Как правильно подключить биполярный транзистор. Какие существуют схемы включения транзисторов. Чем отличаются NPN и PNP транзисторы. Как работает транзистор в качестве ключа и усилителя.
Основные понятия о биполярных транзисторах
Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор с тремя выводами, способный усиливать и переключать электрические сигналы. Основные характеристики биполярных транзисторов:
- Три вывода: эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К)
- Два типа проводимости: NPN и PNP
- Способность усиливать ток и напряжение
- Возможность работы в ключевом и усилительном режимах
Принцип работы биполярного транзистора основан на управлении большим током коллектора с помощью малого тока базы. Это позволяет использовать транзистор для усиления сигналов и в качестве электронного ключа.
Типы биполярных транзисторов: NPN и PNP
Существует два основных типа биполярных транзисторов:
NPN-транзисторы
- Состоят из двух областей N-типа (эмиттер и коллектор), разделенных тонким слоем P-типа (база)
- Ток протекает от коллектора к эмиттеру
- Для открытия транзистора на базу подается положительное напряжение относительно эмиттера
PNP-транзисторы
- Состоят из двух областей P-типа (эмиттер и коллектор), разделенных тонким слоем N-типа (база)
- Ток протекает от эмиттера к коллектору
- Для открытия транзистора на базу подается отрицательное напряжение относительно эмиттера
Основное отличие NPN и PNP транзисторов заключается в направлении протекания тока и полярности управляющего напряжения на базе. При проектировании схем важно правильно выбирать тип транзистора в зависимости от требуемой полярности сигналов.
Основные схемы включения биполярных транзисторов
Существует три основные схемы включения биполярных транзисторов:
Схема с общим эмиттером (ОЭ)
- Эмиттер является общим для входной и выходной цепей
- Обеспечивает усиление и по току, и по напряжению
- Инвертирует входной сигнал
- Наиболее распространенная схема включения
Схема с общей базой (ОБ)
- База является общей для входной и выходной цепей
- Усиливает напряжение, но не усиливает ток
- Не инвертирует сигнал
- Имеет высокое входное сопротивление
Схема с общим коллектором (ОК)
- Коллектор является общим для входной и выходной цепей
- Усиливает ток, но не усиливает напряжение
- Не инвертирует сигнал
- Имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление
Выбор схемы включения зависит от требуемых характеристик усиления и входного/выходного сопротивления в конкретном применении.
Подключение биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером
Рассмотрим пошаговое подключение NPN-транзистора в схеме с общим эмиттером:
- Подключите эмиттер транзистора к общей точке схемы (земле)
- Подключите коллектор через резистор к положительному полюсу источника питания
- Подключите базу через резистор к источнику входного сигнала
- Подключите выход схемы к коллектору транзистора
Для корректной работы схемы необходимо правильно выбрать номиналы резисторов базы и коллектора, а также обеспечить необходимое напряжение смещения на базе транзистора.
Транзистор в качестве электронного ключа
Биполярный транзистор может эффективно использоваться в качестве электронного ключа. Основные особенности работы транзистора в ключевом режиме:
- Транзистор работает в режимах насыщения (полностью открыт) или отсечки (полностью закрыт)
- Управление осуществляется подачей тока на базу
- Обеспечивает коммутацию больших токов в нагрузке при малом управляющем токе
- Имеет высокое быстродействие по сравнению с механическими ключами
Для работы транзистора в качестве ключа необходимо обеспечить достаточный ток базы для полного открытия транзистора в активном состоянии. Как правило, ток базы выбирается в 5-10 раз меньше коммутируемого тока коллектора.
Применение биполярных транзисторов в усилительных каскадах
Биполярные транзисторы широко используются для построения усилительных каскадов. Основные преимущества транзисторных усилителей:
- Высокий коэффициент усиления по току и напряжению
- Возможность работы в широком диапазоне частот
- Низкий уровень собственных шумов
- Компактность и низкое энергопотребление
При проектировании усилительных каскадов на биполярных транзисторах важно обеспечить правильный выбор рабочей точки и режима работы транзистора. Это позволяет добиться оптимального соотношения между коэффициентом усиления, линейностью и энергопотреблением схемы.
Заключение
Биполярные транзисторы являются ключевыми компонентами современной электроники. Понимание принципов их работы и основных схем включения позволяет эффективно использовать транзисторы в различных электронных устройствах. При проектировании схем важно учитывать особенности конкретных типов транзисторов и выбирать оптимальные режимы их работы.
Подключение транзистора для начинающих
Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Схемы включения транзистора – для новичков в радиоделе
- Как работает PNP транзистор
- Для начинающих.
Схемы включения транзистора.
