Как устроен транзистор и как он работает. Какие бывают типы транзисторов. Какие режимы работы есть у транзистора. Как правильно подключать транзистор в схему. Где применяются транзисторы в электронике.
Что такое транзистор и для чего он нужен
Транзистор — это полупроводниковый прибор, который служит для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Он является одним из основных компонентов современной электроники.
Основные функции транзистора:
- Усиление электрических сигналов
- Коммутация электрических цепей
- Генерация электрических колебаний
- Преобразование электрических сигналов
Транзистор позволяет управлять большим током в цепи с помощью малого тока или напряжения. Это его ключевое свойство, которое определяет широкое применение транзисторов в электронике.
Устройство и принцип работы транзистора
Транзистор состоит из трех областей полупроводника с различным типом проводимости. Эти области называются:
- Эмиттер (Э)
- База (Б)
- Коллектор (К)
Принцип работы транзистора основан на взаимодействии двух близко расположенных p-n переходов. Рассмотрим работу транзистора n-p-n типа:
- На переход база-эмиттер подается небольшое прямое напряжение (0.6-0.7 В).
- Это открывает переход и вызывает инжекцию электронов из эмиттера в базу.
- Большая часть электронов проходит через тонкую базу и попадает в коллектор.
- Коллекторный переход смещен в обратном направлении и собирает эти электроны.
- В результате небольшой ток базы управляет большим током коллектора.
Таким образом, транзистор усиливает входной сигнал по току в десятки и сотни раз.
Основные типы транзисторов
Существует два основных типа транзисторов:
Биполярные транзисторы
В биполярных транзисторах используются носители заряда обоих знаков — электроны и дырки. Они бывают двух типов:
- n-p-n транзисторы
- p-n-p транзисторы
Полевые транзисторы
В полевых транзисторах ток управляется электрическим полем. Основные разновидности:
- МОП-транзисторы (металл-оксид-полупроводник)
- Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом
Полевые транзисторы также бывают с каналом n-типа и p-типа.
Основные параметры и характеристики транзисторов
Важнейшие параметры биполярных транзисторов:
- Коэффициент усиления по току (β) — отношение тока коллектора к току базы
- Максимально допустимый ток коллектора
- Максимальное напряжение коллектор-эмиттер
- Граничная частота усиления
- Мощность рассеивания
Ключевые параметры полевых транзисторов:
- Крутизна характеристики
- Пороговое напряжение
- Максимальный ток стока
- Максимальное напряжение затвор-исток
Эти параметры определяют возможности применения транзисторов в различных схемах.
Режимы работы транзистора
Различают следующие основные режимы работы транзистора:
Активный режим
В этом режиме транзистор работает как усилитель. Эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. Это основной рабочий режим.
Режим насыщения
Оба перехода открыты и через транзистор протекает максимальный ток. Используется в ключевых схемах.
Режим отсечки
Оба перехода закрыты, ток через транзистор не протекает. Также применяется в ключевых схемах.
Инверсный режим
Коллекторный переход открыт, а эмиттерный закрыт. Применяется редко из-за низкого коэффициента усиления.
Правильный выбор режима работы важен для корректного функционирования транзистора в схеме.
Схемы включения транзисторов
Существует три основные схемы включения биполярных транзисторов:
С общим эмиттером (ОЭ)
Эмиттер является общим для входной и выходной цепи. Обеспечивает усиление по току и напряжению. Самая распространенная схема.
С общей базой (ОБ)
База общая для входа и выхода. Дает усиление по напряжению, но ослабление по току. Применяется на высоких частотах.
С общим коллектором (ОК)
Коллектор общий. Обеспечивает усиление по току, но не по напряжению. Используется как эмиттерный повторитель.
Выбор схемы включения зависит от требуемых характеристик усиления.
Применение транзисторов в электронике
Транзисторы нашли широчайшее применение в современной электронике:
- Усилители сигналов
- Генераторы колебаний
- Стабилизаторы напряжения
- Ключевые и импульсные схемы
- Логические элементы
- Источники питания
- Преобразователи сигналов
Они являются основой интегральных микросхем, микропроцессоров и других сложных электронных устройств.
Как правильно подключать транзистор в схему
При подключении транзистора в схему важно соблюдать несколько правил:
- Правильно определить тип транзистора (n-p-n или p-n-p) и его выводы.
- Соблюдать полярность подключения источников питания.
- Не превышать максимально допустимые токи и напряжения.
- Использовать токоограничивающие резисторы в цепи базы.
- Обеспечить надежный теплоотвод для мощных транзисторов.
Неправильное подключение может привести к выходу транзистора из строя.
Заключение
Транзисторы являются ключевыми компонентами современной электроники. Понимание их принципов работы и основных характеристик необходимо для успешного проектирования электронных устройств. При правильном применении транзисторы обеспечивают широкие возможности по усилению и преобразованию сигналов.
Принцип работы 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.
- Устройство
- Принцип действия
- Классификация устройств
- Устройство транзисторов
- Принцип работы транзистора
- Как работает транзистор — видео
- Принцип работы биполярного транзистора
- Типы полевых транзисторов
- Режимы работы
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 1000 В.
Устройство
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.
Принцип действия
Основа работы прибора заключается в способности n-p перехода пропускать ток в одну сторону. При подаче напряжения на одном переходе возникает его прямое падение, а на другом обратное. Зона перехода с прямым напряжением обладает малым сопротивлением, а с обратным — большим. Между базой и эмиттером протекает небольшой ток управления. От значения этого тока изменяется сопротивление между коллектором и эмиттером.
Биполярный прибор бывает двух типов:
- p-n-p;
- n-p-n.
Отличие заключается лишь в основных носителях заряда, т. е. направлении тока.
Если соединить два полупроводника разного типа между собой, то на границе соединения возникает область или, как принято называть, p-n переход.
