Коллектор в транзисторе. Транзистор: принцип работы, типы, применение и характеристики

Что такое транзистор и как он работает. Какие бывают типы транзисторов. Для чего используются транзисторы в электронике. Каковы основные характеристики и параметры транзисторов.

Что такое транзистор и его основные элементы

Транзистор — это полупроводниковый прибор с тремя выводами, способный усиливать и переключать электрические сигналы. Основные элементы транзистора:

• Эмиттер — область, которая эмитирует (испускает) носители заряда
• База — тонкий слой полупроводника между эмиттером и коллектором
• Коллектор — область, которая собирает носители заряда от эмиттера

Транзистор работает за счет управления током между эмиттером и коллектором с помощью небольшого тока или напряжения, подаваемого на базу. Это позволяет усиливать слабые сигналы и использовать транзистор как электронный переключатель.

Принцип работы биполярного транзистора

Принцип работы биполярного транзистора основан на взаимодействии двух p-n-переходов:

1. При подаче прямого напряжения на переход эмиттер-база носители заряда инжектируются в базу
2. Большая часть носителей проходит через тонкий слой базы и попадает в коллектор
3. Небольшое изменение тока базы приводит к значительному изменению тока коллектора
4. Таким образом, слабый входной сигнал на базе усиливается в цепи коллектора

Коэффициент усиления транзистора по току равен отношению тока коллектора к току базы и может достигать сотен и тысяч.

Основные типы транзисторов

Существует два основных типа транзисторов:

1. Биполярные транзисторы

В биполярных транзисторах используются оба типа носителей заряда — электроны и дырки. Они бывают двух видов:

• n-p-n транзисторы
• p-n-p транзисторы

2. Полевые транзисторы

В полевых транзисторах используется только один тип носителей заряда. Основные виды:

• МОП-транзисторы
• Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом

Полевые транзисторы управляются напряжением, а не током, как биполярные. Это упрощает их применение во многих схемах.

Основные характеристики транзисторов

Ключевые параметры, характеризующие работу транзисторов:

• Коэффициент усиления по току (β) — отношение тока коллектора к току базы
• Максимально допустимый ток коллектора
• Максимальное напряжение коллектор-эмиттер
• Граничная частота усиления
• Входная и выходная емкость
• Мощность рассеяния

Эти параметры определяют возможности применения транзистора в различных электронных схемах.

Применение транзисторов в электронике

Транзисторы имеют очень широкое применение в современной электронике:

• Усилители сигналов (аудио, радио, видео)
• Генераторы сигналов
• Электронные ключи и переключатели
• Стабилизаторы напряжения
• Источники питания
• Логические элементы в цифровых схемах
• Элементы памяти

Благодаря своим свойствам транзисторы стали основой современной микроэлектроники и позволили создать компактные электронные устройства.

Режимы работы транзистора

Транзистор может работать в нескольких основных режимах:

1. Активный режим

В активном режиме транзистор используется для усиления сигналов. Эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. Это позволяет управлять большим током коллектора с помощью малого тока базы.

2. Режим отсечки

В режиме отсечки оба перехода транзистора закрыты, ток через него практически не течет. Этот режим используется в ключевых схемах, когда транзистор должен быть закрыт.

3. Режим насыщения

В режиме насыщения оба перехода открыты, транзистор максимально проводит ток. Этот режим также применяется в ключевых схемах, когда транзистор должен быть полностью открыт.

Схемы включения транзисторов

Существует три основные схемы включения биполярных транзисторов:

1. Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Самая распространенная схема. Обеспечивает усиление как по току, так и по напряжению. Входной сигнал подается между базой и эмиттером, выходной снимается с коллектора и эмиттера.

2. Схема с общей базой (ОБ)

Обеспечивает хорошее усиление по напряжению, но не усиливает ток. Входной сигнал подается между эмиттером и базой, выходной снимается с коллектора и базы.

3. Схема с общим коллектором (ОК)

Также называется эмиттерным повторителем. Обеспечивает хорошее согласование высокоомного входа с низкоомной нагрузкой. Входной сигнал подается между базой и коллектором, выходной снимается с эмиттера и коллектора.

Транзистор как усилитель

Одно из основных применений транзистора — усиление электрических сигналов. Рассмотрим принцип работы простейшего усилителя на биполярном транзисторе:

1. Входной сигнал подается на базу транзистора
2. Изменение тока базы вызывает пропорциональное, но гораздо большее изменение тока коллектора
3. Ток коллектора, протекая через сопротивление нагрузки, создает усиленное выходное напряжение
4. Коэффициент усиления определяется как отношение изменения выходного сигнала к изменению входного

Таким образом, слабый входной сигнал преобразуется в более мощный выходной сигнал за счет энергии источника питания.

Транзистор как электронный ключ

Другое важное применение транзистора — работа в качестве электронного ключа. В этом режиме транзистор работает в двух состояниях:

• Закрытое состояние (режим отсечки) — ток через транзистор практически не течет
• Открытое состояние (режим насыщения) — через транзистор протекает максимальный ток

Переключение между этими состояниями осуществляется подачей управляющего сигнала на базу транзистора. Это позволяет управлять мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, что широко используется в цифровой электронике.

Основы на пальцах. Часть 3

Диод

Так работает диод

  Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого. Погляди в схему программатора (там где был пример с делителем). Видишь стоят диоды, как думаешь, зачем? А все просто. У микроконтроллера логические уровни это 0 и 5 вольт, а у СОМ порта единица это минус 12 вольт, а ноль плюс 12 вольт. Вот диод и отрезает этот минус 12, образуя 0 вольт. А поскольку у диода в прямом направлении проводимость не идеальная (она вообще зависит от приложенного прямого напряжения, чем оно больше, тем лучше диод проводит ток), то на его сопротивлении упадет примерно 0.5-0.7 вольта, остаток, будучи поделенным резисторами надвое, окажется примерно 5.

5 вольт, что не выходит за пределы нормы контроллера.
Выводы диода называют анодом и катодом. Ток течет от анода к катоду. Запомнить где какой вывод очень просто: на условном обозначнеии стрелочка и палочка со стороны катода как бы рисуют букву К вот, смотри —К|—. К= Катод! А на детали катод обозначается полоской или точкой.

  Есть еще один интересный тип диода – стабилитрон. Его я юзал в одной из прошлых статей. Особенностью его является то, что в прямом направлении он работает как обычный диод, а вот в обратном его срывает на каком либо напряжении, например на 3.3 вольта. Подобно ограничительному клапану парового котла, открывающемуся при превышении давления и стравливающему излишки пара. Стабилитроны используют когда хотят получить напряжение заданной величины, вне зависимости от входных напряжений. Это может быть, например, опорная величина, относительно которой происходит сравнение входного сигнала. Им можно обрезать входящий сигнал до нужной величины или используют его как защиту.

В своих схемах я часто ставлю на питание контроллера стабилитрон на 5.5 вольт, чтобы в случае чего, если напряжение резко скакнет, этот стабилитрон стравил через себя излишки. Также есть такой зверь как супрессор. Тот же стабилитрон, только куда более мощный и часто двунаправленный. Используется для защиты по питанию.

Транзистор.

Транзистор на пальцах

  Жуткая вещь, в детстве все не мог понять как он работает, а оказалось все просто.
В общем, транзистор можно сравнить с управляемым вентилем, где крохотным усилием мы управляем мощнейшим потоком. Чуть повернул рукоятку и тонны дерьма умчались по трубам, открыл посильней и вот уже все вокруг захлебнулось в нечистотах. Т.е. выход пропорционален входу умноженному на какую то величину. Этой величиной

является коэффициент усиления.
Делятся эти девайсы на полевые и биполярные.
В биполярном транзисторе есть эмиттер, коллектор и база (смотри рисунок условного обозначения). Эмиттер он со стрелочкой, база обозначается как прямая площадка между эмиттером и коллектором. Между эмиттером и коллектором идет большой ток полезной нагрузки, направление тока определяется стрелочкой на эмиттере. А вот между базой и эмиттером идет маленький управляющий ток. Грубо говоря, величина управляющего тока влияет на сопротивление между коллектором и эмиттером. Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n принципиальная разница только лишь в направлении тока через них.

  Полевой транзистор отличается от биполярного тем, что в нем сопротивление канала между истоком и стоком определяется уже не током, а напряжением на затворе. Последнее время полевые транзисторы получили громадную популярность (на них построены все микропроцессоры), т.к. токи в них протекают микроскопические, решающую роль играет напряжение, а значит потери и тепловыделение минимальны.

Обозначение транзисторов или камень преткновения всех студентов. Как запомнить тип биполярного транзистора по его условной схеме? Представь что стрелочка это направление твоего движения на машине… Если едем в стенку то дружный вопль «Писец Нам Писец

  Короче, транзистор позволит тебе слабеньким сигналом, например с ноги микроконтроллера, управлять мощной нагрузкой типа реле, двигателя или лампочки. Если не хватит усиления одного транзистора, то их можно соединять каскадами – один за другим, все мощней и мощней. А порой хватает и одного могучего полевого

MOSFET транзистора. Посмотри, например, как в схемах сотовых телефонов управляется виброзвонок. Там выход с процессора идет на затвор силового MOSFET ключа.

Усилительный каскад с общим коллектором

Добавлено 5 октября 2017 в 18:40

Сохранить или поделиться

Наш следующий в изучении тип включения транзистора немного проще для вычисления коэффициентов усиления. Так называемая схема с общим коллектором показана на рисунке ниже.

В схеме с общим коллектором и вход, и выход используют коллектор (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Конфигурация этого каскада называется схемой с общим коллектором, потому что (игнорируя батарею источника питания) и источник сигнала, и нагрузка делят между собой вывод коллектора как общую точку (рисунок ниже).

Общий коллектор: входной сигнал подается на базу и коллектор, выходной сигнал берется со схемы эмиттер-коллектор

Должно быть очевидно, что через резистор нагрузки, помещенный в цепь эмиттера, в схеме усилителя с общим коллектором протекают как ток базы, так и ток коллектора. Поскольку через вывод эмиттера транзистора протекает самое большое значение тока (сумма токов базы и коллектора, которые всегда объединяются вместе для формирования тока эмиттера), было бы разумным предположить, что этот усилитель буде иметь очень большой коэффициент усиления по току. Это предположение действительно правильное: коэффициент усиления по току усилителя с общим коллектором довольно большой, больше, чем в любом другом типе схемы транзисторного усилителя. Однако это не совсем то, что его отличает от других типов схем транзисторных усилителей.

Давайте сразу же перейдем к SPICE анализу этой схемы усилителя, и вы сможете сразу увидеть, что уникального в этом типе включения транзистора. Схема и список соединений приведены ниже.

Схема усилительного каскада с общим коллектором для SPICE

common-collector amplifier 
vin 1 0 
q1 2 1 3 mod1   
v1 2 0 dc 15    
rload 3 0 5k    
.model mod1 npn 
.dc vin 0 5 0.2 
.plot dc v(3,0) 
.end

Общий коллектор: напряжение на выходе меньше напряжения на входе на 0,7 В (на падение напряжения V_БЭ)

В отличие от усилительного каскада с общим эмиттером из предыдущего раздела, схема с общим коллектором создает выходное напряжение в прямой, а не в обратной пропорции к возрастающему входному напряжению. Смотрите рисунок выше. По мере увеличения входного напряжения увеличивается и выходное напряжение. Более того, тщательный анализ показывает, что выходное напряжение почти идентично входному, отставая от него примерно на 0,7 вольта.

Это уникальная особенность усилительного каскада с общим коллектором: выходное напряжение, которое почти равно входному напряжению. При рассмотрении с точки зрения изменения выходного напряжения для заданного изменения величины входного напряжения, этот усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению, равный почти единице (1), или 0 дБ. Это справедливо для транзисторов с любым значением β и для любых сопротивлений нагрузки.

Понять, почему выходное напряжение в схеме с общим коллектором всегда почти равно входному напряжению, очень просто. Обратившись к модели транзистора на базе диода и источника тока (рисунок ниже), мы увидим, что ток базы должен протекать через PN-переход база-эмиттер, который эквивалентен обычному выпрямляющему диоду. Если этот переход смещен в прямом направлении (транзистор проводит ток в активном режиме или режиме насыщения), падение напряжения на нем будет равно примерно 0,7 вольта (предполагаем, что транзистор кремниевый). Это падение 0,7 вольта во многом не зависит от реальной величины тока базы; таким образом, мы можем считать его постоянным.

Эмиттерный повторитель: напряжение на эмиттере повторяет напряжение на базе (меньше на величину падения напряжения база-эмиттер, 0,7 вольта) (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Учитывая полярности напряжений на PN-переходе база-эмиттер и на резисторе нагрузки, мы видим, что одни должны складываться вместе, чтобы в соответствии с законом напряжений Кирхгофа равняться входному напряжению. Другими словами, напряжение на нагрузке всегда будет примерно на 0,7 вольта меньше входного напряжения при всех условиях, когда транзистор проводит ток. Отсечка происходит при входном напряжении ниже 0,7 вольта, а насыщение – при входном напряжении выше напряжения батареи (источника питания) плюс 0,7 вольта.

Поэтому схема усилителя с общим коллектором также известна как повторитель напряжения или эмиттерный повторитель, поскольку напряжения на эмиттерной нагрузке почти повторяют напряжения на входе.

Применение схемы с общим коллектором для усиления сигналов переменного напряжения также требует использования «смещения» входного сигнала: постоянное напряжение должно быть добавлено к входному сигналу переменного напряжения, чтобы удерживать транзистор в активном режим в течение всего периода синусоиды входного сигнала. Когда смещение будет добавлено, в результате получится неинвертирующий усилитель, показанный на рисунке ниже.

Усилительный каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель)

common-collector amplifier
vin 1 4 sin(0 1.5 2000 0 0)
vbias 4 0 dc 2.3
q1 2 1 3 mod1
v1 2 0 dc 15
rload 3 0 5k
.model mod1 npn
.tran .02m .78m
.plot tran v(1,0) v(3,0)
.end

Результаты моделирования SPICE на рисунке ниже показывают, что выходной сигнал повторяет входной. Амплитуда выходного сигнала такая же, как и у входного. Тем не менее, уровень постоянной составляющей смещается вниз на падение напряжения V_БЭ.

Схема каскада с общим коллектором (эмиттерный повторитель): выход V(3) повторяет вход V(1), но ниже на V_БЭ = 0,7 вольта

Вот еще один вид схемы (рисунок ниже) с осциллографами, подключенным к нескольким интересным точкам.

Коэффициент усиления по напряжению каскада с общим коллектором равен 1

Поскольку эта конфигурация усилителя не обеспечивает никакого усиления по напряжению (на самом деле, коэффициент усиления по напряжению у нее чуть меньше 1), ее единственным усиливающим фактором является ток. Коэффициент усиления по току схемы усилителя с общим эмиттером, рассмотренной в предыдущем разделе, равен β транзистора, поскольку входной ток проходит через базу, а выходной ток (ток нагрузки) – через коллектор, а β – это и есть отношение тока коллектора к току базы. Однако в схеме с общим коллектором нагрузка расположена последовательно с эмиттером, и, следовательно, ток через неё равен току эмиттера. В схеме протекает два тока: ток от эмиттера к коллектору и ток базы. Через нагрузку в этом типе схемы усилителя протекают оба этих тока: ток коллектора плюс ток базы. Это дает коэффициент усиления по току, равный β плюс 1.

\[A_I = { I_{эмиттер} \over I_{база} }\]

\[A_I = { I_{коллектор} + I_{база} \over I_{база} }\]

\[A_I = { I_{коллектор} \over I_{база} } + 1\]

\[A_I =\beta + 1\]

Опять же, PNP транзисторы так же можно использовать в схеме с общим коллектором, как и NPN транзисторы. Расчеты усиления одинаковы, равно как и неинвертирование усиленного сигнала. Единственное различие заключается в полярностях напряжений и направлениях токов (рисунок ниже).