- Подключение транзистора к микроконтроллеру
- Принцип усиления транзистора
- транзисторы
- Подключение транзистора для начинающих. В чем разница между NPN и PNP транзисторами
- Биполярный транзистор, принцип работы для чайников
Схемы включения транзистора.ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Резистор — как это работает ?
Схемы включения транзистора – для новичков в радиоделе
Сегодня мы поговорим о транзисторах и подключении нагрузки к Arduino. Сама Ардуино не может выдать напряжение выше 5 вольт и ток больше 40 мА с одного пина.
Этого достаточно для датчиков, светодиодов, но если мы хотим подключить устройства более требовательные по току, нам придется использовать транзисторы или реле.
В этом уроке мы подключим девяти вольтовый моторчик и сервопривод к ардуино с помощью транзисторов. Как уже было сказано выше, ардуино не может обеспечить мотор необходимым током и напряжением. В таких случаях используются транзисторы. Транзистор это радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов.
Обычно у транзисторов 3 вывода: база, эмиттер и коллектор. Алгоритм действия можно сформулировать так: пропустить ток от коллектора к эмиттеру в зависимости от сигнала на базе.
Транзисторы бывают разных типов и номиналов. Об этом можно подробнее почитать на википедии. Будьте внимательны при выборе транзисторов для своих проектов.
Некоторые рассчитаны на пропуск большого напряжения, или большого тока. Так же многие транзисторы не откроются от 5 вольт на базе. Всегда проверяйте характеристики транзисторов перед покупкой в datasheet. Так же обратите внимание, что для управления переменным током используются мосфет транзисторы. Как всегда ничего сложного.
Главное не перепутать выводы транзистора. Обратите внимание на резистор через который ардуино подключена к базе. Это резистор на 1 кОм и нужен он для того что бы обезопасить нашу ардуинку. В видео к схеме добавлены диод и конденсатор, но они не обязательны. Так же можно добавить резистор на 10 — кОм между эмиттером и коллектором для стабильности работы нашей схемы.
Так же не забудьте, что земля на всех уровнях напряжения должна быть объединена. И взглянем на наш код:. Как видите скетч очень прост. По комментариям в коде вы легко разберетесь, что к чему. Единственная конструкция, которую мы еще не использовали это цикл for. Подключение сервопривода практически ни чем не отличается от подключения моторчика.
Отличие в том что у сервы 3 вывода. Плюс, минус и логический. В видео подробно об этом рассказано. Добавим в нашу схему инфракрасный дальномер. Мы уже подключали дальномер, поэтому схему рисовать не буду.
Подключаем его к пину А0. Новый скетч стал еще проще:. Добрый день! Что то не получается с транзистором. Взял ктГ что было. Эмитер соединил с землей самая левая ножка. К коллектору средняя ножка присоединил лампочку одним выводом. На базу подал 5V от ардуино через резистор 1К.
И ничего…. Save my name, email, and website in this browser for the next time I comment. Домой Arduino для начинающих Ардуино для начинающих. Урок 9. Моторы и транзисторы. Servo jeremysServo ;.
Урок SD карта. Ардуино для начинающих. Беспроводная связь. Please enter your comment! Please enter your name here. You have entered an incorrect email address! Данный набор включает в себя все необходимое для обучения Arduino и создания первых проектов. В комплекте есть Arduino Uno, макетные платы, множество датчиков, управляемые механизмы и необходимые радиоэлектронные компоненты.
Полный список есть в этой статье. Набор датчиков и сенсоров для Arduino проектов. Все детали выполнены в удобном формате модулей с обвязкой и удобными выводами. Популярные статьи. Установка и подключение библиотек Arduino. Все что нужно знать о работе с библиотеками Ардуино. Где они хранятся, как их добавлять, как их подключать и как написать свою библиотеку. Аrduino для начинающих. Пошаговое руководство по Arduino для начинающих.
Первые шаги в мир электронных самоделок. В этой статье я расскажу все что нужно знать новичку об Arduino для начала работы и создания собственных проектов. Для правильного распознавания такой платы на компьютере должен быть установлен специальный драйвер PL В этой статье есть ссылка на скачивание этого драйвера для разных операционных систем, а так же инструкция по его установке.
Кэшбэк для Алиэкспресс. Какой кэшбэк выбрать и зачем вообще он нужен? Как это работает? Сравнение 5 лучших кэшбэк сервисов для AliExpress. Поиск самого удобного, надежного и выгодного сервиса.
Книги по Ардуино. В этой статье я собрал для вас самые популярные книги по проектированию устройств на базе микроконтроллеров Ардуино.
Прочитав одну из этих книг вы сможете создавать умные гаджеты и системы автоматизации. Arduino IDE. Драйвер CHG для Arduino. Контакты Карта сайта. Интерфейс SPI. Интерфейс I2C. Serial и processing.
