Коэффициент усиления транзистора по току: Коэффициент усиления транзистора

Содержание

Коэффициент усиления транзистора

Определение и формула коэффициента усиления транзистора

Транзистор — это полупроводниковый прибор, который используют для усиления, преобразования и генерирования электрических сигналов. Сам по себе транзистор ни чего не усиливает. Свойства усиления его заключены в том, что небольшие изменения сигнала на входе ведут к существенным изменениям тока (напряжения) на выходе транзистора или их совокупности, за счет использования энергии от внешнего источника. Используют три схемы включения транзисторов: с общим эмиттером, общим коллектором и общей базой.

Если транзистор работает в ключевом режиме, то используют коэффициент усиления по току в режиме большого сигнала (чаще всего этот коэффициент обозначают буквой ). Это величина, равная отношению тока на коллекторе () (он определяется нагрузкой) к минимальному току базы ():

   

Большинство транзисторов на сегодняшний момент имеет

Коэффициентом усиления транзистора по току при рассмотрении схем с общей базой называют отношение силы тока коллектора () к силе тока эмиттера () при постоянном напряжении в переходе между эмиттером и коллектором. Чаще всего такой коэффициент усиления обозначают или Тогда формула определяющая коэффициент усиления транзистора по току , имеет вид:

   

Этот коэффициент не может быть больше единицы.

Коэффициент усиления транзистора по току для схем с общим эмиттером ( или ) можно определить при помощи выражения:

   

где — сила тока в коллекторе, — сила тока в базе. При этом напряжение на переходе коллектор эмиттер постоянно

Коэффициент усиления зависит не только от тока на входе, но и от температуры.

Коэффициентом усиления транзистора по напряжению () называют величину, равную отношению напряжения на нагрузке (R) вцепи коллектора () к напряжения на входе ():

   

Коэффициент усиления для однотипных транзисторов может лежать в довольно большом диапазоне. — зависит от свойств транзистора и от отношения сопротивлений нагрузки в цепях коллектора и эмиттера:

   

Единицы измерения коэффициента усиления транзистора

Коэффициент усиления — может быть величиной безразмерной. При решении задач следует обратить внимание на то, чтобы величины входных и выходных сигналов были выражены в одних единицах.

Или коэффициент усиления может выражаться в логарифмических единицах — децибелах.

Примеры решения задач

РадиоКот :: Страшное слово - Транзистор

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы электроники >

Страшное слово - Транзистор


Современная электроника не смогла бы существовать, если бы не этот элемент! Ведь даже самая навороченная микросхема, где-то в глубине своей силиконовой души состоит из тех же самых транзисторов. Только - очень маленьких.

Транзистор - это усилительный элемент. Он усиливает слабую энергию подаваемого на него сигнала за счет энергии дополнительного источника питания.


Поясняю. Все мы ездили хоть раз на поезде, на электричке или, хотя бы, на трамвае. Когда поезд тормозит, всегда слышно характерное шипение. Это работает пневматический привод тормозов. Иными словами, сжатый воздух идет от бака к тормозам. Тормозные колодки подключены к поршню. Когда на поршень начинает давить сжатый воздух - поршень движется вперед и прижимает колодки плотно к колесу. Поезд тормозит… А отчего воздух начинает поступать на поршень? Вероятно, так хочет машинист. Он открывает у себя в кабине вентиль, и воздух идет. Все до неприличия просто!

Небольшая поясняющая картинка:

Теперь зададимся вопросом, а смог бы машинист остановить поезд, если бы тормозной рычаг был непосредственно связан с тормозными колодками? Наверно, нет. Каким бы качком он не был, остановить поезд человеку не под силу. А сжатый воздух делает это запросто, достаточно лишь открыть вентиль.

Посмотрим, что получилось: машинист тратит маленькую энергию на то, чтоб нажать тормозной рычаг. Открывается клапан, и мощный поток сжатого воздуха, с много большей энергией, прижимает тормозные колодки. То есть, клапан можно назвать усилительным элементом, который усиливает слабую энергию, затрачиваемую человеком за счет сильной энергии сжатого воздуха.


Смею Вас заверить, в транзисторе все абсолютно так же. Только через него проходит не сжатый воздух, а электрический ток. У транзистора три вывода: коллектор, эмиттер и база.

Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (Iк), между базой и эмиттером - слабый управляющий ток базы (Iб). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы, так же как и напор сжатого воздуха зависит от того, насколько открыт клапан. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается

h31э. У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Итак, коэффициент усиления по току - это отношение коллекторного тока к току базы:

h31э = Iк / Iб

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

Iк = Iб * h31э

Рисуем схему.

В этой схеме транзистор управляет яркостью свечения лампочки. Иными словами, он регулирует ток, протекающий через лампочку. Поскольку лампочка подключена к коллектору транзистора, то и ток, текущий через нее является током коллектора.

Управляющий ток базы ограничивается резистором R1. Зная этот ток и коэффициент усиления транзистора (h31э), можно легко узнать ток коллектора. С другой стороны, зная, какой нам нужен ток коллектора, мы всегда можем вычислить ток базы и подобрать соответствующий резистор.

Немножко посчитаем 🙂

.

Пусть наша лампочка кушает ток 0,33 А,
а транзистор имеет h31э = 100.
Какой нужен ток базы, чтобы лампочка горела в полный накал?
И каким при этом будет сопротивление R1?

Полный накал - это когда ток потребления равен номинальному.
Номинальный - 0,33 А. Таким образом, необходимый ток коллектора - 0,33 А.
Ток базы должен быть меньше коллекторного в h31э раз. То есть - в 100 раз. То есть, он должен быть равен 0,33/100 = 0,0033А = 3,3 мА.
Ура, решили!!!

Теперь осталось вычислить сопротивление резистора в цепи базы. Вычисляем (по закону Ома):

R = U/I

U - нам известно - это напряжение питания, 9В
I - только что нашли - 0,0033 А

Арифметика, 2 класс: R = 9/0,0033 = 2700 Ом = 2,7 кОм.

Ответ: сопротивление резистора = 2,7 кОм

Просто? Еще бы! Но - не обольщайтесь. Дальше - хуже! =)

В следующих нескольких параграфах мы поговорим о вещах, отвлеченных от транзистора. Но после этого, обязательно к нему вернемся, уже с новыми интересными знаниями. И сможем уже более широко использовать этот элемент.

<<--Вспомним пройденное----Поехали дальше-->>


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Универсальный «бетник» на TL431. Прибор для определения коэффициента усиления по току биполярных транзисторов
Датагорцам большой привет!
В моей первой местной статье описано устройство, позволяющее определять коэффициент усиления по току биполярных транзисторов различной мощности обеих структур при значениях тока эмиттера от 2 мА до 950 мА.

На определенном этапе постижения темы усилителестроения я понял, что от двухтактных схем усилителей невозможно добиться высокого качества воспроизведения без тщательного подбора транзисторов в пары. Двухтакт изначально предполагает некую степень симметрии плеч, а, следовательно, ставить транзисторы в макет усилителя стоит только после того, как стало известно, какие параметры имеют транзисторы, которые вы держите в руках.


Это был отправной момент. Помимо этого, авторы многих схем выдвигают требования к параметрам устанавливаемых в схему транзисторов, в частности к их способности усиливать сигнал.
И, наконец, интересовала проблема выбора оптимального начального тока транзистора, чтобы поставить прибор в режим, обеспечивающий максимальную линейность его работы.
Собственно встал вопрос, какие параметры и чем измерять?

Содержание / Contents

В современных изданиях в качестве оценки способности транзисторов усиливать сигнал часто используется статический коэффициент передачи тока h31э.
Далее, покопавшись в своих закромах, я обнаружил транзисторы, завернутые в пожелтевшие бумажки, на которых было написаны значения α (алфа) и β (бета), измеренные в далеких восьмидесятых на аналоговом лабораторном приборе.
В результате чтения литературы и интернет-изданий я отождествил в своем сознании современное h31э и близкое сердцу по молодости β («бета»). Если это не совсем корректно, то пусть меня поправят.

Cтал понятным сленговый термин «бетник», которым до сих пор отдельные разработчики называют прибор для измерения коэффициента усиления транзисторов по току.

С учетом того, что статья написана не для профессионалов, я сошлюсь на популярную советскую книжку Р. А. Свореня, где введено понятие коэффициента усиления по току в схеме с общим эмиттером, которое можно рассчитывать в приращениях:


ΔIэ – приращение тока эмиттера,
ΔIб – приращение тока базы.
Тут же указано, что с допустимой погрешностью коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером можно определить, как:
β=Iэ/Iб, где Iэ – ток эмиттера, Iб – ток базы.

В результате измерений, проанализировав полученные числовые значения и графики, я думаю, что уяснил, в чём разница между бета в приращениях (βпр) и просто β.
Для вычисления beta в классике предлагается поддерживать постоянное напряжение Ukэ и, меняя напряжение на базе Uбэ, измерять токи базы Iб и эмиттера Iэ (для βпр – малые приращения этих токов). Собственно это и реализует описываемая ниже конструкция.


Рис. 1 Исходная схема «бетника»
Я изучил много вариантов в Сети. Понравилась статья из «РадиоГазеты», в которой автор писал, что представляемый им «бетник» позволяет измерять коэффициент передачи тока базы маломощных и мощных биполярных транзисторов «p-n-p» и «n-p-n» структуры путём измерения тока базы при фиксированном токе эмиттера.

Схема привлекла своей простотой и логичностью. Несколько забегая вперед, сообщу, что идея осталась неизменной, а вот реализация потребовала правок.

Но сначала рассмотрим, как устройство работает. Схема (рис.1) питается от стабилизированного источника питания 12 Вольт. Переключателем S3 выбирается тип испытуемого транзистора: в верхнем положении «n-p-n», в нижнем «p-n-p». При этом с испытуемым «n-p-n» транзистором образуется схема Дарлингтона, а с транзистором «p-n-p» схема Шикалаи.

Переключателями S1 и S2 к референсному выводу TL431 подключаются различные референсные резисторы. TL431 «стремится» установить на подключенном резисторе напряжение примерно 2,5 Вольта, открывая получившийся составной транзистор в нужной степени для обеспечения необходимого тока через референсный резистор, чем и устанавливается ток через подключенный последовательно с резистором испытуемый транзистор.

В основном ток через транзистор будет определяться омическим сопротивлением резистора и не будет зависеть от параметров испытуемого транзистора.

Подключая различные резисторы, мы автоматически устанавливаем фиксированные токи эмиттера любого подключенного транзистора. Испытуемые транзисторы при этом всегда находятся под одинаковым напряжением Uкэ, равным напряжению питания схемы (12,2 В стабилизированного напряжения) минус 2,5 Вольта, то есть под напряжением 9,7 Вольта.

Дело в шляпе! Осталось измерить ток базы и выполнить расчеты (например, в Excel).

Однако приведённые выкладки столкнулись с жестокой реальностью. Как и все простые схемы, устройство потребовало трепетного отношения к деталям. При изготовлении первого образца печатной платы последовал провал, в результате чего плата отправилась в мусор.

