Транзистор база коллектор эмиттер. Биполярный транзистор: принцип работы, устройство и характеристики

Что такое биполярный транзистор. Как устроен биполярный транзистор. Какие бывают типы биполярных транзисторов. Как работает биполярный транзистор. Каковы основные характеристики биполярных транзисторов. Какие режимы работы существуют у биполярного транзистора.

Что такое биполярный транзистор и как он устроен

Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор с тремя выводами, состоящий из трех чередующихся областей полупроводника с различным типом проводимости. Он имеет следующую структуру:

• Эмиттер (Э) — сильно легированная область
• База (Б) — тонкая слаболегированная область
• Коллектор (К) — слаболегированная область большой площади

В зависимости от чередования областей различают два типа биполярных транзисторов:

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

Между областями образуются два p-n перехода: эмиттерный (база-эмиттер) и коллекторный (база-коллектор). Эти переходы играют ключевую роль в работе транзистора.

Принцип работы биполярного транзистора

Принцип работы биполярного транзистора основан на управлении током коллектора с помощью тока базы. Рассмотрим работу n-p-n транзистора:

1. На эмиттерный переход подается прямое напряжение, открывающее его
2. Электроны из эмиттера инжектируются в базу
3. Большая часть электронов проходит через тонкую базу в коллектор
4. Небольшая часть электронов рекомбинирует в базе, образуя ток базы
5. Основной поток электронов попадает в коллектор, создавая ток коллектора

Таким образом, малым током базы можно управлять значительно большим током коллектора. В этом и заключается усилительное свойство транзистора.

Основные характеристики биполярных транзисторов

Важнейшими характеристиками биполярных транзисторов являются:

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

Коэффициент усиления по току β может достигать значений от 10 до 1000 в зависимости от типа транзистора. Это ключевой параметр, определяющий усилительные свойства.

Режимы работы биполярного транзистора

Биполярный транзистор может работать в следующих основных режимах:

1. Активный режим — основной рабочий режим для усиления сигналов
2. Режим отсечки — транзистор закрыт, ток коллектора практически отсутствует
3. Режим насыщения — транзистор максимально открыт, ток коллектора максимален
4. Инверсный режим — эмиттер и коллектор меняются ролями

В активном режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт. Это обеспечивает линейную зависимость тока коллектора от тока базы и позволяет усиливать сигналы.

Применение биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы широко используются в различных электронных устройствах благодаря своим усилительным и переключающим свойствам. Основные области применения:

• Усилители аналоговых сигналов
• Генераторы электрических колебаний
• Переключающие и логические схемы
• Стабилизаторы напряжения
• Ключевые схемы в импульсных источниках питания

Особенно эффективно применение биполярных транзисторов в схемах с большими токами и напряжениями, где важны малые потери мощности в открытом состоянии.

Схемы включения биполярных транзисторов

Существует три основные схемы включения биполярных транзисторов:

1. С общим эмиттером (ОЭ) — наиболее распространенная схема, обеспечивающая усиление как по току, так и по напряжению
2. С общей базой (ОБ) — обеспечивает хорошие частотные свойства, но не усиливает ток
3. С общим коллектором (ОК) — обладает высоким входным и низким выходным сопротивлением

Выбор схемы включения зависит от требуемых параметров усиления, входного и выходного сопротивления, а также частотных свойств.

Параметры и характеристики биполярных транзисторов

Для описания свойств биполярных транзисторов используются следующие основные параметры и характеристики:

• h-параметры (h11, h12, h21, h22) — описывают транзистор как четырехполюсник
• Входные и выходные характеристики — зависимости токов от напряжений
• Коэффициент передачи тока эмиттера α
• Коэффициент передачи тока базы β
• Крутизна характеристики S
• Выходное дифференциальное сопротивление rк

Эти параметры позволяют рассчитывать и анализировать работу транзисторных схем в различных режимах.

Как отличить коллектор от эмиттера

Расчет входного тока базы Ib

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

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

Посчитаем Ibmax и Ibmin с помощью закона Ома:

Анализ результатов

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

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

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

Режимы работы биполярного транзистора

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

Режим отсечки (cut off mode).

Активный режим (active mode).

Режим насыщения (saturation mode).

Инверсный ражим (reverse mode ).

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

.

В активном режиме

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

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

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

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

Основные параметры биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по току

– соотношение тока коллектора IС к току базы IB. Обозначается
β
,
hfe
или
h31e
, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзисторов.

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

Входное сопротивление

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

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

Выходная проводимость

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

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

Частотная характеристика

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

Биполя́рный транзи́стор

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

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

Читать также: Принцип работы пистолета для монтажной пены

Физические процессы

Возьмем транзистор типа n-p-n в режиме без нагрузки, когда подключены только два источника постоянных питающих напряжений E1 и E2. На эмиттерном переходе напряжение прямое, на коллекторном – обратное. Соответственно, сопротивление эмиттерного перехода мало и для получения нормального тока достаточно напряжения E1 в десятые доли вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико и напряжение E2 составляет обычно десятки вольт.

Соответственно, как и раньше, темные маленькие кружки со стрелками – электроны, красные – дырки, большие кружки – положительно и отрицательно заряженные атомы доноров и акцепторов. Вольт-амперная характеристика эмиттерного перехода представляет собой характеристику полупроводникового диода при прямом токе, а вольт-амперная характеристика коллекторного перехода подобна ВАХ диода при обратном токе.

Принцип работы транзистора заключается в следующем. Прямое напряжение эмиттерного перехода uб-э влияет на токи эмиттера и коллектора и чем оно выше, тем эти токи больше. Изменения тока коллектора при этом лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Получается, что напряжение на переходе база-эмиттер, т. е. входное напряжение, управляет током коллектора. На этом явлении основано усиление электрических колебаний с помощью транзистора. Основные биполярные транзисторы приведены в таблице ниже.

Таблица характеристик биполярных транзисторов.

При увеличении прямого входного напряжения uб-э понижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе и, соответственно, возрастает ток через этот переход iэ. Электроны этого тока инжектируются из эмиттера в базу и благодаря диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора.Поскольку коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в этом переходе возникают объемные заряды (на рисунке большие кружки). Между ними возникает электрическое поле, которое способствует продвижению (экстракции) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда из эмиттера, т. е. втягивают электроны в область коллекторного перехода.

Схема работы и устройства биполярного транзистора.

Если толщина базы достаточно мала и концентрация дырок в ней невелика, то большинство электронов, пройдя через базу, не успевает рекомбинировать с дырками базы и достигает коллекторного перехода. Лишь небольшая часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. В результате этого возникает ток базы.

Ток база является бесполезным и даже вредным. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Именно поэтому базовую область делают очень тонкой и уменьшают в ней концентрацию дырок. Тогда меньшее число электронов будет рекомбинировать с дырками и, повторюсь, ток базы будет незначительным.

Когда к эмиттерному переходу не приложено напряжение, можно считать, что в этом переходе тока нет. Тогда область коллекторного перехода имеет значительное сопротивление постоянному току, поскольку основные носители зарядов удаляются от этого перехода и по обе границы создаются области, обедненные этими носителями. Через коллекторный переход протекает очень небольшой обратный ток, вызванный перемещением навстречу друг другу неосновных носителей.

Будет интересно➡ Что такое Диод Зенера

Если же под действием входного напряжения возникает значительный ток эмиттера, то в базу со стороны эмиттера инжектируются электроны, для данной области являющиеся неосновными носителями. Они доходят до коллекторного перехода не успевая рекомбинировать с дырками при прохождении через базу.

Чем больше ток эмиттера, тем больше электронов приходит к коллектору, тем меньше становится его сопротивление, следовательно, ток коллектора увеличивается. Аналогичные явления происходят в транзисторе типа p-n-p, надо только местами поменять электроны и дырки, а также полярность источников E1 и E2.

Как устроен транзистор.

Помимо рассмотренных процессов существует еще ряд явлений. Рассмотрим модуляцию толщины базы.При повышении напряжения на коллекторном переходе в нем происходит лавинное размножение заряда, обусловленное в основном ударной ионизацией.

Это явление и туннельный эффект могут вызвать электрический пробой, который при возрастании тока может перейти в тепловой пробой. Все происходит также, как у диодов, но в транзисторе при чрезмерном коллекторном токе тепловой пробой может наступить без предварительного электрического пробоя.

Тепловой пробой может наступить без повышения коллекторного напряжения до пробивного. При изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах изменяется их толщина, в результате чего изменяется толщина базы.

Особенно важно учитывать напряжение коллектор-база, поскольку при этом толщина коллектора возрастает, толщина базы уменьшается. При очень тонкой базе может возникнуть эффект смыкания (так называемый “прокол” базы) – соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает и транзистор перестает нормально работать.

При увеличении инжекции носителей из эмиттера в базу происходит накопление неосновных носителей заряда в базе, т. е. увеличение концентрации и суммарного заряда этих носителей. А вот при уменьшении инжекции происходит уменьшение концентрации и суммарного заряда этих самых носителей в базе и сей процесс обозвали рассасыванием неосновных носителей зарядов в базе.

И напоследок одно правило: при эксплуатации транзисторов запрещается разрывать цепь базы, если не включено питание цепи коллектора. Надо также включать питание цепи базы, а потом цепи коллектора, но не наоборот.

Схема устройства транзистора.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, состоящий из трех чередующихся областей полупроводника с различным типом проводимости (р-п-р или п-р-п) с выводом от каждой области. Рассмотрим работу транзистора n-р-n-типа. Чередующиеся области образуют два р-п-перехода база–эмиттер (БЭ) и база–коллектор (БК).