Как работает PNP транзистор
Что такое биполярный транзистор — элементарное полупроводниковое устройство, функциональность которого охватывает изменение либо усиление выходного сигнала от заряженных частиц. Соответственно, данное устройство может быть представлено как два диодных элемента, включенных противоположно друг другу. В простонародье биполярный транзистор пришел на смену морально и физически устаревшим транзисторам лампового вида, которые эксплуатировались очень длительное время в конструкциях телевизоров прошлого столетия. Рисунок 1 — Биполярный транзистор.
Без него при неправильном подключении питания транзистор можно сжечь, а с диодом, если полюса блока питания перепутаете, просто схема не.
Для начинающих. Схемы включения транзистора.
В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности. Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств — от нескольких нанометров бескорпусные элементы, используемые в микросхемах , до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до В. Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и других химических элементов. Сегодня проводятся исследования, готовящие на роль полупроводниковых материалов некоторые виды полимеров, и даже углеродных нанотрубок.
Видимо в скором будущем мы узнаем о новых свойствах графеновых полевых транзисторов. Раньше кристаллы полупроводника располагались в металлических корпусах в виде шляпок с тремя ножками.
Подключение транзистора к микроконтроллеру
Сегодня мы поговорим о транзисторах и подключении нагрузки к Arduino. Сама Ардуино не может выдать напряжение выше 5 вольт и ток больше 40 мА с одного пина. Этого достаточно для датчиков, светодиодов, но если мы хотим подключить устройства более требовательные по току, нам придется использовать транзисторы или реле. В этом уроке мы подключим девяти вольтовый моторчик и сервопривод к ардуино с помощью транзисторов. Как уже было сказано выше, ардуино не может обеспечить мотор необходимым током и напряжением.
Главная О сайте BEAM-робототехника BEAM-роботы Искусственная жизнь BEAM-философия Технологии и устройство Робототехника для начинающих Как сделать первого робота Несколько увлекательных экспериментов с первым самодельным роботом Основы Электроника для начинающих Электронные компонеты Резистор Конденсатор Диод Транзистор Светодиод Фототранзистор Основы электроники Алгебра логики Логическое сложение Логическое умножение Логическое отрицание Законы алгебры логики Логические элементы Логические микросхемы Схемы роботов Разработка схем роботов Математические методы Основы схемотехники Схема робота, ищущего свет Схема робота, избегающего препятствия Технологии Платформы Макетирование Монтаж BEAM-роботов Как сделать робота Как сделать простейшего робота в домашних условиях Как сделать простого робота на одной микросхеме Как создать робота с логической схемой Создание робота для поиска света с элементами логики Робот своими руками, избегающий препятствия Самодельный рисующий робот.
Основы Транзистор.
Принцип усиления транзистора
Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6. А транзистор сгорел из за того, что ты на его базу подал напряжение Напряжение подавать на базу не-ль-зя!!! Конденсаторы Panasonic.
транзисторы
Уберём из схемы эксперимента приборы и источник питания Полученная схема выглядит так:. У транзистора три вывода Их назначение определяется конструкцией транзистора Но мы не обязаны использовать общим выводом для входного и выходного сигнала только эмиттер. С этой целью перенесём резистор R2 из цепи коллектора в цепь эмиттера. Мы уже говорили, что транзистор работает как усилитель тока Мы видели, что он усиливает и напряжение То есть, в конечном счёте, он усиливает мощность входного сигнала У схемы включения с общим эмиттером то преимущество, что сигнал усиливается и по току, и по напряжению Запомним это. В этом случае может создаться впечатление, что коллектор не является общим для входного и выходного сигнала.
Но это не так Батарейка в цепи питания между общим проводом и коллектором имеет такое маленькое внутреннее сопротивление, что можно считать, что общий провод и коллектор в данной схеме — это один и то же провод. Рис 58 Схема включения транзистора с общим коллектором.
Основы электроники для чайников: что такое транзистор и как он работает Если подключить источник питания между коллектором и.
Подключение транзистора для начинающих. В чем разница между NPN и PNP транзисторами
Первым делом давайте вспомним, какой проводимости бывают биполярные транзисторы. Кто читал предыдущие статьи, думаю помнят, что транзисторы бывают NPN проводимости:. Рассмотрим вот такой рисунок:. Здесь мы видим трубу, по которой течет вода снизу вверх под высоким давлением.
Биполярный транзистор, принцип работы для чайников
Усилитель представляет собой четырехполюсник, у которого два вывода являются входом и два вывода являются выходом. Структурная схема включения усилителя приведена на рисунке 1.