Что произошло? В устройстве (по рекомендации автора схемы бетника) были применены переключатели П2К «из тумбочки». Автор схемы не привёл требований к параметрам цепи, подключаемой в цепь базы измеряемого транзистора. В цепь базы был включен прибор РВ7-22 в режиме миллиамперметра на пределе 0,2 мА. В итоге микросхеме TL431 не «удавалось» открыть Дарлингтон до нужного тока и напряжение на референсном резисторе заметно не достигало 2,5 Вольта.

В процессе опытов «с белыми мышами» пришло понимание, что внутреннее сопротивление прибора (шунта), подключаемого в цепь базы, должно быть минимальным, иначе цепь регулирования загрубляется.

После того, как в цепь базы был включен шунт 0,5 Ом (с параллельным включением милливольтметра), схема заработала, но падение напряжения на двух последовательно включенных переключателях П2К (S1и S2) было заметным.
Неприятно, что в разных положениях переключателей падение напряжения на контактах заметно различалось. Помимо этого падение напряжения на переключателях было нестабильным, то есть менялось от измерения к измерению.

Схема оказалась очень чувствительной к взаимному расположению TL431 и транзистора КТ3102 на плате. Справедливости ради следует сказать, что автор изготавливать печатную плату не советовал.

Кроме применения печатного способа монтажа, я невольно сделал ошибку: изначально расположил TL431 и транзистор КТ3102 на плате на расстоянии примерно 80 мм. Схема отказывалась выходить на 2,5 Вольта на референсных резисторах.

Вот тебе и «попроще», вот тебе и «понадежнее». Вся красота схемы померкла. В этот момент, можно было выбрать другую схему, но тут уж меня «заклинило».

Я сделал следующее:
• переразвёл плату, расположив TL431 и транзистор КТ3102 «впритык» и максимально увеличив ширину токоведущих проводников. Впоследствии этого оказалось недостаточно и пришлось на плату в отдельных местах положить несколько миллиметров припоя;
• применил галетные переключатели ПГК, каждый из которых имел по две галеты. Это позволило все контактные группы запараллелить, тем самым увеличив надежность переключения и снизив переходное сопротивление в месте контакта;
• отказался от последовательного включения переключателей в схеме подключения референсных резисторов. Просто поставил галетный переключатель ПГК с нужным количеством положений
• добавил предел измерения мощных транзисторов на токе эмиттера примерно 1 А.Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Отдельной темой явилось определение набора значений токов, необходимых для обеспечения измерений применительно к транзисторам различной мощности. В результате размышлений и чтения справочников образовалась шкала, показанная в Таблице 1.

Таблица1
Мне кажется, что выбранных номиналов токов эмиттера достаточно для контроля всех типов транзисторов. С учетом того, что я поставил перед собой задачу измерения мощных транзисторов на токе примерно 1 А, пришлось установить более мощный по сравнению с исходной схемой блок питания, состоящий из трансформатора ТП115-К7 (2х6Вх1,7А), основного конденсатора фильтра суммарной емкостью 6000,0 uF, диодного моста на диодах 1N5822 и стабилизатора на микросхеме LD1084.
При этом «просадка» напряжения на входе схемы на пределе измерения 960 мА не превышает 0,3%, то есть транзисторы при всех измерениях оказываются под одинаковым напряжением Uк-э.

Узел питания смонтирован навесом на выводах элементов, закрепленных на установленном «вверх ногами» трансформаторе ТП115-К7 и радиаторе от компьютерного блока питания.

В исходной схеме при каждом значении тока включается свой референсный резистор. Я сделал иначе, у меня постоянно включен резистор 1,2 кОм (реально 1250 Ом), а параллельно ему на различных пределах измерения подключаются резисторы, определяющие ток эмиттера испытуемого транзистора.

Покопавшись в тумбочке, и, сходив в магазин, я решил не требовать от себя точных, «целых» значений токов. Впаял имеющиеся резисторы, измерил образовавшиеся сопротивления, рассчитал токи по закону Ома и нанес на переднюю панель. Получился ориентировочный набор значений. Почему ориентировочный? А потому, что напряжение на референсном резисторе чаще всего не составляет искомых 2,5 Вольт.
Вернее так: обычно на резисторе 2,48-2,49 Вольта, а вот в отдельных случаях это напряжение становится другим. Небольшие (в пределах 5%) отклонения напряжения на референсном резисторе я счел допустимым. С учетом того, что всю обработку экспериментов я делаю в Excel, мне это не обременительно.

Для измерения всех типов транзисторов я использую несколько шунтов, которые подключаю к внешним клеммам устройства и на которых измеряю падение напряжения в мили Вольтах. У меня три шунта: 1,0 Ом, 10 Ом и 100 Ом. Для маломощных транзисторов используется шунт 100 Ом, для транзисторов средней мощности 10 Ом и для мощных транзисторов 1,0 Ом. Естественно значения сопротивления шунтов могут быть иными, соответствующими возможностям ваших милливольтметров.

В ряде случаев, напряжение на референсном резисторе оказалось больше обычных 2,48…2,49 Вольта. Например, если вы видите напряжение на референсном резисторе 12 Вольт, это значит, что транзистор звонится накоротко. В моем опыте есть погибшая при измерениях микросхема TL431 (причину до конца мне установить не удалось) и с этого момента, я предпочитаю проверять, как «звонятся» транзисторы перед
измерениями.

Очевидно, что напряжение на референсном резисторе несёт важную информацию об испытуемом транзисторе и о корректности измерения. Я решил напряжение на референсном резисторе измерять инструментально и вывел на клеммы, установленные на передней панели. Таким образом, от идеи исходной схемы, где предполагалось, что токи задаются автоматически, я отказался. Теперь при любом исходе событий я вижу напряжение на известном мне активном сопротивлении, а, значит, могу точно рассчитать ток через транзистор.

Эскиз варианта передней панели прибора представлен ниже.


Рис. 3 Передняя панель устройства

Устройство смонтировано в корпусе компьютерного блока питания. Размещение элементов внутри корпуса показано на рис 4.


Рис. 4Печатная плата токозадающей части имеет следующий вид

Рис. 5. Печатная плата

Печатной платы в Sprint Layout у меня нет. Я привык все рисовать в Corel Draw. Но плата простая, я думаю, при желании отрисовать её в Спринте не представляется трудным. Размеры платы (рис. 5) равны 108х58 мм.

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Еще раз обращаю внимание на то, что база транзистора соединена с катодом TL431 печатным проводником минимальной длины. Полезно положить в это место и по линиям прохождения токов на печатной плате слой припоя толщиной в несколько миллиметров, либо пропаять медным проводом.

Не смотря на рекомендации автора исходной схемы о применении транзистора Т1 с β=250, в окончательной версии моего устройства стоит КТ3102 с β=790. Промежуточный вариант с транзистором Т1 с β=450 работал менее устойчиво, в частности заметно влияло сопротивление шунта, включаемого в цепь базы измерительного транзистора.


Рис 6. Монтаж деталей на плате
На монтажном чертеже платы (рис. 7) обозначены отверстия, к которым подключаются провода от переключателя типа транзистора S1, контактные группы которого обозначены на схеме: верхний контакт каждой группы обозначен индексом «в», средний - «с», нижний - «н».
Отверстия для проводов от клемм, к которым подключается амперметр, обозначены «А1» и «А2».

Отверстия для проводов от клемм, к которым подключается вольтметр для измерения напряжения на референсном резисторе, обозначены «V1» и «V2».

Обозначения отверстий «Э», «К», «Б», «+» и «–« в пояснениях не нуждаются.

По периметру платы расположены отверстия, для подключения проводов от галетного переключателя S3. Видно, что отдельные резисторы образованы тремя или двумя резисторами, каждый мощностью 2 Вт.


Рис. 7
Методика измерений проста.
1. Подключаем всё в соответствии с рис 2. Подсоединяем транзистор к проводам с «крокодилами». Мощные транзисторы устанавливаем на радиатор (у меня отдельный радиатор площадью около 350 см2). Транзисторы типа Toshiba 2SA1943 и 2SC5200 я опускал в чашку с водой так, чтобы вода не касалась выводов.
2. Устанавливаем переключатель S1 в соответствии с типом измеряемого транзистора.
3. Устанавливаем предел измерения с минимальным током эмиттера для данного транзистора.
4. Включаем питание прибора переключателем S4.
5. Кратковременно включив тумблер S2 «Измерение», регистрируем напряжение на референсном резисторе и ток базы (напряжение на шунте в милливольтах).
6. Последовательно выбирая пределы измерения (токи эмиттера) переключателем S3, измеряем ток базы и напряжение на референсном резисторе для каждого значения тока эмиттера испытуемого транзистора пока не достигнем максимально возможного тока для данного транзистора.
7. Заносим результаты измерений в таблицу Excel, выполняем вычисления и строим диаграммы.

Допустимы ли измерения мощных транзисторов не на радиаторе, а в чашке с водой? Из моего опыта измерений мне кажется, что, если выводы транзистора необходимо погрузить в воду (например, для корпусов П217, П210, КТ908 и др.), то так можно измерять транзисторы только на этапе предварительного отбора. Речь о воде из-под крана. Возможно, в дистиллированной воде высокой очистки, возникающие при измерении утечки, будут несущественными.

Обращаю отдельное внимание на осторожность при измерении маломощных транзисторов. Транзисторы греются и погибают при использовании значительных токов эмиттера. Так, транзистор КТ3102Г еще «терпит» при токе порядка 77 мА, но практически мгновенно погибает при токе 100 мА и напряжении Uкэ 9,7 Вольт. Признаком использования предельных режимов является то, что показания тока базы на приборе при измерении не останавливаются на месте, а «ползут» при прогреве кристалла.

Ну, вот и финал моего повествования, его самая важная часть. Её величество практика, которая, как известно, является критерием истины.
«Исторически» я начал освоение устройства с измерений мощных транзисторов, но начать изложение результатов я хочу с измерений маломощных транзисторов, в частности транзистора КТ3102Г, который имел выдающийся коэффициент усиления. В силу недостаточности моего опыта он погиб, но дал результаты измерений, с помощью которых я постараюсь ответить на вопрос: чем «β в приращениях» отличается от «просто β» в одной точке?

Я построил зависимость тока эмиттера этого транзистора от тока базы при фиксированном напряжении Uкэ, графики β и β в приращениях.


Рис. 8
При внимательном изучении верхнего графика можно сделать вывод о том, что мы имеем дело с S-образной кривой. График похож на траекторию взлетающего самолета. Начиная с точки пересечения осей координат, имеется небольшой криволинейный отрезок, обращенный выпуклостью вниз. Далее следует относительно прямолинейный отрезок, расположенный под углом к оси абсцисс. И завершает всё криволинейный участок, обращенный выпуклостью вверх.

Для ответа на поставленный в вопрос утрируем кривизну участков характеристики (рис. 9) и поставим на их границах две характерные точки (А и В).


Рис. 9 Вычисление β и βа-в по характеристике транзистора
Вычисляя β как отношение токов в одной точке, мы имеем дело с уравнением прямой, проходящей через начало координат. Практически вычисляем тангенс угла наклона к оси абсцисс прямой, проходящей через ноль и через заданную точку на кривой.

