-0.8) В. Таким образом мы определяем где аноды и катоды у этих диодов.

Структурное и графическое изображение полупроводникового диода

Теперь давайте рассмотрим как определяется база, коллектор и эмиттер у транзистора.

Ранее мы рассмотрели, что у транзистора 3 слоя полупроводника p n p или n p n. Если приложить щупы: красный на p область, а черный щуп на n область, то мультиметр покажет, в случае исправного транзистора, некоторое напряжение. Точно также, как это было при прозвонке диода.

Измерение напряжения исправного транзистора между базой и эмиттером

В первую очередь мы определяем базу транзистора и его структуру — npn или pnp. Берём пока неизвестный нам биполярный транзистор, выставляем мультиметр в режим прозвонки диодов и прикладываем щупы к контактам транзистора. Для начала определим структуру и узнаем какой из контактов является базой.

Например, красный щуп приложим к среднему контакту, а чёрный щуп к левому — мультиметр показывает 671 mВ. Далее чёрный щуп от левого переносим на правый контакт — прибор показывает 611 mВ.

Определение базы транзистора с помощью мультиметра, а так же его структуры

Таким образом, мы получаем, что средний контакт транзистора это база, структура транзистора — npn(мы прикладывали красный щуп на p область, а чёрный щуп на n область левого и правого контактов).

А теперь возьмём и прозвоним транзистор кт815в. Прикладываем красный щуп к среднему контакту. Чёрный щуп сначала к левому контакту, а потом к первому. То есть предполагаем, что области транзистора расположены следующим образом.

Определение базы транзистора и его структуры

Как видим, мультиметр показывает бесконечность. Значит этот транзистор не npn типа, либо база его это какой-то другой контакт. Теперь прикладываем красный щуп к правому контакту, а чёрный к левому, а потом к среднему. Предполагаем, что области транзистора расположены следующим образом.

Измерение напряжения между контактами транзистора кт815в

Как видим, когда красный щуп на правом контакте, а черный на среднем — мультиметр показывает напряжение 730 mВ, а когда чёрный переносим на левый контакт, а красный щуп остается на месте — мультиметр показывает 732 mВ.

Таким образом мы получаем, что это npn транзистор и его база, это правый контакт.

Последнее что осталось, это определить где эмиттер и где коллектор. Здесь всё просто. Напряжение база-эмиттер всегда немного больше напряжения база-коллектор, то есть левый контакт это эмиттер, а средний коллектор.

Определение базы, коллектора и эмиттера кт815в

Для примера возьмем еще один транзистор c945. Прикладываем чёрный щуп к левому контакту, а красный к среднему — мультиметр показал бесконечность. Черный с левого перекладываем на правый и снова прибор показывает бесконечность. Значит этот транзистор не pnp типа , либо левый контакт не база .

Прозвонка транзистора c945

Таким образом, перекладывая щуп из одного контакта на другой, мы определяем базу, коллектор и эмиттер. В данном случае, как и в предыдущем, этот транзистор структуры npn. База — это правый контакт, эмиттер — левый, а средний контакт — это коллектор.

Определение базы, коллектора и эмиттера с945

Если понравилась статья, подписывайтесь на канал и не пропускайте новые публикации.

Читайте также:

1. Как электроэнергия передается от электростанций до наших домов;

2. Что такое электрический ток — простыми словами;

Биполярный транзистор – Цифровая техника – ЧАСТЬ 1

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Такой режим работы транзистора несмотря на то что он требует повышенного тока управления (так как коэффициент h₂₁, уменьшается), очень широко используется в цифровой технике при i оммутации мошной Hai рузки Как известно (формула (4)), мощность рассеивания транзистора зависит от тока нагрузки (его изменить для конкретной нагрузки невозможно) и от падения напряжения на переходах транзистора Поэтому при уменьшении падения напряжения нагрев транзистора уменьшается (т. е. радиатор теплоотвод не нужен и пи нужен меньших размеров), а КПД устройства увеличивается так как на нагрев транзистора тоже нужно затратить некоторую мощность. Но слишком сильно уменьшать падение напряжения нельзя так как при этом КПД устройства начинает уменьшаться из-за возросшего базового тока управления Поэтому на практике выбиоают «золотую середину», и падение напряжения на переходе коллектор — эмиттер составляет 0,05…0.2 В в за висимости от тока нагрузки (чем он больше, тем больше падение напряжения, это начинает сказываться омическое сопротивление переходов)

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

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

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

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

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

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

• максимально допустимая рассеиваемая коллектором мощность;

• статический коэффициент передачи тока, максимальная рабочая частота;

• у высокочастотных транзисторов — емкость переходов

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

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

Рис. 1.13. Многокаскадный предварительный усилитель

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

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

где h₂₁,— статический коэффициент передачи тока транзистора VT1;

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

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

Рис f. 14 Усилители тока

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

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

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

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

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

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

Из этой формулы можно сделать несколько выводов.

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

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

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

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

Транзистор биполярный — Физическая энциклопедия

ТРАНЗИСТОР БИПОЛЯРНЫЙ (от лат. bi — двойной, двоякий и греч. polos — ось, полюс) — один из осн. элементов полупроводниковой электроники. Создан в 1948 Дж. Бардином (J. Bardeen), У. Браттейном (W. Brattain) и У. Шокли (W. Shockley) (Нобелевская премия по физике, 1956). Представляет собой трёхслойную полупроводниковую структуру с чередующимися слоями дырочной (р-тип) и электронной (n-тип) проводимости. Существуют Т. б. как p — n—р— (рис. 1, а), так и p—p— п-типа (рис. 1, б). Ср. область транзисторной структуры называют базой. На границе между базовой областью и крайними областями- эмиттером и коллектором — существуют электронно-дырочные переходы (р—п-переходы): эмиттерный и коллекторный (рис. 2). В основе работы Т. б. лежат свойства p — n-переходов, схема включения его в электрич. цепь показана на рис. 3. Т. б. изготовляются, как правило, на основе Si, GaAs и гетероперехода GaAlAs/GaAs.

Рис. 1. Структура биполярного транзистора: а-транзистор р- п-р-типа; б -транзистор п-р-n-типа.

Рис. 2. Структура биполярного транзистора р—п—p-типа; I-эмиттерный р-n-переход; 2 — коллекторный р- n-переход.

Рис. 3. Схема включения транзистора.

Принципы работы. Обычно при работе Т. б. к эмиттер-ному переходу приложено напряжение в прямом направлении (+ на p-эмиттере), а к коллекторному — в обратном направлении (-на p-коллекторе), В отсутствие внеш. напряжения на границе р— и и-областей существует, как известно, потенц. барьер, мешающий дыркам переходить из р-в n-область, а электронам — из п— в р-область. Если к р — n-структуре приложено прямое напряжение (рис. 4, а), высота потенц. барьера понижается. При этом дырки из эмиттера инжектируются в базу (см. Инжекция носителей заряда), а электроны — из базы в эмиттер (рис. 4, б). В широком диапазоне токов выполняется соотношение где p₁ — концентрация дырок в базе на границе с эмиттером, n₁-концентрация электронов в эмиттере на границе с базой, р₀ — концентрация дырок в эмиттере, n₀ — концентрация электронов в базе (рис. 4, б). Концентрация дырок р₀ в эмиттере и концентрация электронов n₀ в базе определяются соответственно концентрациями легирующих примесей N_a и N_d (см. Легирование полупроводников ).Эмиттер транзистора всегда легируется значительно сильнее, чем база (N_d<<N_a). Поэтому в широком диапазоне токов n₁<<p₁.

Рис. 4. Протекание тока через p-n-переход при прямом напряжении: а-эмиттерный p-n-переход; б-распределение носителей заряда при протекании прямого тока — равновесная концентрация дырок в p-эмиттере; — равновесная концентрация электронов в базе; p₁ — концентрация вблизи границы дырок, инжектированных из эмиттера в базу; n₁-концентрация электронов,инжектированных в эмиттер).

Если ширина слаболегированной области (базы) значительно превышает диффузионную длину дырок (D_p-коэф. диффузии дырок, t_p-время жизни дырок), то концентрация неравновесных (избыточных) дырок экспоненциально убывает в глубь базы:

Аналогично для электронов в эмиттере где х принимает отрицат. значения. На границе р — и n -областей полный ток, протекающий через p-n — переход, складывается из диффузионного тока дырок и диффузионного тока электронов (см.

Диффузия носителей заряда в полупроводниках). При этом доля дырочного тока

Коэф. называют к о э ф ф и ц и е н т о м и н ж е к ц и и э м и т т е р а. Электрофиз. параметры эмиттера и базы всегда выбираются такими, чтобы величина g_p была по возможности близка к единице, даже с учётом того, что на практике часто выполняются неравенства Т. о., на границе эмиттера и базы (х = 0)ток в осн. является диффузионным током дырок.

Особенности протекания тока. При прямом напряжении на эмиттере через базовый электрод в базу каждую секунду входят N=I/e электронов со стороны отрицат. полюса источника питания. Если коэф. инжекции эмиттера g_p=1 (идеальный эмиттер), то ни один электрон выйти из базы в эмиттер не может. На практике величина g_p близка к единице, так что лишь малая доля электронов, вошедших в базу, покидает её в виде диффузионного потока электронов в эмиттер. Подавляющая часть вошедших в базу электронов исчезает в базе, рекомбинируя с дырками, инжектированными эмиттером. Это осн. свойство эмиттер-ного перехода, используемое при получении транзисторного эффекта — усиления по току.