Основной усилительный элемент — транзистор имеет всего три вывода, поэтому один из выводов транзистора приходится использовать одновременно для подключения источника сигнала как входной вывод и подключения нагрузки как выходной вывод. Схема с общим коллектором — это усилитель, где коллектор транзистора используется как для подключения входного сигнала, так и для подключения нагрузки.
Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим.
Условно биполярный транзистор можно нарисовать в виде пластины полупроводника с меняющимися областями разной проводимости, состоящие из двух p-n переходов. Причем крайние области пластины обладают проводимостью одного типа, а средняя область противоположного типа, каждая из областей имеет свой персональный вывод. В зависимости от чередования этих областей транзисторы бывают p-n-p и n-p-n проводимости, соответственно. А если взять и прикрыть одну любую часть транзисто, то у нас получится полупроводник с одним p-n переходом или диод.
Часть транзистора, назначением которой является инжекция носителей зарядов в базу называется эмиттером, и соответствующий p-n переход эмиттерным, а та часть элемента, назначение которой заключается в выводе или экстракции носителей заряда из базы, получила название коллектор, и p-n переход коллекторный. Общую зону назвали базой. Различие в обозначениях разных структур состоит лишь в направлении стрелки эмиттера: в p-n-p она направлена в сторону базы, а в n-p-n наоборот, от базы.
Принцип полупроводникового управления электрическим током был известен ещё в начале ХХ века. Несмотря на то, что инженеры, работающие в областях радиоэлектроники, знали как работает транзистор, они продолжали конструировать устройства на основе вакуумных ламп. Причиной такого недоверия к полупроводниковым триодам было несовершенство первых точечных транзисторов.
Биполярный транзистор как ключ (БТ, BJT)
Добавлено 1 сентября 2017 в 07:00
Поскольку коллекторный ток транзистора пропорционально ограничен его током базы, то транзистор можно использовать как своего рода ключ с токовым управлением.
Относительно небольшой поток электронов, передаваемых через базу транзистора, обладает способностью управлять намного большим потоком электронов через коллектор.
Предположим, у нас есть лампа, которую мы хотели включать и выключать с помощью ключа. Такая схема была бы предельно простой, как на рисунке ниже (a).
Для иллюстрации, давайте вставим вместо ключа транзистор, чтобы показать, как он может управлять потоком электронов через лампу. Помните, что управляемый ток через транзистор должен проходить между коллектором и эмиттером. Поскольку мы хотим контролировать ток через лампу, то мы должны подключить коллектор и эмиттер нашего транзистора на место двух контактов ключа. Мы также должны убедиться, что поток электронов через лампу будет двигаться против направления стрелки эмиттера на условном обозначении (направление электрического тока должно совпадать с направлением стрелки), чтобы убедиться, что смещение перехода транзистора будет правильным, как показано на рисунке ниже (b).
Для этой работы может использоваться и PNP транзистор. Схема с ним показана на рисунке выше (c).
Выбор между NPN и PNP может быть произвольным. Всё, что имеет значение, заключается в правильных направлениях токов для правильного смещения перехода (поток электронов двигается против стрелки на обозначении транзистора).
Возвращаясь к NPN транзистору на схеме нашего примера, мы сталкиваемся с необходимостью добавить что-то еще для появления тока базы. Без подключения к выводу базы транзистора ток базы будет равен нулю, и транзистор не сможет включиться, в результате чего лампа всегда будет выключена. Помните, что для NPN транзистора ток базы должен состоять из электронов, протекающих от эмиттера к базе (против обозначения стрелки эмиттера, точно так же, как и поток электронов через лампу). Возможно, проще всего было бы подключить коммутатор между выводом базы транзистора и аккумулятором, как показано на рисунке ниже (a).
Если ключ разомкнут, как показано на рисунке выше (a), вывод базы транзистора остается «висеть в воздухе» (не подключенным к чему-либо), и ток через этот вывод протекать не будет. В этом состоянии говорят, что транзистор закрыт. Если ключ замкнут, как показано на рисунке выше (b), электроны смогут перемещаться от эмиттера, через базу транзистора, через ключ, назад к положительному выводу батареи. Этот ток базы позволит протекать намного большему потоку электронов от эмиттера через коллектор, что приведет к тому, что лампа загорится. В этом состоянии максимального тока говорят, что транзистор открыт/насыщен.
Конечно, может показаться бессмысленным использование транзистора для этого способа управления лампой. В конце концов, мы всё еще используем в схеме ключ, не так ли? Если мы всё еще используем ключ для управления лампой – хотя и косвенно – тогда в чем смысл ставить транзистор для управления током? Почему бы просто не вернуться к нашей первоначальной схеме и использовать ключ напрямую для управления током лампы?
На самом деле здесь можно обратить внимание на два момента.