К переходу БЭ прикладывают прямое напряжение EБЭ, под действием которого электроны n-области эмиттера устремляются в базу, создавая ток эмиттера. Концентрацию примесей в эмиттере делают во много раз больше, чем в базе, а саму базу по возможности тоньше. Поэтому лишь незначительная часть (1–5%) испущенных эмиттером электронов рекомбинирует с дырками базы.

Большая же часть электронов, миновав узкую (доли микрона) область базы, “собирается” коллекторным напряжением Ек, представляющим обратное напряжение для перехода БК, и, устремляясь к плюсу внешнего источника Eк, создает коллекторный ток, протекающий по нагрузке Rн. Электроны, рекомбинировавшие с дырками базы, составляют ток базы IБ.

Ток коллектора, таким образом, определяется током эмиттера за вычетом тока базы. Аналогично работает транзистор р-n-р-типа, отличаясь лишь тем, что его эмиттер испускает в базу не электроны, а дырки, поэтому полярности прикладываемых к нему прямого UЭБ и обратного Ек напряжений должны быть противоположны транзистору п-р-п-типа.

Важное по теме. Как прозвонить транзистор.

На условном обозначении транзисторов стрелка ставится на эмиттере и направлена всегда от р-области к n-области. На рис. 1.8, б приведено условное обозначение транзистора п-р-п, а на рис. 1.9, б – р-п-р. Кружок вокруг транзистора означает, что транзистор изготовлен в самостоятельном корпусе, а отсутствие кружка – что транзистор выполнен заодно с другими элементами на пластинке полупроводника интегральной микросхемы.

Будет интересно➡ Как устроены многоцветные светодиоды

Стрелку эмиттера удобно рассматривать как указатель полярности прямого напряжения, приложенного между базой и эмиттером, которое “открывает” (подобно выпрямительному диоду) транзистор. При использовании транзистора в электронных устройствах нужны два вывода для входного сигнала и два – для выходного.

Так как у транзистора всего лишь три вывода, один из них должен быть общим, принадлежащим одновременно и к входной, и к выходной цепи. Возможны три варианта схем включения транзисторов – с общей базой, общим эмиттером и с общим коллектором.

Переход в биполярном транзисторе.

Схема с общей базой

Схема включения транзистора с общей базой (ОБ) показана на рис. 1.10. Входным сигналом для схемы с ОБ является напряжение, поданное между эмиттером и базой UBX = = UЭБ; выходным – напряжение, выделяемое на нагрузке Uвых = IкRн; входным током – ток эмиттера Iвх = IЭ; выходным током – ток коллектора Iвых = Iк.

Входное напряжение UЭБ является управляющим для транзистора, поэтому небольшое его изменение (па доли вольт) приводит к изменению тока эмиттера в очень широких пределах – практически от нуля до максимального. Максимальный ток определяется назначением транзистора (маломощные, средней мощности и большой мощности) и соответствующей конструкцией.

Так как напряжение UΚБ является обратным, величина напряжения внешнего источника Ек может в десятки раз превышать значение напряжения UЭБ. Падение напряжения, выделяемого на нагрузке, будет тем больше, чем больше ток коллектора, при этом на самом транзисторе будет падать лишь небольшое напряжение UКБ, которое будет тем меньше, чем больше ток коллектора.

Таким образом, изменение на доли вольт входного напряжения приводит к изменению напряжения на нагрузке, чуть меньшего, чем напряжение Ек. Это положение определяет усилительные свойства транзистора.

Для оценки работы транзистора и его усилительных свойств в различных схемах включения рассматривают приращения входных и вызванные ими приращения выходных величин. Рассматривая транзистор как усилитель, принято характеризовать его свойства коэффициентами усиления и значением входного сопротивления. Различают три вида коэффициентов усиления:

• • коэффициент усиления по току КI = ΔIвых /ΔIвх;
• • коэффициент усиления по напряжению КU = ΔUвых/ΔUвх;
• • коэффициент усиления по мощности КР = КI • КU.

Отношение изменения входного напряжения к изменению входного тока: Rвх = ΔUвх/ΔIвх. Входное сопротивление любого усилителя приводит к искажению входного сигнала. Любой реальный источник сигнала обладает некоторым внутренним сопротивлением, и при подключении его к усилителю образуется делитель напряжения, состоящий из внутреннего сопротивления источника и входного сопротивления усилителя.

Поэтому чем выше входное сопротивление усилителя, тем большая часть сигнала будет выделяться на этом сопротивлении и усиливаться и тем меньшая его часть будет падать на внутреннем сопротивлении самого источника. Таким образом, КРБ тоже определяется соотношением сопротивлений. Так как коэффициент усиления схемы с ОБ по току КIБ оказывается меньше единицы, она применения не нашла.

Размеры биполярного транзистора.

Устройство [ править | править код ]

Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера (обозначается «Э», англ. E ), базы («Б», англ. B ) и коллектора («К», англ. C ). В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n

(эмиттер —
n
-полупроводник, база —
p
-полупроводник, коллектор —
n
-полупроводник) и
p-n-p
транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты [1] .

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

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

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

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

Принцип работы [ править | править код ]

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

В транзисторе типа n-p-n

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

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ

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

Принцип работы биполярного транзистора

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок.

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»).

1. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
2. Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
3. Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
4. 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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

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).

Читать также: Термообработка стали 40х закалка отпуск

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

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

Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе.

Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно? Что когда базовый резистор подключается к +5 В лампочка загорается, когда отключается -лампочка гаснет? Ответ может быть да а может и нет.

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Напряжение на базовом резисторе может возникнуть чудесным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти

Базовая электроника — Конфигурации транзисторов

Транзистор имеет 3 клеммы, эмиттер, базу и коллектор. Используя эти 3 клеммы, транзистор может быть подключен в цепи с одной клеммой, общей для обоих входов и выходов в 3 различных возможных конфигурациях.

Три типа конфигураций — это конфигурации Common Base, Common Emitter и Common Collector . В каждой конфигурации эмиттерный контакт смещен в прямом направлении, а коллекторный контакт — в обратном направлении.

Общая база (CB) Конфигурация

Само название подразумевает, что базовая клемма используется как общая клемма для входа и выхода транзистора. Общее базовое соединение для транзисторов NPN и PNP показано на следующем рисунке.

Для понимания рассмотрим NPN-транзистор в CB-конфигурации. Когда на эмиттер подается напряжение, поскольку оно смещено в прямом направлении, электроны от отрицательного вывода отталкивают электроны эмиттера, и ток течет через эмиттер и основание к коллектору, чтобы внести ток коллектора. Напряжение коллектора V _CB поддерживается постоянным на протяжении всего этого.

В конфигурации CB входной ток — это ток эмиттера I _E, а выходной ток — ток коллектора

I _C.

Коэффициент усиления тока (α)

Отношение изменения тока коллектора ( DeltaIC) к изменению тока эмиттера ( DeltaIE), когда напряжение коллектора V _CB поддерживается постоянным, называется коэффициентом усиления тока . Обозначается через α.

 alpha= frac DeltaIC DeltaIEatконстантаVCB

Выражение для тока коллектора

Имея идею выше, давайте попробуем нарисовать некоторое выражение для тока коллектора. Наряду с протекающим током эмиттера существует некоторое количество базового тока IB, который протекает через базовый вывод из-за рекомбинации электронных дырок. Поскольку соединение коллектор-база имеет обратное смещение, существует другой ток, который протекает из-за неосновных носителей заряда. Это ток утечки, который можно понимать как _утечка . Это связано с меньшим количеством носителей заряда и, следовательно, очень мало.

Ток эмиттера, который достигает коллектора, равен

 mathbf mathit alphaIE

Общий ток коллектора

IC= alphaIE+Iутечка

Если напряжение на базе эмиттера V _EB = 0, то даже тогда протекает небольшой ток утечки, который можно назвать I _CBO (ток на базе коллектора с открытым выходом).

Следовательно, ток коллектора может быть выражен как

IC= alphaIE+ICBO

IЕ=IC, +IB,

IC,= альфа(IC, +IB) +IСВО

IC(1− alpha)= alphaIB+ICBO

I_ {C} \: = \: (\ frac {\ alpha} {1 \: — \: \ alpha}) \: I_ {B} \: + \: (\ frac {I_ {CBO}}} { 1 \: — \: \ альфа})

IC=( frac alpha1− alpha)IB+( frac11− альфа)IСВО

Следовательно, полученное выше выражение является выражением для тока коллектора. Значение тока коллектора зависит от тока базы и тока утечки, а также от коэффициента усиления тока используемого транзистора.

Характеристики конфигурации CB

• Эта конфигурация обеспечивает усиление напряжения, но не дает усиления по току.

• При постоянном значении V _CB при небольшом увеличении напряжения на базе эмиттера V _EB ток эмиттера I _E увеличивается.

• Ток эмиттера I _E не зависит от напряжения коллектора V _CB .

• Напряжение коллектора V _CB может влиять на ток коллектора I _C только при низких напряжениях, когда V _EB поддерживается постоянным.

• Входное сопротивление ri — это отношение изменения базового напряжения эмиттера ( DeltaVEB) к изменению тока эмиттера ( DeltaIE) при постоянном базовом напряжении коллектора V _CB .

   ETA= гидроразрыва DeltaVЕВ DeltaIЕвконстантаVCB

• Поскольку входное сопротивление имеет очень низкое значение, достаточно небольшого значения V _EB , чтобы создать большой ток тока эмиттерного тока I _E.

• Выходное сопротивление r

  o — это отношение изменения базового напряжения коллектора ( DeltaVCB) к изменению тока коллектора ( DeltaIC) при постоянном токе эмиттера I _Э.

  ro= frac DeltaVCB DeltaICatconstantlE

• Поскольку выходное сопротивление имеет очень высокое значение, большое изменение V _CB приводит к очень небольшому изменению тока коллектора I _C.