Когда к p-n — переходу приложено обратное напряжение (рис. 5, а), высота потенц. барьера на границе p-n-перехода повышается. При этом ни дырки из коллектора в базу, ни электроны из базы в коллектор переходить не могут. Через коллекторный переход течёт относительно небольшой ток, складывающийся из двух компонентов. Первый компонент — ток электронов и дырок, возникающих вследствие теплового возбуждения в области объёмного заряда коллекторного перехода. Природа второго компонента представляет с точки зрения принципа работы Т. б. наибольший интерес. Электрич. поле, существующее внутри p-n-перехода, направлено так, что электрон, попавший в область перехода, выталкивается в и-область, а дырка — в p-область. Однако для неосновных носителей (дырок в n-области и электронов в p-области) поле в переходе, очевидно, направлено так, что оно способствует переходу дырок из базы в коллектор, а электронов из коллектора в базу. Любая дырка, оказавшаяся в базе на расстоянии от p-n-перехода, меньшем диффузионной длины L_p, с большой вероятностью попадает в поле p — n-перехода и выбрасывается из базы в коллектор. Такая же ситуация реализуется и для электронов в коллекторе. Поток неосновных носителей — дырок из базы и электронов из коллектора — и создаёт второй компонент тока p—n-перехода при обратном напряжении — т.н. диффузионный компонент. По обе стороны от коллекторного p — n-перехода при обратном напряжении возникают области, обеднённые неосновными носителями. В базе длина этой области равна диффузионной длине дырок L_p, в эмиттере — равна диффузионной длине электронов L_n (рис. 5, б).

Рис. 5. Протекание тока через p-n-переход при обратном напряжении: а — коллекторный p-n-переход; б-распределение неосновных носителей заряда в базовой и коллекторной области перехода (р_n-равновесная концентрация дырок в базе; п_р-равновесная концентрация электронов в коллекторе).

Осн. свойство коллекторного p—n-перехода, используемое при получении транзисторного эффекта, состоит в том, что любая дырка, возникающая в n-базе на расстоянии, меньшем, чем диффузионная длина L_p, с высокой вероятностью попадает в поле перехода и увлекается в коллектор.

Для реализации эффекта усиления по току транзисторная структура (рис. 3) изготовляется так, чтобы расстояние между эмиттерным и коллекторным p-n-переходами, т. е. ширина базы W, было бы значительно меньше диффузионной длины дырок L_p в базе.

Если в базе транзистора протекает ток I_б, то в базовую область каждую секунду входят электронов. Ни в эмиттер, ни в коллектор электроны из базы практически уйти не могут. Следовательно, в стационарном состоянии все N_e электронов должны рекомбинировать в базе. В диоде с длинной базой и с коэф. инжекции дырок p-п-перехода g_p=1 для того, чтобы обеспечить рекомбинацию N_e электронов, из эмиттера должно инжектироваться дырок. Если же p-n-переход обладает коэф. инжекции то для обеспечения рекомбинации электронов в базе должно ежесекундно инжектироваться дырок. Однако в транзисторе с шириной базы W<L_Pкаждая дырка, инжектированная из эмиттера в базу, оказывается от коллектора на расстоянии, меньшем L_p. Поэтому она, не успев прорекомбинировать с электроном, с высокой вероятностью попадает в поле коллекторного перехода и выбрасывается в коллектор. Долю дырок a, проходящих без рекомбинации из эмиттера в коллектор, называют коэффициентом переноса. Естественно, эта доля тем больше, чем меньше отношение W/L_p. Во многих практически важных случаях можно считать, что В зависимости от типа и назначения Т. б. отношение W/L_P лежит обычно в пределах от 0,5 до 0,05, а величинасоставляет от 0,9 до 0,999. Т. о., в транзисторной структуре подавляющая часть инжектированных эмиттером дырок проходит в коллектор, не прорекомбиниро-вав с электронами в базе.

Доля дырок, инжектированных эмиттером, идущих на рекомбинацию с поступающими в базу электронами, равна, очевидно, (1-a). Чтобы обеспечить рекомбинацию всех электронов, входящих в базу, должно выполняться равенство

Т. о., протекание тока I_б в цепи базы определяет протекание в эмиттерной и коллекторной цепи Т. б. токов I_э и во много раз больших, чем I_б.

Основные параметры. Осн. характеристики Т. б.- коэф. усиления по току и предельная рабочая частота. Коэф. усиления Т. б. по току определяется гл. обр. отношением W/L_P. Для уменьшения толщины базы W тех-нол. ограничений почти не существует. Совр. методы эпи-таксии позволяют изготовлять полупроводниковые моноатомные слои. Однако уменьшению толщины W и, следовательно, увеличению b препятствуют физ. ограничения.

На границах областей эмиттер — база и база — коллектор существуют области объёмного заряда (ООЗ). Для нормальной работы транзистора необходимо, чтобы протяжённость этих областей была существенно меньше W. Грубую оценку мин. значения W можно получить, приняв, что величина W должна быть много больше ширины ООЗ на границе эмиттер — база при нулевом смещении на эмит-терном переходе. Уровень легирования эмиттера значительно превышает уровень легирования базы. Поэтому практически вся ООЗ на эмиттерном переходе лежит в базовой области. Её ширина

Диффузионная разность потенциалов V_d может быть оценена как где-ширина запрещённой зоны полупроводника. Для для т. о.,

Величина N_d практически не может быть больше 5 • 10¹⁷ см ^-3. Уровень легирования эмиттера Однако при , время жизни носителей становится очень малым. При малом t_n коэф. инжекции g_p уменьшается [см. (1)]. Снижение g_p, в свою очередь, вызывает уменьшение b.

При В величина мкм, что требует ширины базы мкм. Такой величине W соответствует значение

Коэф. усиления по току Т. б. составляет обычно неск. десятков, в нек-рых Т. б.- неск. сотен. В Т. б., для изготовления к-рых используются различные гетероструктуры, коэф. усиления- достигает неск. тысяч.

Быстродействие Т. б. принято характеризовать граничной частотой f_г, при к-рой коэф. усиления по току уменьшается до b=1.

Физ. ограничение величины f_г связано со временем переноса носителей через базу При чисто диффузионном механизме переноса носителей в базе Величина t может быть несколько уменьшена, если создать в базе электрич. поле, ускоряющее прохождение носителей от эмиттера к коллектору (т. н. тянущее поле). Такое поле создаётся в диффузионно-дрейфовых Т. б. неоднородным легированием базы. Величина т при этом может быть уменьшена приблизительно в 2 раза. Т. о., осн. путём повышения быстродействия Т. б. является уменьшение толщины базы W.

Отметим, что уменьшение W приводит к росту входного сопротивления базы r_б. При этом увеличиваются постоянные времени заряда эмиттерной и коллекторной ёмкостей С_э и С_к через сопротивление r_б. Время заряда этих ёмкостей также ограничивает быстродействие Т. б. Практически граничная частота обычных Т. б. не превышает 10 ГГц.

Предельная рабочая частота гомоструктурных Т. б. составляет неск. ГГц. Предельная частота гетероструктур-ных Т. б. превышает 60 ГГц.

Характеристики Т. б. могут быть существенно улучшены, если в качестве эмиттера (а иногда и коллектора) использовать материал с шириной запрещённой зоны большей, чем у материала базы. В таких гетероструктурных Т. б. чаще всего база изготавливается из GaAs, а эмиттер — из GaAlAs (гетеропереход GaAs/GaAlAs). Идея гетероструктурных Т. б. сформулирована У. Шокли в 1948, а созданы они были в кон. 70-х гг. В этих Т. б. коэф. инжекции эмиттера близок к единице, даже если база легирована значительно сильнее, чем эмиттер (явление суперинжекции). Это снимает рассмотренные выше ограничения на толщину базы W и уровень легирования базы N_d. Кроме того, снижением уровня легирования эмиттера может быть существенно уменьшена ёмкость эмиттера С_э. Созданы гетеротранзисторы с мкм, макс. частотой генерации ГГц и шума коэффициентом (в малошумящих Т. б.) пр.= 2-5 дБ.

Применение. Круг применений Т. б. условно можно разбить на 4 осн. части: Т. б. для цифровых устройств (ЦУ) и интегральных схем (ИС), Т. б. общего применения, СВЧ Т. б. и мощные Т. б.

Т. б., предназначенные для работы в ЦУ и ИС, должны обладать малыми габаритами, высокой скоростью и мин. энергией переключения. Элементную базу наибю быстродействующих (время переключения пр.= 20 пс) узлов серийных ЭВМ составляют кремниевые Т. б. В качестве наиболее быстродействующих элементов серийных ИС используются полевые транзисторы на основе GaAs и гетероструктурные Т. б. на основе гетеропары GaAs/GaAlAs.

Осн. требование к СВЧ Т. б. состоит в достижении макс. мощности и коэф. усиления на предельно высокой частоте. СВЧ Т. б. изготавливаются в осн. из GaAs, в к-ром баллистич. эффекты, позволяющие увеличить скорость пролёта носителей через базу, выражены значительно сильнее, чем в Si. Ведутся интенсивные разработки гетероструктурных СВЧ Т. б. Предельная частота генерации СВЧ Т. б.~60 ГГц.

Мощные Т. б. изготавливаются почти исключительно на основе Si, работают при напряжении коллектор — база до 1500 В и позволяют коммутировать ток ~ 10 А. Физ. особенности высоковольтных Т. б. обусловлены тем, что коллектор в высоковольтных Т. б. легирован значительно слабее базы. Благодаря этому широкая область объёмного заряда, возникающая при большом обратном напряжении, почти целиком расположена в коллекторе. На долю базы приходится лишь ничтожная часть общей ширины области объёмного заряда, что позволяет сделать базу достаточно тонкой и сочетать большие коллекторные напряжения с относительно малым временем переключения (~ 1 мкс).

Рис. 6. Транзистор с горбообразными барьерами: а — структура слоев; б-зонная диаграмма.