Тип проводимости зависит от атомного строения материала, а именно насколько прочны связи в материале. Атомы в полупроводнике располагаются в виде решётки, и сам по себе такой материал не является проводником. Но если в решётку добавить атомы другого материала, то физические свойства полупроводника изменяются. Примешанные атомы образовывают, в зависимости от своей природы, свободные электроны или дырки.
Образованные свободные электроны формируют отрицательный заряд, а дырки — положительный. В области перехода существует потенциальный барьер. Он образуется контактной разностью потенциалов, и его высота не превышает десятые доли вольта, препятствуя протеканию носителей заряда вглубь материала. Если переход находится под прямым напряжением, то величина потенциального барьера уменьшается, а величина проходящего через него тока увеличивается. При прикладывании обратного напряжения, величина барьера увеличивается и сопротивление барьера прохождению тока возрастает. Понимая работу p-n перехода, можно разобраться, как устроен транзистор.
Классификация устройств
В первую очередь такие приборы разделяются на одиночные и составные. Существуют и так называемые комплексные радиоэлементы. Они имеют три вывода и выполненны, как единое целое. Такие сборки содержат как однотипные, так и разные по своему типу транзисторы.
Основное разделение приборов происходит по следующим признакам:
- Канальность. В зависимости от того, какие носители зарядов являются основными бывают p-типа и n-типа.
- Технологии изготовления. Выпускаются биполярными, полевыми, комбинированными.
- По типу полупроводника. В качестве материала для изготовления применяется кремний, германий и арсенид-галлия. В последнее время начали выпускаться транзисторы, использующие в качестве основы прозрачные полупроводники. Например, для построения дисплейных матриц. А также использующие в качестве материалов полимеры и углеродные нанотрубки.
- По рассеиваемой мощности. Разделяются на три типа: маломощные, средней мощности и мощные.
Первые не превышают значения 0,1 Вт, вторые находятся в диапазоне 0,1−1 Вт, а к мощным относят все те, что превышают 1 Вт. - По виду исполнению. Выделяют дискретные транзисторы, которые могут быть как корпусными, так и нет, и транзисторы, входящие в состав интегральных схем.
Первые не превышают значения 0,1 Вт, вторые находятся в диапазоне 0,1−1 Вт, а к мощным относят все те, что превышают 1 Вт.Устройство транзисторов
Наиболее популярный вид полупроводникового транзистора – биполярный.
В устройство транзистора этого типа входит монокристалл, разделенный на 3 зоны: база (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э), каждая из которых имеет свой вывод.
- Б – база, очень тонкий внутренний слой;
- Э – эмиттер, предназначается для переноса заряженных частиц в базу;
- К – коллектор, составляющая, которая имеет тип проводимости, одинаковый с эмиттером, предназначена для сбора зарядов, поступивших с эмиттера.
Типы проводимости:
- n-типа — носителями зарядов являются электроны.
- p-типа — носители зарядов – положительно заряженные «дырки».
Требуемый тип проводимости достигается путем легирования различных частей кремниевого монокристалла. Легирование – это добавление в состав материала различных примесей для улучшения физических и химических свойств этого материала. Транзисторы по типу проводимости раздаются на два типа: n-p-n и p-n-p.
Принцип работы транзистора
Транзистор работает в режимах «Открыто» и «Закрыто».
В таком транзисторе коллектор и эмиттер сильно легированы, база тонкая, содержит малое количество примесей.
Простое изложение принципа работы биполярного транзистора:
- Подключение к зажимам одноименного напряжения к эмиттеру и базе (p подсоединяется к «+», а n – к «-») приводит к появлению тока между эмиттером и базой. В базе образуются носители зарядов. Чем выше напряжение, тем больше количество носителей зарядов появляется в базе. Ток, подаваемый на базу, называется управляющим.
- Если к коллектору подключить обратное напряжение (n-коллектор подключается к плюсу, p-коллектор – к минусу), то между эмиттером и коллектором появится разница потенциалов, и между ними потечет ток. Чем больше носителей заряда скапливается в базе, тем сильнее будет ток между коллектором и эмиттером.
- При увеличении управляющего напряжения на базе растет ток «эмиттер-коллектор». Причем несущественный рост напряжения приводит к значительному усилению тока «эмиттер-коллектор». Этот принцип используется при производстве усилителей.
Чем больше носителей заряда скапливается в базе, тем сильнее будет ток между коллектором и эмиттером.Если к эмиттеру и базе подключают напряжение, противоположное по знаку, ток прекращается, и транзистор переходит в закрытое состояние.
Кратко принцип работы полупроводникового транзистора можно изложить так: при подключении к зажимам эмиттера и базы напряжения одноименного заряда прибор переходит в открытое состояние, при подключении к этим выводам обратных зарядов транзистор закрывается.
Как работает транзистор — видео
Принцип работы биполярного транзистора
Это изображение лучше всего объясняет принцип работы транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора.
Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.
Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.
Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).
- Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
- Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
- Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
- В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.
Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.
-коэффициент усиления по току.
Его также обозначают как
Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:
- Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате ток базы отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
- Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора. В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.
- Режим насыщения транзистора — в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
- Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.
В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.
Транзистор в ключевом режиме
Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой.
Ну а обо всем по порядку.
Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.
На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.
Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи. Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.
В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.
Главное чтобы эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).
Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.
На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.
Т.е. I=U/R
Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.
Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.
Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет
Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.
В результате мы вполне можем найти сопротивление резистора
Типы полевых транзисторов
1. С управляющим pn-переходом. В англоязычной литературе они обозначаются JFET или Junction FET, что можно перевести как «переходный полевой транзистор». Иначе они именуются JUGFET или Junction Unipolar Gate FET.
2. С изолированным затвором (иначе МОП- или МДП-транзисторы).
По английски они обозначаются IGFET или Insulated Gate FET.
Внешне они очень похожи на биполярные, что подтверждает фото ниже.
Режимы работы
Нормальный активный режим
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении[2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):
UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид UЭБ<0; UКБ>0.
Инверсный активный режим
Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: UКБ>0; UЭБ<0 (для транзистора n-p-n типа).
Режим насыщения
Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб.