• Эта конфигурация обеспечивает хорошую стабильность против повышения температуры.

• Конфигурация CB используется для высокочастотных применений.

Эта конфигурация обеспечивает усиление напряжения, но не дает усиления по току.

При постоянном значении V _CB при небольшом увеличении напряжения на базе эмиттера V _EB ток эмиттера I _E увеличивается.

Ток эмиттера I _E не зависит от напряжения коллектора V _CB

.

Напряжение коллектора V _CB может влиять на ток коллектора I _C только при низких напряжениях, когда V _EB поддерживается постоянным.

Входное сопротивление ri — это отношение изменения базового напряжения эмиттера ( DeltaVEB) к изменению тока эмиттера ( DeltaIE) при постоянном базовом напряжении коллектора V _CB .

 ETA= гидроразрыва DeltaVЕВ DeltaIЕвконстантаVCB

Поскольку входное сопротивление имеет очень низкое значение, достаточно небольшого значения V _EB , чтобы создать большой ток тока эмиттерного тока I _E.

Выходное сопротивление r _o — это отношение изменения базового напряжения коллектора ( DeltaVCB) к изменению тока коллектора ( DeltaIC) при постоянном токе эмиттера I _Э.

ro= frac DeltaVCB DeltaICatconstantlE

Поскольку выходное сопротивление имеет очень высокое значение, большое изменение

V _CB приводит к очень небольшому изменению тока коллектора I _C.

Эта конфигурация обеспечивает хорошую стабильность против повышения температуры.

Конфигурация CB используется для высокочастотных применений.

Конфигурация с общим эмиттером (CE)

Само название подразумевает, что клемма эмиттера используется как общая клемма для входа и выхода транзистора. Общее подключение эмиттера для транзисторов NPN и PNP показано на следующем рисунке.

Как и в конфигурации CB, эмиттерный контакт смещен в прямом направлении, а коллекторный контакт — в обратном направлении. Поток электронов контролируется таким же образом. Входной ток — это базовый ток I _B, а выходной ток — ток коллектора I _C здесь.

Базовый коэффициент усиления тока (β)

Отношение изменения тока коллектора ( DeltaIC) к изменению базового тока ( DeltaIB) известно как коэффициент усиления базового тока . Обозначается через

 бета= гидроразрыва DeltaIC DeltaIB

Связь между β и α

Попробуем вывести соотношение между коэффициентом усиления базового тока и коэффициентом усиления тока эмиттера.

 бета= гидроразрыва DeltaIC DeltaIB

 альфа= гидроразрыва DeltaIC DeltaIЕ

IЕ=IB, +IC,

 DeltaIE= DeltaIB+ DeltaIC

 DeltaIB= DeltaIE− DeltaIC

Мы можем написать

 beta= frac DeltaIC DeltaIE− DeltaIC

Деление на $$

 beta= frac frac DeltaIC DeltaIE frac DeltaIE DeltaIE− frac DeltaIC DeltaIE

 alpha= frac DeltaIC DeltaIE

У нас есть

 alpha= frac DeltaIC DeltaIE

Следовательно,

 бета= гидроразрыва альфа1− альфа

Из приведенного выше уравнения очевидно, что при приближении α к 1, β достигает бесконечности.

Следовательно, коэффициент усиления по току в соединении с общим эмиттером очень высок . По этой причине это схемное соединение в основном используется во всех транзисторных приложениях.

Выражение для тока коллектора

В конфигурации с общим эмиттером I _B — входной ток, а I _C — выходной ток.

Мы знаем

IЕ=IB, +IC,

А также

IC= alphaIE+ICBO

= alpha(IB+IC)+ICBO

IC(1− alpha)= alphaIB+ICBO

$$ I_ {C}, \: = \: \ гидроразрыва {\ альфа} {1- \ альфа} I_ {B} \ + \: \ гидроразрыва {1} {1- \ альфа} \: I_ {СВО} $ $

Если базовая цепь разомкнута, т.е. если I _B = 0,

Коллектор эмиттер тока с открытой базой _{генерального директора}

Iгенеральныйдиректор= гидроразрыва11− альфаIСВО

Подставляя значение этого в предыдущее уравнение, получим

IC,= гидроразрыва альфа1− альфаIB, +Iгенеральныйдиректор

IC= betaIB+ICEO

Отсюда получается уравнение для тока коллектора.

Колено Напряжение

В конфигурации CE, поддерживая постоянный ток I _B базы, если V _CE изменяется, I _C увеличивается почти до 1 В от V _CE и остается постоянным после этого. Это значение V _CE, до которого ток коллектора I _C изменяется с V _CE , называется напряжением на колене . Транзисторы, работая в конфигурации CE, работают с напряжением выше колена.

Характеристики конфигурации CE

• Эта конфигурация обеспечивает хорошее усиление тока и напряжения.

• Сохраняя V _CE постоянным, при небольшом увеличении V _BE базовый ток I _B увеличивается быстрее, чем в конфигурациях CB.

• Для любого значения V _CE выше напряжения колена I _C приблизительно равно β I _B.

• Входное сопротивление r _i представляет собой отношение изменения базового напряжения эмиттера ( DeltaVBE) к изменению базового тока ( DeltaIB) при постоянном напряжении эмиттера коллектора V _CE .

  Rя= гидроразрыва DeltaVBE DeltaIВвпостояннаяVCE

• Поскольку входное сопротивление имеет очень низкое значение, достаточно небольшого значения V _BE , чтобы создать большой ток базового тока I _B.

• Выходное сопротивление r _o представляет собой отношение изменения напряжения эмиттера коллектора ( DeltaVCE) к изменению тока коллектора ( DeltaIC) при постоянной I _B.

  RO= гидроразрыва DeltaVCE DeltaICвконстантаIB,

• Поскольку выходное сопротивление цепи CE меньше, чем сопротивление цепи CB.

• Эта конфигурация обычно используется для методов стабилизации смещения и применения звуковых частот.

Эта конфигурация обеспечивает хорошее усиление тока и напряжения.

Сохраняя V _CE постоянным, при небольшом увеличении V _BE базовый ток I _B увеличивается быстрее, чем в конфигурациях CB.

Для любого значения V _CE выше напряжения колена I _C приблизительно равно β I _B.

Входное сопротивление r _i представляет собой отношение изменения базового напряжения эмиттера ( DeltaVBE) к изменению базового тока ( DeltaIB) при постоянном напряжении эмиттера коллектора V _CE .

Rя= гидроразрыва DeltaVBE DeltaIВвпостояннаяVCE

Поскольку входное сопротивление имеет очень низкое значение, достаточно небольшого значения V _BE , чтобы создать большой ток базового тока I _B.

Выходное сопротивление r _o представляет собой отношение изменения напряжения эмиттера коллектора ( DeltaVCE) к изменению тока коллектора ( DeltaIC) при постоянной I _B.

RO= гидроразрыва DeltaVCE DeltaICвконстантаIB,

Поскольку выходное сопротивление цепи CE меньше, чем сопротивление цепи CB.

Эта конфигурация обычно используется для методов стабилизации смещения и применения звуковых частот.

Конфигурация Common Collector (CC)

Само название подразумевает, что клемма коллектора используется как общая клемма для входа и выхода транзистора. Подключение общего коллектора для транзисторов NPN и PNP показано на следующем рисунке.

Как и в конфигурациях CB и CE, эмиттерный контакт смещен в прямом направлении, а коллекторный контакт — в обратном направлении. Поток электронов контролируется таким же образом. Входной ток — это базовый ток I _B, а выходной ток — это ток эмиттера I _E.

Коэффициент усиления тока (γ)

Отношение изменения тока эмиттера ( DeltaIE) к изменению базового тока ( DeltaIB) известно как коэффициент усиления тока в конфигурации с общим коллектором (CC) , Обозначается через γ .

 Gamma= гидроразрыва DeltaIЕ DeltaIB

• Коэффициент усиления по току в конфигурации CC такой же, как в конфигурации CE.

• Коэффициент усиления по напряжению в конфигурации CC всегда меньше 1.

Коэффициент усиления по току в конфигурации CC такой же, как в конфигурации CE.

Коэффициент усиления по напряжению в конфигурации CC всегда меньше 1.

Связь между γ и α

Попробуем нарисовать некоторую связь между γ и α

 Gamma= гидроразрыва DeltaIЕ DeltaIB

 альфа= гидроразрыва DeltaIC DeltaIЕ

IЕ=IB, +IC,

 DeltaIE= DeltaIB+ DeltaIC

 DeltaIB= DeltaIE− DeltaIC

Подставляя значение I _B , получаем

 gamma= frac DeltaIE DeltaIE− DeltaIC

Деление на  DeltaIE

 gamma= frac frac DeltaIE DeltaIE frac DeltaIE DeltaIE− frac DeltaIC DeltaIE

 гидроразрыва11− альфа

 Gamma= гидроразрыва11− альфа

Выражение для тока коллектора

Мы знаем

IC= alphaIE+ICBO

IE=IB+IC=IB+( alphaIE+IСВО)

IЕ(1− альфа)=IB, +IСВО

IЕ= гидроразрываIB,1− альфа + гидроразрываIСВО1− альфа

IC, CongIЕ=( бета +1)IB, +( бета +1)IСВО

Выше приведено выражение для тока коллектора.

Эта конфигурация обеспечивает усиление по току, но без усиления по напряжению.

В конфигурации CC входное сопротивление высокое, а выходное сопротивление низкое.

Усиление напряжения, обеспечиваемое этой схемой, составляет менее 1.

Сумма тока коллектора и тока базы равна току эмиттера.

Входные и выходные сигналы находятся в фазе.

Эта конфигурация работает как выход неинвертирующего усилителя.