PNP версия усилительного каскада с общим коллектором

Популярное применение усилителя с общим коллектором – стабилизированные источники питания постоянного напряжения, где нестабилизированное (изменяющееся) постоянное напряжение источника фиксируется на заданном уровне для подачи стабилизированного (устойчивого) напряжения на нагрузку. Конечно, стабилитроны уже выполняют эту функцию по стабилизации напряжения (рисунок ниже).

Стабилизатор напряжения на стабилитроне

Однако при использовании этой схемы стабилизатора непосредственно для питания нагрузки величина тока, которая может быть подана на нагрузку, обычно очень сильно ограничена. По сути, эта схема стабилизирует напряжение на нагрузке, поддерживая ток на последовательном резисторе на уровне достаточно высоком, чтобы на нем упало всё избыточное напряжение источника, при этом и стабилитрон, если необходимо, потребляет ток, чтобы напряжение на нем было постоянным. Для сильноточных нагрузок простой стабилизатор напряжения на стабилитроне должен будет пропускать через стабилитрон большой ток, чтобы эффективно стабилизировать напряжение на нагрузке в случае сильных изменений сопротивления нагрузки или напряжения источника.

Одним из популярных способов увеличения допустимой величины тока, подаваемого на нагрузку, в подобных схемах является использование транзистора, включенного по схеме с общим коллектором, для усиления тока нагрузки так, чтобы цепь стабилитрона работала только с той величиной тока, которая необходима для подачи на базу транзистора (рисунок ниже).

Применение схемы с общим коллектором: стабилизатор напряжения (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Есть только одна оговорка: напряжение на нагрузке будет примерно на 0,7 вольта меньше напряжения стабилитрона из-за падения напряжения на PN переходе транзистора база-эмиттера. Так как эта разница в 0,7 вольта довольно постоянна в широком диапазоне токов нагрузки, в реальной схеме стабилитрон может быть выбран с номинальным напряжением на 0,7 вольта выше, чем необходимое выходное напряжение стабилизатора.

Иногда в конкретном приложении со схемой с общим коллектором бывает недостаточно высокого коэффициента усиления по току одиночного транзистора. Если это так, то несколько транзисторов могут быть объединены в популярную схему, известную как пара Дарлингтона, являющуюся просто расширением концепции схемы с общим коллектором (рисунок ниже).

NPN пара Дарлингтона

Пары Дарлингтона, по сути, ставят один транзистор в качестве нагрузки другого транзистора по схеме с общим коллектором, тем самым перемножая их собственные коэффициенты усиления по току. Ток базы верхнего левого транзистора усиливается на эмиттере этого транзистора, который напрямую соединен с базой нижнего правого транзистора, где ток снова усиливается. Общий коэффициент усиления по току выглядит следующим образом:

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона:

\[A_I = (\beta_1 + 1)(\beta_2 + 1)\]

где

• β₁ – бета первого транзистора;
• β₂ – бета второго транзистора;

Если вся сборка включена по схеме с общим коллектором, коэффициент усиления по напряжению по-прежнему равен почти 1, хотя напряжение на нагрузке будет на 1,4 вольта меньше входного напряжения (рисунок ниже).

В схеме усилителя с общим коллектором на паре Дарлингтона теряется удвоенное напряжение V_БЭ, падение напряжение на PN переходах

Пары Дарлингтона могут быть приобретены как отдельные устройства (два транзистора в одном корпусе) или могут быть собраны из пары отдельных транзисторов. Конечно, если требуется еще большее усиление по току, чем то, что может быть получено на паре, можно собрать и триплет, и квадруплет Дарлингтона.

Подведем итоги:

• Усилительный каскад с общим коллектором называется так потому, что (игнорируя батарею источника питания) и источник сигнала, и нагрузка делят между собой вывод коллектора как общую точку.
• Усилитель с общим коллектором также известен как эмиттерный повторитель.
• Выходное напряжение усилителя с общим коллектором будет синфазно с входным напряжением, что делает каскад с общим коллектором неинвертирующим усилителем.
• Коэффициент усиления по току у усилителя с общим коллектором равен β плюс 1. Коэффициент усиления по напряжению примерно равен 1 (на самом деле, чуть меньше).
• Пара Дарлингтона представляет собой пару транзисторов, «переплетающихся» друг с другом так, чтобы эмиттер одного из них был источником тока для базы другого по схеме с общим коллектором. Результатом является общий коэффициент усиления по току равный произведению их собственных коэффициентов усиления по току (β плюс 1).

Оригинал статьи:

Теги

Биполярный транзисторКаскад с общим коллекторомКоэффициент усиления по напряжениюКоэффициент усиления по токуОбучениеПара ДарлингтонаЭлектроникаЭмиттерный повторитель

Сохранить или поделиться

Режим насыщения транзистора — теория и практика

Между простой переключающей схемой и линейным усилителем на транзисторе имеется очевидное различие. В нормально работающем линейном усилителе коллекторный ток всегда прямо пропорционален базовому току. В переключающей схеме, такой как на рис. 1., коллекторный ток определяется, главным образом, напряжением питания VCC и сопротивлением нагрузки RL. Режим насыщения транзистора является достаточно важным и заслуживает подробного обсуждения. Рис. 1. Иллюстрация режима насыщения. Транзистор действует как ключ для включения лампы. Рассмотрим, что происходит с коллекторным током в схеме на рис. 1, если базовый ток постепенно увеличивается, начиная от нуля. Когда ключ S1 разомкнут, базовый ток не течет и ток коллектора ничтожно мал. Замыкание S1 приводит к появлению тока базы IB = VCC/RB, где мы пренебрегли разностью потенциалов на переходе база-эмиттер. Ток коллектора, протекающий по нагрузке RL, равен IC=hFEVCC/RB. Для конкретной схемы, приведенной на рисунке, при hFE = 100 и при максимальном значении RB (50 кОм) получим: IC=100×10/5000 А=20 мА Падение напряжения на RL определяется произведением RLIC и в нашем случае равно 50 х 0,02 = 1 В. Транзистор при этом находится в линейном режиме; уменьшение RB приводит к увеличению тока базы, увеличению тока коллектора и, следовательно, к увеличению падения напряжения на RL. В этих условиях схема могла бы быть использована как усилитель напряжения. Теперь рассмотрим случай, когда RB=hFERL и ток базы равен IB=VCC/RB=VCC/(hFERL) Следовательно, коллекторный ток равен IC=(hFEVCC)/(hFERL)=VCC/RL С точки зрения нагрузки транзистор ведет себя как пара контактов ключа. Из закона Ома следует, что ток нагрузки в этой ситуации не может превышать величины VCC/RL. Поэтому дальнейшее увеличение тока базы не может увеличить ток коллектора, который определяется теперь только сопротивлением нагрузки и напряжением питания. Транзистор находится в насыщении. На практике при насыщении транзистора между коллектором и эмиттером всегда остается небольшое напряжение, обычно обозначаемое VCE(sat). Как правило, оно меньше 1 В и может доходить до 0,1 B y транзисторов, специально предназначенных для работы в качестве ключей. Обычно VCE(sat) уменьшается по мере того, как через переход база-эмиттер течет все больший ток, то есть в случае, когда отношение тока коллектора IC к току базы IB становится значительно меньше, чем коэффициент усиления тока транзистора hFE. Грубо говоря, глубокое насыщение (малое значение VCE(sat)) имеет место, когда IC/IB < hFE/5 Для схемы типа той, какая показана на рис. 1, когда ток базы задается просто подключением резистора к источнику питания, мы выбираем RB/RL < hFE/5 Следовательно, для схемы на рис. 1, принимая типичное для транзистора 2N3053 (аналог КТ630Б — см. аналоги отечественных и зарубежных транзисторов) значение коэффициента усиления тока hFE = 150, имеем RB/RL < 150/5 = 30. Следовательно, при RL = 50 Ом мы выбираем RB < 30 х 50 Ом = 1,5 кОм. Итак, если в качестве нагрузки используется лампа с сопротивлением 50 Ом, то для ее эффективного включения нам следует выбрать сопротивление базового резистора меньше 1,5 кОм. Если это невозможно, когда, например, в качестве RB используется фоторезистор с минимальным сопротивлением 10 кОм, то следует воспользоваться схемой Дарлингтона, чтобы увеличить коэффициент усиления тока. Если биполярный транзистор работает с током коллектора, близким к максимальному, и нужно поддержать напряжение VCE(sat) на уровне долей вольта, то из-за уменьшения hFE может понадобиться базовый ток больше, чем Iс/10. Возможно покажется неожиданным, что VCE(sat) может быть много меньше, чем напряжение VBE, которое у кремниевого транзистора равно примерно 0,6 В. Происходит это потому, что в режиме насыщения переход коллектор-база смещен в прямом направлении. Следовательно, мы имеем два р-n перехода, смещенных в прямом направлении, включенных навстречу друг другу так, что падения напряжения на них взаимно компенсируются. Эта способность биполярного транзистора иметь в режиме насыщения очень маленькое падение напряжения между коллектором и эмиттером, делает его весьма полезным переключающим прибором. Многие из наиболее важных применений электроники, включая обширную область цифровой электроники, используют переключающие схемы. В режиме переключений транзистор работает либо с фактически нулевым током коллектора (транзистор выключен) или с фактически нулевым напряжением на коллекторе (транзистор включен). В обоих случаях мощность, рассеиваемая на транзисторе, очень мала. Значительная мощность рассеивается только в то время, когда происходит переключение: в это время и напряжение коллектор-эмиттер и ток коллектора имеют конечные значения. Маломощный транзистор, такой как 2N3053, с максимально допустимой рассеиваемой мощностью менее одного ватта, может переключать мощность в нагрузке в несколько ватт. Следует обратить внимание на то, что максимальные значения коллекторного напряжения и тока не должны выходить за допустимые пределы; кроме того, желательно осуществлять переключения возможно быстрее, чтобы избежать рассеяния чрезмерно большой мощности.

Ответы на вопросы «Электромагнетизм. § 46. Транзистор»

1. Какой полупроводниковый прибор называют транзистором? Объясните назначение эмиттера, базы и коллектора в n-p-n-транзисторе.

Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами и тремя выводами для включения в электрическую цепь. Эмиттер является источником свободных электронов, коллектор перехватывает поток носителей заряда, которые идут через базу от эмиттера. База регулирует ток в транзисторе.

2. Объясните распределение электрических зарядов и направления токов в n-p-n-транзисторе (в отсутствие внешнего напряжения и при его наличии).

Электроны двигаются от эммитера к коллектору, следовательно, ток протекает так же.

При включении напряжения электроны диффундируют из эммитера в базу и почти все достигают коллекторного перехода.

3. Объясните распределение электрических зарядов и направления токов в p-n-p-транзисторе (в отсутствие внешнего напряжения и при его наличии).

Основными носителями заряда являются дырки из эммитера, движущиеся к коллектору. В этом же направлении протекают и ток через эммитер.

Эммитер включен в цепь базы и в цепь коллектора. В цепь база -эммитер включен источник слабого переменного сигнала. Небольшое изменение входного напряжения вызовет значительное изменение выходного напряжения.

4. Нарисуйте электрическую схему и объясните принцип работы усилителя на транзисторе. Как определяется коэффициент усиления?

5. Нарисуйте электрическую схему и объясните принцип работы генератора на транзисторе. Объясните назначение обратной связи в генераторе.

Этот прибор генерирует автоколебания. Его основными элементами являются транзистор, колебательный контур, источник постоянного тока.

Обратная связь позволяет корректировать сигнал на выходе системы изменением сигнала на входе.

Э – эмиттер; Б – база; К – коллектор — Мегаобучалка

Транзисторы включаются в схему таким образом, чтобы к p-n-переходу П₁ эмиттер-база внешнее напряжение было приложено в прямом направлении, а к p-n-переходу П₂ коллектор-база – в обратном направлении. При включении внешних напряжений для обоих полупроводниковых триодов потенциальный барьер между эмиттером и базой понижается, а между базой и коллектором – увеличивается. В результате этого основные носители заряда эмиттерного слоя переходят в область базы, а затем в область коллектора, создавая ток через коллекторный p-n-переход.

Одновременно с этим имеет место и переход основных носителей заряда базы через эмиттерный переход. Однако в область базы при изготовлении триода вводят << примесей, чем в эмиттер, поэтому ток через эмиттерный переход создаётся главным образом переходом основных носителей заряда эмиттера через базу. Если время прохождения основных носителей заряда эмиттера через базу много меньше времени их независимого существования, то основная часть этих носителей дойдёт до коллекторного перехода. При этом лишь небольшая часть указанных носителей рекомбинирует в базе с её основными носителями. Значит, величина тока, протекающего через коллекторный переход, определяется и зависит от величины тока, протекающего через эмиттерный переход.

Связь между током коллекторной и током эмиттерной цепей:

α=di_k/di_э при U_k=const. – коэффициент передачи тока.

В простейшем случае: α=I_k/I_э.

Для плоскостных транзисторов: α=0,92-0,99.

Ток базы: I_б=I_э-I_k.

4,5,6. Схема включения транзистора с общей базой и её коэффициенты.

При рассмотрении усилительных свойств переменных сигналов транзисторов схемы их включения можно рассматривать без источников питания, поскольку в сравнении с другими сопротивления источников оказываются весьма малыми.

Включение транзистора возможно по трём схемам: с общим эмиттером (ОЭ), с общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

Схему усилительной ячейки на транзисторе с общей базой можно применять на высоких частотах, однако она имеет коэффициент усиления по току меньше 1 и малое входное сопротивление.

Коэффициент усиления по току:

K_iб=i_вх/i_вых=i_k/i_э=α<1

Коэффициент усиления по напряжению:

K_Uб=U_вых/i_вх=i_kR_Hб/i_эR_вхб=α R_H/R_вх>1

коэффициент усиления по мощности:

K_Pб=K_iK_U=α² R_Hб/R_вхб>1

Здесь R_нб – сопротивление нагрузочного резистора

в схеме с общей базой; R_вхб – входное сопротивление усилительного каскада.

Как выводить формулы:

Общие формулы, независимые от схемы включения транзистора:

— коэффициент усилительного каскада по току K_i=i_вых/i_вх

— коэффициент усиления по напряжению K_U=U_вых/U_вх i, u –

— коэффициент усиления по мощности K_P=K_i∙K_U мгновенные значения

— входное сопротивление каскада R_вх=U_вх/i_вх

За основной электрод, от которого отсчитываются напряжения, в данной схеме принимается база. Эмиттерная цепь – входная, а коллекторная – выходная.

Отсюда K_iб=i_вых/i_вх=i_k/i_э=α , где i_k – ток коллектора, i_э – ток эмиттера.

Соотношение между токами эмиттера, коллектора и базы для схемы с общей базой: i_э=i_k+i_б, где i_б – ток базы.

Входящее в выражение для коэффициента усиления по напряжению входное сопротивление для этой схемы оказывается равным R_вхб=U_эб/i_э=R_эб. Это сопротивление открытого p-n-перехода. R_эб~ 10-100 Ом.