В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ. нас) и коллектора (IК. нас).
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ. нас) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ. отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (UБЭ. нас) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.
Режим отсечки
В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).
Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0[5][6].
Барьерный режим
В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.
Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 9 чел.
Средний рейтинг: 4.3 из 5.
Транзистор – прибор, предназначенный для управления током в электрической цепи. Применяется практически во всех моделях видео- и аудио аппаратуры. Полупроводниковые транзисторы пришли на смену морально устаревшим ламповым, которые устанавливались в старые телевизоры. Для изготовления полупроводниковых моделей ранее использовался германий, но сферы его применения ограничены из-за чувствительности к температурным колебаниям. На смену германию пришел кремний, т.к. кремниевые детали стоят дешевле германиевых и более устойчивы к скачкам температуры. Транзисторы небольшой мощности изготавливают в прямоугольных корпусах из полимерных материалов или в металлических цилиндрических. В этой статье мы постараемся простыми словами изложить, что такое транзистор, как он устроен и что делает.Транзисторы |
Получается, что внутри такого материала одновременно происходят два процесса: полет электронов (n-проводимость, от слова negative – отрицательный), и образование «дырок» (p-проводимость от слова positive – положительный). В обычном куске кремния эти процессы уравновешены: количество дырок равно количеству свободных электронов.
Этот слой принято называть обедненным слоем.
Если даже эмиттер подключен к источнику питания, ему не пробиться напрямую в коллектор. Для этого необходимо подать ток на базу.
Сопротивление коллекторного перехода велико и напряжение E2 составляет обычно десятки вольт.
В результате этого возникает ток базы.
Они доходят до коллекторного перехода не успевая рекомбинировать с дырками при прохождении через базу.
При изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах изменяется их толщина, в результате чего изменяется толщина базы.
Электроны, рекомбинировавшие с дырками базы, составляют ток базы IБ.
При использовании транзистора в электронных устройствах нужны два вывода для входного сигнала и два – для выходного.
С одной стороны к ней подключен исток – через него в канал входят носители электрического тока, а с другой сток – через него они покидают канал.
Для того, чтобы закрыть его, к затвору необходимо приложить напряжение.
Их отношение показывает насколько эффективен полупроводниковый прибор.
Однако существует предел усиления частоты, за которым триод уже не в состоянии усилить сигнал.
Выход из положения – использовать один из контактов транзистора дважды: и как вход, и как выход.
Такой тип подключения часто называют эмиттерным или истоковым повторителем. Это «золотая середина» между двумя предыдущими видами схем: частотные характеристики и мощность усиления по току и напряжению находятся где-то посередине между двумя первыми.
Полевые радиоэлементы довольно независимы: они потребляют крайне мало электроэнергии. Такой прибор может годами работать на пальчиковой батарейке или небольшом аккумуляторе. Именно это и обусловило их широкое применение в электросхемах и приборах.
Они бывают:Transistor Basics — Circuit Cellar
В наши дни и в эпоху высокоинтегрированных микросхем, какова актуальность одиночного дискретного транзистора? Это правда, что большинство потребностей при проектировании встраиваемых систем можно удовлетворить с помощью решений на уровне микросхем. Но поставщики электронных компонентов по-прежнему производят и продают отдельные транзисторы, потому что для них все еще существует рынок. В этой статье Стюарт делает обзор некоторых важных основ транзисторов и того, как их можно использовать при разработке встраиваемых систем.
Что хорошего в транзисторе? Конечно, интегральные схемы (ИС) состоят из тысяч транзисторов.
До революции интегральных схем и микропроцессоров произошла революция транзисторов, когда телевизоры, радиоприемники и компьютеры были построены с использованием новых твердотельных устройств. Транзистор был отцом ИС. Но не устарел ли сегодня отдельный транзистор как элемент схемы? Какая польза от скромного транзистора в мире, где нынешние микропроцессоры Intel имеют более миллиарда транзисторов каждый?
Это правда, что почти все, что мы раньше делали с транзисторами, можно сделать дешевле, лучше и эффективнее с помощью ИС, и мы можем делать с ИС то, что невозможно с дискретными транзисторами. Было бы невозможно построить современный микропроцессор с дискретными транзисторами — одни только длины выводов сделали бы скорости невозможными. Но верно и обратное. Дискретный транзистор может быть простым способом решения некоторых проблем. Транзисторы, например, обычно имеют гораздо более высокие пределы рабочего напряжения и мощности в простых схемах, чем у сопоставимых ИС. Производители и дистрибьюторы электроники по-прежнему изготавливают и продают отдельные транзисторы, потому что их детали все еще используются.
В этой статье я хочу рассказать о некоторых основных вещах о транзисторах, о том, как они используются и как вы можете включить их в свои приложения.
ОБЗОР
BJT (транзистор с биполярным переходом) был первым общедоступным транзистором, и он способствовал переходу от электронных ламп. BJT бывают двух видов: NPN и PNP. Оба (обычно) кремниевые устройства. Кремний модифицируют (легируют) примесями для получения материала N-типа или P-типа. Транзистор NPN имеет слой P-типа, зажатый между двумя слоями N-типа, а PNP — наоборот.
На рис. 1 показан схематический символ NPN BJT, простая схема структуры и модель диода. Структура N-P-N является просто репрезентативной. В реальном транзисторе область коллектора обычно больше области эмиттера, и ни одна из них не является квадратной, как показано на диаграмме. Представление транзистора диодом указывает, как протекает ток, а не как устроена фактическая часть. Вы не можете построить транзистор из двух диодов, но использование двух диодов помогает объяснить, как работает смещение транзистора.
Работа транзистора NPN концептуально проста для понимания. Что касается диодной модели, если вы подключите коллектор к положительному напряжению, скажем, 5 В, а эмиттер к земле, вы получите два диода, соединенных спиной к спине, с их анодами, соединенными вместе. Соединение двух анодов представляет собой базу транзистора. Если вы приложите к базе положительное напряжение больше 0,7 В, эмиттерный диод будет смещен в прямом направлении, и ток будет течь от базы через эмиттер к земле. Коллекторный диод будет смещен в обратном направлении, и через него не будет протекать ток.