В случае вычисления β в приращениях, речь идет о прямой, проходящей через две точки на кривой. Вычисляем тангенс угла наклона к оси абсцисс прямой, не проходящей через начало координат. Если приращения малые, то мы имеем дело с касательной к кривой в данной точке. Понятно, что прямая, проходящая через точку и начало координат (прямая 1), и касательная в точке (прямая 3) не «обязаны» совпадать. Также понятно, что усилительные свойства транзистора характеризует именно β в приращениях - βпр, на рис. 9 это βа-в.

Однако измерять β в приращениях неудобно. Например, в схеме мультиметра реализовать это сложно. Вот и пользуются просто β.
Почему это возможно? Потому, что начальный участок обсуждаемой кривой для реального транзистора более плоский (Рис 8) и проекция линейного участка характеристики почти попадает в начало координат. В результате β и βпр отличаются незначительно. Собственно это и показывают приведенные графики. Всплеск кривой β в приращениях на начальном участке я связываю с погрешностями при измерениях довольно малых величин.

Для себя же я сделал вывод, что буду пользоваться при подборе транзисторов в пары зависимостью Iэ от Iб. На характеристике видно, с какого момента линия начинает «загибаться» к горизонту. На мой взгляд, это может служить основанием для выбора наиболее линейного участка работы транзистора.

Далее исследуем пару из КТ602 и КТ908. Эту пару транзисторов, например, использует в своих схемах Игорь Семынин. Ниже результаты измерения четырёх транзисторов КТ602Б.


Рис. 10
Отметим линейную форму характеристики до токов эмиттера порядка 50 мА.
Ниже на рис. 11 показаны результаты измерения транзисторов КТ908А. Транзисторы N20, N15, N10, N40 из лучшей (с точки зрения β) четверки. Транзисторы N12 и N17 из худшей пары.
В сухом остатке из партии в 25 штук удалось подобрать: четверку с β≈65; пять пар с β от 55 до 25.
Рис. 11При реализации известной схемы усилителя для наушников И. Семынина я воспользовался рекомендацией интернета: использовать пару Дарлингтона на КТ602Б + КТ908А с суммарной β в пределах 3500-4000. И поставил КТ602Б с β≈70, и КТ908А с β≈50.
При этом для выходного транзистора был установлен ток эмиттера 330 мА. Ток покоя эмиттера КТ602Б составил при этом примерно 6,6 мА. Глядя на графики, можно понять, что таким образом я установил режим входного транзистора в зоне довольно близкой к началу координат.

И становится понятной рекомендация Семынина поставить транзисторы КТ602Б с β≈110, и КТ908А с β≈30. В этом случае ток эмиттера КТ602Б составил бы 11 мА и транзистор работал на более линейном участке. Играет мой усилитель замечательно, но после измерений гложет желание поставить более «правильные транзисторы».

«На сладкое» результаты измерения «народных» транзисторов фирмы Toshiba 2SA1943 и 2SC5200.


Рис. 12
Транзисторы 2SA1943 собрались в три пары N01-N02, N03-N04, N05-N06 с погрешностью менее 10% (рис. 12).
Рис. 13
Транзисторы 2SC5200 «разбежались» больше (рис. 13). Вместе с тем, в парах N01-N05 и N02-N06 различия β укладываются примерно в 10%. Очень хорошей парой являются транзисторы N05-N06. Транзисторы N05 и N06 настолько близки, что на верхнем графике (рис. 13) характеристики почти совместились.

Транзисторы 2SA1943 N05-N06 и транзисторы 2SC5200 N05-N06, на мой взгляд, можно попробовать поставить в параллельный повторитель «Zarathustra» от Дмитрия Киреева (deemon).
Из графиков очевидно, что транзисторы Toshiba 2SC5200 и КТ908А сравнимы по линейности.

А, как же германий, спросите вы? Ну вот, пожалуйста, краткий анонс будущего исследования германиевых транзисторов. Пока транзисторы с низкой граничной частотой.
На рис. 14 показаны результаты измерений четырех транзисторов П217.


Рис. 14

На рис. 15 показаны результаты измерений четырех транзисторов П215.


Рис. 15

На рис. 16 показаны результаты измерений 4 транзисторов П210В.


Рис. 161. Схема бетника из «Радиогазеты», на мой взгляд, работоспособна не во всех ситуациях и не во всех комплектациях.

2. После доработки устройство позволяет измерять коэффициент усиления по току в схеме общим эмиттером для биполярных маломощных транзисторов, транзисторов средней и большой мощности структуры «p-n-p» и «n-p-n».

3. Опыт применения устройства показывает, что измерения осуществляются с высокой производительностью. Основное время уходит на монтаж и демонтаж транзистора на радиатор. За час реально измерить 10-20 транзисторов.

4. Результаты измерений позволяют рассчитывать коэффициент усиления по току, как в отдельных точках, так и в приращениях, а также ориентироваться при выборе тока покоя транзисторов.

5. Оборотной стороной простоты схемы является отсутствие защиты. При подключении «p-n-p» транзистора с закороченным «К-Э» переходом я дважды сжег TL431. Транзисторы (особенно б/у) нужно предварительно звонить.


1. Книга - Р. Сворень, «Транзисторы. Шаг за шагом», 1971 г., стр. 201
2. Исходная статья про неудачный Бетник из Радиогазеты
3. Статья И. Семынина про усилитель для наушников
4. Усилитель «Заратустра» на ВегеУниверсальный «бетник» на TL431. Прибор для определения коэффициента усиления по току биполярных транзисторов
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Удачных вам измерений!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Универсальный «бетник» на TL431. Прибор для определения коэффициента усиления по току биполярных транзисторов

Александр Бочкарев (OLDBO)

РФ, г. Саратов

Мне 58 лет, и в настоящий момент я могу сделать для себя руками то, что раньше не мог.

Основное хобби - гитаростроение. Процесс сложный технологически и не быстрый в освоении.

В поисках нужного звука интересуюсь изготовлением усилителей, ламповых и транзисторных.
Пока доведен до ума только повторитель для наушников И. Семынина.

Пришел сюда учиться. Уважаю людей, достигающих практических результатов и публикующих информацию для начинающих.

При наработке полезных сведений обязуюсь сам писать статьи. Первая статья про бетник.

 

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор — электронный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Транзистор называется биполярный, поскольку в работе прибора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки. Этим он отличается от униполярного (полевого) транзистора, в работе которого участвует только один тип носителей заряда.

Принцип работы обоих типов транзисторов похож на работу водяного крана, который регулирует водяной поток, только через транзистор проходит поток электронов. У биполярных транзисторов через прибор проходят два тока — основной «большой» ток, и управляющий «маленький» ток. Мощность основного тока зависит от мощности управляющего. У полевых транзисторов через прибор проходит только один ток, мощность которого зависит от электромагнитного поля. В данной статье рассмотрим подробнее работу биполярного транзистора.

Устройство биполярного транзистора.

Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника и двух PN-переходов. Различают PNP и NPN транзисторы по типу чередования дырочной и электронной проводимостей. Это похоже на два диода, соединенных лицом к лицу или наоборот.

У биполярного транзистора три контакта (электрода). Контакт, выходящий из центрального слоя, называется база (base). Крайние электроды носят названия коллектор и эмиттер (collector и emitter). Прослойка базы очень тонкая относительно коллектора и эмиттера. В дополнение к этому, области полупроводников по краям транзистора несимметричны. Слой полупроводника со стороны коллектора немного толще, чем со стороны эмиттера. Это необходимо для правильной работы транзистора.

Работа биполярного транзистора.

Рассмотрим физические процессы, происходящие во время работы биполярного транзистора. Для примера возьмем модель NPN. Принцип работы транзистора PNP аналогичен, только полярность напряжения между коллектором и эмиттером будет противоположной.

Как уже говорилось в статье о типах проводимости в полупроводниках, в веществе P-типа находятся положительно заряженные ионы — дырки. Вещество N-типа насыщено отрицательно заряженными электронами. В транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает концентрацию дырок в области P.

Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером VКЭ (VCE). Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора. Однако ток не сможет идти, потому что электрическое поле источника напряжения не достигает эмиттера. Этому мешает толстая прослойка полупроводника коллектора плюс прослойка полупроводника базы.

Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером VBE, но значительно ниже чем VCE (для кремниевых транзисторов минимальное необходимое VBE — 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения подключенного к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе. Часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать). Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами. Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше. Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая, все равно потечет в сторону плюса базы.

В итоге мы получаем два тока: маленький — от базы к эмиттеру IBE, и большой — от коллектора к эмиттеру ICE.

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и значительно усилится ток коллектора. Таким образом, при небольшом изменении тока базы IB, сильно меняется ток коллектора IС. Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе. Cоотношение тока коллектора IС к току базы IB называется коэффициентом усиления по току. Обозначается β, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзистором.

β = IC / IB

Простейший усилитель на биполярном транзисторе

Рассмотрим детальнее принцип усиления сигнала в электрической плоскости на примере схемы. Заранее оговорюсь, что такая схема не совсем правильная. Никто не подключает источник постоянного напряжения напрямую к источнику переменного. Но в данном случае, так будет проще и нагляднее для понимания самого механизма усиления с помощью биполярного транзистора. Так же, сама техника расчетов в приведенном ниже примере носит несколько упрощенный характер.

1.Описание основных элементов цепи

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 Ib. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (Vmax) и минимальном (Vmin). Назовем эти значения тока соответственно — Ibmax и Ibmin.

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер VBE. 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 VBE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (VE = 0), то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (VB = 0.6V).

Посчитаем Ibmax и Ibmin 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 ( Icmax и Icmin).

3. Расчет выходного напряжения Vout

Осталось посчитать напряжение на выходе нашего усилителя Vout. В данной цепи — это напряжение на коллекторе VC.

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

4. Анализ результатов

Как видно из результатов, VCmax получился меньше чем VCmin. Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе VRc 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 Vout/Vin 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 Ib, 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 Vout 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 ).

Режим отсечки

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.

Активный режим

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.

Режим насыщения

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».

Инверсный режим

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 IС к току базы IB. Обозначается β, 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 Rin (Rвх). 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.

Rвх 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 Rout = 0 (Rвых = 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.

Биполярные транзисторы. For dummies / Habr

Предисловие


Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.

Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

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 большая 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.
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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) .

Список источников:
http://ru.wikipedia.org
http://www.physics.ru
http://radiocon-net.narod.ru
http://radio.cybernet.name
http://dvo.sut.ru

Полезные комментарии:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Транзистор в режиме усиления — Студопедия

При использовании транзистора в качестве усилителя в его выходную цепь включается нагрузка, сопротивление которой будем для простоты считать чисто активным. На рис.16 усилитель на транзисторе изображен в обобщенном виде как четырехполюсник: в выходную цепь включено сопротивление нагрузки Rн; во входной цепи действует источник сигнала, создающий переменное напряжение, , которое должно быть усилено.

 
 

Три возможные схемы включения транзистора в качестве усилителя представлены на рис.17. В схемах с ОБ и с ОЭ сопротивление нагрузки Rн включено в коллекторную цепь последовательно с источником коллекторного напряжения , в схеме с ОК нагрузка включена в цепь эмиттера. Во входные цепи включены источники усиливаемого напряжения и напряжения смещения , (ОБ) или (ОЭ, ОК), позволяющие установить рабочую точку на практически линейном участке характеристики, где искажения при усилении минимальны.