В усилителях на транзисторах сопротивление коллекторного перехода R_H>> сопротивления слоя базы R_б>> сопротивления эмиттерного перехода R_э. Поэтому K_U>1.

В соответствии с условными положительными направлениями напряжений нетрудно установить, что сигналы на входе и на выходе схемы с общей базой совпадают по фазе.

7,8,9. Схема включения транзистора с общим эмиттером и её коэффициенты.

Наиболее часто используют схему с общим эмиттером, с помощью которой возможно осуществить усиление по току, по напряжению и наибольшее по сравнению с другими схемам усиление по мощности. У схемы ОЭ малое входное сопротивление, порядка сотен Ом.

Во многих справочниках по транзисторам даётся коэффициент усиления по току для схемы ОЭ: β=i_k/i_б. β~10-100.

Связь β c α можно выразить из системы: α=i_k/i_э β=α/(1-α),

i_э=i_k+i_б или α=β/(1+ β)

Открытый коллектор — Open collector

Простая схема открытого коллектора интегральной схемы (ИС).

Открытый коллектор представляет собой общий тип вывода на многих интегральных схем (ИС) , которые ведет себя как переключатель , который либо подключен к земле или отсоединен. Вместо вывода сигнала с определенным напряжением или током выходной сигнал подается на базу внутреннего NPN-транзистора , коллектор которого выведен наружу (открыт) на вывод IC. Эмиттер транзистора внутренне подключен к контакту заземления. Если устройство вывода представляет собой полевой МОП-транзистор, выход называется открытым стоком, и он работает аналогичным образом. Например, шина I²C основана на этой концепции.

Функция

На рисунке база транзистора обозначена как «выход IC». Это сигнал от внутренней логики ИС к транзистору. Этот сигнал управляет переключением транзисторов. Внешний выход — коллектор транзистора; транзистор образует интерфейс между внутренней логикой ИС и частями, внешними по отношению к ИС.

В условных обозначениях компонентов схемы открытый выход обозначается этими символами:

• ⎐ для вывода, который выводит low-Z L или hi-Z H (или ⎒ с внутренним подтягивающим резистором )
• ⎏ для вывода, который выводит hi-Z L или low-Z H (или ⎑ с внутренним понижающим резистором)

Выход образует либо разомкнутую цепь, либо соединение с землей. Выход обычно состоит из внешнего подтягивающего резистора , который повышает выходное напряжение при выключении транзистора. Когда транзистор, подключенный к этому резистору, включается, на выходе устанавливается напряжение почти 0 вольт. Выходы с открытым коллектором могут быть полезны для аналогового взвешивания, суммирования, ограничения и т.д., но такие приложения здесь не обсуждаются.

С тремя состояниями логического устройства в отличие от открытого устройства коллектора, так как он состоит из транзисторов источника и приемника тока в обоих логических состояний, а также в качестве контроля , чтобы выключить оба транзистора и изолировать выход.

Применение устройств с открытым коллектором

Поскольку подтягивающий резистор является внешним и его не нужно подключать к напряжению питания микросхемы, вместо него можно использовать более низкое или более высокое напряжение, чем напряжение питания микросхемы (при условии, что оно не превышает абсолютный максимальный рейтинг выхода микросхемы). . Поэтому схемы с открытым коллектором иногда используются для сопряжения различных семейств устройств с разными уровнями рабочего напряжения. Транзистор с открытым коллектором может быть рассчитан на то, чтобы выдерживать более высокое напряжение, чем напряжение питания микросхемы. Этот метод обычно используется логическими схемами, работающими от 5 В или ниже, для управления устройствами, такими как двигатели, реле 12 В , вакуумные люминесцентные дисплеи 50 В или лампы Nixie, требующие более 100 В.

Еще одно преимущество состоит в том, что к одной линии можно подключить более одного выхода с открытым коллектором. Если все выходы, подключенные к линии, находятся в состоянии высокого импеданса, подтягивающий резистор будет удерживать провод в состоянии высокого напряжения (логическая 1). Если один или несколько выходов устройства находятся в состоянии логического 0 (земля), они потребляют ток и подтягивают линейное напряжение к земле. Это проводное логическое соединение имеет несколько применений. Устройства с открытым коллектором обычно используются для подключения нескольких устройств к одному сигналу запроса прерывания или к общей шине, такой как I²C . Это позволяет одному устройству управлять шиной без помех от других неактивных устройств. Если бы устройства с открытым коллектором не использовались, то выходы неактивных устройств пытались бы поддерживать высокое напряжение на шине, что приводило бы к непредсказуемому выходу.

Проводное ИЛИ с активным низким уровнем / проводное И с активным высоким уровнем с использованием вентилей с открытым стоком.

Связывая выход нескольких открытых коллекторов вместе, общая линия становится логическим элементом «соединенное И» (положительная-истинная логика) или «проводное ИЛИ» (отрицательная-истинная логика). «Проводное И» ведет себя как логическое И двух (или более) вентилей в том смысле, что это будет логическая 1, когда (все) находятся в состоянии высокого импеданса, и 0 в противном случае. «Проводное ИЛИ» ведет себя как логическое ИЛИ для логики «отрицательная-истина», где на выходе низкий уровень, если на любом из его входов низкий уровень.

Устройства SCSI -1 используют открытый коллектор для электрической сигнализации. SCSI-2 и SCSI-3 могут использовать EIA-485 .

Одной из проблем устройств с открытым коллектором является энергопотребление, поскольку подтягивающий резистор рассеивает мощность всякий раз, когда выходной сигнал понижается, и чем выше желаемая рабочая скорость, тем меньшее значение резистора (т. Е. Более сильное подтягивание) должно быть, в результате повышенный расход. Даже в выключенном состоянии они часто имеют ток утечки в несколько наноампер (точное значение зависит от температуры).

МОП-транзистор

Аналогичное соединение, используемое с МОП-транзисторами, представляет собой соединение с открытым стоком. Выходы с открытым стоком могут быть полезны для аналогового взвешивания, суммирования и ограничения, а также для цифровой логики. Клемма открытого стока соединяется с землей, когда на затвор подается высокое напряжение (логическая 1), но имеет высокий импеданс, когда на затвор подается низкое напряжение (логический 0). Это состояние с высоким импедансом возникает из-за того, что клемма находится под неопределенным напряжением (плавающее), поэтому для такого устройства требуется внешний подтягивающий резистор, подключенный к шине положительного напряжения (логическая 1), чтобы обеспечить логическую 1 в качестве выхода.

Микроэлектронные устройства, использующие сигналы с открытым стоком (например, микроконтроллеры), могут обеспечивать слабый (высокоомный) внутренний подтягивающий резистор для подключения рассматриваемого терминала к положительному источнику питания устройства. Такие слабые подтяжки, часто порядка 100 кОм, снижают энергопотребление, удерживая входные сигналы от плавающих сигналов, и могут избежать необходимости во внешнем подтягивающем компоненте. Внешние подтяжки более сильные (меньшее сопротивление, возможно, 3 кОм), чтобы уменьшить время нарастания сигнала (как с I²C ) или минимизировать шум (как на входах системного сброса ). Внутренние подтягивания обычно можно отключить, если они не нужны.

POD Псевдо открытый сток

В псевдо открытом стоке ( POD водителей) имеют сильную ниспадающую силу , но слабее силы подтягивающих. Для сравнения, чистый драйвер с открытым стоком не имеет силы подтягивания, за исключением тока утечки: все подтягивающее действие осуществляется на внешнем согласующем резисторе. Вот почему здесь должен использоваться термин «псевдо»: на стороне драйвера наблюдается некоторое подтягивание, когда выходной сигнал находится в высоком состоянии, оставшаяся сила подтягивания обеспечивается за счет параллельного подключения приемника на дальнем конце к ВЫСОКОЕ напряжение, часто с использованием переключаемого терминатора на кристалле вместо отдельного резистора. Цель всего этого — снизить общую потребность в мощности по сравнению с использованием как сильного подтягивания, так и сильного понижения, как в драйверах, таких как HSTL. В памяти DDR4 используются драйверы POD12, но с одинаковой мощностью драйвера (34 Ом / 48 Ом) для понижения (R _onPd ) и повышения (R _onPu ). Термин POD в DDR4 относится только к типу завершения, который является только параллельным подтягиванием без завершения на дальнем конце. Контрольная точка (V _REF ) для входа — это не половинное питание, как в DDR3, и может быть выше.

Использование Pseudo Open Drain в интерфейсах DDR.

JEDEC стандартизировал POD15, POD125, POD135 и POD12 для напряжений питания интерфейса 1,5 В, 1,35 В и 1,2 В. В конце 2011 года было опубликовано сравнение схем завершения DDR3 и DDR4 с точки зрения перекоса, апертуры глаза и энергопотребления.

Смотрите также

Ссылки

внешняя ссылка

Смещение обратной связи коллектора транзистора

— Руководство по проектированию

На рисунке резистор базы R _B подключен к коллектору, а не к V _CC , как это было в схеме смещения базы, рассмотренной ранее. Напряжение коллектора обеспечивает смещение перехода база-эмиттер. Отрицательная обратная связь создает эффект «смещения», который сохраняет стабильность Q-точки. Если I _C пытается увеличиться, на R _C падает большее напряжение, тем самым вызывая уменьшение V _C .Когда V _C уменьшается, происходит уменьшение напряжения на R _B , что снижает I _B . Уменьшение I _B дает меньше I _C , что, в свою очередь, снижает напряжение на R _C и, таким образом, компенсирует уменьшение V _C .

Анализ цепи смещения обратной связи коллектора

По закону Ома базовый ток можно выразить как

Стабильность точки Q при повышении температуры

Приведенное выше уравнение показывает, что ток коллектора в некоторой степени зависит от β _DC и V _BE .Эту зависимость, конечно, можно минимизировать, сделав R _C >> R _B / β _DC и V _CC >> V _BE . Важной особенностью смещения коллектор-обратная связь является то, что он по существу устраняет зависимость β _DC и V _BE , даже если соблюдаются указанные условия.

Как вы узнали, β _DC напрямую зависит от температуры, а V _BE изменяется обратно пропорционально температуре. При повышении температуры в цепи обратной связи коллектора β _DC повышается, а V _BE понижается.Увеличение β _DC приводит к увеличению I _C . Уменьшение V _BE приводит к увеличению I _B , что, в свою очередь, также увеличивает I _C . Поскольку I _C пытается увеличиться, падение напряжения на R _C также пытается увеличиться. Это имеет тенденцию к уменьшению напряжения коллектора и, следовательно, напряжения на R _B , таким образом уменьшая I _B и компенсируя попытку увеличения I _C и попытку уменьшения V _C .В результате схема обратной связи коллектора поддерживает относительно стабильную точку добротности. Обратное действие происходит при понижении температуры.

Engineering Tutorial Ключевые слова:

• Смещение обратной связи коллектора
• Недостатки смещения обратной связи коллектора
• Обратная связь коллектора
• Уравнения смещения обратной связи коллектора
• ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ БАЗЫ КОЛЛЕКТОРА
• Смещение обратной связи коллектора
• Расчет смещения обратной связи транзистора
• что такое коллектор в уравнении электронной схемы
• недостатки смещения обратной связи коллектора

Биполярный переходной транзистор Применения

Что такое транзистор?

Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии.Или транзистор — это устройство, которое регулирует поток тока или напряжения и действует как переключатель или затвор для электронных сигналов. Транзисторы состоят из трех слоев полупроводникового материала, каждый из которых может пропускать ток.

Биполярный переходной транзистор

базовая структура биполярного переходного транзистора (BJT) определяет его рабочие характеристики. В этом разделе вы увидите, как полупроводящие материалы используются для формирования BJT, и вы узнаете стандартные символы BJT .

BJT сконструирован с тремя легированными полупроводниковыми областями, разделенными двумя переходами pn , которые показаны на эпитаксиальной планарной структуре. Эти три области называются эмиттером , базовым и коллектором . Физические представления двух типов BJT показаны на рисунке выше. Один тип состоит из двух областей n , разделенных областью p ( npn), , а другой тип состоит из двух областей p , разделенных н регион ( пнп ).Термин биполярный относится к использованию дырок и электронов в качестве носителей тока в структуре транзистора.

Переход pn , соединяющий базовую область и область эмиттера, называется переходом база-эмиттер . Переход pn , соединяющий базовую область и коллекторную область, называется переходом база-коллектор. Показан вывод провода, подключенный к каждой из трех областей. Эти выводы обозначены буквами E, B и C для эмиттера, базы и коллектора соответственно.Базовая область слабо легирована и очень тонка по сравнению с сильно легированным эмиттером и умеренно легированной областью коллектора. (Причина этого обсуждается в следующем разделе). Условные обозначения для биполярных переходных транзисторов npn и pnp .

Как работает биполярный переходной транзистор?

Для того, чтобы BJT работал должным образом в качестве усилителя, два перехода pn должны быть правильно смещены с помощью внешних напряжений.В этом разделе для иллюстрации в основном используется транзистор npn . Работа pnp такая же, как и для npn , за исключением того, что роли электронов и дырок, полярности напряжения смещения и направления тока меняются местами.

Смещение

Устройство смещения для npn и pnp BJT для работы в качестве усилителя . Обратите внимание, что в обоих случаях соединение база-эмиттер (BE) имеет прямое смещение, а соединение база-коллектор (BC) — обратное.Это состояние называется прямым-обратным смещением .

Operation:

Чтобы понять, как работает транзистор, давайте рассмотрим, что происходит внутри структуры npn . Сильнолегированная эмиттерная область типа n- имеет очень высокую плотность (свободных) электронов в зоне проводимости. Эти свободные электроны легко диффундируют через передний BE-переход в слегка легированную и очень тонкую базовую область типа p , как показано широкой стрелкой.Основание имеет низкую плотность дырок, которые являются основными носителями, как показано белыми кружками. Небольшой процент от общего числа свободных электронов, инжектированных в базовую область, рекомбинирует с дырками и перемещается как валентные электроны через базовую область и в эмиттерную область в виде дырочного тока, что показано красными стрелками.

Когда электроны, которые рекомбинируются с дырками в качестве валентных электронов, покидают кристаллическую структуру основы, они становятся свободными электронами в металлическом выводе базы и создают ток внешней базы.Большинство свободных электронов, попавших в базу, не рекомбинируют с дырками, потому что база очень тонкая. Когда свободные электроны движутся к обратносмещенному переходу BC, они уносятся в область коллектора за счет притяжения положительного напряжения питания коллектора. Свободные электроны перемещаются через область коллектора во внешнюю цепь, а затем возвращаются в область эмиттера вместе с током базы, как показано. Ток эмиттера немного больше, чем ток коллектора, из-за небольшого тока базы, который отделяется от общего тока, вводимого в область базы от эмиттера. Смотрите также, как работают транзисторы? .

Ток транзистора

Направления токов в транзисторе npn и его схематическое обозначение показаны на Рис. они для транзистора pnp показаны на рисунке выше. Обратите внимание, что стрелка на эмиттере внутри символов транзистора указывает в направлении обычного тока. Эти диаграммы показывают, что ток эмиттера ( I _E ) представляет собой сумму тока коллектора ( I _C ) и базового тока ( I _B ), выраженного следующим образом:

I _E = I _C + I _B

Как упоминалось ранее, I _B очень мало по сравнению с I _E или I _C . Заглавные индексы обозначают значения постоянного тока.