Эта схема в основном используется для согласования импедансов. Это означает, что необходимо управлять нагрузкой с низким импедансом от источника с высоким импедансом.

Переход — эмиттер-баз — транзистор

Переход — эмиттер-баз — транзистор

Cтраница 1

Переход эмиттер-база транзистора V2 смещен в обратном направлении, и в цепи коллектора протекает ток / к g Q, обусловленный неосновными носителями.  [1]

Диод VD2 шунтирует переход эмиттер-база транзистора при прохождении обратной полуволны сигнала датчика. Резистор R7 и конденсатор С4 образуют цепь положительной обратной связи, позволяющей повысить чувствительность входа транзистора VTI. Диод VD5 защищает управляющую часть схемы коммутатора при аварийном изменении полярности тока. Стабилизатор VD3 с резистором R2 образует цепь защиты управляющих цепей коммутатора от импульсов перенапряжений в бортовой сети автомобиля.  [2]

В момент равенства напряжений открывается переход эмиттер-база транзистора 7, и на коллекторном сопротивлении Н возникает импульс напряжения положительной полярности. Отметка заднего фронта выходного импульса фиксируется с некоторой задержкой tSi относительно заднего фронта входного импульса.  [3]

Вначале через диод Д3 и переход эмиттер-база транзистора Tt протекал ток ( ток также протекал в цепи коллектор-эмиттер Ts), однако по мере уменьшения напряжения на коллекторе Т2 транзистор T запирается и напряжение на его эмиттере начинает очень медленно снижаться с большой постоянной времени, определяемой током, втекающим во входную цепь нагрузочного элемента, и емкостью выходного узла.  [5]

Сигнал гетеродина модулирует нелинейное сопротивление перехода эмиттер-база транзистора смесительного каскада. Входной сигнал радиочастоты, который также приложен к нелинейному сопротивлению, приводит к появлению сигналов, имеющих частоты, равные сумме и разности частот входного сигнала и гетеродина. Один из полученных сигналов используется в дальнейшем в качестве сигнала промежуточной частоты. На частотах ниже 100 Мгц процесс преобразования при использовании транзистора 2N1406 происходит почти без потерь. На более высоких частотах эти потери становятся существенными.  [6]

Конденсатор ЗС39 заряжается по цепи: источник питания 29 В, 3R76, переход эмиттер-база транзистора ЗТ1, переход коллектор — эмиттер транзистора ЗТ2, ЗД9, 3R70, 3R67, корпус. Конденсатор ЗС46 заряжается по цепи: источник питания 29 В, 3R76, переход эмиттер — коллектор транзистора ЗТ1, 3R71, переход база — эмиттер транзистора ЗТ2, ЗД9, 3R70, 3R67, корпус. В режиме насыщения конденсаторы ЗС39, ЗС46 продолжают заряжаться по экспоненциальному закону, определяемому сопротивлением насыщения транзистора ЗТ1 и сопротивлением перехода база — эмиттер другого транзистора. Замедление скорости заряда конденсатора ЗС46 приводит к уменьшению тока базы транзистора ЗТ2 до такого значения, при котором он скачком выходит из насыщения ( запирается), а транзистор ЗТ1 переходит в режим формирования пилообразного напряжения. Промежуток времени, пока транзисторы находятся в режиме насыщения, соответствует времени обратного хода.  [7]

В исходном состоянии транзисторы ТЗ и Т1 открыты по цеш 1: ППБ — резистор R1 — переход эмиттер-база транзистора Т1 ( сме щение за счет резистора R3) — переход эмиттер-база транзистор; ТЗ — резистор R5 — ПМБ.  [8]

С нет переменной составляющей напряжения, то пульсация на нагрузке L / o — оказывается приложенной к переходу эмиттер-база транзистора в оротивофазе с изменением коллекторного напряжения, компенсируя пульсации напряжения на входе фильтра за счет изменения внутреннего сопротивления транзистора.  [10]

Транзистор VT2 открыт, так как имеется ток базы, протекающий по цепи: источника резистор R9 диод VD2 переход эмиттер-база транзистора VT2 резистор R7 — источника. При этом имеет место ток базы транзистора VT3: источника диод VD3 переход эмиттер — база транзистора VT3 диод VD2 переход эмиттер — коллектор транзистора VT2 резистор R11 5 — источника. Через открытый транзистор VT3 протекает ток возбуждения, и напряжение генератора возрастает.  [11]

Когда транзистор VT8 микросхемы D1 открывается, конденсатор С21, подключенный к выводам 2, 6 микросхемы, быстро заряжается через открытый транзистор VT9 и переход эмиттер-база транзистора VT11 до напряжения, близкого к напряжению питания микросхемы. Транзисторы VT11, VT13 находятся в это время в открытом состоянии, а транзистор VT12 закрыт. При закрывании транзистора VT8 цепь перезаряда R15, R16 ( R21, R23) становится высокоомной.  [12]

Конденсатор С, заряжается по цепи 0, эмиттерный переход транзистора Г2, Сь RKi, — Ек, а конденсатор С2 — по цепи 0, переход эмиттер-база транзистора Гь С2, RK2, — ЕК — Предположим, что в первый момент после включения схемы транзисторы Ti и Т2 будут находиться в активном режиме. Особенность схемы такова, что достаточно малейшего нарушения симметрии ( например, увеличения тока коллектора одного из транзисторов, так как в реальных цепях обеспечить абсолютную симметрию схемы невозможно), чтобы в цепи наступило самовозбуждение.  [13]

В положении / / переключателя В6 открыт транзистор Т18, ток базы которого протекает по цепи: 12 В ( контакт 2 соединителя Ш — П2), переход эмиттер-база транзистора Т18, резистор R60, переключатель В6, диод Д6, вывод 10 ИС А4, дешифратор, корпус. Через эмиттерный и коллекторный переходы открытого транзистора Т18 напряжение 12 В поступает на контакт 2 соединителя Ш — СК-В. Так как состояние транзисторов Т14 и Т16 и напряжения на контактах 1 3, 5 соединителя Ш — СК-В не изменились, СК переключается на II диапазон.  [14]

Непостоянство тока заряда конденсатора в схеме с повторителем обусловлено следующими факторами: непостоянством напряжения на резисторе R и ненулевой проводимостью закрытого ключа и входной проводимостью эмиттерного повторителя. Изменение напряжения на переходе эмиттер-база транзистора Т2 можно учесть, если известно значение усредненного параметра Лцб ( входное сопротивление транзистора), которое можно определять по входной характеристике транзистора.  [15]

Страницы:      1    2

Collector Junction — обзор

Высокочастотная инкрементная модель

Мы знаем, что предыдущая низкочастотная модель неполна, поскольку в ней нет механизмов ограничения пропускной способности. Давайте теперь рассмотрим некоторые источники ограничения полосы пропускания в биполярных транзисторах.

Во-первых, мы знаем, что у перехода есть обедняющая емкость, связанная с его обедненным слоем, как мы показали в обсуждении диода в предыдущей главе. Следовательно, мы знаем, что в биполярном транзисторе есть истощающие емкости в переходах база-эмиттер и база-коллектор.Эти емкости истощения ¹⁴ показывают функциональную зависимость от напряжения перехода, как показано в предыдущей главе.

Во-вторых, когда транзистор смещен в области прямого действия, в базе накапливается заряд (рис. 4.14), как показано на этом одномерном изображении NPN-транзистора. В предыдущей главе, посвященной диодам, это называлось «диффузионной емкостью». Поскольку v _BE меняется, концентрация дополнительных электронов ( n ′ ), хранящихся в базе, также меняется, поддерживая ток коллектора.В этой формулировке мы предполагаем, что изменение v _BE происходит достаточно медленно, так что концентрацию n ′ в базе можно смоделировать как серию статических треугольных распределений. Это так называемое квазистатическое приближение, которое будет использоваться в следующих главах, когда мы будем обсуждать транзисторное переключение с большим сигналом.

РИСУНОК 4.14. Заряд хранится в базовой области NPN-транзистора в области прямого действия. По мере увеличения напряжения база-эмиттер транзистора В _BE количество дополнительных электронов в базе n ′ увеличивается, как показано.

Этот накопленный базовый заряд можно смоделировать как емкость, которая зависит от уровня смещения транзистора. В случае NPN-транзистора при увеличении V _BE избыточная концентрация неосновных носителей, хранящихся в базе, также увеличивается, как показано.

Модель схемы, показывающая различные механизмы накопления заряда в биполярном транзисторе, показана на рис. 4.15. В модели имеются следующие емкости:

РИСУНОК 4.15. Модель транзистора в прямой активной области, показывающая компоненты накопления заряда C _b (диффузионная емкость базы), C _je (емкость истощения база-эмиттер) и C _jc (истощение база-коллектор). емкость).

•

C _JE : Емкость истощения базы эмиттера (зависит от развязки)

•

C _B : базовая диффузия емкостью (линейно пропорционально току коллектора)

•

C _jc : емкость истощения база-коллектор (зависит от напряжения перехода).

В эту модель вносим несколько модификаций (рис. 4.16). Сначала мы объединили C _je и C _b в одну емкость, которую назовем C _π . Во-вторых, давайте переименуем C _jc в C _μ .

РИСУНОК 4.16. Высокочастотная инкрементная модель транзистора в прямодействующей области. В этой модели мы объединили C _JE и C _B в один конденсатор C _π , переименованы в C _JC как C _μ , и добавили базу сопротивление r _x .

Наконец, добавим сопротивление «базовому растеканию» r _x . Сопротивление растеканию базы моделирует сопротивление между омическим контактом базы и частично обусловлено двумерными эффектами протекания тока базы. Для расчетов высокочастотной полосы важно включить в модель r _x , поскольку через нее должны заряжаться емкости транзисторов C _π и C _µ . Если вы опустите r _x , в некоторых топологиях схемы ваша модель будет чрезмерно оптимистичной в отношении пропускной способности.Для типичных транзисторов это базовое сопротивление составляет от 50 до 500 Ом.