РЕАЛЬНАЯ РАБОТА ТРАНЗИСТОРА
Теперь отбросьте модель диода и посмотрите на настоящий транзистор. Если коллектор подключен к +5 В, а эмиттер к земле, а напряжение на базе достаточно высокое (0,7 В) для прямого смещения перехода база-эмиттер, ток будет течь от базы к эмиттеру и .
от коллектора к эмиттеру. Если напряжение база-эмиттер ниже 0,7 В, транзистор находится в состоянии «отсечки», и ток через эмиттер или коллектор не течет. Вот и все. Вот как работает BJT.
— РЕКЛАМА—
—Реклама здесь—
Протекание тока коллектор-эмиттер заложено в конструкции транзистора. Вот почему фактический транзистор отличается от модели диода, и именно поэтому вы не можете собрать транзистор из двух диодов. Если на коллекторе +5 В, а эмиттер на земле, доведение базы примерно до 0,7 В приведет к протеканию тока от источника питания 5 В через коллектор к эмиттеру и земле. Если эмиттер находится на +2 В, то вы должны довести базу примерно до 2,7 В, чтобы ток протекал от коллектора к эмиттеру.
Волшебство транзистора заключается в том, чтобы определить, как добиться нужной величины тока, протекающего через коллектор. Если вы просто подключите транзистор, как я описал, без каких-либо ограничений тока, ваш транзистор быстро превратится в дымящийся расплавленный кусок пластика.
Обычно, если транзистор работает в пределах номинальных значений тока, мощности и напряжения, ток в эмиттере будет представлять собой ток, протекающий в базу, плюс ток, протекающий от коллектора к эмиттеру. Очень маленький ток базы контролирует гораздо больший ток коллектора, поэтому ток коллектора примерно равен току эмиттера. Когда ток в коллекторе отсутствует, транзистор находится в «отсечке», как упоминалось ранее. Если протекающий ток достаточен для того, чтобы напряжение коллектор-эмиттер было настолько низким, насколько это возможно (обычно около 0,3 В для транзистора с малым сигналом), транзистор считается «насыщенным». В этом состоянии изменения тока базы больше не влияют на ток коллектора.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Как мы можем использовать этот транзистор? На рис. 2 показана простая схема. В этой схеме мы подключаем коллектор к +5 В, эмиттер к земле через резистор 220 Ом и базу к фиксированному значению 1 В. Прямое напряжение 2N3904 составляет от 0,65 В до 0,85 В при токе коллектора 10 мА.
. Условно для расчетов используется 0,7 В. Итак, напряжение на эмиттере (VE) будет 1 В – 0,7 В или 0,3 В. Вот где происходит волшебство: напряжение на эмиттере фиксировано, поэтому ток через резистор 220 Ом составляет 0,3 В/220 Ом, или 1,36 мА. Ток коллектора одинаков. Следовательно, управляя базовым напряжением, мы управляем током эмиттера и, тем самым, током коллектора.
Что произойдет, если напряжение на базе поднять до 1,1 В? Когда это происходит, напряжение на эмиттере теперь составляет 0,4 В (1,1–0,7 В), в результате чего ток эмиттера составляет 1,8 мА.
Ток коллектора также составляет 1,8 мА, поэтому напряжение на R2 теперь составляет 1,8 мА x 1,5 кОм, или 2,7 В. VC теперь составляет 5–2,73 В, или 2,27 В. Таким образом, изменение базового напряжения на 0,1 В вызвало напряжение на коллекторе упало с 2,95 В до 2,27 В, изменение на -0,68 В. Напряжение на коллекторе упало на 6,8 x 0,1 В (изменение входного напряжения).
Вот что интересно: изменение напряжения коллектора равно отрицательному значению изменения входного напряжения, умноженному на отношение резистора коллектора R2 к резистору эмиттера R1, или 1,5 кОм / 220 = 6,8. Если вы работаете с математикой, это имеет смысл, потому что ток коллектора такой же, как ток эмиттера. Но поскольку резистор коллектора R2 в 6,8 раза больше резистора эмиттера, любое изменение тока в резисторе эмиттера приведет к изменению напряжения на коллекторе в 6,8 раз больше.
Если вы проделаете тот же расчет после снижения базового напряжения с 1 В до 0,9 В, вы увидите, что напряжение коллектора возрастет на 0,68 В.
Эта схема представляет собой инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления -6,8. Положительное изменение напряжения на входе вызывает отрицательное изменение напряжения на выходе и наоборот.
Эта схема имеет некоторые ограничения. Если вы поместите 1,32 В на базу, вы обнаружите, что напряжение на эмиттере составляет 0,62 В, а напряжение на коллекторе почти равно напряжению на эмиттере. Транзистор не может привести коллектор к напряжению эмиттера, поэтому он насыщается. Таким образом, ограничением этой конкретной схемы является максимальное входное напряжение около 1,3 В. С другой стороны, любое напряжение менее 0,7 В приводит к тому, что транзистор переходит в режим отсечки. Таким образом, полезный диапазон входного напряжения этой схемы составляет от 0,7 В до примерно 1,3 В. Тем не менее, этого будет достаточно для усиления низкоуровневого аудиосигнала до уровня, который можно дополнительно усилить.
— РЕКЛАМА—
—Реклама здесь—
Говоря об аудио, как бы вы подключили аудиосигналы к цепи? Аудиосигналы обычно колеблются между отрицательным и положительным напряжением.
Если вы поместите это в базу, транзистор большую часть времени будет в отсечке — все время, если положительные пики сигнала никогда не достигают 0,7 В.