Наиб. перспективными с точки зрения улучшения частотных свойств являются структуры, в к-рых сочетаются свойства Т. б. и полевых транзисторов (ПТ). Как и в ПТ, работа таких транзисторов основывается на использовании носителей заряда только одного знака, однако принцип управления в таких приборах тот же, что и в Т. б.: инжекция носителей в базу осуществляется понижением барьера на границе эмиттер — база.

Одна из наиб. перспективных разновидностей Т. б. схематически показана на рис. 6,а. Соответствующая зонная диаграмма приведена на рис. 6, б. Чередование легированных по заданному закону п— и p-областей приводит к образованию на границе эмиттер — база и база — коллектор двух горбообразных барьеров. К переходу эмиттер — база прикладывается напряжение, понижающее барьер на границе i—р⁺. При этом из эмиттера в базу инжектируются электроны с большой энергией, достаточной для того, чтобы пройти над барьером (горячие электроны ).База структуры делается узкой так что горячие носители заряда пролетают её практически без столкновений с большой скоростью и, попадая в поле перехода коллектор — база, втягиваются коллектором. Предполагается, что такие транзисторы могут иметь граничную частоту, превышающую 300 ГГц.

Лит.: 1) Зи С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., кн. 1-2, М., 1984; 2) Степаненко И. П., Основы теории транзисторов и транзисторных схем, 4 изд., М., 1977; 3) Поже-ла Ю., Юцене В., Физика сверхбыстродействующих транзисторов, Вильнюс, 1985. М. Е. Левинштейн, Г. С. Симин.

Предметный указатель >>

Открытый эмиттер. Расчет усилителя с общим эмиттером

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Транзисторы. Определение и история

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.
Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.
Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.
В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.
Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.
И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.
Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.
Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.

Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора ), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы ). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».
Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но бо льшая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу . Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.
Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.
Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.
Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.
Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31 . Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току . Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.
Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора . Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.
Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению . Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.
Также транзисторы имеют частотную характеристику , которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной .
Также параметрами биполярного транзистора являются:
обратный ток коллектор-эмиттер
время включения
обратный ток колектора
максимально допустимый ток
Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.
Режимы работы биполярного транзистора
Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.
Инверсный активный режим . Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
Режим насыщения . Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
Режим отсечки . Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.
Схемы включения биполярных транзисторов
Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.
Схема включения с общим эмиттером

Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.
Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.
Схема включения с общей базой

Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.
В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.
Схема включения с общим коллектором

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.
Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала
Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.
В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.
Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).
Два слова о каскадах
Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.

Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо wrewolf за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.
Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).
Другие области применения биполярных транзисторов
Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.
Маркировка
Поскольку статья уже разрослась до неприлично большого объема, то в этом пункте я просто дам две хорошие ссылки, по которым подробно расписаны основные системы маркировки полупроводниковых приборов (в том числе и транзисторов): http://kazus.ru/guide/transistors/mark_all.html и файл.xls (35 кб) .
Полезные комментарии:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173
Теги: Добавить метки
Усилитель с общим эмиттером раньше являлся базовой схемой всех усилительных устройств.
В прошлой статье мы с вами говорили о самой простой схеме смещения транзистора. Эта схема (рисунок ниже) зависит от , а он в свою очередь зависит от температуры, что не есть хорошо. В результате на выходе схемы могут появиться искажения усиливаемого сигнала.
Чтобы такого не произошло, в эту схему добавляют еще парочку и в результате получается схема с 4-мя резисторами:

Резистор между базой и эмиттером назовем R бэ , а резистор, соединенный с эмиттером, назовем R э . Теперь, конечно же, главный вопрос: «Зачем они нужны в схеме?»
Начнем, пожалуй, с R э .
Как вы помните, в предыдущей схеме его не было. Итак, давайте предположим, что по цепи +Uпит—->R к ——> коллектор—> эмиттер—>R э —-> земля бежит электрический ток, с силой в несколько миллиампер (если не учитывать крохотный ток базы, так как I э = I к + I б ) Грубо говоря, у нас получается вот такая цепь:
Следовательно, на каждом резисторе у нас будет падать какое-то напряжение. Его величина будет зависеть от силы тока в цепи, а также от номинала самого резистора.
Чуток упростим схемку:
R кэ — это сопротивление перехода коллектор-эмиттер. Как вы знаете, оно в основном зависит от базового тока.
В результате, у нас получается простой делитель напряжения , где

Мы видим, что на эмиттере уже НЕ БУДЕТ напряжения в ноль Вольт, как это было в прошлой схеме. Напряжение на эмиттере уже будет равняться падению напряжения на резисторе R э .
А чему равняется падение напряжения на R э ? Вспоминаем закон Ома и высчитываем:
Как мы видим из формулы, напряжение на эмиттере будет равняться произведению силы тока в цепи на номинал сопротивления резистора R э . С этим вроде как разобрались. Для чего вся эта канитель, мы разберем чуть ниже.
Какую же функцию выполняют резисторы R б и R бэ ?

Именно эти два резистора представляют из себя опять же простой делитель напряжения . Они задают определенное напряжение на базу, которое будет меняться, если только поменяется +Uпит , что бывает крайне редко. В остальных случаях напряжение на базе будет стоять мертво.
Вернемся к R э.
Оказывается, он выполняет самую главную роль в этой схеме.
Предположим, у нас из-за нагрева транзистора начинает увеличиваться ток в этой цепи.
Теперь разберем поэтапно, что происходит после этого.
а) если увеличивается ток в этой цепи, то следовательно увеличивается и падение напряжения на резисторе R э .
б) падение напряжения на резисторе R э — это и есть напряжение на эмиттере U э . Следовательно, из-за увеличения силы тока в цепи U э стало чуток больше.
в) на базе у нас фиксированное напряжение U б , образованное делителем из резисторов R б и R бэ
г) напряжение между базой эмиттером высчитывается по формуле U бэ = U б — U э . Следовательно, U бэ станет меньше, так как U э увеличилось из-за увеличенной силы тока, которая увеличилась из-за нагрева транзистора.
д) Раз U бэ уменьшилось, значит и сила тока I б , проходящая через базу-эмиттер тоже уменьшилась.
е) Выводим из формулы ниже I к
I к =β х I б
Следовательно, при уменьшении базового тока, уменьшается и коллекторный ток;-) Режим работы схемы приходит в изначальное состояние. В результате схема у нас получилась с отрицательной обратной связью, в роли которой выступил резистор R э . Забегая вперед, скажу, что О трицательная О братная С вязь (ООС) стабилизирует схему, а положительная наоборот приводит к полному хаосу, но тоже иногда используется в электронике.
Расчет усилительного каскада

1) Первым делом находим из даташита максимально допустимую рассеиваемую мощность, которую транзистор может рассеять на себе в окружающую среду. Для моего транзистора это значение равняется 150 миллиВатт. Мы не будем выжимать из нашего транзистора все соки, поэтому уменьшим нашу рассеиваемую мощность, умножив на коэффициент 0,8:
P рас = 150х0,8=120 милливатт.
2) Определим напряжение на U кэ . Оно должно равняться половине напряжения Uпит.
U кэ = Uпит / 2 = 12/2=6 Вольт.
3) Определяем ток коллектора:
I к = P рас / U кэ = 120×10 -3 / 6 = 20 миллиампер.
4) Так как половина напряжения упала на коллекторе-эмиттере U кэ , то еще половина должна упасть на резисторах. В нашем случае 6 Вольт падают на резисторах R к и R э . То есть получаем:
R к + R э = (Uпит / 2) / I к = 6 / 20х10 -3 = 300 Ом.
R к + R э = 300 , а R к =10R э, так как K U = R к / R э , а мы взяли K U =10 ,
то составляем небольшое уравнение:
10R э + R э = 300
11R э = 300
R э = 300 / 11 = 27 Ом
R к = 27х10=270 Ом
5) Определим ток базы I базы из формулы:
Коэффициент бета мы замеряли в прошлом примере. Он у нас получился около 140.

Значит,
I б = I к / β = 20х10 -3 /140 = 0,14 миллиампер
6) Ток делителя напряжения I дел , образованный резисторами R б и R бэ , в основном выбирают так, чтобы он был в 10 раз больше, чем базовый ток I б :
I дел = 10I б = 10х0,14=1,4 миллиампер.
7) Находим напряжение на эмиттере по формуле:
U э = I к R э = 20х10 -3 х 27 = 0,54 Вольта
8) Определяем напряжение на базе:
U б = U бэ + U э
Давайте возьмем среднее значение падения напряжения на базе-эмиттер U бэ = 0,66 Вольт . Как вы помните — это падение напряжения на P-N переходе.
Следовательно, U б =0,66 + 0,54 = 1,2 Вольта . Именно такое напряжение будет теперь находиться у нас на базе.
9) Ну а теперь, зная напряжение на базе (оно равняется 1,2 Вольта), мы можем рассчитать номинал самих резисторов.
Для удобства расчетов прилагаю кусочек схемы каскада:
Итак, отсюда нам надо найти номиналы резисторов. Из формулы закона Ома высчитываем значение каждого резистора.
Для удобства пусть у нас падение напряжения на R б называется U 1 , а падение напряжения на R бэ будет U 2 .
Используя закон Ома, находим значение сопротивлений каждого резистора.
R б = U 1 / I дел = 10,8 / 1,4х10 -3 = 7,7 КилоОм . Берем из ближайшего ряда 8,2 КилоОма
R бэ = U 2 / I дел = 1,2 / 1,4х10 -3 = 860 Ом . Берем из ряда 820 Ом.
В результате у нас будут вот такие номиналы на схеме:

Проверка работы схемы в железе
Одной теорией и расчетами сыт не будешь, поэтому собираем схему в реале и проверяем ее в деле. У меня получилась вот такая схемка:

Итак, беру свой и цепляюсь щупами на вход и выход схемы. Красная осциллограмма — это входной сигнал, желтая осциллограмма — это выходной усиленный сигнал.
Первым делом подаю синусоидальный сигнал с помощью своего китайского генератора частоты :

Как вы видите, сигнал усилился почти в 10 раз, как и предполагалось, так как наш коэффициент усиления был равен 10. Как я уже говорил, усиленный сигнал по схеме с ОЭ находится в противофазе, то есть сдвинут на 180 градусов.
Давайте подадим еще треугольный сигнал:

Вроде бы гуд. Если присмотреться, то есть небольшие искажения. Нелинейность входной характеристики транзистора дает о себе знать.
Если вспомнить осциллограмму схемы с двумя резисторами
то можно увидеть существенную разницу в усилении треугольного сигнала

Заключение
Схема с ОЭ во времена пика популярности биполярных транзисторов использовалась как самая ходовая. И этому есть свое объяснение:
Во-первых , эта схема усиливает как по току, так и по напряжению, а следовательно и по мощности, так как P=UI .
Во-вторых , ее входное сопротивление намного больше, чем выходное, что делает эту схему отличной малопотребляемой нагрузкой и отличным источником сигнала для следующих за ней нагрузок.
Ну а теперь немного минусов:
1) схема потребляет небольшой ток, пока находится в режиме ожидания. Это значит, питать ее долго от батареек не имеет смысла.
2) она уже морально устарела в наш век микроэлектроники. Для того, чтобы собрать усилитель, проще купить готовую микросхему и сделать на ее базе
Введение
Современную жизнь трудно представить без хорошо развитой электроники.
Но современная аппаратура обеспечивается совокупностью электротехнических и электронных устройств различной сложности, состоящих из элементов, к которым приложены электрические напряжения или протекают электрические токи. Сколь угодно сложные электронные устройства, в конечном счете, состоят из разнообразных электронных приборов, обладающих вполне определенными свойствами. Таким образом, чтобы разрабатывать, изготавливать или эксплуатировать различную аппаратуру, следует, прежде всего, знать процессы, происходящие в электронных приборах при различных условиях, а также законы, которым подчиняются эти процессы, т.е. освоить основы электроники.
Транзистор представляет собой управляемый прибор, его коллекторный ток зависит от тока эмиттера, который в свою очередь можно изменять напряжением эмиттер – база, U ЭБ. Поскольку напряжение в цепи коллектора, включенного в обратном направлении, значительно больше, чем в цепи эмиттера, включенного в прямом направлении, а токи в этих цепях практически равны, мощность, создаваемая переменной составляющей коллекторного тока в нагрузке, включенной в цепи коллектора, может быть значительно больше мощности, затрачиваемой на управление тока в цепи эмиттера, т. е. транзистор обладает усилительным эффектом.
Для усиления электрических сигналов применяются схемы с общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ). Работу биполярного транзистора по схеме с ОЭ определяют статические входные и выходные характеристики.
При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°. Усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.
Биполярные транзисторы управляются током. В схеме с ОЭ — током базы. Напряжение на переходе база-эмиттер при этом остаётся почти постоянным и зависит от материала полупроводника, для германия около 0,2 В, для кремния около 0,7 В, но на сам каскад подаётся управляющее напряжение. Ток базы, коллектора и эмиттера и другие токи и напряжения в каскаде можно вычислить по закону Ома и правилам Кирхгофа для разветвлённой многоконтурной цепи.
Режимы работы биполярного транзистора
Транзистором называют электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, пригодный для усиления мощности электрических сигналов и имеющий три или более выводов. По принципу действия транзисторы бывают биполярные и полевые.
Биполярный транзистор содержит три полупроводниковые области с чередующимися типами проводимости n-p-n или p-n-p, которые называют соответственно эмиттером, базой и коллектором.
Нормальный активный режим
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт) U ЭБ >0;U КБ
Инверсный активный режим
Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.
Режим насыщения
Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).
Режим отсечки
В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты).
Барьерный режим
В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор.
В таком включении транзистор представляет из себя диод, включенный последовательно с резистором.
Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, неразборчивостью к параметрам транзисторов.
Эмиттерный повторитель — частный случай повторителей напряжения на основе биполярного транзистора. Характеризуется высоким усилением по току и коэффициентом передачи по напряжению, близким к единице. При этом входное сопротивление относительно велико (однако оно меньше, чем входное сопротивление истокового повторителя), а выходное — мало.
В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором (ОК). То есть напряжение питания подаётся на коллектор, входной сигнал подаётся на базу, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100 % отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. Следует также отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Такая схема включения используется для построения входных усилителей, в случае если выходное сопротивление источника велико, и как буферный усилитель, а также в качестве выходных каскадов усилителей мощности.
Схемы включения
Схема включения с общим эмиттером
U вых = U кэ
· Коэффициент усиления по току:
I вых /I вх =I к /I б =I к /(I э -I к) = α/(1-α) = β [β>>1]
· Входное сопротивление:
R вх =U вх /I вх =U бэ /I б
Достоинства:
· Большой коэффициент усиления по току
· Большой коэффициент усиления по напряжению
· Наибольшее усиление мощности
· Можно обойтись одним источником питания
· Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.
Недостатки:
· Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой
Транзистор, в схему включают так, что один из его выводов является входным, второй – выходным, а третий – общим для входной и выходной цепей. В зависимости от того, какой электрод является общим, различают три схемы включения транзисторов: ОБ, ОЭ и ОК. Для транзистора n-р-n в схемах включения изменяются лишь полярности напряжений и направление токов. При любой схеме включения транзистора, полярность включения источников питания должна быть выбрана такой, чтоб эмиттерный переход был включен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном.
Статические характеристики биполярных транзисторов
Статическим режимом работы транзистора называется режим при отсутствии нагрузки в выходной цепи.
Статическими характеристиками транзисторов называют графически выраженные зависимости напряжения и тока входной цепи (входные ВАХ) и выходной цепи (выходные ВАХ). Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.
Характеристики транзистора, включенного по схеме об
IЭ = f(UЭБ) при UКБ = const (а).
IК = f(UКБ) при IЭ = const (б).
Статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме ОБ. Выходные ВАХ имеют три характерные области: 1 – сильная зависимость Iк от UКБ; 2 – слабая зависимость Iк от UКБ; 3 – пробой коллекторного перехода. Особенностью характеристик в области 2 является их небольшой подъем при увеличении напряжения UКБ.
Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:
Входной характеристикой является зависимость:
IБ = f(UБЭ) при UКЭ = const (б).
Выходной характеристикой является зависимость:
IК = f(UКЭ) при IБ = const (а).
Режим работы биполярного транзистора
Транзистор может работать в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах. При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное.
Режим отсечки, или запирания, достигается подачей обратного напряжения на оба перехода (оба р-n- перехода закрыты).
Если же на обоих переходах напряжение прямое (оба р-n- перехода открыты), то транзистор работает в режиме насыщения. В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором почти отсутствует. В активном режиме такое управление осуществляется наиболее эффективно, причем транзистор может выполнять функции активного элемента электрической схемы — усиление, генерация.
Усилительный каскад на биполярном транзисторе
Наибольшее применение находит схема включения транзистора по схеме с общим эмиттером. Основными элементами схемы являются источник питания Ек, управляемый элемент – транзистор VT и резистор Rк. Эти элементы образуют выходную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого тока создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы. Другие элементы схемы выполняют вспомогательную роль. Конденсатор Ср является разделительным. При отсутствии этого конденсатора в цепи источника входного сигнала создавался бы постоянный ток от источника питания Ек.
Резистор RБ, включенный в цепь базы, обеспечивает работу транзистора при отсутствии входного сигнала. Режим покоя обеспечивается током базы покоя IБ = Ек/RБ. С помощью резистора Rк создается выходное напряжение. Rк выполняет функцию создания изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, управляемого по цепи базы.
Для коллекторной цепи усилительного каскада можно записать следующее уравнение электрического состояния:
Ек = Uкэ + IкRк,
сумма падения напряжения на резисторе Rк и напряжения коллектор-эмиттер Uкэ транзистора всегда равна постоянной величине – ЭДС источника питания Ек.
Процесс усиления основывается на преобразовании энергии источника постоянного напряжения Ек в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения сопротивления управляемого элемента (транзистора) по закону, задаваемого входным сигналом.
5)Что такое полевой транзистор? Какие виды бывают?
Полевой транзистор (ПТ) – полупроводниковый прибор, в котором ре-
гулирование тока осуществляется изменением проводимости проводящего
канала с помощью поперечного электрического поля. В отличие от биполяр-
ного ток полевого транзистора обусловлен потоком основных носителей.
Электроды полевого транзистора называют истоком (И), стоком (С) и
затвором (З). Управляющее напряжение прикладывается между затвором и ис-
током. От напряжения между затвором и истоком зависит проводимость кана-
ла, следовательно, и величина тока. Таким образом, полевой транзистор можно
рассматривать как источник тока, управляемый напряжением затвор-исток. Ес-
ли амплитуда изменения управляющего сигнала достаточно велика, сопротив-
ление канала может изменяться в очень больших пределах. В этом случае поле-
вой транзистор можно использовать в качестве электронного ключа.
По конструкции полевые транзисторы можно разбить на две группы:
С управляющим p–n-переходом;
С металлическим затвором, изолированным от канала диэлектриком.
Транзисторы второго вида называют МДП-транзисторами (металл –
диэлектрик – полупроводник). В большинстве случаев диэлектриком является
двуокись кремния SiO2, поэтому обычно используется название МОП-
транзисторы (металл – окисел – полупроводник). В современных МОП-
транзисторах для изготовления затвора часто используется поликристаллический
кремний. Однако название МОП-транзистор используют и для таких приборов.
Проводимость канала полевого транзистора может быть электронной
или дырочной. Если канал имеет электронную проводимость, то транзистор
называют n-канальным. Транзисторы с каналами, имеющими дырочную про-
водимость, называют p-канальными. В МОП- транзисторах канал может быть
обеднён носителями или обогащён ими. Таким образом, понятие «полевой
транзистор» объединяет шесть различных видов полупроводниковых прибо-
МОП-транзисторы находят широкое применение в современной электро-
нике. В ряде областей, в том числе в цифровой электронике, они почти полно-
стью вытеснили биполярные транзисторы. Это объясняется следующими при-229
чинами. Во-первых, полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивле-
ние и обеспечивают малое потребление энергии. Во-вторых, МОП-транзисторы
занимают на кристалле интегральной схемы значительно меньшую площадь,
чем биполярные. Поэтому плотность компоновки элементов в МОП-
интегральных схемах значительно выше. В-третьих, технологии производства
интегральных схем на МОП-транзисторах требуют меньшего числа операций,
чем технологии изготовления ИС на биполярных транзисторах.
6)Что такое стабилитрон? Объясните принцип его работы. Нарисуйте его вольт-амперные характеристики.
Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, использующие особенность обратной ветви вольтамперной характеристики на участке пробоя изменяться в широком диапазоне изменения токов при сравнительно небольшом отклонении напряжения. Это свойство широко используется при создании специальных устройств – стабилизаторов напряжения.
Напряжение пробоя стабилитрона зависит от ширины р-n -перехода, которая определяется удельным сопротивлением материала полупроводника. Поэтому существует определенная зависимость пробивного напряжения (т. е. напряжения стабилизации) от концентрации примесей.
Низковольтные стабилитроны выполняют на основе сильно легированного кремния. Ширина р-n -перехода в этом случае получается очень маленькой, а напряженность электрического поля потенциального барьера – очень большой, что создает условия для возникновения туннельного пробоя. При большой ширине р-n -перехода пробой носит лавинный характер.
Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 6.1 Рабочий ток стабилитрона (его обратный ток) не должен превышать максимально допустимого значения во избежание перегрева полупроводниковой структуры и выхода его из строя.
Рис. 6.1. Конструкция корпуса (а), вольт-амперная характеристика и условное графическое обозначение стабилитрона
Существенной особенностью стабилитрона является зависимость его напряжения стабилизации от температуры. В сильно легированных полупроводниках вероятность туннельного пробоя с увеличением температуры возрастает. Поэтому напряжение стабилизации у таких стабилитронов при нагревании уменьшается, т. е. они имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН)
.
В слабо легированных полупроводниках при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей, что приводит к увеличению порогового значения напряжения, при котором начинается лавинный пробой. Такие стабилитроны имеют положительный ТКН. (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Температурная зависимость вольт-амперной характеристика стабилитрона
Для устранения этого недостатка и создания термокомпенсированных стабилитронов последовательно в цепь стабилитрона включают обычные диоды в прямом направлении. Как известно, у обычных диодов в прямом направлении падение напряжения на р-n -переходе при нагревании уменьшается. И если последовательно со стабилитроном (рис. 6.3) включить диодов в прямом направлении, где , (– изменение прямого падения напряжения на диоде при нагревании отдо), то можно почти полностью компенсировать температурную погрешность стабилитрона.
Рис. 6.3. Термокомпенсация стабилитрона
Основные параметры стабилитронов:
Предельные параметры стабилитронов:

Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ). При исследовании свойств обычно используют схему включения транзистора с общим эмиттером, то есть когда эмиттер подключен к «земле», коллектор, через сопротивление нагрузки, подключен к источнику питания, а на базу подаётся напряжение смещения. Соберём схему, показанную на рисунке:
В схеме используется транзистор структуры n-p-n, нагрузочное сопротивление — 1 кОм, источник питания напряжением 12 вольт и амперметр.
Мы видим, что амперметр показывает очень низкое значение тока протекающего через нагрузочное сопротивление и переход коллектор — эмиттер транзистора. Этот ток называется током утечки n-p-n перехода.
По определению транзистора, малый ток базы управляет большим током в цепи коллектор — эмиттер (в схеме с ОЭ).
Для создания усилительного каскада по схеме с ОЭ, следует создать начальный ток базы, такой, чтобы транзистор находился рабочем режиме. В нашей схеме транзистор находится в режиме отсечки (сопротивление К — Э стремится к бесконечности). Второй крайний режим называется режимом насыщения, то есть когда на базу поступает максимальный ток, который уже никак не влияет на ток проходящий в цепи К-Э (ток коллектора). В этом случае говорят, что транзистор открыт и коллекторный ток определяется сопротивлением нагрузки, а сопротивление перехода К — Э можно принять равным 0. Между двумя этими точками, посередине находится рабочий ток (рабочая точка) базы транзистора.
На практике, для определения рабочего режима транзистора используют измерение не тока, а напряжения на базе и на участке К-Э. Включение вольтметра не требует разрыва цепи.
Для определения рабочей точки следует собрать схему, показанную на рисунке:
Через резистор R1 подаётся напряжение смещения, которое создаёт ток базы. Сопротивление R1, в процессе эксперимента, мы будем изменять от 40 до 300 кОм, с шагом 20 кОм. Вольтметром V1 будем измерять напряжение база — эмиттер, а вольтметром V2, напряжение коллектор — эмиттер.
Результаты измерений лучше заносить в таблицу, например в Microsoft Excel или Open Office Calc.
По результатам измерений построим график для изменения напряжения коллектор — эмиттер (КЭ):
Мы видим, что при измерениях 1-2-3 напряжение КЭ практически не меняется и близко к 0. Этот режим называется режим насыщения. В таком режиме каскад усилителя будет работать с сильными искажениями сигнала, так как усиление будет производиться только отрицательных полуволн сигнала.
На участке 12-13-14, тоже график постепенно приобретает линейную зависимость, а напряжение на коллекторе практически не меняется. В такой режим называется режимом отсечки. В этом режиме усиление сигнала будет производиться, так же с большими искажениями, так как усиливаться будут только положительные полуволны сигнала. Каскады с режимом отсечки используются в цифровой технике как ключ с инверсией — логический элемент «НЕ».
Для выбора рабочей точки транзистора в качестве усилителя следует рассчитать точку В на графике. Для этого, следует напряжение базы в точке А сложить с напряжением базы в точке С и поделить пополам (найти среднее арифметическое. (820 + 793)/2 = 806,5. Мы видим, что напряжение базы 806,5 мВ, примерно соответствует 6-му измерению — 807 мВ. Это напряжение на базе транзистора и соответствует рабочей точке каскада с общим эмиттером.
Подключим ко входу усилителя генератор, а ко входу и выходу осциллограф. Вход соединим с каналом А, а выход усилителя с каналом В. Для развязки усилительного каскада по переменному току на входе каскада установим конденсаторы С1 и С1.
Примем частоту генератора 1000 Гц (1 кГц), а амплитуду сигнала 10 мВ. На осциллографе установим время развёртки 0,5 миллисекунд на деление, чувствительность канала А — 10 милливольт на деление и чувствительность канала В — 1 вольт на деление.
Далее следует включить питание схемы и через 2 — 5 секунд выключить. Для удобного считывания показаний осциллографа, следует синусоиду входного сигнала опустить ниже оси Y (счётчиком Y position), а синусоиду выходного сигнала выше оси Y аналогичным образом. Мы видим, что выходной сигнал перевёрнут относительно входного на 180 градусов.
Рассмотрим амплитудные значения входного и выходного сигналов. Входной сигнал имеет амплитуду 10 мВ (такое значение мы установили на генераторе), а выходной сигнал получился с амплитудой в 1,5 вольта (3 деления по оси Y / 2. Одно деление — 1 вольт). Отношение выходного напряжения сигнала к входному называется коэффициентом усиления по напряжению транзистора в схеме с общим эмиттером. Рассчитаем усиление нашего транзистора Ku = Uвх / Uвых = 1,5 / 0,01 = 150. То есть, каскад на транзисторе, включенном по схеме ОЭ, усиливает входной сигнал в 150 раз.
Для транзисторного каскада с ОЭ справедливы следующие значения:
Ku — от 50 до 1500
Ki (коэффициент усиления тока) — 10-20
Kp (коэффициент усиления мощности) — 1000-10000
Rвх (входное сопротивление) — 100 ом — 10 ком
Rвых (выходное сопротивление) — 100 ом — 100 ком
Каскад с ОЭ используется, обычно, как усилитель назко- и высокочастотных сигналов.
Читайте также…
Транзистор
— конфигурации с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором — ток, цепь, смещение и диод
Существует три способа подключения биполярного переходного транзистора к рабочей цепи, в зависимости от того, какой из трех транзисторных элементов выбран в качестве общего эталона для двух других элементов. Эти вариации, называемые общей базой, общим эмиттером и общим коллектором, создают различные схемы действия, каждое с уникальными характеристиками. Транзистор n-p-n , сконфигурированный как усилитель с общим эмиттером, где и базовая, и коллекторная цепи привязаны к эмиттеру, обычно подключается к положительному напряжению на коллекторе, относительно эмиттера.Диод коллектор-база и диод база-эмиттер, по-видимому, включены последовательно и соединены друг с другом. Диод коллектор-база смещен в обратном направлении, так что ток почти не будет течь, если диод база-эмиттер не смещен в прямом направлении. Очень маленький ток в цепи коллектора в этих условиях объясняется тем, что материалу типа p в базе не хватает основных носителей типа n , которые требуются коллекторной цепи, если она должна проводить значительный ток. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, носители тока, необходимые для тока в цепи коллектора, попадают в коллектор.
Диод база-эмиттер в транзисторе обеспечивает очень низкое сопротивление току при прямом смещении. Поэтому очень легко вызвать ток во входной цепи транзистора. Поскольку базовая область сделана очень тонкой, большинство основных носителей, которые текут из эмиттера, будут захвачены сильным электрическим полем в коллекторно-базовом переходе, прежде чем они смогут выйти через базовое соединение. Требуется лишь небольшое количество энергии, чтобы вызвать ток во входной цепи база-эмиттер транзистора с прямым смещением, но почти весь этот легко форсированный входной ток появляется в цепи коллектора.Маломощный сигнал становится более мощным, когда входной ток, вызванный низким напряжением, в цепи коллектора почти не уменьшается, но при более высоком напряжении.