 
 

Основные параметры режима усиления.

Основным параметрами, характеризующими режим усиления, является следующие:

1) коэффициент усиления по току ,

2) коэффициент усиления по напряжению ,

3) коэффициент усиления по мощности ,

4) входное сопротивление

5) выходное сопротивление

Нагрузочные характеристики транзистора.

Характеристики транзистора при наличии нагрузки называются нагрузочными характеристиками. Они имеют иной вид, чем статические характеристики, так как в данном режиме выходное напряжение не остаётся постоянным.. Напряжение коллектора при наличии сопротивления RН в его цепи и ток коллектора IК связаны соотношением:


или (31)

Это выражение, являющееся уравнением прямой, и представляет собой выходную нагрузочную характеристику транзистора. Эта прямая пересекает оси координат в точках при Uк=0 и при . Нагрузочная характеристика строится на семействе выходных статических характеристик транзистора (рис.16).

 
 

Для получения входной нагрузочной характеристики транзистора перенесем на семейство входных статических характеристик точки А, B, С полученной нами выходной нагрузочной характеристики. Соединяя эти точки плавной кривой (рис.19), получим требуемую характеристику.

 
 

В схеме ОЭ входные статические характеристики в активном режиме практически сливаются и в справочниках обычно приводится лишь одна характеристика для достаточно большого напряжения UКЭ, и ее можно принять в качестве входной нагрузочной характеристики.


По построенным нагрузочным характеристикам можно произвести расчет режима усиления: выбрать область неискаженного усиления, определить напряжение или ток смещения, допустимую амплитуду сигнала, входную и выходную мощность, коэффициент усиления по току, напряжению и мощности.

Связь коэффициентов усиления с h-параметрами.

В нагруженном режиме к уравнениям,связывающим приращения токов и напряжений добавляется еще одно, связывающее приращение выходного тока и напряжения согласно нагрузочной характеристике:

,

Три уравнения связывают четыре переменные, таким образом, только одна из них является независимой. Исключая из этих уравнений те или другие величины получаем

(32)

(33)

Обычно

h22<<1/RН, (34)

h11/RН>>h12h21, (35)

тогда

(32а)

(33а)

(36)

Усилительные свойства транзистора при различных способах включения.

Схема с ОБ

По эквивалентной схеме по переменной составляющей (рис. 20) находим:

1.

2.

3.

4.

Недостатком схемы с ОБ является низкое входное сопротивление, затрудняющее согласования ступеней усиления.

Схема с ОЭ

 
 

По эквивалентной схеме по переменной составляющей (рис. 21) находим:

Благодаря более высокому входному сопротивлению и более высокому усилению по мощности схема с ОЭ получила на практике самое широкое распространение.

Схема с ОК

В схеме с ОК на эмиттерном переходе действует напряжение , равное разности между входным и выходным напряжениями. Поэтому коэффициент усиления по напряжению схемы с ОК всегда меньше единицы.

Схему с ОК называют эмиттерным повторителем. В схеме такого каскада возникает 100% последовательно-параллельная отрицательная обратная связь. Благодаря этому эмитерный повторитель имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление. Эта схема применяется в основном для согласования источника сигнала с большим выходным сопротивлением с нагрузкой, имеющим малое сопротивление, при обеспечении усиления по току.

Основные способы задания рабочей точки на входных ВАХ БТ.

На рис.17 для задания рабочего режима входной и выходной цепей используется два источника питания На практике обычно применяется один источник питания – Eк, а режим по постоянному току входной цепи осуществляется схемным путем. На рис.23 приведены некоторые способы задания рабочей точки при включении по схеме с общим эмиттером. Разделительные конденсаторы С1, С2, СЭ выбираются с достаточно большой емкостью, их сопротивлением в рабочей области частот можно пренебречь.

 
 

Простейшая схема приведена на рис.20а. Эта схема с фиксированным током базы, она называется также схемой со стабилизацией тока базы, т.к. при достаточно большом EК (EК>>UБЭ) IБ не меняется при изменении UБЭ вследствие изменения температуры.

Параметры выбранной рабочей точки входной и выходной цепей могут изменяться при изменении температуры в результате изменения токов IЭ и IБ вследствие изменения токов IКБО (ОБ) , IКЭО (ОЭ). Для оценки влияния изменения тока IКБО (IКЭО) на ток коллектора IК используют параметр Кнест – коэффициент нестабильности, определяемый как

Кнест = dIК /dIКБО

Простейшая схема не обеспечивает стабильности коллекторного тока при изменении температуры, коэффициент нестабильности велик:

Кнест = dIК / dIКБО = 1/(1+h21Б)=b+1

Схема выбора и стабилизации рабочей точки с резистором между базой и коллектором (рис.18б) позволяет снизить коэффициента нестабильности в [1+h21Э×(RК + RБ)] раз относительно схемы рис.18а:

Кнест = (1 + h21Э)/(1 + h21Э(RК + RБ)).

Однако данная схема приводит к появлению обратной связи по напряжению а также к снижению входного сопротивления транзистора. Для исключения этих явлений (недостатков) сопротивление RБ разбивают на две части и заземляют среднюю точку через конденсатор

Для стабилизации рабочей точки транзистора наиболее часто применяют схему с делителем напряжения на базе и резистором в цепи эмиттера, показанную на рис.18в. Сопротивления R1, R2 выбираются достаточно малыми, чтобы ток, проходящий через них, во много раз превышал ток базы IБ, (обычно Iд=(5 ¸10)×IБ). В этом случае потенциал базы относительно земли почти не зависит от тока базы. В цепь эмиттера включен резистор RЭ, обеспечивающий отрицательную обратную связь по постоянному току. Увеличение тока коллектора (эмиттера) вызывает уменьшение разности потенциалов UБЭ, что приводит обратно к уменьшению тока коллектора IК.

Эта схема при правильном выборе параметров обеспечивает высокую стабильность рабочей точки и выходных характеристик с изменением температуры; стабильность режима при замене одного транзистора другим.

Анализ схемы приводит к следующему выражению для коэффициента нестабильности

При правильно спроектированной схеме величина Rэh21э/(Rэ+R1)>>1, тогда Кнест=1+R1/Rэ. Обычно резистор R2 берут в несколько раз больше, чем входное сопротивление транзистора по переменному току.

Эмиттерный повторитель | Практическая электроника

Эмиттерный повторитель – это схема с Общим Коллектором (ОК). Вроде бы название должно говорить само за себя, а вот нет. Так что, не забывайте об этом 😉

Схема эмиттерного повторителя

Давайте разберемся, что значит словосочетание “эмиттерный повторитель”? Если досконально разобрать эту фразу, то она означает, что на эмиттере что-то должно повторяться.

Упрощенная схема эмиттерного повторителя выглядит вот так:

На первый взгляд  вроде бы схема как схема, но она обладает 4 важными свойствами:

1) Напряжение Uвых меньше Uвх  на каких-то 0,6-0,7 Вольт (падение напряжения на базе-эмиттере)

2)Uвых в точности  повторяет  по форме и фазе Uвх

3) Сопротивление со стороны входа (входное сопротивление) большое

4) Сопротивление со стороны выхода (выходное сопротивление) маленькое

Входное и выходное сопротивление эмиттерного повторителя

Раз уж упомянули про входное и выходное сопротивление, то как же его рассчитать? Оказывается, сопротивление со стороны входа (входное сопротивление) рассчитывается очень просто:

Rвх = Rэ  х β,

где Rэ – это сопротивление резистора в цепи эмиттера

β – коэффициент усиления по току

Также не стоит забывать, что когда мы цепляем нагрузку, то меняется и входное сопротивление, так как параллельно Rэ мы цепляем какое-то сопротивление, являющееся нагрузкой.

Эмиттерный повторитель уменьшает выходное сопротивление источника сигнала в β раз. Допустим, если у нас выходное сопротивление источника сигнала равняется 500 Ом, а  β в схеме эмиттерного повторителя равняется 100, то на выходе эмиттерного повторителя мы уже получим источник сигнала с выходным сопротивлением в 5 Ом.

Но опять же, раз выходной сигнал у нас стает меньше на 0,6-0,7 Вольт, получается, что он даже меньше входного!?

Эмиттерный повторитель

Значит схема не усиливает напряжение, а даже его чуток ослабляет). Вот тебе и транзистор  – усилитель сигналов)) Но-но! Рано огорчаться. Так как входное сопротивление такой схемы большое, значит, мы можем нагрузить на вход эмиттерного повторителя какой-либо сигнал, не боясь, что он просядет, а на выход мы можем подключить низкоомную нагрузку. В этом и заключается вся прелесть 😉

Так, а теперь давайте представим, что было бы, если бы мы напрямую, без эмиттерного повторителя, подали сигнал в низкоомную нагрузку с генератора сигнала с высоким выходным сопротивлением? Да сигнал у нас просел бы в несколько раз! Чтобы это понять, читаем статью про входное и выходное сопротивление.

Для чего нужна эта схема

Значит, эмиттерный повторитель в электронике выполняет роль миротворца между источником сигнала с высоким выходным сопротивлением и низкоомной нагрузкой. Еще более простыми словами: эмиттерный повторитель понижает выходное сопротивление источника сигнала. В этом и заключается его роль в электронике 😉

Также запомните простое правило: эмиттерный повторитель дает усиление по току, а не по напряжению.  А так как повышается сила тока, следовательно, и мощность, отдаваемая в нагрузку, тоже будет больше, так как  P=IU , где  P  – это  мощность, I – сила  тока, U – напряжение.

Расчет эмиттерного повторителя

Наше техническое задание звучит так:

Ра  НННННннванвыавпНннаНаНННГггываYfit YFutYfsdfYYYYyhfsdfYf Рассчитать схему эмиттерного повторителя для звукового сигнала. +Uпит=12 Вольт.

1) Так как звук у нас представляет колебание как в одну, так и в другую сторону, следовательно, наш сигнал должен колебаться как в положительную, так и в отрицательную сторону. Поэтому, чтобы сигнал имел как можно больший размах, мы должны сделать так, чтобы он находился в середине активного режима. Так как мы сигнал будем снимать с эмиттера, следовательно,  в статическом режиме (то есть когда НЕ подаем сигнал на вход нашего эмиттерного повторителя) у нас напряжение на эмиттере должно быть равно половине напряжения питания. Или буквами:

Uэ = Uпит / 2 = 12/2=6 Вольт

2) Чтобы зря не рассеивать на транзисторе тепло,  оптимальный ток покоя берут в 1 мА. Это значит, что по цепи +12В—–> коллектор——-> эмиттер—–>Rэ —–>земля  должен течь ток с силой в 1 мА. Здесь мы не учитываем крохотный ток базы. Как этого добиться? Вспоминаем закон Ома для участка цепи и высчитываем номинал резистора:

Iэ=Uэ / Rэ

Rэ=Uэ / Iэ

Rэ=6 В/0,001 А=6 000 Ом = 6 КилоОм.