Это приводит нас к смещению. Рисунок 4 представляет собой модификацию рисунка 3 с добавлением к основанию нескольких резисторов смещения. Резисторы R3 и R4 образуют делитель напряжения, который доводит базовое напряжение примерно до 1 В. Это находится посередине между нижним и верхним пределами схемы 0,7 В и 1,3 В. Теперь скажем, что мы подаем на вход сигнал, который колеблется между -0,1 В и +0,1 В. Из-за разделительного конденсатора постоянного тока C1 это станет 0,9V до 1,1 В на базе, а в цепи будет усиливаться на -6,8 В.
РИСУНОК 4. Резисторы смещения позволяют транзистору работать со входами, связанными по переменному току, такими как аудиосигналы. Существуют и другие способы смещения базы транзистора. Диод опорного напряжения, как показано на рис. 5 , фиксирует базу при известном напряжении.
В этой схеме напряжение эмиттера VE будет около 1,3 В, поэтому ток эмиттера и коллектора будет 5,9 мА. Дело не в том, чтобы показать все возможные способы смещения транзистора, просто в том, что есть и другие способы сделать это.
ОГРАНИЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА
Как и все вещи в физическом мире, транзисторы имеют некоторые ограничения. Мы уже рассмотрели один — значения резисторов базы и эмиттера в схеме усилителя должны быть выбраны таким образом, чтобы транзистор не перешел в режим отсечки или насыщения при любом входном сигнале, который вы пытаетесь усилить.
Транзисторы имеют другие характеристики. Например, 2Н39.04, используемый в этих примерах, имеет максимальное напряжение коллектор-эмиттер 40 В. Если больше, транзистор перегорит. Обратное напряжение база-эмиттер, где база считается отрицательной по отношению к эмиттеру, имеет максимальное значение 6 В.
Кроме того, переход эмиттер-база выходит из строя.
Коллектор может работать с максимальным постоянным током 200 мА. Устройство имеет максимальную рассеиваемую мощность около 600 мВт. Так что хотя коллектор-эмиттер выдерживает 40 В и ток коллектора может достигать 200 мА, если вы попытаетесь пропустить через него 200 мА при 40 В, он выйдет из строя. 40 В при 200 мА составляет 8 Вт, что значительно превышает возможности устройства по мощности.
Суть всего этого в том, что, как и любое полупроводниковое устройство, ваша конструкция должна соответствовать всем максимальным параметрам: мощность, напряжение коллектор-эмиттер, ток коллектора, обратное напряжение пробоя эмиттер-база и так далее.
Одной из ключевых характеристик транзистора является коэффициент усиления по току. Это число описывает, насколько изменяется ток эмиттера при заданном изменении тока базы. Коэффициент усиления по току зависит от величины тока, протекающего в коллекторе. Для 2Н3904, минимальный коэффициент усиления по току при токе коллектора 0,1 мА равен 40.
При 10 мА минимальный коэффициент усиления равен 50. Максимальный коэффициент усиления по даташиту равен 300. Непосредственно перед написанием этого абзаца я измерил несколько 2N3904. Все они имели коэффициент усиления. превышает 300.
Практическое значение коэффициента усиления заключается в том, чтобы влиять на то, как эмиттер взаимодействует с базой. Если бы коэффициент усиления транзистора в схеме усилителя на рис. 3 составлял всего 10, резистор 220 Ом в эмиттере выглядел бы примерно как 2 кОм на базе, что повлияло бы на смещение и нагрузку, подаваемую на схему возбуждения. В этом случае вы хотели бы, чтобы резисторы смещения имели достаточно низкое значение, чтобы эффект нагрузки эмиттерного резистора изменил напряжение смещения менее чем на 10% или около того. Но если вам приходится использовать резисторы с меньшим номиналом в вашей цепи смещения, это, в свою очередь, увеличивает нагрузку на то, что ею управляет. В случае с усилителем это снижает общее сквозное усиление.
К счастью, для большинства приложений со слабыми сигналами не так уж сложно найти транзистор с достаточно высоким минимальным коэффициентом усиления, чтобы сделать эту проблему незначительной.
Трудности возникают, когда вам нужно очень низкое значение сопротивления эмиттера. Даже при коэффициенте усиления 300 эмиттерный резистор сопротивлением около 10 Ом может оказать значительное влияние на нагрузку базы, что необходимо учитывать при расчетах. Поскольку транзистор имеет конечный коэффициент усиления, вы не можете использовать очень большие резисторы, например, в мегаомном диапазоне, для смещения базы. Если вы это сделаете, эмиттер понизит напряжение.
Одним из распространенных дополнений к аудиоусилителям является шунтирование эмиттерного резистора с помощью электролитического конденсатора. Конденсатор имеет очень высокий импеданс (почти бесконечный) на постоянном токе, но импеданс уменьшается с увеличением частоты. Это позволяет работать смещению постоянного тока, но увеличивает усиление для аудиосигналов, делая импеданс эмиттера (сопротивление, параллельное импедансу конденсатора) очень низким значением на звуковых частотах. Это делает отношение сопротивления коллектора к сопротивлению эмиттера намного выше на аудио, чем на постоянном токе, что увеличивает коэффициент усиления.
(Помните: коэффициент усиления равен резистору коллектора, деленному на импеданс эмиттера.) Однако это также приводит к значительному снижению входного импеданса схемы на этих звуковых частотах. Другие характеристики транзисторов, влияющие на использование в радиочастотных схемах, например в быстродействующих переключающих схемах, выходят за рамки этой статьи и не будут здесь обсуждаться.
ПРИМЕНЕНИЕ
Вы можете создавать усилители на транзисторах, и многие люди так и делают. Но также легко построить усилитель с операционным усилителем или другой ИС, и здесь я хочу сосредоточиться на приложениях, в которых полезны уникальные характеристики транзистора.
Как вы могли бы использовать транзистор, учитывая то, что мы уже сделали? В Рисунок 6 я изменил Рисунок 5, установив опорное напряжение 2,5 В, сопротивление R1 120 Ом и добавив светодиод в цепь коллектора. Поскольку опорный диод фиксирует напряжение на базе на уровне 2,5 В, напряжение эмиттера составляет 1,8 В, а ток эмиттера составляет 15 мА.