Характеристики и параметры BJT

Два важных параметра, β _DC (усиление постоянного тока) и α _DC , вводятся и используются для анализа цепи BJT . Кроме того, описаны характеристики транзисторов, и вы узнаете, как по этим кривым можно определить работу BJT. Наконец, обсуждаются максимальные рейтинги BJT.

Когда транзистор подключен для снятия напряжения смещения для обоих типов npn и pnp , V _BB смещает в прямом направлении переход база-эмиттер, а V _CC смещает в обратном направлении переход база-коллектор.Хотя в этой главе мы используем отдельные символы батарей, чтобы представить напряжения смещения, на практике напряжения часто получаются от одного источника питания. Например, V _CC обычно берется непосредственно с выхода источника питания, а V _BB (меньшего размера) может быть изготовлен с делителем напряжения.

DC Beta (β _DC ) и DC Alpha (α _DC ):

Постоянный ток усиление транзистора — это отношение тока коллектора ( I _C ) к базовый ток ( I _B ) и разработан для beta (β _DC ).

Обычно значения β _DC находятся в диапазоне от менее 20 до 200 или выше. β _DC обычно обозначается как эквивалентный гибридный ( h ) параметр h _FE , в технических описаниях транзисторов. Все, что вам сейчас нужно знать, это то, что:

ч _FE = β _DC

Отношение тока коллектора ( I _C ) к току деэмиттера ( I _E ) — это alpha (α _DC ).Альфа — менее используемый параметр, чем бета в транзисторных схемах.

Обычно значения α _DC находятся в диапазоне от 0,95 до 0,99 или больше, но α _DC всегда меньше 1. Причина в том, что I _C всегда немного меньше I _E на сумму I _B . Например, если I _E = 100 мА и I _B = 1 мА, то I _C = 99 мА и α _DC = 0. 99.

Transistor Dc Модель:

Вы можете рассматривать BJT как устройство с токовым входом и зависимым источником тока в выходных цепях для npn . Входная цепь представляет собой диод с прямым смещением, через который проходит ток базы. Выходная цепь представляет собой зависимый источник тока (ромбовидный элемент) со значением, зависящим от тока базы, I _B и равным β _DC I _B . Напомним, что символы независимых источников тока имеют круглую форму.

Анализ цепи BJT:

Рассмотрим базовую конфигурацию схемы смещения транзистора. Могут быть идентифицированы токи транзистора и три деформации напряжения.

I _B : постоянный ток базы I _E : постоянный ток эмиттера I _C : постоянный ток коллектора В _BE : постоянное напряжение на базе относительно эмиттера В _CB : напряжение постоянного тока на коллекторе по отношению к базе В _CE : напряжение постоянного тока на коллекторе по отношению к эмиттеру

Источник напряжения смещения базы, В _BB , смещает в прямом направлении переход база-эмиттер , а источник напряжения смещения коллектор V _CC смещает в обратном направлении переход база-коллектор.Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, он похож на диод с прямым смещением и имеет номинальное прямое падение напряжения равное.

В _BE 0,7 В

Хотя в реальном транзисторе напряжение V _BE может достигать 0,9 В и зависит от тока, мы будем использовать 0,7 В в этом тексте, чтобы упростить анализ основных концепции. Имейте в виду, что характеристика перехода база-эмиттер такая же, как у нормальной кривой диода, такой как на рисунке выше.

V _RB = V _BB — V _BB

Кривые характеристик коллектора:

Используя схему, подобную показанной на рисунке выше, можно сгенерировать набор кривых характеристик коллектора, которые показывают, как ток коллектора, I _C , изменяется в зависимости от напряжения между коллектором и эмиттером, В _CE , для указанных значений тока базы I _B . Обратите внимание на принципиальную схему, как V _BB и V _CC являются переменными источниками напряжения.

Предположим, что V _BB настроен на получение определенного значения I _B , а V _CC равен нулю. Для этого условия и переход база-эмиттер, и переход база-коллектор смещены в прямом направлении, потому что база находится примерно на 0,7 В, а эмиттер и коллектор — на 0 В. Базовый ток проходит через переход база-эмиттер, потому что низкоомного пути к земле и, следовательно, I _C равно нулю. Когда оба перехода смещены в прямом направлении, транзистор находится в области насыщения своей работы. Насыщение — это состояние BJT, в котором ток коллектора достиг максимума и не зависит от тока базы.

По мере увеличения V _CC , V _CE увеличивается по мере увеличения тока коллектора. На это указывает часть характеристической кривой между точками A и B. I _C увеличивается по мере увеличения V _CC , потому что V _CE остается ниже 0,7 В из-за смещенного в прямом направлении перехода база-коллектор. .

В идеале, когда напряжение V _CE превышает 0,7 В, переход база-коллектор становится смещенным в обратном направлении, и транзистор переходит в активную, или линейную , область своей работы. Когда соединение база-коллектор имеет обратное смещение, I _C выравнивается и остается практически постоянным для данного значения I _B , поскольку V _CE постоянно увеличивается. Фактически, I _C возрастает очень незначительно, так как V _CE увеличивается из-за расширения области истощения базового коллектора.Это приводит к меньшему количеству дырок для рекомбинации в основной области, что эффективно вызывает небольшое увеличение β _DC . Это показано на участке характеристической кривой между точками B и C. Для этой части характеристической кривой значение I _C определяется только соотношением, выраженным как I _{C =} β _DC I _B .

Когда V _CE достигает достаточно высокого напряжения, переход база-коллектор с обратным смещением выходит из строя; и ток коллектора быстро увеличивается, как показано на участке кривой справа от точки C.Транзистор никогда не должен работать в этой области пробоя.

Семейство характеристических кривых коллектора создается, когда I _C по сравнению с V _CE строится для нескольких значений I _B . Когда I _B = o, транзистор находится в области отсечки, хотя ток утечки коллектора очень мал, как показано. Отсечка — это непроводящее состояние транзистора. Величина тока утечки коллектора для I _B = o на графике для иллюстрации увеличена.

Отсечка:

Как упоминалось ранее, когда I _B = 0, транзистор находится в области отсечки для своей работы. Когда вывод базы открыт, ток базы равен нулю. В этом случае ток утечки коллектора очень мал I _CEO , в основном из-за термически образованных носителей. Поскольку I _CEO чрезвычайно мал, им обычно пренебрегают при анализе цепей, поэтому V _CE = V _CC .В режиме отсечки ни переходы база-эмиттер, ни переходы база-коллектор не смещены в прямом направлении. Нижний индекс CEO представляет коллектора-эмитента с открытой базой.

Насыщение:

Когда переход база-эмиттер становится смещенным в прямом направлении и ток базы увеличивается, ток коллектора также увеличивается ( I _{C =} β _DC I _B ) и V _CE уменьшается в результате большего падения напряжения на резисторе коллектора (V _CE = V _CC — I _C R _C ).Когда V _CE достигает значения насыщения, V _{CE ( sat)} , коллекторный переход базы становится смещенным в прямом направлении, и I _C не может увеличиваться дальше даже при продолжающемся увеличении I _B . В точке насыщения отношение I _C = β _DC I _B больше не действует V _{CE ( sat)} для транзистора находится где-то ниже колена кривые коллектора, и обычно они составляют всего несколько десятых вольта.

Линия нагрузки постоянного тока:

Отсечка и насыщение могут быть проиллюстрированы по отношению к характеристическим кривым коллектора с помощью линии нагрузки. Линия разгрузки, проведенная на семействе кривых, соединяющих точку отсечки и точку насыщения. Нижняя часть линии нагрузки находится в точке идеальной отсечки, где I _C = 0 и V _CE = V _CC . Верхняя часть линии нагрузки находится в состоянии насыщения, вдоль линии нагрузки — это активная область работы транзистора.

Подробнее о β _DC :

β _DC или h _FE I s важный параметр BJT, который нам необходимо изучить дальше. β _DC не является действительно постоянным, но изменяется как в зависимости от тока коллектора, так и от температуры. Сохранение постоянной температуры перехода и увеличение I _C приводит к увеличению β _DC до максимума. Дальнейшее увеличение I _C за пределами этой максимальной точки β _DC для уменьшения.Если I _C поддерживается постоянным и температура изменяется, β _DC изменяется непосредственно в зависимости от температуры. Если температура повышается, β _DC повышается и наоборот. Вариация β _DC с I _C и температурой перехода (T _J ) для типичного BJT.

В таблице данных транзистора обычно указывается β _DC ( h _FE ) при определенных значениях I _C .Даже при фиксированных значениях I _C и температуре β _DC варьируется от одного устройства к другому для данного типа транзистора из-за несоответствий в производственном процессе, которые неизбежны. Β _DC , заданное для определенного значения I _C , обычно является минимальным значением. Β _{DC (мин)} , хотя иногда также указываются максимальные и типичные значения.

Максимальные рейтинги транзисторов:

BJT, как и любое другое электронное устройство, имеет ограничения на его работу.Эти ограничения указаны в виде максимальных номинальных значений и обычно указываются в технических данных производителя. Обычно максимальные номинальные значения даются для напряжения коллектор-база, напряжения коллектор-эмиттер, напряжения эмиттер-база, тока коллектора и рассеиваемой мощности. Производство V _CE и I _C не должно превышать максимальную рассеиваемую мощность. Оба V _CE и I _C не могут быть максимальными одновременно. Если V _CE является максимальным, I _C можно рассчитать как.

Если I _C является максимальным, V _CE можно рассчитать, переставив предыдущее уравнение следующим образом:

Снижение номинальных значений P _{D (макс.):}

P _{D (макс.)} равно обычно указывается при 25 ° C. Для более высокой температуры P _{D (макс.)} меньше. В технических данных часто указываются коэффициенты снижения номинальных характеристик для определения P _{D (макс.)} при любой температуре выше 25 ° C. Например, коэффициент снижения мощности 2 мВт / ° C означает, что максимальная рассеиваемая мощность уменьшается на 2 мВт на каждый градус Цельсия повышения температуры.

DC и AC Количество:

Прежде чем обсуждать концепцию транзисторного усиления, необходимо пояснить обозначения, которые мы будем использовать для величин тока, напряжения и сопротивления в цепи, потому что в схемах усилителя есть величины как постоянного, так и переменного тока.

В этом тексте прописные курсивные буквы используются для обозначения как постоянного, так и переменного тока (I) и напряжения (V). Это правило применяется к среднеквадратичному, среднему, пиковому и размаху переменного тока. Значения переменного тока и напряжения всегда являются действующими, если не указано иное.Хотя в некоторых текстах используются строчные буквы , и v для переменного тока и напряжения, мы оставляем за собой использование строчных букв i и v только для мгновенных значений. В этом тексте различие между постоянным током или напряжением и переменным током или напряжением указано в нижнем индексе.

Величины постоянного тока всегда обозначаются латинскими буквами верхнего регистра (нечитальными). Например, I _B , I _C и I _E — это токи транзистора постоянного тока. V _BE , V _CB и V _CE — это напряжения постоянного тока от одного вывода транзистора к другому.Одиночные индексы напряжения, такие как V _B , V _C и V _E , представляют собой напряжения постоянного тока от клемм транзистора к земле.

AC и все изменяющиеся во времени величины всегда имеют нижний курсив в нижнем регистре. Например, I _b , I _c и I _e — это токи транзистора переменного тока. V _— , V _cb и V _ce — это напряжения переменного тока от одного вывода транзистора к другому. Одиночные индексы напряжения, такие как V _b , V _c и V _e , представляют собой напряжения переменного тока между выводами транзистора и землей.

Другое правило для внутренних сопротивлений транзисторов. Как вы увидите позже, транзисторы имеют внутреннее сопротивление переменному току, которое обозначается строчными буквами r ^¿ с соответствующим индексом. Например, внутреннее сопротивление эмиттера переменного тока обозначено как r ^¿ _e .

Сопротивления цепи, внешние по отношению к самому транзистору, обозначаются стандартным курсивом с заглавной буквы R с нижним индексом, который определяет сопротивление как постоянное или переменное (если применимо), так же, как для тока и напряжения.Например, RE — это сопротивление внешнего эмиттера постоянного тока, а Re — сопротивление внешнего эмиттера переменного тока.

Усиление напряжения:

Как вы узнали, транзистор усиливает ток, потому что ток коллектора равен току базы, умноженному на коэффициент усиления по току, β . Базовый ток транзистора очень мал по сравнению с токами коллектора и эмиттера. Из-за этого ток коллектора примерно равен току эмиттера.

Имея это в виду, давайте посмотрим на схему.Напряжение переменного тока V _s накладывается на напряжение смещения постоянного тока V _BB посредством емкостной связи, как показано. Напряжение смещения постоянного тока V _CC подключено к коллектору через резистор коллектора R _C .

Входное переменное напряжение создает переменный базовый ток, что приводит к гораздо большему переменному току коллектора. Ток коллектора переменного тока создает переменное напряжение на R _C , таким образом, создавая усиленное, но инвертированное воспроизведение входного переменного напряжения в активной области работы.

Переход база-эмиттер с прямым смещением имеет очень низкое сопротивление для сигнала переменного тока. Это внутреннее сопротивление эмиттера переменного тока обозначается r ^¿ _e и появляется последовательно с R _B . Базовое напряжение переменного тока составляет:

Напряжение коллектора переменного тока, _{В c} , равно падению переменного напряжения на R _C .

Так как I _C ≅ I _e , напряжение коллектора переменного тока составляет:

В _b можно рассматривать как входное напряжение переменного тока транзистора, где V _b = V _с — I _б Р _Б .V _C можно рассматривать как выходное переменное напряжение транзистора. Поскольку коэффициент усиления по напряжению определяется как отношение выходного напряжения к входному, отношение V _C к V _b является коэффициентом усиления переменного напряжения A _V транзистора. Замена I _e R _C на V _C и I _e r ^¿

Распределитель и поставщик электронных транзисторов -Rantle

RANTLE занимается многими частями электронных транзисторов по всей стране.Электронный транзистор предоставляет комплексные решения для различных схем. Электронные транзисторы RANTLE имеют широкий диапазон, обеспечивая полное решение для различных схем применения.

Электронные транзисторы RANTLE используют инновационные корпуса, разработанные для минимального размера, высочайшей надежности и максимальных тепловых характеристик.

RANTLE Электронный транзистор содержит один или два резистора. Один последовательный входной резистор или делитель потенциала из двух резисторов позволяет напрямую управлять этими устройствами от цифровых источников.В RANTLE доступны версии с одним и двумя транзисторами.

Электронный транзистор RANTLE оснащен точным цифровым измерителем LCR, ЖК-монитором с 1999 отсчетами, который обеспечивает четкие показания, предназначен для измерения сопротивления, емкости, индуктивности, также может тестировать транзистор, встроенный датчик CDS для измерения окружающей яркости и управления освещением. Автоматическая подсветка ЖК-дисплея, автоматическое отключение питания: он автоматически переключится в режим ожидания через 20 минут, если не выполняется никаких действий, используйте поворотный переключатель для выбора функций и диапазонов.

RANTLE Электронный транзистор с функциями автоматического обнуления и автоматической полярности, индикации выхода за пределы диапазона и индикации низкого заряда батареи. Он имеет противоскользящую крышку с прорезями для измерительных щупов, которые могут защитить мультиметр и организовать щупы. Поставляется с ремешком для удобной переноски и использования. Точный цифровой измеритель LCR, подходящий для технических специалистов, студентов и любителей. Компактный и легкий, поставляется с ремешком на руку, удобно носить с собой.