Берем ближайший из ряда на 6,2 КилоОма

3) Какая же сила тока должна течь через базу-эмиттер, чтобы обеспечить ток покоя в 1 мА?  Так как в нашем примере ток эмиттера Iэ почти равен току коллектора Iк  (если, конечно, не учитывать крохотный базовый ток) то вспоминаем формулу зависимости тока базы от тока коллектора:

Эмиттерный повторитель

Я взял транзистор КТ817Б,  замерял его  коэффициент усиления по току , то есть β,  и падение напряжения на переходе база-эмиттер с помощью транзистор-тестера:

Итого, β (hFE на транзистор-тестере) равно около 300, падение напряжения 0,55 Вольт.

Следовательно, Iб = Iк / β = 1/300 = 3,3 мкА

4)Высчитываем ток делителя напряжения, который образуют два резистора: Rб и Rэ.  Его берут в основном в 10 раз больше, чем ток базы:

Iдел  = 10 х Iб  = 10 х 3,3 = 33 мкА.

5)Считаем напряжение на базе. Оно равняется:

Uб = Uэ + Uбэ  = 6 + 0,55 = 6,55 Вольт.

6)Теперь для простоты расчета чертим небольшую схемку:

Из закона Ома получаем следующие расчеты:

Rбэ = 6,55  В / 33 мкА = 200 КилоОм. Берем ближайший из ряда на 200 КилоОм.

Так как сумма падений напряжений на резисторах равняется Uпит, следовательно, на Rб  будет напряжение 12-6,55 = 5,45 Вольта.

Rб  = 5,45 В / 33 мкА = 165 КилоОм. Берем ближайший из ряда на 150 КилоОм.

7)Конденсаторы в схеме нам служат для того, чтобы убрать постоянную составляющую, то есть постоянный ток, который присутствует на базе и эмиттере. Нам ведь нужен только переменный сигнал без примеси постоянного тока, так ведь? Для выбора конденсаторов правило простое: постоянная времени RС-цепи должна быть больше периода передаваемого сигнала самой низкой частоты примерно в 100 раз. 

Не будем сейчас говорить от дифференциальных и интегральных цепях (блин, голова заболела от одного их упоминания ), а просто разберемся, как высчитывается постоянная времени RC- цепи. Назовем ее t . Вычисляется она по формуле:

t=Rвх х C1

Входное сопротивление эмиттерного повторителя высчитывается по формуле:

Rвх = Rэ х β = 6000 х 300 = 1,8 МегаОм.

Для звукового сигнала самая низкая частота – это 20 Герц (предел слуха человека средних лет), находим период и значение конденсатора:

T=1/f

Rвх х C1=100 х 1/f

Rвх х С1 = 100 х 0,05

1,8 х 106  х С1 = 5

С1= 5 / 1,8 х 106  = 2,7 мкФ. То есть берем конденсатор от 2,7 мкФ. Думаю, 10 мкФ будет самое оно.

С2  – это вход какого-либо следующего каскада, следовательно, он рассчитывается аналогично. В нашем примере возьмем его на 100 мкФ, так как чем низкоомнее нагрузка, тем большая емкость должна быть на выходе каскада.

Следовательно, вся наша схема будет с такими параметрами:

Собираем схему в реале и проверяем в деле:

Итак, входной сигнал у нас будет красным цветом, выходной – желтым. Подаем сигнал с генератора частоты  амплитудой в 0,5 Вольт. Не цепляем пока никакую нагрузку и смотрим, что у нас получилось:

Эмиттерный повторитель

Как вы видите, у нас получилось два абсолютно одинаковых сигнала, которые даже по фазе повторяют друг друга.  Короче говоря, что на входе, то и на выходе.

Но фишка немного в другом. Давайте я сейчас нагружу входной сигнал резистором в 500 Ом. Область, выделенную штрихпунктирной линией мы пока что НЕ рассматриваем.

Какое напряжение Uвх у нас сразу станет? Все зависит от выходного сопротивление генератора. Так как я подаю сигнал через делитель напряжения, сделанный на потенциометре, следовательно, у меня красный сигнал очень сильно просядет, что мы и видим на осциллограмме ниже. На желтый пока что не обращайте внимание.

Эмиттерный повторитель

Но что будет, если я нагружу этот сигнал  тем же самым резистором в 500 Ом через эмиттерный повторитель? Ставим резистор на выход эмиттерного повторителя:

Смотрим осциллограмму:

Эмиттерный повторитель

Входной сигнал даже не просел, даже тогда, когда мы его нагрузили через эмиттерный повторитель ;-).

А где же та самая обещанная просадка напряжения  в 0,6-0,7 Вольт? Если бы мы подавали сигнал сразу на базу, без делителя напряжения на резисторах Rб и Rбэ , то мы увидели бы просадку.

Недостатки эмиттерного повторителя

Есть, конечно, большой минус эмиттерного повторителя. Заключается он в том, что сигнал на выходе тупо срезается при отрицательной полуволне при сильной низкоомной нагрузке. Поставив резистор в 100 Ом, у нас получается вот такой ералаш:

Эмиттерный повторитель

Но почему так произошло?

Не хочу приводить дотошные формулы и выводить их, просто скажу, что из-за слишком низкоомной нагрузки, у нас получается так, что на эмиттере напряжение стает больше, чем на базе, а следовательно, транзистор тупо “затыкается”, так как в этом случае PN-переход оказывается включен в обратном направлении.

Как же с этим бороться?

Можно уменьшить Rэ , но тогда и ток покоя будет больше, что приведет опять же к расточительству электроэнергии и нагреву транзистора.

Другой вариант, взять так называемый транзистор Дарлингтона, который имеет очень большое входное сопротивление порядка 10 Мегаом и обладает большим коэффициентом усиления β . Все дело в том, что такой транзистор состоит из двух транзисторов, коэффициент усиления которого будет равен:

βобщее = βх β2

где

β– коэффициент усиления первого транзистора

β2 – коэффициент усиления второго транзистора

Вот так выглядит транзистор Дарлингтона:

Заключение

Также в ретроусилителях мощности уже не парятся и используют эмиттерные повторители в так называемом режиме работы класса B, где усиливается по току только одна полуволна сигнала каждым транзистором. А если честно, лучше вообще забить на этот эмиттерный повторитель, так как есть радиоэлементы, которые не надо рассчитывать и которые выдают усиление во много раз превосходящее, чем у эмиттерного повторителя и без всяких заморочек.

hFE hfe & Beta »Электроника Примечания

Коэффициент усиления по току является одной из важных спецификаций для биполярного транзистора - часто можно увидеть три цифры: Beta β, h FE и h fe , каждая из которых немного отличается.


Учебник по транзистору Включает в себя: Основы транзистора
Прибыль: Hfe, HFE & Beta Технические характеристики транзистора Коды нумерации транзисторов и диодов Выбор замены транзисторов


В любой цепи усиление тока биполярного транзистора будет иметь первостепенное значение.Является ли схема общим эмиттером, общим коллектором и т. Д. И использует ли она NPN-транзисторы или PNP-транзисторы.

Хотя другие параметры этих полупроводниковых устройств также важны, усиление тока особенно важно, потому что биполярный транзистор является устройством, управляемым током.

Коэффициент усиления тока транзистора обычно задается в терминах h FE , h fe или греческой буквы Beta β.

При проектировании любой транзисторной цепи необходимо обеспечить достаточное усиление для правильной работы схемы.Уровни усиления могут быть очень высокими для многих небольших сигнальных устройств, при этом усиление тока до 1000 не редкость, но для силовых транзисторов усиление намного ниже и иногда может быть в диапазоне только от 25 до 50.

BC547 plastic leaded transistor: transistor gain Beta, is upwards of 110 BC547 Пластиковый этилированный транзистор

Обычно характеристики усиления по току для транзисторов обычно имеют очень широкий допуск, и поэтому схемы должны быть в состоянии приспособиться к этому. Однако минимальное усиление транзистора должно быть достаточным для обеспечения правильной работы.

Коэффициент усиления транзистора и бета, β

При выполнении многих вычислений усиление тока транзистора дано в терминах греческой буквы Beta; β.

Это прямое усиление тока для транзистора при работе в режиме общего эмиттера.

Transistor gain: currents flowing in common emitter circuit Основные транзисторные потоки тока

Хотя это не совсем точно, приведенное ниже уравнение более чем достаточно для всех практических расчетов. Это уравнение усиления транзистора - то, которое видно в большинстве случаев.

. , , , Более подробные уравнения и теория усиления транзисторов.

Транзистор h fe

Транзистор H fe , h fe часто рассматривается как коэффициент усиления по току. Это может привести к некоторой путанице.

Причиной использования h или является то, что он относится к способу измерения входных и выходных параметров транзистора.

Параметры

Z являются одним из основных параметров, используемых при обработке схемы как черного ящика.Однако, поскольку транзистор имеет низкий входной импеданс и высокий выходной импеданс, используется форма параметра, известная как h или гибридные параметры.

h fe является характеристикой прямой передачи, то есть усилением транзистора при использовании в режиме с общим эмиттером.

h fe - это то же самое, что и транзистор Beta, β - просто немного правильнее использовать его в таблицах данных.

DC & усиление транзистора малого сигнала

Коэффициент усиления транзистора незначительно изменяется при измерении для постоянного тока и для небольших колебаний сигнала.

Обозначения для двух цифр немного отличаются. Часто постоянного тока используется для усиления постоянного тока, а переменного тока используется для усиления переменного тока, которое также может называться транзисторным усилением малого сигнала.

Аналогично для ХФЕ. H fe с большой буквы H используется для усиления постоянного тока, где усиление переменного или малого сигнала обозначается h fe с маленькой буквой h.

Краткий обзор усиления транзистора

Различные обозначения для усиления транзистора можно обобщить, как показано ниже.

  • Beta; β: Это базовое обозначение для прямого усиления по току транзистора.
  • h fe : Это текущее усиление для транзистора, выраженное как параметр h (гибридный параметр). Буква f указывает, что это характеристика прямой передачи, а буква e указывает, что она предназначена для общей конфигурации эмиттера. Маленькая буква h указывает на слабое усиление сигнала. h , например и бета-сигнал слабого сигнала одинаковы.
  • h FE : Параметр H fe отличается от h fe тем, что он является параметром h для усиления постоянного тока постоянного тока или сигнала с большим сигналом.

Различные сокращения, используемые для усиления транзистора, H fe , h fe & Beta, все широко используются, хотя параметры H fe , h fe , как правило, более широко используются в таблицах данных.

очков к сведению

Есть несколько моментов, которые представляют интерес при оценке уровня усиления тока, который имеет транзистор:

  • Коэффициент усиления силовых транзисторов: Коэффициент усиления силовых транзисторов обычно намного меньше, чем у малых сигнальных устройств.Силовые транзисторы могут иметь коэффициенты усиления по току менее 50, но при использовании другого транзистора для управления силовым транзистором общий коэффициент усиления по току может быть увеличен до желаемого уровня.
  • Коэффициент усиления по току широко варьируется: Следует отметить, что для любого типа транзистора может быть очень большой разброс между различными устройствами. Обычно рабочие характеристики схемы не зависят напрямую от фактического усиления по току, особенно потому, что часто включается отрицательная обратная связь, или для коммутационных приложений фактический коэффициент усиления не является критическим.Всегда разумно убедиться, что имеется достаточный коэффициент усиления по току, используя минимальное значение, указанное в таблицах данных.