Во-первых, тот факт, что при таком способе через контакты ключа должен проходить лишь небольшой ток базы, необходимый для открытия транзистора; транзистор сам обрабатывает большой ток лампы. Это может быть важным преимуществом, если переключатель может пропускать небольшой ток: небольшой переключатель может использоваться для управления относительно мощной нагрузкой. Что еще более важно, управляемое током поведение транзистора позволяет нам использовать что-то совершенно другое для включения и выключения лампы. Рассмотрим рисунок ниже, где пара солнечных элементов обеспечивает 1В для преодоления 0,7В напряжения база-эмиттер, что позволит протекать току через базу, который, в свою очередь, управляет лампой.
Или мы можем использовать термопару (несколько соединенных последовательно термопар), чтобы обеспечить протекание тока базы, необходимого для открывания транзистора, как показано на рисунке ниже.
Даже микрофон (рисунок ниже) с достаточным напряжением и током (от усилителя) может открыть транзистор, если сигнал на его выходе выпрямляется из переменного напряжения в постоянное так, чтобы на PN-переход эмиттер-база транзистора подавалось прямое смещение.
Усиленный сигнал микрофона выпрямляется в постоянное напряжение для смещения базы транзистора, обеспечивающего больший ток коллектора (стрелками показано направления движения потоков электронов, электрические токи направлены в противоположную сторону)К настоящему времени должен быть очевиден следующий момент: любой достаточный источник постоянного тока может использоваться для открывания транзистора, и от этого источника требуется лишь малая часть тока, необходимого для включения лампы.
Здесь мы видим, что транзистор работает не только как коммутатор, но и как настоящий усилитель: использует относительно слабый сигнал для управления относительно большой величиной мощности. Обратите внимание, что фактическое питание для зажигания лампы исходит от батареи справа на схеме. Это не малый ток сигнала от солнечного элемента, термопары или микрофона магически трансформируется в большее количество энергии. Скорее эти маломощные источники просто контролируют мощность батареи для зажигания лампы.
Подведем итоги:
- Транзисторы могут использоваться в качестве коммутирующих элементов для управления постоянным напряжением, поступающим на нагрузку. Переключаемый (управляемый) ток проходит между эмиттером и коллектором; управляющий ток проходит между эмиттером и базой.
- Когда через транзистор не протекает ток, говорят, что транзистор находится в закрытом состоянии (полностью не проводит ток).
- Когда через транзистор протекает максимальный ток, говорят, что транзистор находится в открытом состоянии, состоянии насыщения (полностью проводит ток).
Оригинал статьи:
- The Transistor as a Switch (BJT)
Теги
Биполярный транзисторКоммутаторКоммутацияОбучениеТранзисторный ключЭлектроникаНазад
Оглавление
Вперед
Объяснение урока: Транзисторы | Nagwa
В этом объяснителе мы научимся описывать, как транзисторы можно использовать в качестве электрических переключателей в цепях.
Наиболее важным свойством транзистора является то, что он может действовать как переключатель. Точнее, транзистор может сделать небольшое изменение тока, что приведет к гораздо большему изменению тока.
Транзистор содержит три легированные полупроводниковые области.
Легированный полупроводник n-типа состоит из атомной решетки, в которой свободных электронов больше, чем атомов с вакансиями во внешних оболочках.
Легированный полупроводник p-типа состоит из атомной решетки, которая содержит больше атомов с вакансиями во внешних оболочках, чем свободных электронов.
Транзистор можно изготовить, поместив полупроводник p-типа между двумя полупроводниками n-типа. Транзистор также можно получить, поместив полупроводник n-типа между двумя полупроводниками p-типа.
Эти типы транзисторов показаны на следующем рисунке.
Транзисторы NPN и PNP состоят из трех областей.
При подключении к цепи транзистор имеет соединение с цепью из каждой из своих областей.
Три области транзистора называются
- эмиттером,
- коллектором,
- базой.
База легирована намного слабее, чем эмиттер.
Цепь, соединяющая эти три области таким образом, называется схемой конфигурации с общим эмиттером. Это показано на следующем рисунке.
Мы видим, что транзистор в схеме является транзистором NPN.
Чтобы в этой цепи был ток, в какой-то части цепи должна быть разность потенциалов.
В транзисторной схеме фактически имеется источник разности потенциалов в каждом контуре схемы. Резистор также включен в каждый контур схемы.
Схема, включая все ее компоненты, показана на следующем рисунке.
Транзисторная схема также может быть представлена с помощью символа транзисторной схемы. Это показано на следующем рисунке.
Для транзистора PNP символ немного отличается, как показано на следующем рисунке.
Напомним, что приложение разности потенциалов к границе полупроводниковых материалов p-типа и n-типа приводит к прямому или обратному смещению через границу материалов.
Давайте рассмотрим пример с транзисторной схемой.