Теперь, как мы определяем C _π и C _μ из таблицы данных? C _μ относительно легко. Мы знаем, что C _μ — это просто емкость истощения база-коллектор. Вспомните из главы 3, что истощающая емкость зависит от напряжения перехода, как: для линейно-градуированного перехода C _jo — емкость истощения при нулевом напряжении перехода, V _J — напряжение перехода, а ϕ _bi — встроенное напряжение.Также помните полярность V _J ; когда переход более смещен в обратном направлении, емкость перехода уменьшается.

Сначала необходимо определить значение напряжения перехода база-коллектор в рабочей точке В _CB . Затем мы можем просто прочитать емкость истощения из таблицы данных при заданном напряжении смещения коллектор-база.

Найти C _π немного сложнее. Напомним, что C _π включает в себя часть емкости истощения ( C _je ), добавленную к базовой диффузионной емкости.Базовая диффузионная емкость пропорциональна току коллектора транзистора. Чтобы найти C _π , нам нужно использовать некоторую информацию из таблицы данных. Если вы посмотрите на техническое описание, там будет указано число, иногда называемое частота перехода или произведение текущего коэффициента усиления на полосу пропускания, или « f _T ». Если мы посмотрим на график зависимости коэффициента усиления тока транзистора от частоты, мы увидим график, подобный рисунку 4.17.Текущее значение коэффициента усиления-полосы пропускания — это частота, на которой экстраполированное усиление тока слабого сигнала достигает единицы.

РИСУНОК 4.17. График прироста тока биполярного транзистора h _fe ( f ) в зависимости от частоты. На частоте f _T экстраполированная кривая достигает коэффициента усиления по току, равного 1.

Мы можем использовать простую схему на рис. 4.18, чтобы помочь нам определить методологию нахождения C _π . Во-первых, для простоты мы проигнорировали эффекты r _x .Давайте решим для инкрементного коллектора i _c , когда база управляется инкрементным базовым током i _b .

РИСУНОК 4.18. Инкрементальная модель транзистора для нахождения произведения текущего коэффициента усиления на полосу пропускания f _T . Ток, возвращаемый через емкость коллектор-база C, равен i _f .

Поскольку правая часть C _μ заземлена, напряжение v _π просто:

(4.11)νπ=ibrπrπ(Cπ+Cµ)s+1

Ток коллектора i _c равен:

(4.12)ic=gmνπ+if=gmibrπrπ(Cπ+Cµ)s+1−ibrπCµsrπ(Cπ +Cµ)s+1=(hfe−rπCµs)ibrπ(Cπ+Cµ)s+1

Обратите внимание, что обратная связь через C _µ дает ноль в правой полуплоскости на ω _z = +1/ r _π C _μ , что на частоте выше, чем ω _T . Так как нулевая частота выше интересующего нас диапазона частот, ¹⁵ , мы ее проигнорируем, аппроксимировав передаточную функцию слабого сигнала:

(4.13)icib≈hferπ(Cπ+Cµ)s+1

Для частот намного выше точки излома и с учетом того, что h _fe  =  g _m r 4 π3:

(4.14)icib≈gmrπrπ(Cπ+Cµ)s=gm(Cπ+Cµ)s

Следовательно, величина, при которой коэффициент усиления падает до 1, приблизительно равна:

(4.15)fT≈gm2π(Cπ+Cµ)

Таким образом, наш рецепт нахождения C _π и C _μ из таблицы данных и информации смещения:

(4.16) Cμ≈CJC (FoundondatAsheetAtVBCBIAS) Cπ = GM2πFT-Cμ

для транзистора 2N3904 с I _C = 1 мА, мелкие параметры сигнала составляет ч _Fe ≈ 100 и F _T = 300 МГц. Коэффициент усиления тока слабого сигнала транзистора h _fe начинает падать при f ≅ 3 МГц, как показано на рис. 4.19.

РИСУНОК 4.19. Идеализированный коэффициент усиления по току слабого сигнала h _fe ( f ) в зависимости от частоты для транзистора 2N3904, предполагая низкочастотный h _fe  = 100 и f T 90На частоте 300 МГц коэффициент усиления по току слабого сигнала составляет примерно 1.

Что такое PNP-транзистор и его типы.

Определение:

Транзистор PNP представляет собой тип транзистора, в котором один материал n-типа легирован двумя материалами p-типа. Это устройство, которое управляется током. И эмиттерный, и коллекторный токи контролировались небольшим током базы. Два кварцевых диода соединены встречно-параллельно в PNP-транзисторе. Диод эмиттер-база расположен слева от диода, а диод коллектор-база расположен справа.

Ток в отверстии состоит из большинства носителей транзисторов PNP. Ток внутри транзистора создается движением дырок, а ток в выводах транзистора создается потоком электронов. Когда через базу PNP-транзистора протекает небольшой ток, он включается. Ток в транзисторе PNP течет от эмиттера к коллектору.

Напряжение, необходимое для эмиттера, коллектора и базы транзистора, обозначается буквой PNP-транзистора.По сравнению с эмиттером и коллектором база PNP-транзистора всегда была отрицательной. Электроны в транзисторе PNP берутся с базовой клеммы. Ток, поступающий в базу, усиливается до того, как достигнет концов коллектора.

Символ транзистора PNP:

Транзистор PNP обозначается буквами PNP. На приведенной ниже диаграмме изображен символ PNP-транзистора. В транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору, как показано стрелкой, направленной внутрь.

Конструкция транзистора PNP:

Структура транзистора PNP изображена на схеме ниже. Эмиттерный и базовый переходы смещены в прямом направлении, а коллекторный и базовый переходы смещены в обратном направлении. Эмиттер, смещенный в прямом направлении, притягивает электроны к батарее, в результате чего ток течет от эмиттера к коллектору.

Легированные полупроводники обнаружены в трех секциях транзистора. С одной стороны эмиттер, с другой коллектор.Основание относится к области в середине. Три компонента транзистора подробно описаны ниже.

Излучатель:

Задача излучателя — поставлять носители заряда в приемник. По сравнению с базой эмиттер всегда смещен в прямом направлении, чтобы обеспечить большое количество носителей заряда.

База:

База транзистора — это секция в середине, которая образует два PN-перехода между эмиттером и коллектором. Переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, что позволяет цепи эмиттера иметь низкое сопротивление.Из-за обратного смещения перехода база-коллектор цепь коллектора имеет большое сопротивление.

Коллекционер:

Коллектор — это секция на противоположной стороне эмиттера, которая собирает заряды. Когда дело доходит до коллекционирования, коллекционер всегда склоняется в противоположную сторону.

Транзистор эквивалентен двум диодам, поскольку имеет два PN-перехода. Диод эмиттер-база или эмиттерный диод — это название перехода между эмиттером и базой.Переход между коллектором и базой называется диодом коллектор-база или коллекторным диодом.

Работа транзистора PNP:

Поскольку переходы эмиттера и базы смещены в прямом направлении, эмиттер выталкивает дырки в области базы. Эмиттерный ток состоит из этих дырок. Эти электроны объединились с электронами, когда они переместились в полупроводниковый материал или основу N-типа. База транзистора тонкая и не имеет большого количества легирования. В результате лишь несколько дырок объединяются с электронами, а остальные дырки перемещаются в слой объемного заряда коллектора.В результате развивается базовый ток.

Обратное смещение используется для соединения области коллектор-база. Коллектор собирает или притягивает дырки, которые собираются вокруг обедненной области, когда они подвергались воздействию отрицательной полярности. В результате этого возникает коллекторный ток. Ток коллектора IC пропускает весь ток эмиттера.

Кривые и режимы работы транзисторов:

Режимы работы, используемые для переключения приложений, можно разделить на четыре категории в зависимости от смещения внутренних диодов транзистора.Области отсечки, активные области, области насыщения и пробоя — это разные режимы работы.

Активный режим:

Транзистор часто используется в качестве усилителя тока в этом режиме работы. Два диода транзистора смещены в противоположных направлениях, то есть один смещен в прямом направлении, а другой — в обратном. В этом режиме ток течет от эмиттера к коллектору.

Режим отсечки:

В этом режиме работы оба диода в транзисторе смещены в обратном направлении.Говорят, что транзистор находится в выключенном состоянии, потому что в этом режиме ток не течет ни в каком направлении.

Режим насыщения:

В этом режиме работы оба диода в транзисторах смещены в прямом направлении. В этом режиме ток свободно течет от коллектора к эмиттеру. Это происходит, когда напряжение на переходе база-эмиттер высокое. Состояние ON называется этим режимом.

Режим разбивки:

Когда напряжение коллектора превышает установленные пределы, диод коллектора разрушается, а ток коллектора резко возрастает до опасного уровня.В результате транзистор в области пробоя не должен работать. Например, в транзисторе 2N3904, если напряжение коллектора превышает 40В, сразу начинается область пробоя, что приводит к повреждению схемы транзистора.

приложений:

1. Цепи усиления используют их.
2. Во встроенных проектах транзисторы используются в качестве переключателя, а благодаря быстрому переключению они также используются для генерации ШИМ-сигналов.
Используются парные схемы
3. Darlington (многотранзисторная конфигурация).
4. В электродвигателях транзисторы PNP используются для управления протеканием тока.
5. В цепях с согласованной парой PNP-транзисторы используются для генерирования спорной и одновременной мощности.