Изменение текущего усиления

Обычно ожидается, что значение коэффициента усиления β для биполярного транзистора является постоянным, однако существуют некоторые изменения в значении β или h FE .

  • β вариаций с током коллектора: Уровень тока коллектора может вызвать изменение уровня β или h FE .
    • При малом токе: Это происходит, когда биполярный транзистор работает при очень низких уровнях тока в результате обнаружения механизмов утечки и влияния на общий ток транзистора. Например, спецификация для BC109B, работающего с током коллектора, I C 10 мкА и напряжением эмиттера коллектора V CE 5 В, имеет минимальное усиление 40, тогда как для тока коллектора I C 2 мА и напряжение эмиттера коллектора V CE 5 В имеет минимальное усиление 200.
    • При высоком токе: Обнаружено, что уровень усиления тока биполярного транзистора β начинает уменьшаться с увеличением тока. Это происходит из-за высокого уровня впрыска.
    Обычно биполярный транзистор смещен для работы в своей линейной области для аналоговых сигналов, и можно предположить, что коэффициент усиления по току является постоянным. Соответственно, для хорошей линейной работы транзистор должен хорошо работать в пределах своего рабочего диапазона и не сталкиваться с рельсами или не потреблять чрезмерный ток для конкретного полупроводникового устройства.
  • Влияние температуры на усиление тока β: Температура оказывает существенное влияние на многие параметры биполярного транзистора, одним из которых является усиление тока, β / ч FE и т. Д.
  • Частота: Частота работы окажет заметное влияние на величину усиления тока. Для низких частот значение h или , т. Е. Усиление при слабом сигнале, не будет сильно отличаться от значения для постоянного тока. Значение h FE - хорошее эмпирическое правило заключается в том, что среднее значение для h FE может быть используемый.Поскольку работа схемы для любой цепи не должна критически зависеть от фактического усиления для полупроводникового устройства. Если частота возрастает и даже начинает приближаться к f T устройства, то следует использовать более низкий коэффициент усиления.
  • Производственные спреды: В результате допусков в производственных процессах коэффициент усиления по току биполярных транзисторов будет варьироваться в значительных пределах. (Увидеть ниже).

В этих описаниях вариации β, описанные для биполярных транзисторов, могут быть в равной степени применимы к h FE .

Спецификация спецификации

текущего усиления

В результате производственных процессов биполярные транзисторы обычно имеют широкий диапазон значений усиления тока.

Как уже упоминалось, цифры для H или усиления постоянного тока и h или усиления переменного тока для слабых сигналов. Часто цифры для обоих параметров указываются.

При указании спецификации изложены условия испытаний. Уровень тока и напряжение эмиттера коллектора обычно указываются.

Ввиду разброса уровней усиления по току в этих электронных компонентах могут быть приведены цифры для минимального, типового и максимального значений. Зачастую не все эти цифры приведены: иногда может быть указан только минимальный показатель для текущего усиления.

Поскольку может быть значительное изменение коэффициента усиления для данного типа транзистора, суффиксная буква на конце номера детали транзистора может указывать полосу усиления, ожидаемую для этого конкретного устройства. Например, BC109B имеет коэффициент усиления по току h FE между 200 и 450, а BC109C имеет коэффициент усиления по току h FE между 420 и 800.

Независимо от используемой схемы и от того, используются ли NPN-транзисторы или PNP-транзисторы, коэффициент усиления тока транзистора является ключевым параметром. Несмотря на значительные изменения коэффициента усиления, большинство цепей допускают фактическое усиление транзистора, что требует его достаточности для обеспечения правильной работы.

Больше электронных компонентов:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды транзистор Фототранзистор FET Типы памяти тиристор Соединители РЧ разъемы Клапаны / Трубы батареи Выключатели Реле
Вернуться в меню компонентов., ,

Common Emitter »Электроника Примечания

Теория усиления транзистора с выводами для усиления транзистора, начиная с принципов Кирхгофа, применяемых к конфигурации транзистора с общим эмиттером.


Учебное пособие по транзисторам Включает в себя: Основы
транзисторов Прибыль: Hfe, HFE & Beta Технические характеристики транзистора Коды нумерации транзисторов и диодов Выбор замены транзисторов


Можно получить более подробное представление о работе транзистора, если немного углубиться в математику работы устройства.

Сначала теория и коэффициент усиления будут рассмотрены для общей цепи эмиттера, где эмиттер является общим для входных и выходных цепей.

2N3553 transistor in a TO39 metal can Транзистор 2Н3553 в металлической банке ТО39

Транзисторное усиление

Иногда полезно использовать некоторую простую теорию транзисторов для получения вычислений и формул усиления.

Наиболее широко используемой схемой является общий эмиттер, где эмиттер является общим как для входных, так и для выходных цепей.

Transistor gain: currents flowing in common emitter circuit Основные транзисторные потоки тока

Также цифры для коэффициента усиления транзистора, включая Β и H H fe , h fe , относятся к общей схеме эмиттера.

Для любой транзисторной цепи мы находим, что следующая простая формула выражает токи, протекающие в транзистор:

, где
Ic = ток коллектора
α = доля несущих эмиттера, достигающих коллектора, обычно в области от 0,95 до 0,99
Ie = ток эмиттера
Ico = обратный ток от базы к коллектору

Устранение I e мы можем разработать следующую формулу:

IC ( 1 - α ) - α ⋅ Ib + Ico знак равно 0

IC знак равно α 1 - α Ib - Ico 1 - α

Коэффициент α / (1 - α) называется Β бета, который представляет собой общее усиление тока эмиттера.Например, если α = 0,98, то транзистор Beta Β можно рассчитать как 49.

Заменой можно определить ток коллектора, I c в уравнении ниже:

IC знак равно Β ⋅ Ib - ( Β + 1 ) Ico

Предполагая, что обратный ток мал и может быть проигнорирован, мы видим:

теория усиления больших и малых сигналов

Коэффициент усиления транзистора незначительно меняется в зависимости от применяемого сигнала и от того, где он находится на рабочей кривой.

В результате этого расчеты и теория могут быть адаптированы для учета этого. На самом деле часто приводятся две цифры. И H ​​ fe , h fe показаны в таблицах данных для транзисторов, H fe - усиление постоянного тока, а h fe - усиление малого сигнала.

Таблицы данных обычно определяют условия испытаний, при которых проводились испытания, и таким образом можно интерпретировать производительность и сравнивать различные устройства.

Уравнения для различных условий могут быть заданы как:

Можно видеть, что h fe описывает небольшие изменения сигнала, тогда как H fe использует уровни общего тока.

Больше электронных компонентов:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды транзистор Фототранзистор FET Типы памяти тиристор Соединители РЧ разъемы Клапаны / Трубы батареи Выключатели Реле
Вернуться в меню компонентов. , ,

.
Electronics Club - Транзисторы - типы, подключение, пайка, тестирование, выбор, радиаторы
Клуб Электроники - Транзисторы - типы, подключение, пайка, тестирование, выбор, радиаторы Electronics Club

Типы | Подключение | Пайка | Тестирование | коды | Выбор | Радиаторы

На этой странице рассматриваются практические вопросы, такие как меры предосторожности при пайке и идентификации проводов. Информацию о работе и использовании транзисторов в цепях см. В Страница транзисторных цепей.

Транзисторы усиливают ток , например, их можно использовать для усиления малого выхода ток от логической ИС, чтобы он мог работать с лампой, реле или другим сильноточным устройством. Во многих цепях резистор используется для преобразования изменяющегося тока в изменяющееся напряжение, поэтому транзистор используется для усиления напряжения .

Транзистор может использоваться в качестве переключателя (либо полностью включенным с максимальным током, либо полностью выключенным с без тока) и как усилитель (всегда частично включен).

Величина усиления тока называется усилением тока , символ h FE (один из многих параметров для транзисторов, каждый со своим символом).


Типы транзисторов

NPN and PNP transistor symbols

Существует два типа стандартных (биполярных переходов) транзисторов, NPN и PNP , с различными символами цепи, как показано. Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, используемого для изготовления транзистора. Большинство транзисторов, используемых сегодня, являются NPN, потому что это самый простой тип для изготовления из кремния.Если вы новичок в электронике, лучше всего начать с изучения NPN-транзисторов.

Выводы имеют маркировку , основание (B), коллектор , коллектор (C) и излучатель (E). Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но они не очень помогите понять, как используется транзистор, поэтому просто относитесь к ним как к меткам.

Пара Дарлингтона - это два транзистора, соединенных вместе дать очень высокий ток усиления.

В дополнение к транзисторам с биполярным переходом существует полевых транзисторов , которые обычно упоминается как FET с.Они имеют разные символы схемы и свойства, и они не охватываются этой страницей.


Подключение

Транзисторы

имеют три провода, которые должны быть правильно подключены. Будьте осторожны, потому что неправильно включенный транзистор может быть поврежден сразу после включения.

Ориентация транзистора может быть ясна из схемы расположения печатной платы или платы, в противном случае вы будете необходимо определить каталог поставщика или веб-сайт, чтобы определить потенциальных клиентов.

На чертежах показаны выводы для некоторых распространенных стилей корпуса транзистора.

Обратите внимание, что на диаграммах выводов транзисторов показан вид с ниже с ведет к вам. Это противоположно контактным схемам микросхем, которые показывают вид сверху.

Transistor leads

Пайка

using a crocodile clip as a heatsink При пайке транзисторы

могут быть повреждены, поэтому, если вы не являетесь экспертом, это целесообразно использовать радиатор, закрепленный на выводе между соединением и корпусом транзистора.Вы можете купить специальный инструмент, но стандартный зажим крокодила (без пластиковой крышки) работает так же хорошо и дешевле.

Не путайте этот временный радиатор с постоянным радиатором (описано ниже) который может потребоваться для силового транзистора, чтобы предотвратить его перегрев во время работы.


Тестирование транзистора

Транзисторы могут быть повреждены при нагревании при пайке или неправильном использовании в цепи. Если вы подозреваете, что транзистор может быть поврежден, есть два простых способа проверить его:

1.Тестирование мультиметром

Используйте мультиметр или простой тестер (аккумулятор, резистор и светодиод) проверить каждую пару проводов на проводимость. Установите цифровой мультиметр на диодный тест и аналоговый мультиметр для диапазона низкого сопротивления.

Проверьте каждую пару отведений в обе стороны (всего шесть тестов):

  • Соединение базы-излучателя (BE) должно вести себя как диод, а проводить в одну сторону только .
  • Соединение с базовым коллектором (BC) должно вести себя как диод, а проводить в одну сторону только .
  • Коллектор-излучатель (CE) не должен вести себя так или иначе .

Диаграмма показывает, как переходы ведут себя в NPN-транзисторе. Диоды инвертированы в транзисторе PNP, но можно использовать ту же процедуру тестирования.

testing a transistor
Тестирование NPN-транзистора

2. Тестирование по простой схеме

Подключите транзистор к показанной простой схеме. Напряжение питания не является критическим, подходит что-то между 5 В и 12 В.Эта схема может быть быстро построена, например, на макете. Будьте осторожны, чтобы включить 10k ohm резистор в базе подключения, или вы будете разрушать транзистор во время его тестирования!