Пример 1. Определение областей транзистора
NPN-транзистор подключен к двум источникам постоянного тока, как показано на схеме. Две n-области идентичны.
- Какая из областей транзистора является областью коллектора?
- Какая из областей транзистора является эмиттерной?
Ответ
Часть 1
Положительная клемма источника, которая подключается как к N, так и к N, подключается к N.
Для NPN-транзистора с общим эмиттером положительная клемма истока, которая подключается как к N, так и к N, соединяется с коллектором.
Следовательно, N является коллектором.
Часть 2
Отрицательная клемма источника, которая подключается как к N, так и к N, подключается к N.
Для NPN-транзистора с общим эмиттером отрицательная клемма источника, которая подключается как к N, так и к N, соединяется с эмиттером.
Следовательно, N является излучателем.
На ток в цепи транзистора влияют смещения на границах базы и прилегающих к ней областях.
На следующем рисунке показано, как материалы p-типа и n-типа в транзисторе NPN реагируют на источники разности потенциалов в цепи. Свободные электроны показаны синими кружками. Вакансии показаны красными кольцами.
На диаграмме показаны четыре важные вещи:
- Базовая область тоньше, чем области коллектора и эмиттера. У настоящего транзистора базовая область очень тонкая по сравнению с другими областями. Разница в толщине намного больше, чем показано на диаграмме.
- Концентрация вакансий в базовой области значительно ниже концентрации свободных электронов в эмиттерной и коллекторной областях.
- Эмиттер смещен в прямом направлении, а коллектор смещен в обратном направлении.
- Отрицательные клеммы обоих источников разности потенциалов имеют одинаковый потенциал.
Разница в толщине намного больше, чем показано на диаграмме.Токи в различных частях этой цепи зависят от полупроводниковых свойств и размеров областей эмиттера, базы и коллектора.
В схеме направления тока для каждого соединения транзистора следующие:
- Имеется ток вне связи с областью эмиттера. Это можно обозначить 𝐼E.
- В соединении области коллектора присутствует ток. Это можно обозначить как 𝐼C.
- В соединении базовой области присутствует ток. Это можно обозначить как 𝐼B.
Эти токи показаны на следующем рисунке. Также показан поток свободных электронов.
Мы видим, что 𝐼E возникает из-за движения свободных электронов из эмиттера в базовую область.
Свободные электроны, движущиеся от эмиттера к базе, ускоряются прямым смещением на эмиттере по направлению к коллектору. Большинство этих электронов имеют достаточную энергию, чтобы преодолеть эффект обратного смещения на коллекторе и перейти в область коллектора.
Небольшая часть электронов из области эмиттера рекомбинирует с вакансиями в базе. Базовый ток состоит из этих электронов.
Величина 𝐼B по сравнению с 𝐼C зависит от толщины базовой области и от разницы в концентрации легирования эмиттерной и базовой областей.
Существует формула, связывающая токи в транзисторной цепи.
Формула: связь между токами эмиттера, базы и коллектора
Значения тока коллектора 𝐼C, тока эмиттера 𝐼E и тока базы 𝐼B связаны следующим образом: 𝐼=𝐼+𝐼.ECB
Отношение 𝐼C к 𝐼B является важной величиной для транзисторной схемы. Для схемы транзистора с общим эмиттером значение 𝐼B обычно намного меньше, чем 𝐼C. Это связано с тем, что базовая область имеет низкую концентрацию и толщину легирования по сравнению с областью коллектора.
Отношение 𝐼C к 𝐼B можно определить, выразив 𝐼C как долю 𝐼E. Константа пропорциональности между 𝐼C и 𝐼E называется 𝛼. Это значит, что 𝐼=𝐼𝛼.CE
Должно быть, поэтому 𝐼=𝐼(1−𝛼).BE
Таким образом, отношение 𝐼C к 𝐼B определяется выражением 𝐼𝐼=𝐼𝛼𝐼(1−𝛼)𝐼𝐼=𝛼1−𝛼=𝛽,CBEECB где 𝛽 называется усилением по току схемы.
Формула: Коэффициент усиления по току в соединении с общим эмиттером
Коэффициент усиления по току транзисторной схемы 𝛽 определяется выражением 𝛽=𝐼𝐼,CB где 𝐼C — ток коллектора, а 𝐼B — ток базы.
Величина 𝐼B по сравнению с 𝐼C зависит от толщины базовой области и от разницы в концентрации легирования эмиттерной и базовой областей.
Для цепи, где 𝐼≪𝐼,БК должно быть так, что 𝛼≈1 и, следовательно, 𝛽 — очень большое значение.
На следующем рисунке показана схема транзистора с общим эмиттером с маркировкой различных значений схемы.