Преимущества транзистора PNP:

Ниже приведены некоторые преимущества транзисторов PNP:

1. Для источника тока используются транзисторы PNP.
2. Поскольку он генерирует сигнал, относящийся к отрицательной шине питания, это упрощает конструкцию схемы.
3. По сравнению с транзисторами NPN они производят меньше шума.
4. Он меньше других транзисторов и может использоваться в интегральных схемах, как и другие.

Работа транзистора (NPN)

Работа транзистора (NPN)
Далее: Базовые конфигурации цепей Up: транзисторы с биполярным переходом Предыдущая статья: Биполярные переходные транзисторы

Если коллектор, эмиттер и база транзистора NPN закорочены вместе, как показано на рисунке 5.2а, процесс диффузии описанное ранее для диодов приводит к образованию двух обедненных области, окружающие основание, как показано на рисунке. Диффузия отрицательных носителей в основу и положительные носители вне базы приводит к относительному электрическому потенциалу, как показано на рисунок 5.2б.

 
Рисунок 5.2: а) Транзистор NPN с коллектором, базой и эмиттер замкнут накоротко, и б) уровни напряжения, развивающиеся в пределах короткозамкнутый полупроводник.

Когда транзистор смещен для нормальной работы, как в рисунок 5.3а, базовая клемма немного положительна с относительно эмиттера (около 0,6 В для кремния), а коллектор положительно на несколько вольт. При правильном смещении транзистор создает . Область обеднения на переходе база-коллектор с обратным смещением растет и способен поддерживать повышенное изменение электрического потенциала указано на рисунке 5.3b.

 
Рисунок 5.3:  а) Транзистор NPN смещен для работы и б) уровни напряжения, возникающие в смещенном полупроводнике.

Для типичного транзистора от 95% до 99% носителей заряда от эмиттер попадают в коллектор и составляют почти все ток коллектора. чуть меньше и можно написать , где сверху до 0,99.

Поведение транзистора можно описать характеристикой кривые, показанные на рисунке 5.4. Каждая кривая начинается с нуля нелинейным образом, плавно растет, затем округляет колено, чтобы войти в область практически постоянного . Эта плоская область соответствует условию, когда истощение область на переходе база-эмиттер практически исчезла.Чтобы быть полезным в качестве линейного усилителя, транзистор должен работать исключительно в плоской области, где ток коллектора определяется базовым током.

 
Рисунок 5.4:  Характеристики транзистора NPN.

Небольшой ток, поступающий в базу, контролирует гораздо больший ток. в коллектор. Мы можем написать

где коэффициент усиления по постоянному току и называется статическим коэффициент передачи прямого тока.Из предыдущего определения и сохранения зарядка, у нас есть

Ибо у нас есть и транзистор ток усилительное устройство.

---

Далее: Основные конфигурации цепей Up: транзисторы с биполярным переходом Предыдущая статья: Биполярные переходные транзисторы

Дуг Гингрич
Вт, 13 июля, 16:55:15 по восточному поясному времени 1999

Что такое эмиттерная база и коллектор?

Вопрос задан: проф.Фидель Крис PhD
Оценка: 4,8/5 (25 голосов)

База — это устройство управления воротами для более крупного электроснабжения. Коллектор — это источник питания большего размера, а эмиттер — выход для этого источника . Посылая различные уровни тока от базы, можно регулировать величину тока, протекающего через затвор от коллектора.

Что такое эмиттер?

Эмиттер может означать: Устройства, испускающие заряженные частицы : Катод или отрицательный электрод в вакуумной трубке или диоде.Анод или положительный электрод в некоторых приложениях основан на эмиссии ионов с твердой поверхности. Один из трех выводов биполярного транзистора.

Какова функция эмиттера?

Эмиттер

: Терминал эмиттера представляет собой сильно легированную область по сравнению с двумя базой и коллектором. Это связано с тем, что работа эмиттера заключается в подаче носителей заряда на коллектор через базу . Размер эмиттера больше базы, но меньше коллектора.

Что такое коллектор в транзисторе?

коллектор — электрод в транзисторе, через который первичный поток носителей выходит из области между электродами. эмиттер — электрод в транзисторе, где рождаются электроны.

Что такое базовый транзистор?

База – Средняя часть транзистора известна как база. База образует две цепи: входную с эмиттером и выходную с коллектором…. База транзистора слегка легирована и очень тонкая, из-за чего на базу поступает основная часть носителей заряда.

Найдено 41 связанных вопросов

Почему VBE 0,7 В?

Соединение база-эмиттер представляет собой PN-соединение, или вы можете рассматривать его как диод. А падение напряжения на кремниевом диоде при прямом смещении составляет ~ 0,7 В. Вот почему в большинстве книг написано VBE=0,7 В для кремниевого NPN-транзистора с эмиттерным переходом, смещенным в прямом направлении, при комнатной температуре.

Какова основная функция базы в транзисторе?

Основой является контроллер ворот для более крупного источника питания . Коллектор — это более крупный источник электроэнергии, а эмиттер — выход для этого источника. Посылая различные уровни тока от базы, можно регулировать величину тока, протекающего через затвор от коллектора.

Коллектор сильно легирован?

Эмиттер

слабо легирован, коллектор сильно легирован , а база умеренно легирована.

В чем разница между эмиттером и коллектором?

Основные различия между эмиттером и коллектором заключаются в концентрации легирования и размере . Эмиттер сильно легирован, а коллектор слабо легирован. Вы можете попробовать поменять их местами, но вы получите очень низкий HFE, возможно, даже меньше 1.

.

Почему он называется обычным коллектором?

Транзисторные усилители с общим коллектором называются так называемыми , потому что точки входного и выходного напряжения имеют общие выводы коллектора транзистора друг с другом , без учета каких-либо источников питания.Усилитель с общим коллектором также известен как эмиттерный повторитель.

Почему эмиттер заземлен?

«Земля» или «земля» в данном случае просто означает точку в цепи, которую разработчик решил назвать «нулем вольт» и использовать в качестве эталона при измерении напряжения в другом месте цепи — это не подразумевает фактическое соединение на землю.

Что такое транзистор PNP и NPN?

NPN и PNP относятся к расположению деталей, составляющих транзистор …. Транзистор NPN имеет кусок кремния P-типа (база), зажатый между двумя частями N-типа (коллектор и эмиттер). В транзисторе PNP тип слоев меняется на противоположный. Ниже приведено типичное поперечное сечение транзистора.

Что такое рабочая точка покоя?

Рабочая точка устройства, также известная как точка смещения, точка покоя или точка добротности, представляет собой постоянное напряжение или ток на определенной клемме активного устройства (транзистора или электронной лампы) без подачи входного сигнала .Цепь смещения — это часть схемы устройства, которая обеспечивает постоянный ток или напряжение.

Почему широко используется общий эмиттер?

Транзисторы с общим эмиттером используются наиболее широко, поскольку усилитель на транзисторах с общим эмиттером обеспечивает высокий коэффициент усиления по току, высокий коэффициент усиления по напряжению и высокий коэффициент усиления по мощности . Этот тип транзистора дает небольшое изменение на входе, небольшое изменение на выходе.

Какой транзистор сильно легирован?

В большинстве транзисторов эмиттер сильно легирован. Его работа состоит в том, чтобы излучать или вводить электроны в базу. Эти базы слегка легированы и очень тонкие, они пропускают большую часть электронов, инжектированных эмиттером, на коллектор.

Как рассчитывается базовый коллектор-эмиттер?

В пластиковом корпусе одна сторона транзистора плоская, то есть лицевая сторона, а выводы расположены последовательно.Чтобы определить контакты, держите переднюю плоскую сторону к себе и считайте контакты как один , два и т. д. В большинстве транзисторов NPN это будет 1 (коллектор), 2 (база) и 3 (эмиттер). Таким образом, КВЕ.

Что может привести к выходу из строя транзистора?

Отказы могут быть вызваны избыточной температурой, избыточным током или напряжением, ионизирующим излучением, механическим ударом, напряжением или ударом и многими другими причинами.

Ток течет от коллектора к эмиттеру?

Ток не течет от коллектора к эмиттеру . Активный — ток от коллектора к эмиттеру пропорционален току, втекающему в базу. Обратно-активный. Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении.

Почему коллектор сильно легирован?

Причина, по которой эмиттер является наиболее легированной областью, заключается в том, что он служит для ввода большого количества носителей заряда в базу, которые затем перемещаются в коллектор , так что может произойти переключение или усиление.В транзисторах npn эмиттер n-типа инжектирует свободные электроны в базу.

Что является высоколегированным эмиттером, коллектором или базой?

Излучатель сильно легирован . Его работа состоит в том, чтобы излучать или вводить электроны в базу. Базы слабо легированы и очень тонкие, они пропускают большую часть инжектированных эмиттером электронов на коллектор. Уровень легирования коллектора является промежуточным между сильным легированием эмиттера и легким легированием базы.

Почему эмиттер умеренно легирован?

Поскольку он обеспечивает основные носители, поэтому он сильно легирован, чтобы он мог вводить большое количество основных носителей в базу транзистора, а размер эмиттера умеренный, потому что , если бы он был тонким , он не смог бы иметь больше носителей заряда, а также потому, что коллектор должен быть больше, чем …

Из каких частей состоит транзистор?

Обычно в транзисторе имеется три электрических вывода, называемых эмиттером, коллектором и базой , или, в современных переключающих устройствах, истоком, стоком и затвором.

Почему у транзистора тонкая базовая область?

База транзистора легирована слабее, чем эмиттер, и сделана узкой, так что практически все электроны, инжектированные из эмиттера (в npn-транзисторе) диффундируют прямо через базу к коллекторному переходу, не рекомбинируя с дырками . То есть ширина базы поддерживается меньше расстояния рекомбинации.

Почему VCE SAT равен 0.2 В?