Это справедливо до тех пор, пока напряжение питания V+ достаточно велико, чтобы опорный диод и светодиод оставались включенными. Таким образом, светодиод будет иметь ток 15 мА независимо от напряжения питания 5 В или 20 В.
На рис. 7 показан 2N3904, используемый для преобразования логического уровня между двумя разными схемами, работающими при разных напряжениях. Вы можете использовать это для преобразования между выходом 3,3 В микроконтроллера (MCU) и входом схемы, которой требуется 5 В.
V + на схеме будет подключен к напряжению питания целевой системы. Что бы ни управляло входом, оно должно иметь достаточный выходной ток, чтобы управлять резистором 2,2 кОм. Эта схема инвертирует сигнал — высокий уровень на входе дает низкий уровень на выходе. В этой схеме транзистор всегда находится либо в состоянии отсечки, либо в состоянии насыщения.
— РЕКЛАМА—
—Реклама—
Существует множество ИС, которые могут это делать, например, буферы с открытым коллектором, так зачем использовать транзистор? Транзистор может работать с более высокими напряжениями, чем большинство схем транслятора логического уровня. Например, транзистор может переводить цепь 3,3 В в цепь 12 В.
Для многих схем преобразователя напряжения необходимо знать напряжение питания и, следовательно, управляющее напряжение на входе. Но однажды у меня была ситуация, когда вход мог поступать из разных источников, в диапазоне от менее 2,5 В до 5 В.
Транзисторное решение работает для всех логических напряжений, потому что транзистор включается при любом управляющем напряжении выше 0,7 В. Он может даже можно использовать для преобразования входного напряжения 12 В или 24 В в выходное напряжение 3,3 В или 5 В, если входной резистор R2 достаточно большой, чтобы предотвратить чрезмерный ток.
Окончательное приложение NPN показано на рис. 8 . На рисунке 8а 2N3904 управляет реле. Диод D1 защищает транзистор от перенапряжения. Когда реле выключается путем выключения транзистора, создается «обратное» напряжение, поскольку энергия в катушке реле рассеивается. Это напряжение может достигать уровней, достаточных для разрушения транзистора из-за чрезмерного напряжения коллектор-эмиттер — помните раздел о характеристиках транзистора. Диод D1 ограничивает напряжение на 0,7 В выше V+ для защиты транзистора. Но это имеет побочный эффект замедления открытия реле.
РИСУНОК 8 – Управление реле с помощью 2N3904. Базовый диодный зажим (а) и зажим Зенера с более высоким напряжением (б) для более быстрой работы.
На рис. 8b показана та же схема, но со стабилитроном D2 на 12 В, включенным последовательно с D1. Это позволяет напряжению обратного хода достигать 12,7 В выше V+, что позволяет гораздо быстрее рассеивать энергию катушки, ускоряя работу реле. Но с реле на 12 В напряжение коллектора превысит 24 В в период обратного хода. Эта схема использует высокое напряжение пробоя коллектор-эмиттер для повышения скорости. Есть несколько драйверов реле, которые могут это сделать, но они не имеют большого преимущества перед транзистором. Обратите внимание, однако, что базовый резистор R1 должен иметь такой размер, чтобы обеспечить достаточный ток для транзистора, чтобы управлять реле. Для большого сильноточного реле может потребоваться предварительный драйвер и силовой транзистор. В этот момент IC может быть лучшим решением.
ТРАНЗИСТОРЫ PNP
До сих пор я сосредоточился на транзисторах NPN. Функционально PNP является противоположностью NPN. Напряжение коллектора PNP (при нормальном смещении) меньше эмиттерного, а база ниже эмиттерного на 0,7 В для включения транзистора.
Нет необходимости использовать отрицательное напряжение. Как и в случае с NPN, важно напряжение относительно эмиттера. Транзистор PNP может быть соединен с NPN в простых аудиоусилителях для создания усилителя для наушников или динамика. Дополнение ПНП к 2Н3904 это 2N3906.
На рис. 9 показано, как можно использовать 2N3906 для создания отрицательного напряжения смещения в системе только с положительным питанием. Вам может понадобиться отрицательное смещение для смещения входного сигнала или для питания операционного усилителя, которому по какой-то причине нужен отрицательный источник питания.
РИСУНОК 9 – Генератор отрицательного напряжения с использованием PNP 2N3906 Вход управляется прямоугольным сигналом, который может поступать с выхода таймера микроконтроллера или двухтранзисторного мультивибратора (погуглите). Я произвольно выбрал значения для компонентов в этом примере. Вы хотели бы использовать значения компонентов, соответствующие входной частоте, выходному току и напряжению, а также другим требованиям вашего приложения.
Обратите внимание, что входной сигнал должен колебаться близко к положительной шине питания (5 В в показанной схеме), чтобы полностью закрыть Q1, иначе транзистор никогда не выключится и нагреется. Если вы управляли схемой с выходом логического уровня, вам может понадобиться подтягивающий резистор, чтобы убедиться, что вход качается до положительной шины. Вы также можете использовать эту схему в системе 3,3 В.
Я включил этот пример, чтобы показать, как можно использовать PNP-транзистор. Это не значит, что нет IC, которые могут это сделать. Например, DC/DC-преобразователь TPS6735 производства Texas Instruments может выдавать -5 В на выходе при 200 мА, хотя он не будет работать при 3,3 В.
МОП-транзисторы
но есть еще один класс транзисторов, называемых полевыми МОП-транзисторами (полевые транзисторы с металлическим оксидом и полупроводником). Там, где у BJT есть база, эмиттер и коллектор, эквивалентными выводами MOSFET являются затвор, исток и сток.
Работа MOSFET аналогична BJT, но есть некоторые важные отличия.