Показаны токи 𝐼C, 𝐼E и 𝐼B, а также: разность потенциалов на базе и эмиттере,
Контакт эмиттерной области транзистора находится под нулевым потенциалом по сравнению с 𝑉CC и 𝑉BE.
𝑉BE называется входным потенциалом, а 𝑉CE называется выходным потенциалом.
Давайте рассмотрим пример с токами в цепи транзистора.
Пример 2. Определение токов в цепи транзистора
NPN-транзистор подключен к источнику питания с напряжением 𝑉CC. Источник питания с напряжением 𝑉EB подключен к выводам эмиттера и базы транзистора, как показано на схеме. Есть ток 𝐼=99,5 смА между 𝑉CC и выводом коллектора, ток 𝐼E между 𝑉EB и выводом эмиттера и ток 𝐼=0,5 БмА между 𝑉EB и выводом базы.
- Рассчитать 𝐼E.
- Найдите скорость, с которой свободные электроны, диффундирующие через базовую область, рекомбинируют с дырками. Используйте 1,6 × 10 Кл для заряда электрона. Ответ в экспоненциальном представлении с точностью до одного десятичного знака.
Ответ
Часть 1
Токи в цепи связаны уравнением
𝐼=𝐼+𝐼.
ЕЦБ
Подставляя значения, указанные в вопросе, видим, что
𝐼=99,5+0,5=100.EmAmAmA
Часть 2
Базовый ток здесь предполагается полностью состоящим из свободных электронов, которые рекомбинируют с дырками в базе. Ток в базовой области равен 0,5 мА, что составляет 5·10 А. Один ампер равен одному кулону в секунду.
Количество электронов, 𝑛, рекомбинирующих в секунду для создания этого тока, определяется выражением 𝑛=5×10/1,6×10.CsC
В экспоненциальном представлении с точностью до одного десятичного знака 𝑛 равно 3,1×10 с −1 .
Давайте рассмотрим пример, связанный с коэффициентом усиления по току в транзисторной схеме.
Пример 3. Определение коэффициента усиления по току для транзисторной схемы
NPN-транзистор подключен к источнику питания с напряжением 𝑉CC. Источник питания с напряжением 𝑉EB подключен к выводам эмиттера и базы транзистора, как показано на схеме. Между 𝑉CC и выводом коллектора имеется ток 𝐼=99,5 смА, между 𝑉EB и выводом эмиттера ток 𝐼=100,0EmA, а между 𝑉EB и выводом базы ток 𝐼B.
- Рассчитать 𝐼B.
- Коэффициент усиления транзистора по постоянному току равен отношению 𝐼C к 𝐼B. Рассчитайте коэффициент усиления транзистора по постоянному току.
Ответ
Часть 1
Токи в цепи связаны уравнением 𝐼=𝐼+𝐼.ECB
Мы можем сделать 𝐼B предметом этого уравнения, что даст нам 𝐼−𝐼=𝐼.ECB
Подставляя значения, указанные в вопросе, мы видим, что 𝐼=100−99,5=0,5.BmAmAmA
Часть 2
Базовый коэффициент усиления по току, 𝛽, определяется уравнением 𝛽=𝐼𝐼.CB
Подставляя значения, указанные в вопросе, видим, что 99,50,5=199,мАмА
Из второго закона Кирхгофа видно, что в транзисторной схеме 𝑉=𝑉−𝐼𝑅.CECCCC
Мы знаем, что в такой схеме ток коллектора и ток базы связаны коэффициентом усиления по току согласно соотношению 𝐼=𝛽𝐼.CB
Это означает, что 𝐼C можно изменить, увеличив входной потенциал, так как увеличение 𝑉BE увеличивает 𝐼B.
Мы можем назвать 𝐼B входным током и назвать 𝐼C выходным током.
Для константы 𝛽 отношение 𝐼B к 𝐼C является константой для транзистора. Мы видим, что увеличение входного тока увеличивает выходной ток.
Рассмотрим пример изменения тока в транзисторной схеме.
Пример 4. Связь изменений тока в цепи транзистора
NPN-транзистор подключен к источнику питания с напряжением 𝑉CC. Источник питания с напряжением 𝑉EB подключен к выводам эмиттера и базы транзистора, как показано на схеме. Существует ток 𝐼C между 𝑉CC и выводом коллектора, ток 𝐼E между 𝑉EB и выводом эмиттера и ток 𝐼B между 𝑉EB и выводом базы. Внешнее сопротивление 𝑅C помещается между 𝑉CC и выводом коллектора, а внешнее сопротивление 𝑅B размещается между 𝑉EB и выводом базы. Разность потенциалов на выводах коллектора и эмиттера равна 𝑉CE.
- Если значение 𝑅B уменьшается, что из следующего наиболее точно описывает влияние на значение 𝐼C?