Каковы функции базового эмиттера и коллектора? — Цвета-NewYork.com
Каковы функции базового эмиттера и коллектора?
Переход эмиттер-база вводит большое количество основных носителей заряда в базу, потому что она сильно легирована и имеет умеренный размер. Коллектор — секция, которая собирает большую часть основного носителя заряда, поставляемого эмиттером, называется коллектором.
Какова функция базы транзистора?
Роль базовой области BJT-транзистора Роль базовой области заключается в том, чтобы действовать как триггер для большего тока эмиттер-коллектор. Когда ток базы получает достаточный ток, больший ток течет от эмиттера к коллектору.
Какова функция транзистора, если эмиттер к базе и коллектор к базе смещены в прямом направлении?
Если и эмиттерный, и коллекторный переходы смещены в прямом направлении, то основные носители заряда эмиттера будут течь в цепи эмиттер-база, а носители заряда коллектора будут течь в цепи коллектор-база.
Какова функция эмиттерной области при работе транзистора?
Подача подходящего внешнего постоянного напряжения называется смещением. На эмиттерный и коллекторный переходы транзистора подается прямое или обратное смещение… Смещение транзистора.
СОЕДИНИТЕЛЬ ЭМИТТЕРА СОЕДИНИТЕЛЬ КОЛЛЕКТОРА РЕГИОН ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Обратное смещение Обратное смещение Область отсечения
Какие два основных типа транзисторов?
Сегодня существует два наиболее распространенных типа транзисторов: металл-оксидный полупроводник или MOS и биполярный переходный транзистор или BJT.MOS также обозначается как MOSFET, потому что это полевой транзистор (FET).
Какой транзистор сильно легирован?
область эмиттера
Сколько стоит транзистор?
Значения бета варьируются от примерно 20 для сильноточных мощных транзисторов до более 1000 для высокочастотных биполярных транзисторов маломощного типа. Значение бета для большинства стандартных NPN-транзисторов можно найти в технических паспортах производителя, но обычно оно находится в диапазоне от 50 до 200.
Какова функция BJT?
Основная основная функция BJT — усиление тока, что позволит использовать BJT в качестве усилителей или переключателей для широкого применения в электронном оборудовании, включая мобильные телефоны, промышленное управление, телевидение и радиопередатчики. Доступны два разных типа BJT: NPN и PNP.
Почему площадь коллектора самая большая?
Коллекторная область является самой большой из всех областей, потому что она должна рассеивать больше тепла, чем эмиттерная или базовая области.Он спроектирован так, чтобы он был большим, потому что для того, чтобы рассеять весь нагреватель, дополнительная площадь поверхности позволяет ему это делать. Большая площадь обеспечивает большую площадь поверхности для рассеивания тепла.
Что больше легированного коллектора или базы?
Уровень легирования коллектора является промежуточным между сильным легированием эмиттера и легким легированием базы. Коллектор назван так потому, что собирает электроны с базы. Коллектор — самый крупный из трех регионов; он должен рассеивать больше тепла, чем эмиттер или база.
Каков нормальный режим работы транзистора?
При нормальной работе транзистора переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Это сделано для того, чтобы проводимость основных носителей могла происходить через переход эмиттер-база, а свободные электроны могли достигать коллектора, давая выходной ток.
Что такое транзистор PNP?
PNP-транзистор — это тип транзистора, в котором один материал n-типа легирован двумя материалами p-типа.Это устройство, управляемое током. И эмиттерный, и коллекторный токи контролировались небольшим током базы. Два кристаллических диода подключены друг к другу в транзисторе PNP.
Что такое PNP и NPN?
Как обычно их называют, датчики PNP и NPN снабжены как положительными, так и отрицательными выводами питания, а затем выдают сигнал, указывающий на состояние «включено». Датчики PNP выдают положительный выходной сигнал на вход вашего промышленного управления, в то время как датчики NPN выдают отрицательный сигнал во включенном состоянии.
Могу ли я использовать NPN вместо PNP?
Как правило, транзисторы PNP могут заменять транзисторы NPN в большинстве электронных схем, единственная разница заключается в полярности напряжений и направлениях тока. Транзисторы PNP также могут использоваться в качестве переключающих устройств, и ниже показан пример транзисторного переключателя PNP.
Нормально ли открыт PNP?
PNP — (транзистор PNP) NO — нормально открытый, это означает, что на выходе нет напряжения, пока датчик не сработал (см. Рисунок, выходной разъем датчика PNP отсутствует.4).
Почему NPN предпочтительнее PNP?
Основными носителями заряда в транзисторе NPN являются электроны, а в транзисторе PNP — дырки. Электроны обладают большей подвижностью, чем дырки. Следовательно, транзисторы NPN предпочтительнее транзисторов PNP.
Что является более распространенным PNP или NPN?
Почему два типа? Выбор датчика PNP по сравнению с датчиком NPN определяется природой схемы, в которой будет использоваться устройство. Датчики PNP, как правило, используются более широко.
Является ли PNP источником или поглотителем?
Датчики
PNP иногда называют «датчиками источника», потому что они подают на выход положительную мощность. Датчики NPN иногда называют «погружающимися датчиками», потому что они опускают землю на выход. Термин «нагрузка» определяет устройство, на которое подается питание датчика.
Уменьшается ли ток NPN?
Датчики
PNP — это устройства подачи тока, а датчики NPN — устройства потребления тока. Датчик источника тока должен быть подключен к входу стока тока.
Что такое погружение и поиск в PLC?
Понижение и источник — это термины, используемые для определения управления постоянным током в нагрузке. Понижающий цифровой ввод / вывод (ввод / вывод) обеспечивает заземленное соединение с нагрузкой, тогда как исходный цифровой ввод / вывод обеспечивает источник напряжения для нагрузки. Схема нуждается в источнике напряжения, заземлении и нагрузке.
Какие три типа ПЛК?
ПЛК
делятся на три типа в зависимости от выхода, а именно релейный выход, транзисторный выход и симисторный выход ПЛК.
Что такое ПЛК приемного типа?
Цепи ввода-вывода
«приемник / источник» сочетают в себе возможности приема и передачи. Это означает, что схема ввода-вывода в ПЛК позволит току течь в любом направлении, как показано ниже. Общая клемма подключается к одной полярности, а точка ввода / вывода подключается к другой полярности (через полевое устройство).
В чем разница между опусканием и добычей?
Приемник и Источник — это термины, используемые для определения потока постоянного тока в электрической цепи.Спадающая входная или выходная цепь обеспечивает заземление для электрической нагрузки. Вход или выход источника обеспечивают источник напряжения для электрической нагрузки.
Какое текущее опускание?
Понижение тока, также называемое понижающим программированием, — это способность подтягивать ток к положительной клемме источника постоянного тока. Например, источник питания втягивает или втягивает ток в положительную клемму всякий раз, когда программируется более низкое выходное напряжение.
Что является более распространенным опусканием или добычей?
Это всегда большая путаница со стороны различных производителей в отношении терминологии приемников и источников.Пример: терминология mitsubishi отличается от терминологии AB. Наиболее распространенным является Sinking Input и Sourcing Output на основе определения A-B.
Что такое синк?
Фильтры. Налить или подать вино или пиво, сцинк.
Какие примеры затопления?
Пенни, скрепка или пуговица утонули, потому что материалы, из которых они сделаны (металл для скрепки и пенни, пластик для пуговицы), имели большую плотность, чем вода. (Их молекулы ближе друг к другу, чем молекулы воды.) Пробка, кусок дерева или пенополистирол всплыли, потому что эти материалы имеют меньшую плотность, чем вода.
Какова формула фонда погашения?
Используя формулу простых процентов, I = Prt, мы получаем I = 10,000 (0,12) (1) = 1,200 в год. Поскольку он планирует делать ежемесячные платежи, вы делите на 12, чтобы 100 долларов в месяц пошли на выплату процентов. Затем вы вычисляете сумму, которая будет ежемесячно вноситься в амортизационный фонд.
База-эмиттер
— Что означает коллектор-база-эмиттер? Бесплатный словарь
Фильтр категорий: Показать все (91) Наиболее распространенные (1) Технологии (6) Правительство и военные (11) Наука и медицина (26) Бизнес (32) Организации (38) Сленг / жаргон (4)
Опыт построения персонажа 90 040
Акроним Определение
CBE Командующий Орденом Британской Империи
CBE Совет редакторов биологии
CBE Калгари Совет по образованию
CBE Компетенция Базовое образование
CBE Центральный банк Египта
CBE Колледж бизнеса и экономики (различные школы)
CBE Клиническое обследование груди
CBE Химическая и Биомолекулярная инженерия
CBE Cat-Back Exhaust (автомобильная выхлопная система; различные компании) 900 43
CBE Компьютерный экзамен
CBE Центр искусственной среды (Калифорнийский университет в Беркли)
CBE Центр деловой этики (различные школы)
CBE Сообщества за лучшую окружающую среду
CBE Эквивалент какао-масла
CBE Христиане за библейское равенство (Миннеаполис, Миннесота)
CBE Beam40 Epit
CBE Кредит по экзамену (различные школы)
CBE Chris Brown Entertainment (этикетка записи)
CBE Детский педагог
CBE Командный байт Включить
CBE Card Bus Ethe rnet
CBE Cell Broadband Engine (торговая марка IBM)
CBE Certified Business Enterprise (различные организации)
CBE Изменения, вступающие в силу (нормативный срок FDA США) )
CBE Central Bucks East
CBE Центр биопленочной инженерии (Государственный университет Монтаны; Bozeman, MT)
CBE Центр биомедицинской инженерии (в разных местах)
CBE Комитет адвокатов (Калифорния)
CBE Общественное предприятие (в разных местах)
CBE Совет по базовому образованию
CBE Экотуризм на уровне сообществ (в разных местах)
CBE Компьютерное образование
CBE Католический совет по образованию (в разных местах)
CBE Обучение на основе учебного плана
CBE Оборудование, изготовленное на заказ (Огайо)
CBE Clearblue Easy (монитор фертильности)
CBE Комбинированная книжка Exh ibit
CBE Cell Broadcast Entity (телекоммуникации)
CBE College Basketball Experience (Канзас-Сити, Миссури; стандартное восточное время.2007)
CBE Convention sur le Brevet Européen (на французском языке: Европейская патентная конвенция; оценка 1973 г.)
CBE Главный инженер моста (железные дороги)
CBE Химическая биохимическая инженерия (различные школы)
CBE Центр биомедицинской этики (Университет Кейс Вестерн Резерв)
CBE Cleveland Board of Education
CBE Электроника на углеродной основе (консорциум; Великобритания)
CBE Инжиниринг на основе последствий (различные школы)
CBE Сертифицированный инженер Banyan
CBE Текущая лучшая оценка
CBE
CBE Cross Bronx Expressway (Нью-Йорк)
CBE Компаньон Ордена Британской Империи
CBE Эффект химического связывания
CBE Экспорт сажи
CBE Core Belief Engineering
CBE Comité du Bassin d’Emploi (французский: Бассейновый комитет по занятости; в разных местах)
CBE Камберленд, Мэриленд, США — муниципальный (код аэропорта)
CBE Collectif Bar Européen (французский: Bar European Collective; эст.2001)
CBE Среда на основе возможностей
CBE Торговые предприятия палаты (Великобритания)
CBE Оценка бюджета командования
CBE Хладнокровные элиты ( клан онлайн-игр)
CBE Cercle Biblique Évangélique (французский: Евангелический библейский круг; Браззавиль, Республика Конго)
CBE Базовый излучатель коллектора
CBE CBE Construction Bois Écologique (французский: экологическое деревянное строительство; Сен-Николя-де-Редон, Франция)
CBE Collège des Bourgmestre et Échevins (французский: Колледж мэров и старейшин; Бельгия)
CBE Конкурсные торги
CBE Компьютерные брокеры Обмен
CBE Центр улучшения образования
CBE Полный анализ крови
CBE Сертифицированный инженер по радиовещанию
CBE Cheezy Beef Eaters
003 (игровой клан)
004 (игровой клан)
CBE Cooper-Bessemer Corporation
CBE Емкость перехода база-эмиттер
CBE Кулон-Борн-обмен
CBE 9043 Кронштейн соединителя CBE Расчетная наилучшая оценка
CBE Конференция экономистов бизнеса
CBE Компонентное логическое выражение
CBE Climatisation Bien Être (французский: Air Conditioning Wellness; l’Union, Франция)
CBE Двигатель бомбардировки цезием
CBE Collège Belle Étoile (французский: College Stars; Montivilliers, Франция)
CBE ne des Bourgutudiants (на французском языке: Burgundy Students Corporation; Бургундия, Франция)
CBE Compagnie des Bois Exotiques (на французском языке: Exotic Woods Company; Вильнёв-Лубе, Франция)
CBE Менеджер по работе с клиентами (различные компании)
CBE Оценка бюджета контракта
CBE Сертифицированный преподаватель дизайна ванных комнат
CBE Исследование ожиданий потребителей
CBE Оценка коммерческого предложения CBE Устройство для извлечения печатных плат
CBE Инкапсуляция с компрессионным соединением
CBE Chavond-Barry Engineering Corp. (Блавенбург, Нью-Джерси)
chet_paynter_introduct_6 | Транзисторы с биполярным переходом | Резюме главы
Биполярный переходной транзистор (BJT) представляет собой устройство с тремя выводами. Клеммы называются эмиттером , базой и коллектором . Как показано на рис. 6-1, коллектор и эмиттер изготовлены из полупроводникового материала одного и того же типа (типа n- или p-), а основание состоит из другого.