Если транзистор исправен, светодиод должен гореть при нажатии переключателя и не горит, когда переключатель отпущен.

Для проверки транзистора PNP используйте ту же схему, но поменяйте местами светодиод и напряжение питания.

Некоторые мультиметры имеют функцию «проверки транзистора», которая обеспечивает известный базовый ток и измеряет ток коллектора, чтобы отобразить Коэффициент усиления постоянного тока транзистора h FE .

testing a transistor
Простая схема переключения
для проверки NPN-транзистора



Транзисторные коды

В Великобритании используются три основные серии кодов транзисторов:

Коды, начинающиеся с B (или A), например BC108

Первая буква B - для кремния, A - для германия (в настоящее время используется редко). Вторая буква указывает тип; например, C означает низкую мощность звуковой частоты; D означает мощную звуковую частоту; F означает низкую мощность высокой частоты.Остальная часть кода идентифицирует конкретный транзистор. Нет очевидной логики для системы нумерации. Иногда письмо добавляется в конец (например, BC108C), чтобы определить специальную версию основного типа, например, более высокий ток усиления или другой стиль корпуса. Если в проекте указана версия с более высоким коэффициентом усиления (BC108C), ее следует использовать, но если дан общий код (BC108), то подходит любой транзистор с этим кодом.

Коды, начинающиеся с TIP, например, TIP31A
СОВЕТ

относится к производителю: Мощный транзистор Texas Instruments.Буква в конце обозначает версии с различным номинальным напряжением.

кодов, начинающихся с 2N, например 2N3053

Первоначальный «2N» идентифицирует деталь как транзистор, а остальная часть кода идентифицирует конкретный транзистор. Нет очевидной логики для системы нумерации.


Выбор транзистора

В большинстве проектов указывается конкретный транзистор, но обычно вы можете заменить эквивалентный транзистор из широкого ассортимента в наличии.Наиболее важными свойствами для поиска являются максимальный ток коллектора I C и текущее усиление h FE . Чтобы облегчить выбор, большинство поставщиков группируют свои транзисторы по категориям. определяется либо их типичным использованием или номинальной максимальной мощностью .

Чтобы сделать окончательный выбор, вам, возможно, потребуется ознакомиться с таблицами технических данных, приведенными в каталогах, книгах и в Интернете. Они содержат много полезной информации, но их трудно понять, если вы не знакомы с используемые термины и сокращения.

Вот некоторые из терминов, которые вы, вероятно, увидите:

Структура - тип транзистора, NPN или PNP, заменитель должен быть того же типа.

Стиль корпуса - расположение отведений.

I C макс. - максимальный ток коллектора.

В CE макс. - максимальное напряжение на переходе коллектор-эмиттер, игнорируйте это для цепей низкого напряжения.

ч FE - усиление тока (строго усиление постоянного тока).Гарантированное минимальное значение дано, потому что фактическое значение варьируется от транзистора к транзистору - даже для одного и того же типа! Обратите внимание, что текущее усиление - это просто число, поэтому у него нет единиц измерения. Коэффициент усиления часто указывается при конкретном токе коллектора I C который обычно находится в середине диапазона транзистора, например, «100 @ 20 мА» означает, что усиление составляет не менее 100 при 20 мА. Иногда приведены минимальные и максимальные значения. Поскольку усиление примерно постоянное для различных токов, но оно варьируется от От транзистора к транзистору эта деталь действительно только интересует специалистов.

P макс. макс. - максимальная суммарная мощность, которую можно развить в транзисторе, учтите, что радиатор потребуется для достижения максимальной оценки. Этот рейтинг важен для Транзисторы, работающие в качестве усилителей, имеют мощность примерно I C × V CE . Для транзисторов, работающих в качестве переключателей, максимальный ток коллектора (I C макс.) Является более важным.

Категория - типичное использование для транзистора, хорошая отправная точка при поиске заменителя.Могут быть отдельные таблицы для разных категорий.

Возможные заменители - транзисторы с аналогичными электрическими свойствами, которые подойдут заменители в большинстве цепей. Они могут иметь другой стиль корпуса, поэтому будьте осторожны при размещении на плате.

Rapid Electronics: транзисторы



Радиаторы для транзисторов

Heat sink

Радиаторы необходимы для транзисторов, пропускающих большие токи.

Отходящее тепло производится в транзисторах из-за тока, протекающего через них.Если вы обнаружите, что транзистор становится слишком горячим, чтобы его трогать, он, безусловно, нуждается в радиаторе! Радиатор помогает рассеивать (отводить) тепло, передавая его окружающему воздуху.

Фотография © Rapid Electronics

Скорость производства отработанного тепла называется тепловой мощностью, P. Обычно базовый ток I B слишком мал, чтобы выделять много тепла, поэтому тепловой Мощность определяется током коллектора I C и напряжением V CE на транзисторе:

Нагревание не является проблемой, если I C мало или если транзистор используется в качестве переключаться, потому что при «полном включении» V CE практически равен нулю.Однако силовые транзисторы, используемые в схемах, таких как аудиоусилитель или регулятор скорости двигателя, будут частично В большинстве случаев V и CE могут составлять примерно половину напряжения питания. Эти силовые транзисторы будут почти обязательно нужен радиатор, чтобы предотвратить их перегрев.

Силовые транзисторы обычно имеют отверстия для болтов для крепления радиаторов, но также доступны клипсовые радиаторы. Убедитесь, что вы используете правильный тип для вашего транзистора. Многие транзисторы имеют металлические корпуса, которые подключены к одному из их выводов, так может потребоваться изолировать радиатор от транзистора.Изоляционные комплекты доступны с листом слюды и пластиковой втулкой для болта. Теплопроводящая паста может быть использована для улучшения теплового потока от транзистора к радиатор, это особенно важно, если используется комплект изоляции.

теплоотвод рейтинги

Радиаторы

имеют тепловое сопротивление (Rth) в ° C / Вт. Например, 2 ° C / Вт означает, что теплоотвод (и, следовательно, компонент, прикрепленный к нему) будет 2 ° C. теплее окружающего воздуха на каждые 1 Вт тепла, которое он рассеивает.Обратите внимание, что более низкое тепловое сопротивление означает лучший радиатор .

Разработка необходимого рейтинга радиатора:
  1. Сначала найдите тепловую мощность, которая будет рассеиваться:
    (если сомневаетесь, используйте наибольшее вероятное значение для I C и предположите, что V CE составляет половину напряжения питания).
    Пример: транзистор проходит 1А и подключен к источнику питания 12 В, поэтому мощность 1 × ½ × 12 = 6W.
  2. Найти максимальную рабочую температуру (Tmax) для транзистора, если это возможно, в противном случае предположим, что Tmax = 100 ° C.
NPN transistor with load
  1. Оцените максимальную температуру окружающего воздуха (Tair). Если радиатор будет находиться за пределами корпуса, Tair = 25 ° C является разумным, но внутри он будет выше (возможно, 40 ° C), позволяя всему прогреваться в процессе работы.
  2. Определите максимальное тепловое сопротивление (Rth) для радиатора, используя:
    Rth = (Tmax - Tair) / P
    При значениях примера, приведенных выше: Rth = (100-25) / 6 = 12,5 ° C / Вт.
  3. Выберите радиатор с тепловым сопротивлением, которое на меньше на , чем значение, рассчитанное выше (помните, что более низкое значение означает лучший теплоотвод), например, 5 ° C / Вт будет разумным выбором для обеспечения запаса прочности. Радиатор 5 ° C / Вт, рассеивающий 6 Вт, будет иметь разность температур 5 × 6 = 30 ° C таким образом, температура транзистора поднимется до 25 + 30 = 55 ° C (безопаснее, чем максимум 100 ° C).
  4. Все вышеизложенное предполагает, что транзистор имеет ту же температуру, что и радиатор.Это разумное предположение, если они прочно закреплены или закреплены вместе. Тем не менее, вам может понадобиться положить лист слюды или аналогичный между ними, чтобы обеспечить электрическую изоляцию, тогда транзистор будет горячее, чем радиатор, и расчет станет более сложным. Для типичных листов слюды следует вычесть 2 ° C / Вт из значения термического сопротивления (Rth), рассчитанного на шаге 4 выше.
Или используйте метод проб и ошибок!

Если описанные выше шаги кажутся слишком сложными, вы можете попробовать установить умеренно большой радиатор и надеяться на лучшее.Осторожно следите за температурой транзистора пальцем, если он становится болезненно горячим, выключите немедленно и используйте больший радиатор.

Rapid Electronics: радиаторы

Почему тепловое сопротивление?

Термин « тепловое сопротивление » используется потому, что он аналогичен электрическому сопротивлению:

  • Разница температур на радиаторе (между транзистором и воздухом) подобна напряжению (разности потенциалов) на резисторе.
  • Тепловая мощность (скорость нагрева), протекающая через радиатор от транзистора к воздуху, подобна току, протекающему через резистор.
  • Итак, R = V / I становится Rth = (Tmax - Tair) / P
  • Точно так же, как вам нужна разница напряжений для протекания тока, вам нужна разность температур для теплового потока.

Rapid Electronics любезно позволил мне использовать их изображения на этом сайте, и я очень благодарен за их поддержку. Они снабжают широкий спектр транзисторов и других компонентов для электроники, и я рад рекомендовать их в качестве поставщика.


Книги по компонентам:


Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому другому. Этот сайт отображает рекламу, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Никакая личная информация не передается рекламодателям.Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, классифицируемые как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламных объявлений, основанных на использовании вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснено Google. Чтобы узнать, как удалять и контролировать куки из вашего браузера, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

electronicsclub.info © Джон Хьюз 2020

Сайт размещен на Tsohost

,
Выбор замены транзистора »Электроника Примечания

При ремонте цепи или даже при строительстве новой часто невозможно найти точный электронный компонент - мы расскажем вам, как выбрать подходящую замену.


Учебное пособие по транзисторам Включает в себя: Основы
транзисторов Прибыль: Hfe, HFE & Beta Технические характеристики транзистора Коды нумерации транзисторов и диодов Выбор замены транзисторов


При работе с электронным оборудованием, при проектировании, сборке или ремонте электронных схем, иногда необходимо выбрать запасной транзистор.Либо тип транзистора может быть не под рукой, либо он может быть недоступен.

К счастью, обычно можно использовать сменный тип транзистора, поскольку часто существует значительная степень совпадения между характеристиками различных типов транзисторов, и, глядя на основные характеристики, обычно можно выбрать правильные замены транзисторов.

Это объяснение сфокусировано на биполярных транзисторах, но возможно применить аналогичную логику к другим электронным компонентам, включая полевые транзисторы, чтобы обеспечить возможность поиска подходящих замен.

При поиске подходящих замен транзисторов необходимо ознакомиться с основными характеристиками транзистора. После того, как спецификации и параметры транзистора установлены, можно проверить другие типы транзисторов с аналогичными параметрами, которые смогут работать в рассматриваемой цепи.