- 𝐼C увеличивается.
- 𝐼C уменьшается.
- 𝐼C постоянна.
- Если значение 𝑅B увеличивается, что из следующего наиболее точно описывает влияние на значение 𝐼C?
- 𝐼C постоянна.
- 𝐼C увеличивается.
- 𝐼C уменьшается.
- 𝐼C постоянна.
Ответ
Часть 1
Уменьшение 𝑅B увеличивает 𝐼B.
Из уравнения 𝐼=𝛽𝐼,CB мы видим, что для постоянного 𝛽 увеличение 𝐼B будет увеличивать 𝐼C.
Часть 2
Увеличение 𝑅B уменьшает 𝐼B.
Из уравнения 𝐼=𝛽𝐼,CB мы видим, что для постоянного 𝛽 уменьшение 𝐼B будет уменьшать 𝐼C.
Соотношение между входными и выходными значениями тока не является прямо пропорциональным.
Это означает, что значение коэффициента усиления по току на самом деле не постоянно, а приблизительно постоянно для некоторых значений 𝐼B и 𝐼C.
Чтобы показать, как изменение значения 𝐼B соответствует большому изменению 𝐼C, покажем эффект небольшого изменения небольшого числа, которое используется для деления гораздо большего числа.
Например, рассмотрим уравнение 𝑛=𝑎𝑏.
Пусть 𝑎=1 и пусть 𝑏=0,002.
Тогда у нас есть 𝑛=10,002=500.
Теперь предположим, что у нас есть значение
Δ𝑚=Δ𝑎=−Δ𝑏.
Пусть Δ𝑚 будет 0,001.
Это означает, что 𝑎 увеличивается на 0,001, а 𝑏 уменьшается на 0,001.
Тогда у нас есть 𝑛=1,0010,001=1001.
Мы видим, что изменение 𝑚 на 0,001 увеличило 𝑛 на 501.
Теперь предположим, что мы принимаем Δ𝑚 равным 0,0015.
Тогда у нас есть 𝑛=1,00150,0005=2003.
Мы видим, что изменение 𝑚 на 0,0015 увеличило 𝑛 на 1 503.
График зависимости 𝑛 от 𝑚 показывает, насколько большим может быть изменение 𝑛, чем изменение 𝑚.
Мы видим, что этот граф в основном состоит из двух областей. В одном регионе значение 𝑛 приблизительно постоянно при изменении значения 𝑚, а в другом регионе значение 𝑚 приблизительно постоянно при изменении 𝑛. Эти области соответствуют примерно постоянным значениям коэффициента усиления по току для транзистора, когда он работает как закрытый ключ и как открытый ключ.
Мы также можем рассматривать входной и выходной потенциалы вместо входного и выходного тока.
Из уравнения
𝑉=𝑉−𝐼𝑅,CECCCC
мы видим, что при максимальном значении 𝐼C получается минимальное значение выходного потенциала.
При уменьшении входного потенциала уменьшаются как входной, так и выходной ток. Выходной ток равен нулю для нулевого входного тока.
При нулевом выходном токе достигается максимальное значение выходного потенциала.
График изменения выходного потенциала транзистора от его входного потенциала показан на следующем рисунке.
Давайте теперь обобщим то, что было изучено в этом объяснителе.
Ключевые моменты
- Транзистор состоит либо из двух полупроводников n-типа по обе стороны от полупроводника p-типа (NPN), либо из двух полупроводников p-типа по обе стороны от полупроводника n-типа (PNP).
- Транзистор имеет выводы коллектора, эмиттера и базы. Для каждой полупроводниковой области имеется одна клемма.
- Транзистор используется в схеме, содержащей два источника разности потенциалов. Источники разности потенциалов смещают в прямом направлении эмиттер и обратное смещение коллектора.
- Токи в различных частях схемы транзистора зависят от полупроводниковых свойств и размеров областей эмиттера, базы и коллектора.
- Токи на выводах эмиттера 𝐼E, коллектора 𝐼C и базы 𝐼B связаны формулой 𝐼=𝐼+𝐼.ECB
- Токи на выводах эмиттера 𝐼E и коллектора 𝐼C связаны формулой 𝐼=𝐼𝛼,CE где 𝛼 — константа.
- Ток на коллекторе, 𝐼C, и базе, 𝐼B, выводы связаны формулой 𝐼𝐼=𝛼1−𝛼=𝛽,CB где 𝛽 — коэффициент усиления по току в цепи.
- Небольшое изменение 𝐼B может вызвать гораздо большее изменение 𝐼C, позволяя схеме с транзистором эффективно включать или выключать 𝐼C.
Далее показан символ PNP-транзистора. Типичное подключение транзистора PNP показано справа. 