Рисунок 6-1.Конструкция транзистора.
Схематические обозначения транзисторов на Рисунке 6-1 показаны на Рисунке 6-2. Стрелка в условном обозначении:
Помогает идентифицировать выводы транзистора.
Всегда указывает на материал типа n .
Указывает направление тока эмиттера.

Рисунок 6-2. Условные обозначения транзисторов.
Токи на клеммах транзисторов показаны на рисунке 6.2 текста. Ток эмиттера () обычно имеет наибольшее значение из трех, за ним следует ток коллектора ().Обратите внимание, что направления тока для транзистора pnp противоположны направлениям тока для транзистора npn .
Значения и определяются в первую очередь значением базового тока (). В нормальных условиях изменяется, вызывая аналогичное изменение и. По этой причине транзистор именуется устройством с управлением по току .
В нормальных условиях связь между и выражается как

, где (греческая буква бета) — это коэффициент усиления по току транзистора.Отношения между, и демонстрируется на протяжении всей главы. Различные напряжения, присутствующие в типичной транзисторной схеме, описаны в таблице 6.1 и измерены, как показано на рисунке 6.3.
Конструкция и работа транзистора
Транзистор имеет два перехода pn , как показано на рисунке 6-3. Обычно компонент смещается с использованием одной из трех комбинаций, показанных на рисунке.
Когда транзистор находится в состоянии отсечки , его переходы коллектор-база и база-эмиттер имеют обратное смещение .Эта комбинация смещения показана на рисунке 6.6. При смещении в отсечке транзистор пропускает только небольшое количество тока утечки через цепи эмиттера и коллектора. Для всех практических целей мы можем предположить, что когда транзистор смещен в отсечке.