Это связано с тем, что оба перехода в транзисторе смещены в прямом направлении при насыщении . При этом условии для транзистора npn напряжение между эмиттером и базой составляет ~ +0,7 В, а между базой и коллектором ~ 0,5 В (база p, коллектор n).

Серия учебных курсов по электротехнике и электронике ВМФ (NEETS), модуль 7

Модуль 7 — Введение в твердотельные устройства и источники питания

Страницы я, 1−1, 1−11, 1−21, 1−31, 1−41, 2−1, 2−11, 2−21, 2−31, 2−41, 2−51, 3−1, 3−11, 3−21, 3−31, 3−41, 3−51, от 4-1 до 4-10, 4−11, 4−21, 4−31, 4−41, 4−51, индекс

 

Для дальнейшего улучшения КПД транзистора, коллектор сделан физически больше базы по двум причинам: (1) чтобы увеличить вероятность сбора носителей, которые рассеиваются в стороны, а также непосредственно через базовую область, и (2) позволить коллектору выдерживать больше тепла без повреждений.

 

Таким образом, суммарный ток в Транзистор NPN подключается через вывод эмиттера. Следовательно, в процентном отношении I _E равно 100 процентам. На с другой стороны, поскольку база очень тонкая и слабо легированная, меньший процент от общего тока (эмиттер ток) будет течь в цепи базы, чем в цепи коллектора. Обычно не более 2-5%. общий ток — это ток базы (I _B ), а остальные 95–98 процентов — ток коллектора (I _C ).между этими двумя потоками существует очень простая связь:

I _E   = I _B   + I _C

 

Проще говоря, это означает, что ток эмиттера разделяется на ток базы и ток коллектора. С количество тока, выходящего из эмиттера, зависит исключительно от смещения эмиттер-база, и поскольку коллектор получает большую часть этого тока, небольшое изменение смещения эмиттер-база окажет гораздо большее влияние на величину тока коллектора, чем будет иметь ток базы.В заключение, относительно небольшое смещение эмиттер-база контролирует относительно большой ток между эмиттером и коллектором.

 

Q6. Чтобы правильно сместить транзистор NPN, Напряжение какой полярности подается на коллектор и каково его отношение к базовому напряжению?

 

Q7. Почему проводимость через прямосмещенный переход NPN-транзистора в основном в одном направлении? а именно от эмиттера к базе?

 

Q8.В транзисторе NPN какой участок сделан очень тонким по сравнению с два других раздела?

 

Q9. Какой процент тока в транзисторе NPN достигает коллектора?

 

Работа PNP-транзистора

 

PNP-транзистор работает практически так же, как и NPN-транзистор. Однако, поскольку эмиттер, база и коллектор в PNP-транзисторе изготовлены из разных материалов. от тех, которые используются в транзисторе NPN, в блоке PNP протекают разные носители тока.Текущее большинство носителями в PNP-транзисторе являются дырки. Это в отличие от NPN-транзистора, где ток большинства переносчиками являются электроны. Чтобы поддерживать этот другой тип тока (дырочный поток), батареи смещения перевернуты для транзистор PNP. типичная установка смещения для PNP-транзистора показана на рис. 2-8. Обратите внимание, что процедура Используемый ранее для правильного смещения NPN-транзистора также применим здесь к PNP-транзистору. Первая буква (П) в последовательность PNP указывает на полярность напряжения, необходимого для эмиттера (положительная), а вторая буква (N) указывает полярность базового напряжения (отрицательная).Так как переход база-коллектор всегда обратный смещено, то для коллектора необходимо использовать напряжение противоположной полярности (отрицательное). Таким образом, основание ПНП транзистор должен быть отрицательным по отношению к эмиттеру, а коллектор должен быть более отрицательным, чем база. Помните, что, как и в случае с транзистором NPN, эта разница в напряжении питания необходима для того, чтобы ток (дырочный поток в случае PNP-транзистора) от эмиттера к коллектору.Хотя дырочный поток является преобладающим типом тока в транзисторе PNP, ток дырок происходит только внутри транзистора. себя, в то время как электроны текут во внешней цепи. Однако именно внутренний поток дырок приводит к электронному течь во внешних проводах, подключенных к транзистору.

 

2-11

 Рис. 2-8.- правильно смещенный PNP-транзистор.

 

PNP ПРЯМОСМЕЩЕННОЕ СОЕДИНЕНИЕ . — Теперь рассмотрим, что происходит, когда эмиттер-база соединение на рис. 2-9 смещено в прямом направлении. При показанной настройке смещения положительный вывод батареи отталкивается. дырки эмиттера к базе, в то время как отрицательный вывод направляет базовые электроны к эмиттеру. Когда эмиттерная дырка и базовый электрон встречаются, объединяются. На каждый электрон, присоединившийся к дырке, приходится еще один электрон покидает отрицательную клемму батареи и входит в базу.При этом электрон покидает эмиттер, создавая новое отверстие, и входит в плюсовую клемму аккумулятора. Это движение электронов в база и выход из эмиттера составляют базовый ток (IB), а путь, который проходят эти электроны, называется в качестве схемы эмиттер-база.

 

2-12

Рис. 2-9.- Переход с прямым смещением в PNP-транзисторе.

 

PNP РАЗЪЕМ ОБРАТНОГО СМЕЩЕНИЯ . — В соединении с обратным смещением (рис. 2-10) отрицательный напряжение на коллекторе и положительное напряжение на базе блокируют пересечение большинства носителей тока перекресток. Однако это же отрицательное напряжение коллектора действует как прямое смещение для неосновных токовых дырок в основание, которые пересекают соединение и входят в коллектор.Неосновные электроны тока в коллекторе также ощущают прямое смещение — положительное базовое напряжение — и перемещаются в базу. Отверстия в коллекторе заполнены электроны, которые текут от отрицательной клеммы батареи. При этом электроны покидают отрицательную клемме батареи, другие электроны в базе разрывают свои ковалентные связи и входят в положительную клемму батареи. батарея. Хотя в переходе с обратным смещением протекает только меньший ток, он все же очень мал. из-за ограниченного числа неосновных носителей тока.

 

2-13

Рис. 2-10. — Переход с обратным смещением в PNP-транзисторе.

 

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЕДИНЕНИЯ PNP . — Взаимодействие между прямым и обратным смещением

переходов в транзисторе PNP очень похож на переход в транзисторе NPN, за исключением того, что в транзисторе PNP, большинство носителей тока являются дырками.В транзисторе PNP, показанном на рис. 2-11, положительное напряжение на эмиттер отталкивает дырки к базе. Оказавшись в базе, дырки объединяются с базовыми электронами. Но опять же, помните, что базовая область сделана очень тонкой, чтобы предотвратить рекомбинацию дырок с электронами. Следовательно, более 90 процентов отверстий, которые входят в базу, притягиваются к большому отрицательному напряжению коллектора и пройти прямо через базу. Однако на каждый электрон и дырку, которые объединяются в базовой области, приходится другой электрон. покидает отрицательную клемму базовой батареи (V _BB ) и входит в базу как базовый ток (I _B ).В то же время электрон покидает отрицательную клемму батареи, другой электрон покидает эмиттер, как I _E (создавая новое отверстие) и входит в плюсовую клемму V _BB . При этом в коллекторной цепи электроны из коллекторной батареи (V _CC ) попадают в коллектор как Ic и объединяются с избыточными дырками от базы. На каждую дырку, нейтрализованную в коллекторе электроном, уходит еще один электрон. эмиттер и начинает свой путь обратно к положительной клемме V _CC .

 

2-14

 Рис. 2-11. — Работа транзистора PNP.

 

Несмотря на то, что во внешней цепи PNP-транзистора протекает ток, противоположный по направлению В транзисторе NPN основные носители всегда текут от эмиттера к коллектору. Этот поток большинства несущих также приводит к образованию двух отдельных токовых петель в каждом транзисторе.Одна петля — это путь тока базы, а другой контур — путь тока коллектора. Сочетание тока в обоих эти контуры (I _B + I _C ) дают общий ток транзистора (I _E ). Большинство Важная вещь, которую следует помнить о двух разных типах транзисторов, это то, что напряжение эмиттер-база Транзистор PNP оказывает такое же управляющее влияние на ток коллектора, как и транзистор NPN.В простом С другой стороны, увеличение напряжения прямого смещения транзистора снижает барьер перехода эмиттер-база. Это действие позволяет большему количеству носителей достичь коллектора, вызывая увеличение тока, протекающего от эмиттера к коллектору и по внешней цепи. И наоборот, уменьшение напряжения прямого смещения уменьшает ток коллектора.

Q10. Каковы основные носители тока в транзисторе PNP?

 

Q11.Каковы отношения между полярностью напряжения, подаваемого на транзистор PNP, и напряжением, подаваемым на транзистор NPN?

 

Q12. Какое буквенное обозначение тока базы?

 

Q13. Назовите две петли тока в транзисторе.

Базовый транзисторный усилитель

 

На предыдущих страницах мы объяснили внутреннюю работу транзистора и ввели новые термины. таких как эмиттер, база и коллектор.Поскольку вы уже должны быть знакомы со всеми новыми терминами

 

2-15

упоминалось ранее и с внутренней работой транзистора мы перейдем к основному транзистору усилитель звука.

 

Чтобы понять общую работу транзисторного усилителя, необходимо учитывать только ток в и из транзистора и через различные компоненты в схеме.Поэтому с этого момента только схематический символ для транзистора будет использоваться на иллюстрациях, и вместо того, чтобы думать о большинстве и неосновные носители, теперь мы начнем думать с точки зрения тока эмиттера, базы и коллектора.