Ранее MOSFET иногда называли IGFET (полевой транзистор с изолированным затвором). Я не видел, чтобы этот термин использовался много лет, но он носит описательный характер. Затвор MOSFET электрически изолирован от остальной части, а ток от стока к истоку регулируется электрическим полем, создаваемым приложением напряжения к затвору. Изолированный затвор означает, что полевой МОП-транзистор имеет очень высокий входной импеданс, поэтому ток не должен протекать через затвор для управления током сток-исток. На самом деле, если в затвор течет ток, это, вероятно, означает, что какой-то предел был превышен и транзистор вышел из строя.
BJT можно рассматривать как токоуправляемое устройство, в котором небольшое изменение тока базы вызывает большое изменение тока коллектора. МОП-транзистор — это токовый прибор, управляемый напряжением, в котором изменение напряжения на затворе вызывает большое изменение тока стока. На рис.
10 показан полевой МОП-транзистор 2N7000, подключенный в качестве преобразователя логического уровня, аналогично тому, как был подключен биполярный транзистор на рис. 7. Он будет работать так же, как и схема 2N3904, со следующими отличиями:
1. Высокий импеданс означает, что для ограничения тока в затворе не требуется последовательного резистора. Это также означает, что транзисторный вход не будет нагружать любой выход, который им управляет.
2. Биполярному транзистору требуется 0,7 В и небольшой ток для включения транзистора. МОП-транзистору требуется, чтобы затвор был положительным по отношению к истоку. В случае 2N7000 напряжение включения Vgs может находиться в диапазоне от 0,8 В до 3 В. Это означает, что использование 2N7000 для преобразования входного напряжения 2,5 В или 3,3 В в более высокое выходное напряжение может быть проблематичным, и транзистор может не открыться.
Однако при переходе от входного сигнала системы 5 В или выше к выходному напряжению 3,3 В или 2,5 В будет работать так же, как и с биполярной схемой.
3. Насыщенный МОП-транзистор не имеет напряжения насыщения — у него есть сопротивление между истоком и стоком. Для 2N7000 это может быть примерно до 6 Ом, когда V+ составляет 5 В для версии компонента On Semiconductor. Для большинства приложений это значение достаточно мало, чтобы не иметь значения, но об этом следует помнить, особенно при переключении значительных токов.
2N7000 обычно используется в качестве коммутатора. Вы можете смещать его как усилитель, но различное пороговое значение Vgs делает это немного сложнее, чем для биполярного транзистора. Подобно дополнению PNP к транзистору NPN, N-канальные полевые МОП-транзисторы имеют дополнение, которым является P-канальный полевой МОП-транзистор. BS250 от Vishay является приблизительным P-канальным эквивалентом 2N7000. Вы можете использовать такой транзистор вместо PNP для реализации генератора отрицательного напряжения, упомянутого ранее, хотя, конечно, вы должны быть уверены, что управляющее напряжение превышает пороговое напряжение затвора.
ДРУГИЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Я сосредоточился на транзисторах со слабым сигналом, чтобы продемонстрировать основные принципы. Как в биполярных, так и в МОП-транзисторах есть устройства, предназначенные для работы с большими токами и высокими напряжениями, детали, разработанные специально для радиочастотных приложений, и другие варианты. Но основные принципы те же.
Я надеюсь, что мое объяснение того, как работают транзисторы, помогло вам лучше понять их, и что приведенных примеров достаточно, чтобы вы могли экспериментировать с транзисторами в своих приложениях. Иногда транзисторы полезны, даже если они существуют уже давно. И даже в схемах, которые вы можете построить с помощью ИС, транзисторы представляют собой интересные устройства для работы, потому что вы можете перейти на уровень базовых компонентов.
РЕСУРСЫ
Спецификацию On Semiconductor для 2N3904, используемого в качестве примера в этой статье, можно найти по адресу https://www.
onsemi.com/pub/Collateral/2N3903-D.PDF
Спецификацию On Semiconductor для 2N3906, дополняющий 2N3904, можно найти по адресу: https://www.onsemi.com/pub/Collateral/2N3906-D.PDF
Спецификация On Semiconductor для 2N7000 находится по адресу: https://www.onsemi .com/pub/Collateral/2N7000-D.PDF
О полупроводниках | www.onsemi.com
Техасские инструменты | www.ti.com
Вишай | www.vishay.com
ПУБЛИКУЕТСЯ В ЖУРНАЛЕ CIRCUIT CELLAR • МАЙ 2019 № 346 – Получите PDF-файл номера
| Будьте в курсе наших БЕСПЛАТНЫХ еженедельных информационных бюллетеней! | Не пропустите предстоящие выпуски Circuit Cellar. Подписка на журнал Circuit Cellar Примечание. Мы сделали выпуск Circuit Cellar за май 2020 г. бесплатным образцом. В нем вы найдете большое разнообразие статей и информации, иллюстрирующих типичный номер текущего журнала. |
| Хотели бы вы написать для Circuit Cellar ? Мы всегда принимаем статьи/сообщения от технического сообщества. Свяжитесь с нами и давайте обсудим ваши идеи. |
Стюарт Болл
+ сообщения
Стюарт Болл недавно ушел на пенсию после более чем 40-летней карьеры инженера-электрика и инженера-менеджера. Его последней должностью была должность главного инженера в Seagate Technologies.
Основы транзисторов — типы, принцип работы и применение
Транзисторы также относятся к категории полупроводников. Они ответственны за революционные изменения в области электроники. Первый практический транзистор был представлен в 1927 году и известен как транзистор с точечным контактом Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли.
Уменьшение размеров электронных устройств произошло только из-за изобретения транзисторов.
Слово транзистор можно разделить на два основных слова. Самый первый «транс» называется передачей сигналов. Вторая часть слова «истор» относится к свойству сопротивления, которое предлагается на соответствующих соединениях.
Обладает характеристиками переключателя. Он имеет возможность участвовать в процессе усиления, а также выпрямления сигналов, будь то сигналы напряжения или токовые сигналы.
Что такое транзистор?
Цепь с низким сопротивлением участвует в передаче слабых сигналов в цепь с большим сопротивлением. Этот тип схемы определяется как транзистор.