Рисунок 6-3. Комбинации смещения соединений.
Когда транзистор смещен в ноль , что означает, что к двум переходам не приложены внешние потенциалы смещения, присутствуют обедненные слои, и транзистор фактически находится в состоянии отсечки.Смещение нуля показано на рисунке 6.5.
Противоположность отсечки — , насыщенность . Когда транзистор находится в состоянии насыщения, его переходы коллектор-база и база-эмиттер смещены на вперед и на . В этом случае и достигают своих максимальных значений , что определяется напряжением питания и значениями сопротивления в цепях коллектора и эмиттера. Эта концепция проиллюстрирована на рисунке 6.7.
Когда транзистор работает в своей активной области , его переход база-эмиттер смещен вперед, , а его переход коллектор-база смещен в обратном направлении, .Эта комбинация смещения показана на рисунке 6.8. Как показано на рисунке, когда транзистор работает в своей активной области. Характеристики трех рабочих областей транзистора приведены на рисунке 6.9.
Транзистор — это устройство , управляемое током. В результате его конструкции небольшое изменение приводит к большему изменению других оконечных токов. Большее изменение и является результатом усиления транзистора по току, как показано в Примере 6.1.
Согласно действующему закону Кирхгофа, ток (токи), покидающий компонент, должен быть равен току (токам), входящему в компонент. Следовательно,
Поскольку значение обычно намного больше, чем значение, мы обычно предполагаем это.
dc beta ( ) номинал транзистора — это отношение к. В номинал для данного транзистора указан в спецификации компонента. Этот рейтинг важен, потому что в наиболее распространенных транзисторных схемах база используется в качестве входной клеммы, а коллектор — в качестве выходной клеммы.Следовательно, представляет собой отношение выходного постоянного тока к входному постоянному току. Когда вы знаете ценности и ток любой клеммы транзистора, можно определить значения двух других клеммных токов. Этот принцип продемонстрирован в примерах с 6.2 по 6.4.
Модель dc alpha ( ) номинал транзистора — это отношение к. Поскольку значение всегда на меньше , чем на единицу (1). В отличие от , то номинал для данного транзистора обычно не указывается в его технических характеристиках.Однако его значение можно рассчитать, используя рейтинг следующим образом:
Справедливость этого отношения продемонстрирована в Примере 6.5.
Максимально допустимое значение для данного транзистора обычно указано в его технических характеристиках. Как показано в Примере 6.6, максимально допустимое значение базового тока можно найти как
. Другой номинальный ток, который обычно можно найти в спецификациях, — это максимальный ток отсечки . Это максимальная величина тока утечки, которую допускает транзистор, когда он смещен в отсечке, измеренный при заданных значениях и в обратном направлении.Типичные значения напряжения включают следующее:
: Напряжение обратного пробоя коллектор-база, измеренное при разомкнутой клемме эмиттера.
: Напряжение обратного пробоя коллектор-эмиттер, измеренное при разомкнутой клемме базы.
: Напряжение обратного пробоя эмиттер-база, измеренное при разомкнутой клемме коллектора.
Эти номинальные напряжения показаны на Рисунке 6.20.
Характеристика кривая для транзистора иллюстрирует взаимосвязь между его значениями, и.Кривая показывает насыщение , активное и характеристики устройства, как показано на рисунке 6.21. Обычно работа транзистора представлена с использованием составных кривых коллектора, подобных показанной на рис. 6.25. Обратите внимание, что область кривой под линией представляет рабочую область отсечки .
Есть несколько других рабочих кривых транзистора, которые обычно представляют интерес. Среди них базовая кривая и бета-кривая .Базовая кривая транзистора очень похожа на прямую рабочую кривую диода. Бета-кривая транзистора показывает взаимосвязь между бета-коэффициентом, и рабочей температурой. Как показывает бета-кривая:
Бета увеличивается с увеличением до некоторого указанного значения (которое указано в спецификации устройства). Как только это значение будет превышено, дальнейшее увеличение тока коллектора приведет к уменьшению на в бета-версии.
Бета увеличивается при повышении рабочей температуры.
Типичные базовые и бета-кривые для транзистора показаны на рисунках 6.26 и 6.27. В спецификациях транзисторов
перечислены различные максимальные номиналы , тепловые характеристики и электрические характеристики . В разделе максимальных оценок спецификации перечислены параметры, которые нельзя превышать без риска повреждения компонента.
Часть технических характеристик, относящаяся к тепловым характеристикам, содержит значения термического сопротивления () для компонента.Термическое сопротивление — это сопротивление потоку тепла, измеряемое в градусах Цельсия на ватт (). Значение теплового сопротивления указывает на повышение температуры на один ватт рассеиваемой мощности. Идеальный компонент должен иметь рейтинг, указывающий на то, что он может рассеивать любое количество энергии без повышения температуры.
Часть электрических характеристик спецификации обычно делится на группы номинальных значений, такие как с характеристиками и с характеристиками .Эти характеристики указывают на гарантированные рабочие характеристики компонента, измеренные в определенных условиях. Образец спецификации транзистора можно увидеть на рис. 6.28.
Транзистор можно проверить с помощью омметра, как показано на рисунке 6.30. Каждый переход транзистора проверяется, как показано на рисунке. Проблема указывается, если любое соединение имеет:
низкое
прямое и обратное сопротивление высокое
прямое и обратное сопротивление
(Помните: pn -переход должен иметь низкое прямое сопротивление и высокое обратное сопротивление .) После проверки двух переходов измеряется сопротивление транзистора от коллектора к эмиттеру. Это сопротивление должно быть чрезвычайно высоким в обоих направлениях . Если транзистор не проходит ни одну из этих проверок, он неисправен и подлежит замене. Обратите внимание, что транзисторы чаще всего тестируются с помощью устройства проверки транзисторов . У каждого средства проверки транзисторов есть свои инструкции по тестированию различных типов транзисторов.
Принципы, обсуждаемые в терминах транзисторов npn , также применимы к транзисторам pnp .Разница между ними заключается в напряжении полярностях и направлениях тока , как показано на рисунке 6.33.
Напряжения питания, используемые для смещения транзисторов, обычно получаются от источника питания постоянного тока системы , как показано на рисунке 6.33.
Существует множество транзисторов npn и pnp , каждый из которых обладает своими уникальными достоинствами. Среди них следующие:
Интегрированные транзисторы
содержат более одного транзистора в интегрированном виде.Эти компоненты экономят место и снижают производственные затраты. (См. Рисунок 6.34 текста.) Высоковольтные транзисторы
имеют чрезвычайно высокие характеристики обратного пробоя. Эти компоненты предназначены для использования в системах, содержащих высокие напряжения смещения. (См. Рисунок 6.35 текста.) Сильноточные транзисторы
имеют чрезвычайно высокий максимальный ток коллектора. Эти компоненты предназначены для использования в сильноточных приложениях. (См. Рисунок 6.36 текста.) Мощные транзисторы
имеют чрезвычайно высокие показатели рассеиваемой мощности. Они предназначены для использования в цепях, где относительно высокие напряжения и токи приводят к высоким требованиям к рассеиваемой мощности. (См. Рисунок 6.37 текста.) Транзисторы для поверхностного монтажа
содержатся в корпусах, которые намного меньше и легче, чем их стандартные ИС-аналоги. Эти компоненты используются в приложениях с низким энергопотреблением, где размер является важным фактором.(См. Рисунок 6.38 текста.)
Идентификатор вывода коллектор-база-эмиттер транзисторов
Схема была разработана для транзисторов, чтобы определить, является ли вывод эмиттером, базой или коллектором, а также тип, если полярность NPN или PNP, а также может использоваться при тестировании диодов.
4011 — четырехканальная интегральная схема затвора NAND с 2 входами, обычно характеризующаяся небольшими колебаниями напряжения питания, очень высоким импедансом, выходами, которые могут потреблять и исходить, один выход может управлять до 50 входов, большим временем распространения затвора, высоким частота и низкое энергопотребление
4066 — четырехканальный аналоговый переключатель с цифровым управлением, использующий передовую КМОП-технологию с кремниевым затвором и обладающий такими функциями, как индивидуальное управление переключателем, согласованные характеристики переключателя, совместимость контактов и функций, низкий ток покоя, низкое сопротивление при включении, широкий диапазон аналогового входного напряжения и 15 нс типичное время включения переключателя
Генератор типа «кольцо трех» формируется микросхемами IC1A, IC1B и IC1C для создания трехфазного сигнала с частотой 350 Гц, который подается на тестируемое устройство через светодиоды.В течение одной трети цикла каждая пара клемм устройства может быть прямой, обратной и несмещенной. Соответствующий красный светодиод загорится током, протекающим в устройство, а зеленый светодиод загорится текущим током. Это предполагает полярность транзистора и положение вывода базы.
Связанные товары: Darlington BJT | Цифровой BJT | GP BJT
Нажатие кнопки SPST P1 сразу переключит R7-9 параллельно с R4-6 с использованием IC2A, B и C, что позволит основному выводу устройства управлять более высоким током.Эту операцию также можно использовать для тестирования силовых транзисторов с низким коэффициентом усиления. Устройства с низким энергопотреблением в пластиковом корпусе используются в основном для идентификации контактов, и расположение контактов силового устройства в металлическом корпусе TO3 можно легко предположить.
Во время процедуры тестирования исправность транзистора проверяется нажатием P1. На двух клеммах будут гореть оба светодиода, в то время как на остальных будет гореть один светодиод. Что касается базового разъема, красная подсветка иллюстрирует транзистор NPN, а зеленая подсветка — транзистор PNP.Бывают случаи, когда идентификация выводов ненадежна из-за слабого освещения, особенно при тестировании высокомощных транзисторов с низким коэффициентом усиления. Это можно исправить, нажав одновременно кнопки P1 и P2.
При тестировании диодов его можно установить на два из трех разъемов, и при нажатии P1 загораются только один красный светодиод и один зеленый светодиод. Красный светодиодный сигнал загорается с идентификацией контакта анода, в то время как зеленый светодиод определяет, что вывод диода является катодом.
Некоторые проблемы могут возникнуть, особенно при тестировании транзисторов типа Дарлингтона, потому что выводы коллектора и эмиттера будут отображаться как инвертированные, но вывод базы и полярность будут правильно отображаться идентификатором вывода, как и в случае с обычными транзисторами.Это связано с тем, что силовой транзистор Дарлингтона использует диод с обратным подключением между эмиттером и коллектором на одной микросхеме. Тестирование транзисторов Дарлингтона приведет к яркому свечению двух светодиодов, связанных с выводами эмиттера и коллектора.
Идентификатор вывода транзистора легко определяет полярность и функцию транзистора, а также его хорошее или плохое состояние. Его также можно использовать для проверки диодов, полевых транзисторов, небольших тиристоров, тиристоров и симисторов, подключенных между гнездами C и E.Схема была разработана для минимального количества управляющих манипуляций и быстрого тестирования большинства электронных устройств.
Связанные товары: RF BJT | PIN
nanoHUB.org — 404
Поиск Поиск
Авторизоваться
Помощь
Поиск
На главную
Ресурсы
Что нового
Зачем публиковать?
Загрузить / опубликовать
Анимации
Компактные модели
Курсы
Наборы данных
Загрузки
Онлайн-презентации
Презентационные материалы
Документы
Серия
Учебные материалы
9080 Коллекции
9080 Инструменты
9080 Темы
Теги
Цитаты
События
Обратная связь
Разработка инструментов
nanoHUB-U
Физика электронных полимеров
Биологическая инженерия: принципы разработки ячеек
Термостойкость в электронных устройствах (краткий курс)
Основы нанотранзисторов, 2-е издание Основы электроники
Часть B: квантовый транспорт, 2-е издание
Основы наноэлектроники, Часть A: Основные концепции, 2-е издание
Биоэлектричество (edX)
Органические электронные устройства
Нанофотонное моделирование, 2-е издание
Введение в материаловедение аккумуляторных батарей
Принципы электронных нанобиосенсоров
Термоэлектричество: от атомов к системам
От атомов к материалам: теория прогнозов и моделирование
Тепловая энергия в наномасштабе
Основы атомной силовой микроскопии, часть 2
Атомная силовая микроскопия Микроскопия, Часть 1
Партнеры
Сообщество
Проекты
Группы
События
О
Что такое нанотехнологии?
Известные цитаты
Показатели использования
В новостях
Информационный бюллетень
Пресс-кит
Свяжитесь с нами
Поддержка
FAQ
Список желаний
Билеты
9080 Сообщите о проблеме 9080
Примите участие в опросе
Меню Главная / Ошибка
Ошибка (404)
Не найдено.
Политика конфиденциальности
Политика в отношении злоупотреблений
Лицензионный контент
Нарушение авторских прав
Авторские права 2021 NCN
Поиск Поиск
близкий поиск
CBE Определение: коллектор-база-эмиттер | Поиск аббревиатуры

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