При рассмотрении любых возможных сменных транзисторов необходимо учитывать различные параметры. Они будут включать основные параметры производительности работы транзистора.Они также будут включать параметры, относящиеся к окружающей среде, и физические параметры. Все это необходимо учитывать при выборе подходящего сменного транзистора.

BC547 plastic leaded transistor: transistor gain Beta, is upwards of 110 BC547 Пластиковый этилированный транзистор

Рассмотрим основные параметры транзистора

К счастью, многие транзисторы, используемые в электронных схемах, являются типами общего назначения. Их спецификации не особенно требовательны, и можно использовать различные транзисторы общего назначения.Сегодня производительность даже транзисторов общего назначения чрезвычайно высока, и они могут использоваться в самых разных приложениях.

Тем не менее, необходимо гораздо внимательнее рассмотреть транзисторы, выполняющие более строгую роль. Их спецификации необходимо изучить более тщательно, чтобы гарантировать, что любые заменители будут иметь аналогичную спецификацию.

При поиске подходящей замены транзистора некоторые из основных параметров транзистора, которые необходимо учитывать, включают следующее:

  1. Используемый полупроводниковый материал: Большинство транзисторов будут из германия или кремния.Другие типы обычно используются только в очень специализированных приложениях.

    Важно знать, какой тип транзистора, потому что существует разница в падении напряжения прямого смещения эмиттера базы. Для германия оно составляет около 0,2 - 0,3 вольт, а для кремния - около 0,6 вольт. Схема будет разработана вокруг определенного падения напряжения.

  2. Полярность: Абсолютно необходимо выяснить, является ли транзистор разновидностью NPN или PNP.Установите неправильный тип, и он испытывает обратное значение всех напряжений, которые ожидаются и могут быть разрушены. Transistor types: NPN transistor & PNP transistor circuit symbols Типы транзисторов: символы NPN-транзисторов и PNP-транзисторов
  3. Общее применение: Несмотря на то, что не всегда необходимо точно соответствовать предполагаемому назначению для транзистора, различные области его работы будут адаптированы для его предполагаемого применения.

    Возможные типы приложений могут включать в себя: переключение, аналоговое, маломощное, РЧ-усилитель, низкий уровень шума и т. Д.Введите правильный тип, и он может не работать хорошо. Например, маломощный транзистор общего назначения вряд ли будет хорошо работать в коммутационном приложении, даже если он имеет высокий фут или предел частоты.

  4. Упаковка и распиновка: Транзисторы имеют много пакетов. Часто необходимо подобрать сменный транзисторный блок как можно точнее, чтобы физически подогнать транзистор. Также пакет может указывать другие параметры.
  5. Пробой напряжения: Необходимо убедиться, что транзистор способен выдерживать напряжения, которые он может видеть. Транзисторные параметры, такие как Vceo, и т. Д. Должны быть проверены.
  6. Коэффициент усиления по току: , Параметр коэффициента усиления по току транзистора обычно имеет очень широкий разброс. Обычно это quoted или hfe. Хотя они немного отличаются, для всех схемных эквивалентностей этого характера эти параметры транзистора одинаковы.

    Необходим выбор сменного транзистора с примерно таким же коэффициентом усиления по току. Обычно это не проблема, чтобы выбрать транзистор замены с более высоким усилением. Часто более низкий коэффициент усиления тока может быть приемлемым.

  7. Предел частоты: Верхний предел частоты для транзистора обычно указывается в футах. Обычно важно убедиться, что транзистор может соответствовать любым частотным ограничениям.
  8. Рассеиваемая мощность: Необходимо обеспечить, чтобы сменный транзистор мог рассеивать достаточную мощность.Часто тип упаковки является хорошим показателем этого.

Это основные параметры, которые важны в большинстве приложений, но не забывайте о любых других параметрах транзистора, которые могут потребоваться при выборе заменяющего транзистора.

Комплектация запасного транзистора

При выборе подходящего сменного транзистора для использования в электронной схеме необходимо учитывать несколько этапов при выборе.Они могут быть выполнены в логическом порядке, чтобы сузить выбор и обеспечить лучшую альтернативу для замены транзистора.

Пошаговые инструкции:
  1. Выберите транзистор той же полярности: Первый основной критерий выбора - это транзистор PNP или NPN.
  2. Выберите запасной транзистор из того же материала: Большинство транзисторов изготовлены из кремния или германия.Поскольку напряжения смещения и другие характеристики различаются, необходимо выбрать сменный транзистор с тем же материалом.
  3. Выберите тот же функциональный тип транзистора: Транзисторам обычно дают указание их применения в таблицах данных. Замена должна иметь такое же применение, если это возможно.
  4. Выберите замену с тем же пакетом: Выбор запасного транзистора с тем же пакетом и выводом будет способствовать более простой замене.Различия в корпусе для небольших сигнальных транзисторов обычно не являются проблемой, но для более крупных, где могут быть радиаторы и т. Д., Разные пакеты могут вызвать значительные проблемы.

    Кроме того, в тех случаях, когда штыревые соединения различны, следует позаботиться о том, чтобы правильные штырьки были соединены правильно. Для многих транзисторов распиновка EBC, но есть другие конфигурации для распиновки, которые могут легко поймать многих людей.

  5. Выберите запасной транзистор с тем же напряжением пробоя: Убедитесь, что цифры для V CEO и V CBO и т. Д. Как минимум так же высоки, как и у исходного транзистора.
  6. Убедитесь, что он может принимать ток: Убедитесь, что сменный транзистор может пропустить необходимый ток - его I Cmax должен быть больше или равен исходному транзистору.
  7. Выберите транзистор с аналогичным значением Hfe: Необходимо убедиться, что коэффициент усиления тока транзистора замены примерно такой же, как у оригинала. Значения усиления по току обычно сильно различаются даже для транзисторов одного типа, поэтому некоторые отклонения будут приемлемыми.
  8. Выберите запасной транзистор с эквивалентным Ft: Необходимо убедиться, что запасной транзистор сможет работать на соответствующих частотах, поэтому рекомендуется аналогичный или немного более высокий Ft. Не используйте транзистор с гораздо более высоким Ft, так как это может увеличить риск колебаний.
  9. Выберите транзистор с аналогичным рассеиванием мощности: Необходимо обеспечить, чтобы сменный транзистор мог обрабатывать энергию, которая будет рассеиваться в цепи.Выбор заменяющего транзистора с аналогичным стилем банки часто будет означать, что оба транзистора имеют одинаковое рассеивание мощности.
  10. Проверьте наличие каких-либо специальных функций: При выборе вышеупомянутых функций могут быть некоторые дополнительные функции, которые необходимо учитывать. Они обычно требуются, когда транзисторы используются в специализированных приложениях.

После выбора запасного транзистора его можно установить в цепи и проверить его работоспособность.В большинстве случаев он будет работать удовлетворительно, но иногда могут возникнуть проблемы. Если это так, необходимо повторно посетить способ выбора транзистора для замены и посмотреть, были ли допущены какие-либо ошибки, или посмотреть другие параметры, которые могут повлиять на работу схемы транзистора.

Что если я не могу найти оригинальные детали транзистора?

Иногда очень просто определить параметры конкретного транзистора, так как их можно найти в Интернете или в справочнике по транзисторам.Если это невозможно, либо потому что маркировки не видны, либо данные не могут быть найдены, то не все потеряно.

По-прежнему можно многое узнать о транзисторе из его комплекта, а также о схеме, в которой он используется. Таким образом, обычно можно найти подходящий транзистор для замены. Приведенные ниже пошаговые инструкции должны помочь обнаружить основные параметры транзистора.

Пошаговые инструкции:

Эти инструкции изложены в приблизительном порядке: сначала наиболее значимые параметры, а затем менее значимые:

  1. Это транзистор? Это может показаться очевидным вопросом, но иногда некоторые устройства на первый взгляд могут показаться транзисторами.Это может быть полевой транзистор, транзистор Дарлингтона или даже какое-либо другое устройство. В качестве альтернативы, иногда небольшие регуляторы напряжения содержатся в упаковках, похожих на транзисторные. Другие устройства также могут появляться в том, что может показаться транзисторным пакетом на первый взгляд. Тщательная проверка заявки позволит это проверить.
  2. Кремний или германий: Важно выяснить, является ли транзистор кремнием или германием.Может быть возможно обнаружить это несколькими способами. Если оригинальный транзистор все еще работает, то это можно обнаружить путем измерения напряжения на соединении базового эмиттера, когда он смещен в прямом направлении. Это должно быть около 0,2-0,3 вольт для германиевого транзистора и 0,6 вольт для других разновидностей. В качестве альтернативы можно определить тип, взглянув на другие транзисторы в цепи. Часто одна и та же технология будет использоваться во всем оборудовании. Это не всегда так, будьте осторожны!
  3. Рассеиваемая мощность: Это часто определяется пакетом, в котором находится транзистор.Посмотрите на спецификации для других транзисторов в тех же пакетах, и это даст хорошее руководство. Пакеты, предназначенные для монтажа на радиаторах, будут более изменчивыми, поскольку они могут рассеивать большую мощность в зависимости от радиатора. Лучше быть более осторожным с этими пакетами.
  4. Максимальное напряжение: Представление о максимальном напряжении можно получить из схемы, в которой оно используется. Чтобы быть в безопасности, убедитесь, что максимальное рабочее напряжение запасного транзистора по крайней мере в два раза больше напряжения на шине цепи, в которой он работает,
  5. Коэффициент усиления по току: Коэффициент усиления по току транзисторов, как известно, трудно определить.Мощные транзисторы часто предлагают более низкие коэффициенты усиления - более ранние типы мощных транзисторов могут составлять всего 20-50, тогда как меньшие транзисторы могут предлагать коэффициенты усиления где-то между 50 и 1000.
  6. Максимальная частота: Необходимо убедиться, что сменный транзистор способен работать на необходимой частоте. Посмотрите на компоненты в цепи и функции схемы. Обычно можно оценить частоту операции. Затем возьмите это и выберите запасной транзистор, который может легко работать на этой частоте.
  7. Все остальное: Хотя большинство основных пунктов были рассмотрены в вышеприведенных пунктах, всегда лучше следить за другими параметрами, которые могут повлиять на выбор замены транзистора. Это особенно верно для специализированных схем, где некоторые особые характеристики производительности могут быть критическими.

Выбор транзистора для замены обычно довольно прост. Существует огромное количество доступных типов транзисторов, а спецификации многих типов транзисторов перекрываются, что делает выбор заменяющего транзистора довольно легким во многих случаях.

Это часто может помочь проверить запасы местных складов или авторитетных дистрибьюторов электронных компонентов. Часто необходимо выбрать транзистор, который можно получить быстро и легко. Проверка того, что может быть доступно у продавца или поставщика электронных компонентов, поможет принять окончательное решение.

Возможность выбора сменного транзистора может быть очень полезна, если точный тип транзистора не доступен легко. Вполне вероятно, что подобный может быть доступен под рукой, или, возможно, от местного продавца.В любом случае полезно иметь возможность выбрать сменный транзистор с хорошей возможностью его работы.

Больше электронных компонентов:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды транзистор Фототранзистор FET Типы памяти тиристор Соединители РЧ разъемы Клапаны / Трубы батареи Выключатели Реле
Вернуться в меню компонентов., ,

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о