Спешите приобрести наш единственный в своем роде электронный транзистор прямо сейчас! Благодаря почти 15-летнему стабильному развитию RANTLE East Electronics аккумулирует авторитетную философию бизнеса и получает широкую поддержку со стороны клиентов.

RANTLE может гарантировать вам хорошее качество и высокие стандарты электронного транзистора.

Благодаря точному предложению, отличной кредитной истории, разумной цене, надежному качеству, быстрой доставке, аутентичному обслуживанию мы заслужили похвалу большинства клиентов.
Станьте одним из наших клиентов, которые испытают лучшие характеристики нашего электронного транзистора.

Связанные компоненты: микросхемы , ИС памяти , Электронный диод , Модуль питания , Электронный конденсатор , Электронный резистор , Электронные разъемы

Связанные электронные компоненты: 2SA794-R, NCP1117ST18T3G, 2SC1567-R, LM317MDT

Электронный транзистор

: полное руководство по часто задаваемым вопросам

Сегодняшнее руководство ответит на все ваши вопросы об электронных транзисторах.

Если у вас есть вопросы о FET, BJT, принципах работы, компонентах, использовании или ограничениях, вы найдете здесь все ответы.

Итак, если вы хотите быть экспертом в области электронных транзисторов, это руководство для вас необходимо прочитать.

Взгляните:

Что такое электронный транзистор?

Электронный транзистор — это полупроводниковое устройство, которое используется для управления электрическими сигналами.

Вы обнаружите, что транзистор может регулировать электрические сигналы путем их усиления или переключения.

Электронный транзистор состоит из трех выводов, которые могут проводить электроны.

Обычно биполярный транзистор (BJT) имеет:

С другой стороны, полевой транзистор (FET) состоит из:

Каковы основные функции Электронный транзистор?

Электронный транзистор найдет множество применений.

Транзистор используется в качестве детектора напряжения, усилителя, переключателя, для стабилизации напряжения, для модуляции сигнала в качестве выпрямителя.

Однако вы обнаружите, что две основные функции транзистора — это их использование в качестве усилителя и в качестве переключателя.

В качестве усилителя транзистор может увеличивать электрические токи.

Таким образом, небольшой входной электрический ток может быть преобразован транзистором в большой выходной ток.

Хороший пример использования транзисторов — это усилители при производстве слуховых аппаратов.

Транзистор как переключатель относится к его способности передавать ток, протекающий внутри него.

Небольшой поток электрического тока в одной части может быть передан большому потоку электрического тока в другой.

Как работает электронный транзистор?

Существует два основных типа транзисторов, которые различаются по своему практическому подходу: биполярный переходный транзистор и полевой транзистор.

Клеммы в биполярном переходном транзисторе — это база, эмиттер и коллектор.

В полевом транзисторе используются исток, сток и затвор.

Работа транзистора с биполярным переходом

Транзистор с биполярным переходом

Этот транзистор называется биполярным из-за наличия в нем двух электронных типов, положительного и отрицательного.

Клеммы в электронных транзисторах изготовлены из полупроводникового материала.

Полупроводники можно легировать, чтобы сделать их более положительно заряженными или более отрицательными.

Когда полупроводники заряжаются более положительно, их называют p-типом.Когда они заряжены более отрицательно, они n-типа.

Существует два разных типа транзисторов с биполярным переходом.

Это изменение является результатом легирования полупроводников и их конфигурации.

NPN-транзистор имеет полупроводниковый слой n-типа, затем вывод p-типа, за которым следует еще один n-тип.

PNP-транзистор имеет слой p-типа, за которым следует полупроводниковый слой n-типа и, наконец, полупроводниковый вывод p-типа.

Для NPN-транзистора клеммы n-типа будут обеспечивать эмиттер и коллектор.Средний слой, p-образный, будет базовым.

По умолчанию эмиттер и коллектор загружены большим количеством электронов, в то время как база не имеет электронов.

Мобильность электронов через терминалы стала возможной с текущим приложением.

Движение электронов зависит от связи.

Когда база и коллектор сделаны положительными, а эмиттер отрицательными, электроны переходят на базу, а затем на коллектор.

Этот вышеупомянутый процесс иллюстрирует работу транзистора в качестве усилителя.

Кроме того, это связано с тем, что небольшой ток на базе вызывает большой ток между эмиттерным концом и коллектором.

Отсутствие протекания тока указывает на отсутствие обмена между клеммами n-типа. Когда вы запитываете базу, течет усиленный ток.

Это транзистор, работающий как переключатель.

Работа полевого транзистора

Полевой транзистор

Исток, затвор и сток полевого транзистора идентичны эмиттеру, базе и коллектору в BJT.

Здесь положительно и отрицательно заряженные кремниевые выводы покрыты оксидом металла.

В этом случае избыточные электроны на клеммах n-типа не могут попасть на клемму p-типа.

Это связано с наличием электронных ямок в слое кремния p-типа.

Приложение положительного напряжения на затворе создает электрическое поле.

Это поле позволяет электронам, которые ранее были ограничены, проходить через изолирующий слой от истока в сток.

Кроме того, это развитие электрического поля — это то, что вы называете эффектом поля.

В конечном счете, ток и возможность включения или выключения транзистора определяются этим полевым эффектом.

Какие бывают типы электронных транзисторов?

Электронные транзисторы делятся на два основных типа.

В основном, два основных типа электронных транзисторов — это BJT и FET.

1) Биполярный переходной транзистор

BJT

Биполярный переходный транзистор является биполярным благодаря процессу передачи с участием как положительно, так и отрицательно заряженных электронов.

BJT имеет три вывода из полупроводникового материала, в которых может быть избыток или недостаток электронов.

Клемма с избыточным количеством электронов называется n-типом, а клемма с коротким подводом электронов — p-типом.

Конфигурация p-типа и n-типа обеспечивает основу для различения двух типов транзисторов с биполярным переходом.

При настройке так, что клемма p-типа находится между двумя клеммами n-типа, она упоминается как тип NPN.

Когда n-тип находится между ними, это PNP-тип.

Соединительный зажим всегда является основанием. Два других образуют эмиттер и коллектор.

Транзистор с биполярным переходом может усиливать электрический сигнал от базы к коллектору.

Для этого в эмиттере должно быть больше отрицательно заряженных электронов, чем в коллекторе. Основание также должно быть максимально тонким.

Кроме того, эмиттерный и коллекторный переходы должны иметь обратное пропорциональное смещение напряжения.

2) Полевой транзистор

Полевой транзистор

Полевой транзистор использует генерируемое электрическое поле, чтобы влиять на подвижность электронов.

Здесь вы найдете два типа полевых транзисторов.

Соединительный полевой транзистор и металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор.

Когда был представлен полевой транзистор, он имел конструкцию переходного полевого транзистора.

В этом транзисторе напряжение подается между истоком и затвором, в то время как движение тока является источником для стока.

Полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника имеет заряженные кремниевые клеммы, покрытые слоем оксида металла.

Также базовый аналог, ворота, покрыт изоляционным материалом.

Кроме того, приложенное напряжение определяет уровень проводимости.

С полевым транзистором у нас есть только одна полярность электрона, которую можно передавать, и поэтому она является униполярной.

Исток и сток полевого транзистора аналогичны эмиттеру и коллектору, а затвор сопоставим с базой.

Приложение напряжения к каналу создает электрическое поле, которое управляет движением электронов.

Это магнитное поле создает то, что мы называем полевым эффектом. Эффект поля влияет на количество и направление электрического поля.

Полевые транзисторы обладают определенными свойствами, которые смягчают их использование по сравнению с транзисторами с биполярным переходом.

Например, полевые транзисторы имеют низкий уровень энергопотребления, высокое входное сопротивление и менее сложные производственные процессы.

Кроме того, их способность работать в широком диапазоне температур и простая интеграция позволяет использовать их во многих устройствах.

Есть вакуумные ламповые транзисторы?

Нет, это не так.

Электронные лампы не являются транзисторами.

Однако до появления транзисторов вместо них использовались электронные лампы.

Используя термоэмиссию, вакуумные лампы, также известные как электронные лампы, использовались для усиления электронного сигнала.

Вакуумная трубка состоит из пары электродов в вакуумной среде, заключенной в стеклянную трубку.

Применяя разность потенциалов между электродами, можно было управлять потоком электронов.

Когда был разработан транзистор, вакуумная лампа отошла на второй план по следующим причинам:

Вакуумная лампа

• Вы не могли использовать вакуумную лампу в небольших устройствах из-за их большого размера.

Транзисторы можно сделать исключительно маленькими, чтобы миллионы их могли уместиться всего в одном компьютере.

• Изготовление одной вакуумной лампы стоит больше, чем один транзистор. Следовательно, вакуумные лампы связаны с высокими производственными затратами.
• Вы обнаружите, что транзисторы потребляют меньше энергии по сравнению с электронными лампами. Кроме того, вакуумные лампы производят много тепла, которое теряется.
• Вы не можете использовать вакуумные лампы с устройствами малого напряжения.

Для вакуумных ламп требуется высокое напряжение.

• Транзисторы очень эффективны в схемах слабого сигнала в отличие от электронных ламп.
• Поскольку электронные лампы были заключены в стекло, их легко повредить. Транзисторы изготовлены из полупроводниковых материалов, что снижает их предрасположенность к физическим повреждениям.
• Вакуумные лампы имеют низкую способность усиления напряжения, транзисторы намного лучше. Импеданс входа в электронные лампы также превалирует.

Каковы преимущества электронных транзисторов?

Электронный транзистор

При использовании электронных транзисторов вы обнаружите следующие преимущества.

• Транзисторы имеют небольшие размеры, что позволяет использовать их в небольших портативных устройствах.
• Вы обнаружите, что производство миллионов миниатюрных транзисторов возможно только на одном кристалле.
• Транзисторы обладают низкой чувствительностью к механическим ударам.
• Можно работать на транзисторах при низких напряжениях.
• Транзисторы могут служить долго, так как их нелегко повредить.
• Отсутствие катодного нагревателя в электронных лампах означало меньшее потребление энергии.
• Транзисторы быстро переключаются.
• Транзисторы характеризуются высоким КПД с пониженным уровнем потерь мощности.

Каковы ограничения электронных транзисторов?

Хотя вы обнаружите несколько преимуществ использования электронного транзистора, есть несколько недостатков.

• Вакуумные лампы предпочтительнее транзисторов из-за их более высокой подвижности электронов для приложений, требующих высокой мощности и частоты.
• Электронные транзисторы реагируют на космическое излучение.
• Транзисторы подвержены электростатическому разряду при выполнении операций.
• Вы обнаружите, что транзисторы имеют ограниченную скорость поглощения тепла по сравнению с их размером.
• Транзисторы находят конкурентное применение в аудиоустройствах из-за их низкого гармонического искажения, которое хорошо проявляется с помощью вакуумной лампы.
• Электронные транзисторы из кремния рано или поздно выходят из строя.

Где используются электронные транзисторы?

Электронный транзистор может найти множество областей применения.

Транзистор используется в качестве усилителя, переключателя, для стабилизации напряжения, для модуляции сигнала и даже в качестве выпрямителя.

Эти различные функции позволяют использовать транзисторы во многих устройствах.

• В вычислительной технике транзисторы используются для изготовления микросхем памяти, где они хранят данные в виде заряда.
• Транзисторы находят применение в качестве усилителей сигналов в таких устройствах, как мобильные телефоны.
• Транзисторы используются в слуховых аппаратах для усиления звука.
• Как цифровые, так и аналоговые схемы используют транзисторы в качестве переключателя.
• Биомедицинское оборудование, такое как кардиостимуляторы, использует транзисторы в своей архитектуре.
• Интегральные схемы имеют транзисторы в качестве основных строительных блоков.
• Микропроцессоры в компьютеризированных системах состоят из множества транзисторов.
• В индустрии связи транзисторы используются в радарах и переговорных устройствах из-за их высокой радиочастоты.
• Когда транзисторы защищены от излучения, они используются в космических приложениях, таких как спутники.
• Гаджеты, такие как калькуляторы, игровые консоли и визуализаторы, используют транзисторы для различных функций усиления и переключения.

Электронный транзистор в системе зарядки

Какова рабочая точка электронного транзистора?

В электронном транзисторе рабочая точка обеспечивается током коллектора или напряжением, проходящим через коллектор к эмиттеру.

Должно быть отсутствие сигнала на входе. Ток коллектора колеблется в зависимости от напряжения C-E.

Каковы параметры электронного транзистора?

Параметры электронного транзистора — это неизменные числовые значения, относящиеся к конкретному транзистору и помогающие отличить его от других.

Параметры могут быть связаны с разницей тока и напряжения, проявляемой электронным транзистором.

Вы обнаружите, что параметры должны легко определяться с помощью экспериментов.

Кроме того, применение этих параметров должно приводить к легко построенным схемам для оценки устройства.

Некоторые общие параметры электронных транзисторов указаны ниже.

Электронные транзисторы

· Коэффициент усиления по току

Здесь вы найдете два коэффициента усиления для тока: коэффициент усиления постоянного тока и коэффициент усиления переменного тока.

Коэффициент усиления постоянного тока также известен как коэффициент усиления статического тока.

Коэффициент усиления переменного тока также называется динамическим коэффициентом усиления тока.

Отношение тока коллектора к току базы дает коэффициент усиления постоянного тока с неизменным статическим сигналом.

То же самое соотношение дает коэффициент усиления переменного тока, но в состоянии переменного тока.

Когда частота остается низкой, два коэффициента усиления тока будут почти одинаковыми.

Высокие частоты приводят к отчетливым различиям.

· Максимальный ток коллектора

Это максимальный ток, который может проходить через коллектор транзистора.

Если ток через коллектор превышает это значение, изменяется коэффициент усиления тока.

Это нарушает стандартную работу и может привести к повреждению.

· Характеристическая частота

Характеристическая частота — это частота транзистора, при которой коэффициент усиления тока уменьшается до единицы.

При увеличении частоты коэффициент усиления тока уменьшается.

Это происходит только тогда, когда рабочая частота транзистора больше, чем частота среза.

Транзисторы можно разделить на низкочастотные транзисторы, транзисторы промежуточной частоты или высокочастотные транзисторы.

Высокочастотные транзисторы имеют частоты от тридцати мегагерц и выше.

Низкочастотные транзисторы три мегагерца и ниже. Между ними находятся транзисторы промежуточной частоты.

· Рассеиваемая мощность

Иногда параметр транзистора меньше заданного допустимого значения.

В данном случае мощность рассеяния — это максимальная мощность рассеивания клеммы коллектора.

Когда транзистор используется, его потребляемая мощность должна быть меньше рассеиваемой мощности, чтобы предотвратить перегрузку.

Транзисторы можно классифицировать как маломощные, средние или высокие по мощности рассеяния.

Те, у которых рассеиваемая мощность менее одного ватта, имеют малую мощность.

Транзисторы средней мощности от одного до пяти ватт. Транзисторы высокой мощности имеют номинальную мощность рассеяния более пяти ватт.

· Максимальное обратное напряжение

Наибольшее значение напряжения, допустимое для транзистора во время работы, называется максимальным обратным напряжением.

Он включает другие напряжения, такие как обратные напряжения пробоя коллектор-эмиттер, коллектор-база и эмиттер-база.

· Максимальная частота колебаний

Вы найдете частоту, при которой коэффициент усиления транзистора уменьшается до единицы, что дает максимальную частоту колебаний.