Конструкция транзистора
Транзистор состоит из двух диодов с p-n переходом, которые можно соединить таким образом, чтобы оба конца соединились вместе. В середине связанная область очень тонкая, называется основанием.
Одна сторона называется эмиттером, а другая — коллектором. Так устроены транзисторы. Эмиттер присутствует справа от транзистора, тогда как наличие коллектора можно наблюдать слева.
Типы транзисторов
Основные транзисторы можно разделить на два типа в зависимости от типа их конструкции. Один называется p-n-p, а другой — n-p-n. Конструкция этих p-n-p и n-p-n очень проста.
Транзистор с центром как n-типа, так и обоих p-типов приводит к образованию p-n-p. Транзистор, сформированный с центром p-типа и обоими n-типами с обеих сторон, приводит к образованию n-p-n.
Существуют обозначения, представленные стрелками, которые показывают обычное течение тока в этом конкретном направлении. Это можно назвать единственным различием между транзисторами n-p-n и p-n-p. Каждый транзистор имеет три основных вывода.
Эти три терминала называются
- Базовый
- Излучатель
- Коллектор
Основные символы транзистора вместе с его выводами
(1) База
Находится в центре транзистора. Он взаимодействует с двумя цепями, одна из которых называется входной схемой, а другая — выходной.
Входной формируется за счет взаимодействия эмиттера и базы, а выходной – за счет коллектора и базы.
Меньшее сопротивление видно на входной цепи со стороны помех базы эмиттера. Более высокое сопротивление предлагается на выходной цепи базы и коллектора. Концентрация легирования в основе мала. Размер основания тонкий.
(2) Эмиттер
Для того, чтобы всегда питать большинство носителей заряда, соответствующий переход базы эмиттера должен питаться прямым смещением. Он имеет тяжелую легированную консистенцию, так что большинство носителей можно ввести в основу. Размер излучателя будет умеренным.
(3) Коллектор
Как следует из названия, действует как коллектор большинства перевозчиков. Следовательно, это считается для сбора выходов, по этой причине взаимодействующая часть коллектора и базы остается в обратном смещении.
Консистенция легирования коллектора умеренная, но его размер велик по сравнению с базой и эмиттером. Выше показаны клеммы базового транзистора.
Принцип работы транзистора
Элемент, называемый кремнием, обычно предпочтительнее для конструкции транзистора. Кремний менее чувствителен к температуре. Он способен выдерживать высокие значения напряжения и большие диапазоны токов.
Как известно, эмиттерно-базовый переход должен находиться в прямом смещении, а коллекторно-базовый переход должен оставаться в обратном смещении. Из-за условия прямого смещения на эмиттерно-базовом переходе большинство носителей проникает в базу.
Это является причиной образования базового тока, который имеет тенденцию течь через область базы. Этот ток стремится течь к коллектору, и в ответ на это наблюдается движение электронов в области коллектора от базы.
Ток базы также отвечает за образование вакансии на коллекторе. Но имеет малую величину. Как мы уже знаем, база, присутствующая в транзисторе, всегда слегка легирована.
Это причина того, что будет меньшее количество носителей заряда, например, электронов меньше по сравнению с количеством эмиттера.
Это небольшое количество электронов взаимодействует с отверстиями в основании, тогда как оставшееся количество электронов можно увидеть движущимся к коллектору.
Это проложило путь для генерации коллекторного тока. Следовательно, колебания на базе могут составлять большую величину тока на коллекторе.
Режимы работы транзистора
Условия, которые приводят к различным режимам работы, определяются соединениями, образованными на базе эмиттера и базе коллектора. Эмиттерно-базовый переход смещен в прямом направлении, а коллекторно-базовый переход смещен в обратном направлении, что приводит к активной области этого конкретного транзистора, таким образом, на основе дополнительных условий смещения в переходе можно анализировать различные режимы работы.
(1) FR
При рассмотрении случаев эмиттерно-базового перехода в этом случае эмиттерно-базовый переход смещен в прямом направлении, тогда как коллекторно-базовый переход смещен в обратном направлении. Следовательно, эти условия приводят к тому, что транзистор работает в активной области.
Когда он находится в активной области, токи на коллекторе зависят от тока на эмиттере.
(2) FF
В этом случае соединение базы эмиттера и базы коллектора смещено в прямом направлении. Этот тип условий приводит к тому, что транзистор находится в области насыщения. Эта область отвечает за то, чтобы ток на коллекторе не зависел от тока, генерируемого на эмиттере.
(3) RR
Следовательно, этот случай имеет дело с состоянием, когда оба перехода транзистора работают при обратном смещении. Если рассматривать при обратном смещении, то в схеме не наблюдается проводимости. Этот тип области известен как область отсечки.
Эмиттер на данном этапе не может поставлять большинство носителей заряда, и сбор этих носителей не может быть очевиден на коллекторе. Ситуация такого типа приводит к тому, что транзистор действует как замкнутый переключатель.
(4) RF
Эмиттерно-базовый переход транзистора смещен в обратном направлении, а коллекторно-базовый переход в этом состоянии смещен в прямом направлении.
Поскольку коллектор легирован легкой консистенцией, он не способен подавать основные носители заряда на соответствующую базу этого транзистора. Следовательно, действие транзистора в этом случае плохое.
Таким образом, в зависимости от типа смещения в соединении определяются различные типы рабочих областей. Смещение транзистора основано на принципе необходимости.
Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о MCQ на транзисторах
Применение и использование транзисторов
В современном мире электроники все так или иначе зависит от электроники. Либо это может быть схема усиления, либо схема переключения. Существуют различные типы транзисторов, которые можно использовать для различных целей.
(1) Транзистор в основном используется в качестве усилителя в различных типах генераторов, модуляторов и т. д., кроме того, в области цифровых схем эти транзисторы могут использоваться для механизма переключения.
(2) В случае транзистора, когда на него падает количество света, наблюдается генерация тока, они относятся к категории фототранзисторов.