Высокочастотные транзисторы имеют максимальную частоту колебаний, которая меньше, чем частота среза общей базы.

Его характеристическая частота, с другой стороны, больше, чем частота среза общей базы.

Каковы рабочие области электронного транзистора?

Вы обнаружите, что транзистор имеет две рабочих областей : область отсечки и область насыщения.

Эти области хорошо проиллюстрированы на графике напряжение-ток коллектор-эмиттер транзистора.

Рабочие области электронного транзистора

1. Область отсечки

Условия в области отсечки препятствуют проводимости и приводят к вырождению слоев.

Такие условия включают в себя неприложенный ток на базе и коллекторе, помимо высокого напряжения, считая на коллекторе.

Это означает состояние «выключено».

Характеристики для этой области:

• Заземление входа и базы при нулевом напряжении.
• Обеспечивается напряжение база-эмиттер менее 0,7 В.
• Обратное смещение переходов.
• Запрещенная проводимость коллектора.
• Одно значение напряжения для выхода и C-E.
• Работа транзистора как разомкнутого ключа при полном его выключении.

2. Область насыщения

Здесь вы обнаружите, что максимально допустимый ток базового тока задается посредством смещения транзистора.

Таким образом, ток коллектора увеличивается до максимума, а напряжение коллектор-эмиттер уменьшается до минимума.

Слой обеднения, в свою очередь, сжимается, и транзистор пропускает через него наибольший ток.

В этом состоянии транзистор полностью открыт.

Также к характеристикам этого региона относятся:

Кроме того, вход и база подключены к источнику входного напряжения.

Обеспечивается напряжение база-эмиттер больше 0.7 вольт.

Переход база-эмиттер и переход база-коллектор смещены в прямом направлении.

Максимальный ток через коллектор.

Коллектор-эмиттер и выходное напряжение равны нулю.

Работа транзистора как замкнутого ключа при полном его включении.

В чем разница между диодом и электронным транзистором?

Транзистор

Диод

Диод представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами: один p-типа, а другой n-тип.

Обычно используется для выпрямления и позволяет проводить при прямом смещении.

Он отличается от электронного транзистора во многих отношениях следующим образом:

• Диод — это полупроводниковый прибор с двумя выводами, в то время как транзистор имеет тройное количество выводов.

Выводы диода обозначаются как анод и катод.

• Наличие единственного перехода с диодом и наличие двойного перехода с электронным транзистором.
• У диода образуется одна обедненная область. Напротив, в электронном транзисторе сформированы две области обеднения.
• В то время как электронный транзистор может выполнять ошибочные функции переключения и усиления, диод действует только как переключатель.
• Для работы необходима одна батарея для диода, а для электронного транзистора — две батареи.

Может ли электронный транзистор усиливать постоянный ток?

Транзистор с биполярным переходом может усиливать сигнал постоянного тока.

Однако входной источник должен быть отделен от усиленного сигнала.

Кроме того, транзистор не должен быть участником репликации.

Можно ли тестировать электронные транзисторы в цепи?

Да, можно.

Цепь — это круговой путь или петля, по которой пропускается электричество для некоторой полезной функции.

Вы найдете схемы с разными компонентами на пути электронного потока для измерения различных параметров.

Когда один компонент в цепи выходит из строя, это также приводит к отказу цепи.

Транзистор может быть включен в схему как переключатель или усилитель.

Схема, содержащая транзисторы, может выйти из строя по следующим причинам.

Может случиться так, что он разомкнут, а не замкнут, что приведет к разрыву цепи. Это могло также привести к короткому замыканию в цепи, ограничивая поток электронов в цепи.

Таким образом, можно провести тест транзисторов, чтобы установить их исправность.

Следующие шаги помогут вам установить состояние транзисторов в цепи.

• Во-первых, цепь должна быть отключена от источника питания перед проведением теста.

Кроме того, необходимо отвести накопленную мощность в конденсаторах.

Это можно сделать, одновременно применив металлические контакты на обоих выводах конденсатора.

• Найдите выводы транзистора. В случае нечеткой идентификации обратитесь к производителю устройства.
• Используя цифровой мультиметр, вы можете настроить прибор на диод или сопротивление.

Подключив его выводы к выводам транзистора, можно увидеть показания.

• Запишите измеренные значения, полученные для соединения базы с коллектором и коллектора с базой.

Для этого подключите один вывод к базе, а другой — к разъему. Затем вы меняете отведения для последующего обратного чтения.

• Повторите описанную выше процедуру для значений измерения для соединения базы с эмиттером.

Ожидаемое измеренное значение для обоих направлений для основания должно давать либо цифру около 600, либо бесконечность соответственно.

Измеренные значения для вышеуказанных тестов могут указывать на аналогичное значение, такое как ноль или бесконечность для обоих направлений.

Это означает, что транзистор неисправен.

Нулевое значение в обоих тестовых примерах указывает на закороченный транзистор. С другой стороны, значение бесконечности указывает на открытый диод транзистора.

Что такое транзисторы NPN и PNP?

Транзистор NPN против транзистора PNP

Вы обнаружите, что транзистор NPN и транзисторы PNP представляют собой два разных типа транзисторов с биполярным переходом.

Они различаются в зависимости от легирования полупроводника и конфигурации.

Легирование полупроводников — это когда они становятся более положительно или отрицательно заряженными.

Когда полупроводниковый материал сделан с большим количеством электронов, он считается n-типом.

Когда требуется избыток отверстий, он становится р-типа.

Размещение n-типа, затем p-типа, а затем другого n-типа создает NPN-транзистор.

Размещение полупроводникового слоя n-типа между двумя кремниевыми слоями p-типа дает в результате PNP-транзистор.

Средний уровень всегда является базовым.

В чем разница между транзисторами NPN и PNP?

Вы обнаружите следующие основные различия между транзисторами NPN и PNP:

• Транзистор NPN характеризуется движением электронов во время проводимости. При проведении ПНП характерно движение дырок.
• Эмиттер NPN-транзистора подключен к отрицательной клемме аккумулятора.

Для транзистора PNP эмиттер подключается к положительной клемме батареи.

• Ток течет от коллектора к эмиттеру в NPN-транзисторе. При использовании PNP-транзистора ток идет от эмиттера к коллектору.
• Транзистор NPN включается при попадании электронов в базу.

С другой стороны, попадание отверстий вызывает включение PNP-транзистора.

• Носителем заряда для NPN-транзистора являются электроны, а для PNP-транзистора — дырки.

По этой причине транзисторы NPN имеют более длительное время переключения, чем транзисторы PNP.

Что такое BJT?

BJT

Транзистор с биполярным переходом является биполярным из-за активного участия как основных, так и неосновных носителей заряда.

Клеммы BJT допущены, чтобы возиться с их полярностью.

Таким образом, вы найдете одну с избытком электронов и мать с большинством дырок.

В полупроводниковом материале n-типа электроны являются основным носителем заряда.

Кроме того, в полупроводниковом материале p-типа основными носителями заряда являются дырки.

Кроме того, расположение этих полупроводниковых слоев обеспечивает два типа BJT.

Это транзистор NPN и транзистор PNP.

Как работает биполярный транзистор?

Эмиттер больше базы и меньше коллектора.

Он функционирует как поставщик заряда для коллектора через базу.

Таким образом, вы обнаружите, что он более легированный, чем другие выводы.

Основание — самое маленькое и менее легированное из трех выводов.Это препятствует рекомбинации носителей заряда перед входом в вывод коллектора.

Коллектор — самый большой из терминалов по размеру.

Его уровень легирования выше, чем у базы, и ниже, чем у выводов эмиттера.

Разница в размерах учитывает рассеивание тепла; генерируются носителями заряда в процессе их движения.

Чтобы объяснить работу BJT, рассмотрим несмещенный NPN-транзистор.

Беспристрастность означает отсутствие источника напряжения вне системы.

Когда транзистор несмещен, избыточные носители заряда (считывающие электроны) в эмиттере перемещаются к базе.

Как уже упоминалось, база мала, позволяя рекомбинацию только нескольких электронов, а остальные перемещаются к коллектору.

Для NPN-транзистора носителями заряда в эмиттере являются электроны и дырки в коллекторе.

Когда электроны от эмиттера попадают на коллектор, они соединяются с дырками.

Ток создается движением электронов и дырок при их рекомбинации.

Почему BJT называется устройством с контролем тока?

BJT называется устройством с контролем тока, так как ток базы определяет ток от эмиттера к коллектору.

В чем разница между UJT и BJT?

Вы обнаружите, что и однопереходный транзистор , и биполярный транзистор имеют три контакта.

Однако они различаются по количеству переходов: UJT имеет один переход, а BJT — два перехода.

Кроме того, в однопереходном транзисторе только большинство носителей заряда инициируют прохождение тока.

Для BJT как основные, так и неосновные носители заряда обладают способностью определять течение тока.

UJT

BJT

В чем разница между BJT и FET?

Следующие различия относятся к типам транзисторов BJT и FET.

• BJT имеет два перехода, а полевой транзистор — один переход.

Следовательно, в работе БЮТ задействованы как основные, так и неосновные носители заряда. Напротив, операция FET включает только большинство перевозчиков.

• Работа биполярного транзистора регулируется приложением тока.

Для полевого транзистора работа инициируется приложением напряжения.

• FET имеет более высокую скорость переключения и частоту среза по сравнению с BJT.

Это связано с тем, что BJT включает в себя как основные, так и неосновные носители заряда во время работы с полевым транзистором, использующим только основные носители.

• BJT имеет меньшее входное сопротивление, чем FET. Это можно объяснить смещением в прямом направлении его входной цепи в отличие от обратного смещения полевого транзистора.
• Полевой транзистор обладает большей термостойкостью и радиационной стойкостью по сравнению с биполярным транзистором.

На биполярный переходной транзистор больше влияют экстремальные температурные условия и повышенный уровень излучения.

• При изготовлении интегральных схем полевые транзисторы предпочтительнее биполярных транзисторов из-за их небольших компактных размеров.

Таким образом, на одной микросхеме можно разместить множество транзисторов.

• Стоимость производства полевых транзисторов сравнительно невысока по сравнению с BJT. Это отчасти подкрепляет популярность полевых транзисторов по сравнению с BJT.
• BJT демонстрирует повышенный уровень шума во время работы, в то время как FET менее шумный.

Почему полевой транзистор называется полевым транзистором?

Полевой транзистор назван так из-за режима работы этого типа транзистора.Когда к источнику прикладывается напряжение, создается электрическое поле.

Это поле взаимодействует с электронами, заставляя их двигаться.

Полевые транзисторы

Является ли полевой транзистор униполярным устройством?

Да, это так.

Полевой транзистор является униполярным, поскольку во время работы он использует только основные несущие.

Это контрастирует с биполярным транзистором, который использует в своей работе как основные, так и неосновные носители.

Кроме того, полевой транзистор, таким образом, может обеспечить более высокую скорость переключения и частоту отсечки по сравнению с BJT.

Какие типы полевых транзисторов?

Полевые транзисторы разделены на две категории.

Это полевой транзистор с переходом и полевой транзистор металл-оксид-полупроводник.

· Соединительный полевой транзистор

JFET

Конструкция соединительного полевого транзистора включает канал из проводящего полупроводникового материала p-типа или n-типа.

Кроме того, на одном конце канала расположен исток, а на другом — сток.

Кроме того, он имеет затвор, изготовленный из полупроводникового материала, отличного от материала каналов.

Именно к этим затворам прикладывается электрическое поле, используемое для направления тока.

Когда на JFET подается напряжение, устанавливается проводимость.

Таким образом, переходной полевой транзистор имеет высокое входное сопротивление и частоту отсечки, а также более высокую коммутируемую мощность.

Когда канал сделан из полупроводникового материала n-типа, его носителями заряда являются электроны.

Кроме того, в кремнии p-типа носителями заряда являются дырки. Дырки — это термин, используемый для обозначения дефицита электронов.

Полевые транзисторы имеют только один переход.

Для соединительного полевого транзистора, соединение находится на пересечении ворот и канала.

Затвор и канал обычно состоят из разных полупроводниковых материалов.

Таким образом, перекресток всегда является перекрестком P-N.

Кроме того, протекание тока в переходе определяется приложением постоянного напряжения.

Опять же, размер обедненной области также зависит от приложенного обратного напряжения. Это дает больше места для проводимости тока.

Переход может быть сильно смещен, так что истощающий слой покрывает весь канал.

Когда это происходит, говорят, что канал отключен.

· Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник также разработан с проводящим каналом из полупроводникового материала p-типа или n-типа.

MOSFET

Затвор полевого транзистора металл-оксид-полупроводник покрыт оксидным слоем.

Слой оксида металла очень тонкий, поэтому он уязвим для повреждений.

Изоляция затвора оксидом металла обеспечивает отсутствие тока между затвором и каналом.

Таким образом, металл-оксид-полупроводник имеет высокий входной импеданс.

Каковы преимущества полевого транзистора?

Вы обнаружите следующие преимущества в использовании полевых транзисторов:

• полевые транзисторы имеют более высокое входное сопротивление, чем биполярные транзисторы, в результате того, что они являются устройствами, управляемыми напряжением.

Это дает им возможность сохранять заряд в течение длительного времени, что позволяет использовать их в качестве устройств хранения.

• Полевые транзисторы имеют значительно более низкий уровень шума, чем транзисторы с биполярным переходом.

Это обеспечивает довольно тихую работу.

• Желательны уровни термической устойчивости и радиационной стойкости полевых транзисторов.

Это позволяет использовать полевые транзисторы в условиях экстремальных температур, а также в средах с высоким уровнем излучения.

• Полевые транзисторы имеют небольшой размер и низкие производственные затраты. Это позволяет использовать их в качестве строительных блоков в интегральных схемах, где несколько из них могут быть размещены на одном кристалле.
• Полевые транзисторы обладают высокой эффективностью, имеют широкий диапазон рабочих частот и способность рассеивать потоки большой мощности.

Для чего используются полевые МОП-транзисторы?

Вы обнаружите, что полевые МОП-транзисторы являются неотъемлемой частью цифровых и аналоговых схем, обеспечивая широкий спектр приложений.

Некоторые известные приложения MOSFET упомянуты ниже.

• Из-за своего небольшого размера и прочности, полевые МОП-транзисторы используются в производстве микросхем интегральных схем.

Они также имеют низкие производственные затраты, что позволяет изготавливать чипы с высокой плотностью.

• МОП-транзисторы необходимы при создании микропроцессоров, жизненно важных для работы компьютерных систем.
• Высокое входное сопротивление полевых МОП-транзисторов позволяет сохранять заряд в течение длительного времени.

Это позволило использовать полевые МОП-транзисторы в качестве запоминающих устройств, где они хранят данные в виде заряда.

• В бытовой электронике, такой как калькулятор, мобильный телефон, домашние развлекательные системы, МОП-транзисторы используются для выполнения различных функций.
• MOSFET широко используются в индустрии информации и связи. В радиочастотных приложениях используются усилители, построенные на полевых МОП-транзисторах.

Что такое параметры H?

Параметры h также называются гибридными параметрами.

Они используются для определения отношения ввода-вывода транзисторных схем, где измерение параметров z или y затруднено.

Кроме того, они используются при описании взаимосвязи между напряжением и током, обеспечивая основу для моделирования. Некоторые параметры h для транзисторов с биполярным переходом включают входное сопротивление, выходную проводимость, коэффициент усиления по току и коэффициент обратной связи.

Что такое силовой транзистор?

Силовой транзистор — это транзистор, предназначенный для управления большими токами и мощностью.

Это устройство на кремниевой микросхеме с тремя выводами и возможностью усиления и переключения электрического сигнала.

В звуковом оборудовании используются силовые транзисторы.

Что такое усиление транзистора?

Коэффициент передачи прямого тока транзистора с общей базой известен как коэффициент усиления транзистора.

Он сравнивает изменение тока, протекающего через коллектор, и тока через эмиттер.

Падение напряжения между базой и коллектором должно оставаться неизменным.

Как вы настраиваете электронный транзистор?

Ток, протекающий на базе, а также ток и напряжение коллектора жизненно важны для бесперебойной работы транзистора.

Чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия работы для транзистора, он должен быть смещен.

Транзистор смещается путем применения оптимальных значений для условий его тока или рабочего напряжения.

Это необходимо для надлежащего усиления сигнала переменного тока, подаваемого на вход.

Какой рейтинг у электронного транзистора?

Вы обнаружите, что электронные транзисторы могут выдерживать только напряжение и ток до определенного уровня.

Превышение этих уровней обычно приводит к повреждению транзисторов.

Кроме того, на них влияют внешние температуры, и номинальные характеристики основаны на оптимальных температурных условиях.

Ниже приведены некоторые характеристики транзисторов.

• Рассеиваемая мощность : Этот рейтинг описывает максимальную мощность в ваттах, которую может рассеять электронный транзистор.
• Обратные напряжения : Этот рейтинг специфичен для клеммных переходов. Он обеспечивает максимально допустимое обратное напряжение на переходах.Измеряется в вольтах.
• Ток коллектора : Номинальный ток коллектора описывается в амперах и дает максимально допустимый ток коллектора.
• Напряжение насыщения : Напряжение насыщения измеряется в вольтах. Он обеспечивает максимальное значение падения напряжения транзистора между коллектором и эмиттером.

Как видите, есть много аспектов, которые вам нужно узнать об электронных транзисторах.

Я надеюсь, что это руководство упростило вам оценку FET и BJT.

Однако, если у вас есть какие-либо вопросы, по телефону обращайтесь в команду Rantle .

Принципы и практическое использование транзисторов NPN

Основные принципы работы транзисторов NPN

Университеты очень хорошо освещают эту тему, но, несмотря на то, что я все еще пытаюсь обсуждать принципы транзисторов NPN, которые, как мне кажется, легче понять для нетехнических людей. NPN-транзистор — это название, данное биполярному переходному транзистору с двумя материалами типа N или отрицательными носителями, в то время как существует только один материал типа P или положительный носитель.Для транзисторов NPN используются следующие условные обозначения.

Транзисторы

NPN используют приведенную ниже структуру для определения своего материального состава. Есть два материала N-типа, между которыми расположен материал P-типа. В материале N-типа преобладает отрицательный заряд, а в материале P-типа преобладает положительный заряд.

Транзистор

NPN можно рассматривать как два диода с подключенными анодами, как показано на рисунке ниже. Для диода анод — это в основном положительный вывод, в то время как катод — отрицательный вывод, а транзистор NPN имеет два диода с подключенными анодами, поскольку материал типа P состоит из двух материалов типа N.

Транзистор

NPN в настоящее время выпускается во множестве корпусов. Например, популярный NPN-транзистор BC817 малой мощности от NXP имеет несколько корпусов, как показано ниже.

Некоторые силовые агрегаты NPN:

Транзисторы

NPN используются в логических реализациях, электронных переключателях, драйверах реле, драйверах двигателей и усилителях.

Принципы работы и электрические свойства транзисторов NPN

Биполярный переходной транзистор — это устройство, управляемое током.Что это значит? Это означает, что для нормальной работы, как и ожидалось, ему нужен ток к базе. Транзистор работает не от уровня напряжения, приложенного к базе, а от величины тока, протекающего к базе. Благодаря этому свойству теперь очевидно, что вам нужен резистор, включенный последовательно с базой, чтобы установить уровень тока, протекающего через базу.

На самом деле, имея дело с принципами транзисторов NPN, нужно помнить только две общие вещи:

1. Включите прибор

2. Установить режим работы

Сначала вам нужно включить транзистор, прежде чем ток сможет течь к базе. Чтобы включить транзистор, необходимо преодолеть переход база-эмиттер. Напряжение, необходимое для преодоления перехода база-эмиттер (короче VBE), такое же, как и при падении на диоде; около 0,7 В.

В реальном применении VBE должен основываться на техническом описании используемого транзистора. Например, BC817-25 полупроводников NXP, VBEsat изменяется в зависимости от температуры и тока коллектора. См. График ниже.

(В некоторых таблицах данных используется VBEsat для определения напряжения база-эмиттер).

В обычных приложениях напряжение, приложенное к базе, всегда намного выше, чем VBEsat, поэтому изменение VBEsat может не быть проблемой. Однако изменение VBE, если оно не учтено должным образом, поставит под угрозу работу транзистора, так как ток базы изменится, а затем также изменится ток коллектора при работе в активной области.

Как только VBE будет преодолен, произойдет текущее управляемое устройство. Величина тока коллектора будет сильно зависеть от уровня тока базы, пока работа выполняется в активной области.

Базовый и коллекторный ток NPN-транзистора связаны термином бета (β).

Бета = I _C / I _B

Когда транзистор NPN включен, вы можете установить его режим работы, будь то усилитель или переключатель. Они зависят от величины базового тока.

Некоторые термины, используемые в транзисторах

1. Бета или HFE — Бета и HFE взаимозаменяемы производителями.Не путайте, поскольку оба они относятся к коэффициенту усиления транзистора по току, особенно к соотношению I _C к I _B .

Бета = HFE = I _C / I _B

2. Коэффициент усиления по току — соотношение двух токов

3. Базовый ток (I _B ) — ток, протекающий через базу

4. Ток коллектора (I _C ) — ток, протекающий через коллектор

5. Ток эмиттера (I _E ) — ток, протекающий через эмиттер

6.VBE — напряжение база-эмиттер

7. VCE — напряжение коллектор — эмиттер

8. VBC — напряжение база-коллектор

9. ВЭБ — напряжение эмиттер-база

10. VCB — напряжение коллектор-база

11. VB — Базовое напряжение относительно земли

12. VE — напряжение эмиттера относительно земли

13. VC — напряжение коллектора относительно земли

Некоторые принципы и технические характеристики транзисторов NPN:

1. VBE — Базовое напряжение относительно земли минус напряжение эмиттера относительно земли (VB — VE)

2. VCE — Напряжение коллектора относительно земли минус напряжение эмиттера относительно земли (VC — VE)

3. VBC — Базовое напряжение относительно земли минус напряжение коллектора относительно земли (VB –VC)

4. VEB — Напряжение эмиттера относительно земли минус напряжение базы относительно земли (VE — VB)

5. VEC — Напряжение эмиттера относительно земли минус напряжение коллектора относительно земли (VE — VC)

6. VCB — Напряжение коллектора относительно земли минус напряжение базы относительно земли (VC — VB)

Для биполярного переходного транзистора (BJT) наибольшим током является ток эмиттера (I _E ), за ним следует ток коллектора (I _C ), а затем ток базы (I _B ).I _E — это просто сумма I _C и I _B .

I _E = I _C + I _B

В активном режиме I _B находится в микроамперном диапазоне, и можно согласиться, что I _E примерно равно I _C .

I _E ~ I _C

BJT известен своим свойством амплификации, которое определяется термином бета (β). Бета математически определяется как

β = I _C / I _B

Итак, когда вы встретили термин или символ бета в таблице данных, это означает отношение тока коллектора к току базы.

Транзистор

NPN может работать в трех регионах:

1. Активный

2. Отсечка

3. Насыщенность

На рисунке ниже серым цветом обозначена активная область. Светло-голубой оттенок — это область отсечения, а область насыщенности оранжевого оттенка. В активной области работа транзистора NPN определяется с точки зрения линии нагрузки постоянного тока. Это линия, которую можно проследить, когда операция NPN перемещается из-за изменения базового тока (от I _B1 до I _B6 ), VCE и I _C .Точка Q на рисунке просто указывает, где на линии нагрузки постоянного тока падает работа NPN.

В активной области увеличение тока базы будет иметь соответствующее увеличение тока коллектора, как описано в уравнении ниже.

I _C = β X I _B

В области насыщения I _C или ток коллектора максимален. В этой области любое увеличение тока базы больше не повлияет на ток коллектора.Таким образом, уравнение

I _C = β X I _B

на этот раз больше не действует.

В области отсечки, с другой стороны, нет тока коллектора, а также нулевого тока базы. В этой области транзистор NPN просто выключен. В этом регионе VCE равен питанию коллектора.

Требования к подключению транзистора NPN

1. Коллекторное питание (V _CC ) — не должно превышать допустимое напряжение VCE (положительное напряжение)

(Допустимое напряжение VCE указано в таблице данных транзистора и в основном описывается как VCEo или напряжение коллектор-эмиттер с открытой базой)

2.Напряжение смещения базы — должно быть больше требований VBE (положительное напряжение)

3. Базовый резистор — устанавливает базовый ток

4. Резистор эмиттера — установите напряжение и ток эмиттера

5. Коллекторный резистор — установите напряжение и ток коллектора

Ниже приведены некоторые распространенные соединения для транзисторов NPN:

Вариант 1 — простейшее соединение. Он имеет VCC, который является источником питания коллектора, и VBB, который является напряжением, приложенным к базе.Имеет сопротивление базы и коллектора; Rb и Rc. Это соединение очень часто встречается при движении с низкой стороны.

Вариант 2 имеет добавленный эмиттерный резистор. Этот резистор устанавливает напряжение на эмиттере. Это обычное дело для активной работы. Вариант 3 такой же, как Вариант 1, за исключением добавления резистора Rb1. Rb1 гарантирует, что база будет автоматически подключаться к земле, когда приложенное напряжение VBB не будет иметь низкого состояния. По этой причине предотвращается ложное включение NPN-транзистора из-за шума.

Вариант 4 аналогичен варианту 3 плюс резистор Re в эмиттере.Добавленный резистор устанавливает напряжение на эмиттере. Легко установить работу NPN-транзистора в активной области с добавлением Re.

Вариант 5 фактически такой же, как Вариант 4. Единственное отличие состоит в том, что VBB берется из VCC. Вариант 6 аналогичен варианту 4 и 5. Не путайте конденсаторы C1 и C2. При анализе постоянного тока эти конденсаторы рассматриваются как разомкнутые и, таким образом, не являются частью схемы, в результате чего схема становится такой же, как в вариантах 4 и 5.

Вариант 7 совпадает с Вариантом 3, только VBB взят из VCC. Вариант 8 аналогичен варианту 3 и 7. Добавленные конденсаторы C1 и C2 не являются частью схемы при анализе постоянного тока.

Варианты 4, 5 и 6 называются смещением делителя напряжения. Делитель напряжения смещения — наиболее стабильный тип подключения NPN-транзистора. Смещение устойчиво к изменениям в бета-версии устройства. В некоторых приложениях это также сводит к минимуму влияние вариаций VBE.

Факторы, влияющие на стабильность

Принципы транзистора

NPN не должны ограничиваться только установкой правильного смещения, но также необходимо определить некоторые факторы, которые будут влиять на стабильность.Стабильность очень важна при массовом производстве и длительной эксплуатации. Общими факторами, влияющими на стабильность транзистора NPN, являются рабочая температура, вариация VBE и бета-вариация. Рабочая температура может повлиять на параметры транзистора NPN. При проектировании схемы необходимо учитывать влияние рабочих температур. VBE может отличаться от устройства к устройству. Это также будет зависеть от рабочей температуры. Бета-версия будет отличаться от устройства к устройству даже в одной партии. Бета обычно имеет более широкий диапазон.Будьте осторожны, чтобы учесть вариации при разработке схемы.

Смещение делителя напряжения (VDB) минимизирует отклонения, упомянутые выше. VDB на самом деле является наиболее стабильным типом смещения.

Как смещение делителя напряжения минимизирует колебания схемы транзистора NPN и повышает помехоустойчивость

Варианты 4, 5 и 6 — все VDB. Давайте еще больше упростим, почему именно VDB называют наиболее стабильным типом схемы смещения или подключения.

Рассмотрим приведенные ниже значения:

VCC = 10 В, Rb = 135 кОм, Rc = 1 кОм, Rb1 = 10 кОм, Re = 24 Ом, β = 353, VBE = 0.62

Для схемы ниже (VDB) вычисленные значения:

Когда бета дрейфует до 200, новые значения:

Как видите, уровень VOUT увеличился всего на 0,4 В, несмотря на значительное снижение бета-тестирования.

Давайте сравним результат с смещением без делителя напряжения. Давайте просто удалим резистор эмиттера, как показано ниже.

Для бета-версии 353 вычисленные значения:

Когда бета-версия стала 200, вычисленные результаты:

Как вы заметили, около 1.2V увеличение на VOUT. Это очень много по сравнению с смещением делителя напряжения, которое составляет всего около 0,4 В.

Следующий вопрос, на который нужно ответить: как смещение делителя напряжения улучшает помехоустойчивость?

Рассмотрим смещение делителя напряжения в приведенной ниже схеме. В реальных приложениях VBB может быть автономным источником, поступающим от логической схемы или микроконтроллера и т.п. Существует тенденция, что VBB не имеет определенной низкой логики.Если Rb1 отсутствует, база транзистора будет плавающей к тому моменту, когда вы намереваетесь выключить транзистор. Это не очень хорошая практика проектирования, поскольку шум может вызвать срабатывание базы и ложное включение транзистора.

При наличии RB1 нет никаких шансов, что шум может ложно включить базу, поскольку база связана с землей цепи через RB1.

Как определить, является ли транзистор NPN?

1. Использование Интернета — если вы знаете номер детали, то очень легко определить, есть ли у вас подключение к Интернету.

2. Использование цифрового измерителя — если у вас есть цифровой измеритель, установите его в диодный режим. Вставьте щуп измерителя в любые два контакта. Как только вы получаете падение диода (0,5 ~ 0,7 В), вы измеряете либо базу-эмиттер, либо базу-коллектор. Поочередно установите один датчик на один контакт, а другой — на любой из двух других контактов. Как только вы прочитаете то же падение диода, вы получите контакт базы транзистора на устойчивом пробнике. Если устойчивый зонд положительный, транзистор NPN. Если устойчивый пробник отрицательный, то транзистор — PNP.

NPN-транзистор общего назначения

Существуют различные приложения, в которых используются транзисторы NPN. Рассмотрим самые распространенные; 1. Переключатель 2. Логика и 3. Усилитель

Для коммутационных и логических приложений транзистор настроен на работу с отсечкой и насыщением.

Для усилителя транзистор работает только в активной области.

Коммутатор и логические операции

Для того, чтобы транзистор мог выполнять эти функции, он должен быть переведен в режим насыщения и отключен.Для насыщения должно быть достаточно тока базы. Для отключения должен быть способ выключить транзистор.

Как насытить NPN-транзистор

1. Первое, что нужно сделать, это выбрать правильную конфигурацию цепи

Выберите структуру схемы, которая мало зависит от бета-версии устройства. В качестве руководства выберите вариант 1 и 3.

Лично я выберу вариант 3 из-за наличия Rb1, который добавит помехозащищенности

2. Определите уставку тока для базы или коллектора

3. Установите соотношение между током коллектора (I _C ) и базовым током (I _B ) на 2 (или ниже)

4. Вычислите сопротивления

5. Дважды проверьте схему, используя выбранные значения

Пример 1

В приложениях, в которых VBB обеспечивается микроконтроллером (MCU) или любой схемой малой мощности, рекомендуется учитывать уставку базового тока так, чтобы она не превышала номинальные значения микроконтроллера или цепи малой мощности.Например, максимальный ток источника, который может обеспечивать MCU, составляет 4 мА, установите базовый ток (I _B ) не более 75% от этого значения; Итак, уставка тока 3мА для базы.

1. Выберите конфигурацию цепи: с учетом варианта 1 с VBB = 5 В, VCC = 10 В

2. Установить базовый ток I _B

I _B = 3 мА

3. Установите соотношение между током коллектора (I _C ) и базовым током (I _B ) на 2 (или ниже)

Соотношение 2 уже очень жесткое насыщение.В некоторых таблицах данных 10 считается жестким насыщением.

I _C / I _B = 2

I _C = 2 X I _B = 2 X 3 мА = 6 мА

4. Сопротивление вычислений

а. Решить

руб.

Значение Rb легко найти по следующей формуле:

Rb = (VBB-VBE) / I _B

Вы можете принять VBE равным 0,7 В, и это дает 1433,33 Ом для Rb.Ближайшее значение стандартного резистора составляет 1,43 кОм , поэтому используйте это значение.

(Здесь мы использовали VBE 0,7 В, несмотря на тот факт, что VBE может изменяться до 1,2 В в худшем случае, как объяснялось ранее. Однако, поскольку мы установили отношение I _C к I _B равным 2, это обеспечивает жесткую насыщенность, и вариации VBE больше не влияют на это.)

г. Решить Rc

Rc может быть решено по следующей формуле:

Rc = VCC / I _C = 10 В / 6 мА = 1.67 кОм

Ближайшее стандартное значение — 1,69 кОм Ом ; используйте это значение.

5. Дважды проверьте схему, используя выбранные значения

Здесь я провел простое моделирование с выбранными значениями. Я использовал здесь транзистор BC817-25. Моделирование показывает базовый ток I (Rb), равный 3 мА, и 6 мА для тока коллектора I (Rc). Красная линия — это выходное напряжение на коллекторе транзистора. Он показывает 0 В, что означает насыщение транзистора.

Пример 2

1. Выберите конфигурацию цепи: с учетом варианта 3 с VBB = 5 В, VCC = 10 В

2. Установить базовый ток I _B

I _B = 3 мА

3. Установите соотношение между током коллектора (I _C ) и базовым током (I _B ) на 2 (или ниже)

I _C / I _B = 2

I _C = 2 X I _B = 2 X 3 мА = 6 мА

4. Сопротивление вычислений

а.Набор IB1

При использовании варианта 3 вы можете просто запланировать I _B1 ток 1% от I _B . Это означает, что значение Rb1 относительно высокое по сравнению с Rb, и это практично, потому что Rb1 должен иметь высокое сопротивление.

I _B1 = 0,01 X 3 мА = 30 мкА

б. Решить Rb1

Тогда Rb1 можно решить с помощью следующего уравнения:

Rb1 = VBE / I _B1 = 0,7 В / 30 мкА = 23.33 кОм

Ближайшее стандартное значение — 23,4 кОм Ом ; используйте это значение.

г. Решить Iin

Iin — это просто сумма I _B и I _B1 . Итак

Iin = I _B + I _B1 = 3 мА + 30 мкА = 3,03 мА

г. Решить Rb

Чтобы решить Rb, используйте приведенную ниже формулу

Rb = (VBB — VBE) / Iin = (5 В — 0,7 В) / 3,03 мА = 1,419 кОм

Ближайшее стандартное значение — 1.43k Ом ; используйте это значение.

e. Вычислить Rc

Rc может быть решено по следующей формуле:

Rc = VCC / I _C = 10 В / 6 мА = 1,67 кОм

Ближайшее стандартное значение — 1,69 кОм Ом ; используйте это значение

5. Дважды проверьте схему, используя выбранные значения

Здесь я провел простое моделирование с выбранными значениями.Я использовал здесь транзистор BC817-25. Моделирование показывает базовый ток Ib (Q1), равный 3 мА, и 6 мА для тока коллектора Ic (Q1). Синяя линия — это VOUT, снимаемый на коллекторе транзистора. Он показывает 0 В, что означает насыщение транзистора.

Для получения дополнительной информации о насыщении NPN-транзистора прочтите статьи «Определение режима работы транзистора», «Как узнать, насыщен ли транзистор?» и Как довести транзистор до жесткого насыщения.

Выведенные уравнения для общих схем транзисторов NPN

Вот общие схемы транзисторов NPN с производными уравнениями.

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Конфигурации усилителя

Конфигурация общего эмиттера

Все схемы ниже — с общим эмиттером.Общий эмиттер просто означает, что эмиттер не подключен напрямую ни к входу, ни к выходу. В приведенных ниже схемах VBB является входом, и он подключен к базе, а выход — на коллекторе. Общий эмиттер — самая популярная конфигурация усилителя.

Конфигурация общего коллектора

Ниже схемы — общие коллекторы. Общий коллектор просто означает, что коллектор не подключен напрямую ни к входу, ни к выходу. VBB — это вход, который применяется к базе, а выход — у эмиттера.Общий коллектор еще называют эмиттерным повторителем.

Общая базовая конфигурация

Ниже представлена ​​стандартная базовая конфигурация. Эта конфигурация обычно не используется. Я сам не использовал это в реальных приложениях.

NPN транзистор как драйвер реле

Транзистор

NPN легко настроить как драйвер реле. Как драйвер реле, NPN действует как переключатель низкого уровня. Это означает, что NPN сама по себе будет обеспечивать путь заземления к другой стороне реле.Ниже представлена ​​схема драйвера реле. Реле состоит из Lcoil и Rcoil, которые означают индуктивность и сопротивление катушки соответственно.

Q1 будет тем, который соединит нижнюю сторону реле с землей, чтобы катушка запиталась. Когда на узле VIN имеется высокий сигнал, Q1 насыщается и подключает реле к земле. С другой стороны, когда на узле VIN нет сигнала, Q1 отключит путь реле. R2 в этом приложении добавляет помехоустойчивость, особенно когда источник в узле VIN имеет положительное напряжение или открыт.D1 используется для защиты транзистора реле обратной ЭДС напряжения отдачи. D1 очень важен, не забывайте об этом!

Правильный выбор компонентов

Драйвер реле должен подключать другую сторону реле к земле (или положительному источнику питания для других реализаций) с идеально нулевым падением напряжения. Это означает, что транзистор должен работать в режиме жесткого насыщения. Жесткое насыщение просто означает, что даже в худшем случае транзистор останется в насыщении.

Пример:

Давайте подадим правильные значения в вышеуказанную схему. V1 = 12 В, VIN = 5 В, Rcoil = 330 Ом.

1. Вычислить ток коллектора (I _C )

I _C = V1 / Rcoil = 12 В / 330 Ом = 36,37 мА

2. Установите базовый ток для обеспечения жесткого насыщения

Значение I _C / I _B от 10 и ниже считается жестким насыщением.Давайте рассмотрим здесь 10 в этом примере. Однако вам все равно нужно проверить минимальную бета-версию транзистора, используемого в приложении. Выбранный I _C / I _B должен быть намного ниже минимального значения бета, указанного в таблице данных.

I _C / I _B = 10

I _B = I _C /10 = 36,37 мА / 10 = 3,64 мА

Вы не можете просто установить отношение IC / IB на очень низкое значение, потому что это даст высокий базовый ток.Вы должны установить базовое значение тока, которое не будет превышать допустимую по току схему, обеспечивающую сигнал на узле VIN.

3. Вычислить сопротивления

Для VIN = 5 В R2 можно установить на 10k Ω . Назначение R2 — только обеспечить соединение базы с землей, когда VIN находится в разомкнутом состоянии, поэтому 10 кОм уже является хорошим значением.

Поскольку R2 известен, ток, протекающий через него, может быть решен как

I _R2 = VBE / R2 = 0.7 В / 10 кОм = 70 мкА

Мы использовали здесь 0,7 В для VBE, поскольку типичное значение транзисторов VBE составляет 0,7 В. Для точного расчета вы можете ознакомиться с таблицей данных используемой детали.

Тогда ток на R3 также можно рассчитать с помощью:

I _R3 = I _R2 + I _B = 70 мкА + 3,64 мА = 3,71 мА

Наконец, R3 можно вычислить с помощью следующего уравнения:

R3 = (VIN — VBE) / I _R3 = (5V — 0.7 В) / 3,71 мА = 1,16 кОм Ом .

Выберите ближайшее стандартное значение резистора.

4. Рассчитать рассеиваемую мощность

После того, как все значения известны, приступим к расчету мощности. Выбор устройств с невысокими номиналами приведет к отказу цепи.

A. Рассеиваемая мощность Q1

P _Q1 = I _B X VBE + VCE X I _C

В приведенных выше расчетах мы не учитываем фактическое устройство VCEsat (или уровень насыщения VCE).На самом деле это не ноль, даже несмотря на то, насколько насыщен транзистор. Всегда сверяйтесь с таблицей данных. Давайте использовать в этом примере 100 мВ. Итак,

P _Q1 = I _B X VBE + VCE X I _C = 3,64 мА X 0,7 В + 0,1 В X 36,37 мА = 6,185 мВт

B. R2 Рассеиваемая мощность

P _R2 = I _R2 X I _R2 X R2 = 70 мкА X 70 мкА X 10 кОм = 49 мкВт

C. Рассеиваемая мощность R3

P _R3 = I _R3 X I _R3 X R3 = 3.71 мА X 3,71 мА X 1,16 кОм = 16 мВт

D. Рассеиваемая мощность реле

PRelay = I _C X I _C X Rcoil = 36,37 мА X 36,37 мА X 330 Ом = 436,5 мВт

Выберите детали с более высокой номинальной мощностью по сравнению с результатом расчета выше.

Я провел простое моделирование, чтобы проверить схему, используя выбранные значения. У меня напряжение VCE около нуля вольт, это означает, что транзистор насыщается. Я также получаю ток коллектора 36 мА, что совпадает с расчетным значением.

Поиск и устранение неисправностей в схемах транзисторов NPN

Общие

При поиске и устранении неисправностей важно знать основные факты о транзисторе NPN. Вы должны знать, что VBE может варьироваться от 0,6 В до 1,2 В (хотя 1,2 В в худшем случае). Когда вы кладете положительный зонд вольтметра на базу, а отрицательный — на эмиттер, вы должны показывать в пределах 0,6–1,2 В после подачи питания на схему. Если вы читаете 0 В, транзистор база-эмиттер закорочен.С другой стороны, если вы читаете уровень, совпадающий с VBB или подаваемое напряжение на базу, база-эмиттер транзистора выключена или транзистор просто не проводит ток.

Если схема транзистора настроена на работу в режиме насыщения, вы должны прочитать 0 В на VBE, поместив положительный датчик вольтметра на коллектор, а отрицательный — на эмиттер, как только на схему подано питание и на базу имеется положительное напряжение. И наоборот, если нет питания на базе или напряжение базы отрицательное, вы должны прочитать уровень, равный VCC.

Специальные схемы

А.

Режим отказа: выход всегда низкий (0 В)

Возможные дефекты:

1. Короткое замыкание Q1
2. Открыть Rc

Режим отказа: выход всегда высокий

Возможные дефекты:

1. Открытый
руб.
2. Неисправный Q1

Режим отказа: Выходной сигнал периодически низкий и высокий

Возможные дефекты:

1. Плохой припой на Rb или дефектный Rb
2. Плохой припой на Q1 или неисправный Q1
3. Плохой припой на Rc или неисправный Rc

Б.

Режим отказа: выход всегда низкий (0 В)

Возможные дефекты:

1. Короткое замыкание Re
2. закорочены как Re, так и Q1

Режим отказа: всегда выводится VCC

Возможные дефекты:

1. открытый 1 квартал
2. открытый Re
3. замкнутый RC

Режим отказа: Выход не равен нулю, не VCC, не прерывистый, но неверный на основе расчета

Возможные дефекты:

1. Открытый пульт

Режим отказа: выход неустойчиво

Возможные дефекты:

1. Проверить все детали на плохой припой
2. : если нет холодного припоя, значит деталь неисправна.Измерьте сопротивление и проведите проверку диодов на Q1.

С.

Режим отказа: выход всегда низкий (0 В)

Возможные дефекты:

1. Открытый пульт
2. Короткое замыкание Q1 C-E

Режим отказа: выход всегда высокий или VCC

Возможные дефекты:

1. неисправен Q1
2. открытый
руб.
3. закорочен Rb1 (или изменен на меньшее значение)

Режим отказа: выход неустойчиво

Возможные дефекты:

1. Проверить все детали на плохой припой
2. : если нет холодного припоя, значит деталь неисправна.Измерьте сопротивление и проведите проверку диодов на Q1.

Основы транзисторов

Основы транзисторов

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

ТРАНЗИСТОРЫ

В. Райан 2002 — 09

PDF ФАЙЛ — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПЕЧАТНОЙ ВЕРСИИ РАБОЧАЯ ТАБЛИЦА НА ОСНОВЕ УПРАЖНЕНИЯ НИЖЕ
Транзисторы можно рассматривать как разновидность переключателя, так как может много электронных компонентов.Они используются в различных схемах и вы обнаружите, что схема, построенная в школе, Технологический отдел не содержит хотя бы одного транзистора. Они есть центральный в электронике и бывает двух основных типов; НПН и ПНП. Наиболее схемы обычно используют NPN. Есть сотни работающих транзисторов. при разных напряжениях, но все они попадают в эти две категории.
			ДВА ПРИМЕРА РАЗЛИЧНЫЕ ФОРМЫ ТРАНЗИСТОРА
Транзисторы бывают разной формы, но у них есть три отведения (ножки). BASE — вывод, отвечающий за активацию транзистора. КОЛЛЕКТОР — положительный вывод. EMITTER — отрицательный провод. На схеме ниже показан символ транзистора NPN . Они не всегда располагайте так, как показано на схемах слева и справа, хотя вкладка типа, показанного слева, обычно находится рядом с эмиттер.
Выводы на транзистор не всегда может быть в таком расположении. При покупке транзистора, направления обычно четко указывают, какой вывод является БАЗА, ЭМИТТЕР или КОЛЛЕКТОР.
ПРОСТОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРА
ДИАГРАММА ‘A’	ДИАГРАММА ‘B’
На схеме A показан NPN-транзистор, часто используется как переключатель.Небольшой ток или напряжение на база позволяет большему напряжению проходить через два других провода (с коллектора на эмиттер ). Схема, показанная на схеме B , основана на транзисторе NPN. При нажатии переключателя ток проходит через резистор в база транзистора. Затем транзистор позволяет току течет с +9 вольт на 0вс, и лампа загорается. Транзистор должен получить напряжение на своей базе и до тех пор, пока это случается лампа не горит. Резистор присутствует для защиты транзистора, так как они могут быть повреждены легко из-за слишком высокого напряжения / тока. Транзисторы необходимы компонент во многих схемах и иногда используется для усиления сигнала.
ПОДРОБНЕЕ НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ТРАНЗИСТОРЫ (ПАРЫ ДАРЛИНГТОНА)
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ИНДЕКСА ЭЛЕКТРОНИКИ СТР.

.