 

Прежде чем перейти к базовому транзисторному усилителю, вам следует ознакомиться с двумя терминами: Усиление. и Усилитель. Усиление — это процесс увеличения силы сигнала.сигнал просто общий термин, используемый для обозначения любого конкретного тока, напряжения или мощности в цепи. Усилитель – это устройство который обеспечивает усиление (увеличение тока, напряжения или мощности сигнала) без заметного изменения исходный сигнал.

 

Транзисторы часто используются в качестве усилителей. Некоторые транзисторные схемы ТОКОВЫЕ усилители с малым сопротивлением нагрузки; другие схемы предназначены для усиления напряжения и имеют высокую сопротивление нагрузки; другие усиливают Силу.

 

Теперь взглянем на версию базового транзистора NPN. усилитель на рис. 2-12, и давайте посмотрим, как он работает.

 

Пока что в этом обсуждении отдельная батарея используется для обеспечения необходимого напряжения прямого смещения. Хотя в прошлом использовалась отдельная батарея для удобства нецелесообразно использовать батарею для смещения эмиттер-база. Например, потребуется аккумулятор немного закончился.2 вольта для надлежащего прямого смещения германиевого транзистора, в то время как аналогичный кремниевый транзистор требуется напряжение чуть более 0,6 вольт. Однако обычные батареи не имеют таких значений напряжения. Кроме того, поскольку напряжения смещения достаточно критичны и должны удерживаться в пределах десятых долей вольта, со смещением работать проще токи, протекающие через резисторы с более высокими омическими значениями, чем в батареях.

 

Путем вставки одного или нескольких резисторов в цепи, могут быть реализованы различные методы смещения и исключена батарея эмиттер-база.В В дополнение к отказу от батареи, некоторые из этих методов смещения компенсируют небольшие изменения в транзисторе. характеристики и изменения проводимости транзистора в результате неравномерности температуры. Обратите внимание на рисунок 2-12 видно, что батарея эмиттер-база исключена, а резистор смещения R B вставлен между коллектор и база. Резистор RB обеспечивает необходимое прямое смещение для перехода эмиттер-база. Текущий течет в цепи смещения эмиттер-база от земли к эмиттеру, от базы и через RB к V CC.Так как ток в базовой цепи очень мал (несколько сотен микроампер) и прямое сопротивление транзистор низкий, только несколько десятых вольта положительного смещения будут ощущаться на базе транзистора. Однако этого достаточно напряжения на базе вместе с землей на эмиттере и большим положительным напряжением на коллектор, чтобы правильно сместить транзистор.

 

2-16

 Рис. 2-12.- Базовый транзисторный усилитель.

 

При правильно смещенном транзисторе Q1 постоянный ток течет непрерывно, с входным сигналом или без него, на всем протяжении вся цепь. Постоянный ток, протекающий через цепь, создает больше, чем просто базовое смещение; это также развивает коллекторное напряжение (V _C ), протекающее через Q1 и R _L . Обратите внимание на коллекционера. напряжение на выходном графике. Поскольку он присутствует в схеме без входного сигнала, выходной сигнал начинает на уровне ВК и либо увеличивается, либо уменьшается.Эти постоянные напряжения и токи, существующие в цепи до приложение сигнала известно как СПОКОЙСТВУЮЩИЕ напряжения и токи (статическое состояние цепи).

Резистор RL, резистор нагрузки коллектора, помещается в цепь для сохранения полного эффекта коллектора напряжение питания с коллектора. Это позволяет напряжению коллектора (V _C ) изменяться в зависимости от входного сигнал, который, в свою очередь, позволяет транзистору усиливать напряжение.Без RL в цепи напряжение на коллектор всегда будет равен V _CC .

 

Конденсатор связи (C _C ) — еще один новый дополнение к транзисторной схеме. Он используется для передачи входного сигнала переменного тока и блокировки постоянного напряжения от предшествующая цепь. Это предотвращает влияние постоянного тока в цепи слева от разделительного конденсатора на смещение. на Q1. Конденсатор связи также блокирует смещение транзистора Q1 от достижения источника входного сигнала.

 

Вход на усилитель подается синусоидальная волна, которая колеблется на несколько милливольт выше и ниже нуля. Он вводится в цепь конденсатором связи и применяется между базой и эмиттером. Когда входной сигнал становится положительным, напряжение на переходе эмиттер-база становится более положительным. Фактически это увеличивает прямое смещение, которое заставляет базовый ток увеличиваться с той же скоростью, что и входная синусоида.Эмиттерный и коллекторный токи также увеличиваются, но намного больше, чем базовый ток. Чем больше ток коллектора, тем больше напряжение. разработан по R _L . Поскольку напряжение на R _L а напряжение на Q1 (коллектор-эмиттер) должно составлять V _CC , увеличение напряжения на R _L приводит к одинаковому уменьшению

 

2-17

напряжение на Q1.Поэтому выходное напряжение с усилителя, снятое на коллекторе Q1 с по отношению к эмиттеру, представляет собой отрицательное чередование напряжения, которое больше входного, но имеет такой же синус волновые характеристики.

 

При отрицательном чередовании входа входной сигнал противостоит прямому предвзятость. Это действие уменьшает ток базы, что приводит к уменьшению токов как эмиттера, так и коллектора. То уменьшение тока через R _L уменьшает его падение напряжения и вызывает падение напряжения на транзисторе расти вместе с выходным напряжением.Следовательно, выход для отрицательного чередования входа есть положительное чередование напряжения, которое больше входного, но имеет такие же характеристики синусоиды.

 

Исследуя как входной, так и выходной сигналы для одного полного чередования входных, мы можем видеть, что выходной усилителя является точным воспроизведением входного сигнала, за исключением изменения полярности и увеличения амплитуда (несколько милливольт по сравнению с несколькими вольтами).

 

Версия этого усилителя PNP показана на верхнюю часть фигуры. Основное различие между усилителем NPN и PNP заключается в полярности напряжение источника. При отрицательном V _CC базовое напряжение PNP немного отрицательно по отношению к земле, что обеспечивает необходимое условие прямого смещения между эмиттером и базой.

 

Когда вход PNP сигнал становится положительным, он противостоит прямому смещению транзистора.Это действие отменяет часть отрицательных напряжение на переходе эмиттер-база, что уменьшает ток через транзистор. Следовательно, напряжение на нагрузочном резисторе уменьшается, а напряжение на транзисторе увеличивается. Поскольку V _CC является отрицательное, напряжение на коллекторе (V _C ) идет в отрицательном направлении (как показано на выходном графике) в сторону -V _CC (например, от -5 вольт до -7 вольт).Таким образом, на выходе получается отрицательное чередование напряжение, которое изменяется с той же скоростью, что и входное синусоидальное напряжение, но имеет противоположную полярность и имеет гораздо большую амплитуда.

 

При отрицательном чередовании входного сигнала ток транзистора увеличивается, т.к. входное напряжение способствует прямому смещению. Поэтому напряжение на RL увеличивается, а следовательно, и напряжение на транзисторе уменьшается или идет в положительную сторону (например: от -5 вольт до -3 вольт).Этот действие приводит к положительному выходному напряжению, которое имеет те же характеристики, что и входное, за исключением того, что оно имеет усиливается и меняется полярность.

 

Таким образом, входные сигналы в предыдущих схемах были усиливается, потому что небольшое изменение тока базы вызывает большое изменение тока коллектора. И, поставив Резистор R _L последовательно с коллектором добился усиления напряжения.

 

Q14. Как называется устройство, обеспечивающее увеличение тока, напряжения или мощности сигнала без существенного изменения исходного сигнала?

 

Q15. Помимо устранения батареи эмиттер-база, Какие еще преимущества могут предложить различные методы смещения?

 

Q16. В базовом транзисторном усилителе обсуждалось ранее, какова связь между полярностью входного и выходного сигналов?

 

Q17. В чем основная разница между усилителями NPN и PNP?

 

ТИПЫ СМЕЩЕНИЯ

 

Одной из основных проблем с транзисторными усилителями является установка и поддержание надлежащих значений тока покоя и напряжения в цепи. Это достигается выбором надлежащие условия смещения цепи и поддержание этих условий, несмотря на изменения окружающей среды. (окружающие)

2-18

, которые вызывают изменения усиления и даже искажения (нежелательное изменение сигнал).Таким образом, возникает потребность в способе правильного смещения транзисторного усилителя и в то же время стабилизации. его рабочая точка постоянного тока (значения напряжения коллектора и тока коллектора при отсутствии сигнала). Как упоминалось ранее, для выполнения обеих этих функций могут использоваться различные методы смещения. Несмотря на многочисленные предубеждения методы, будут рассмотрены только три основных типа.

 

Смещение базового тока (фиксированное смещение)

 

Первый метод смещения, называемый базовым текущим смещением или иногда фиксированным смещением, использовался на рис. 2-12.Как ты Напомним, он состоял в основном из резистора (R _B ), подключенного между напряжением питания коллектора и база. К сожалению, это простое устройство весьма термически неустойчиво. Если температура транзистора повышается по какой-либо причине (из-за повышения температуры окружающей среды или из-за протекания через нее тока), ток коллектора будет увеличиваться. Это увеличение тока также вызывает рабочую точку постоянного тока, иногда называемую точкой покоя или точкой покоя. статическая точка, чтобы отойти от желаемого положения (уровня).Эта реакция на температуру нежелательна, т.к. это влияет на усиление усилителя (количество раз усиления) и может привести к искажению, как вы увидите. позже в этом обсуждении.

 

Самосмещение

 

Наилучший метод смещения достигается путем вставки резистора смещения непосредственно между основание и коллектор, как показано на рис. 2-13. Привязывая таким образом коллектор к основанию, обратная связь напряжение может быть подано с коллектора на базу для создания прямого смещения.Эта схема называется SELF-BIAS. Теперь, если повышение температуры вызывает увеличение тока коллектора, напряжение коллектора (V _C ) упадет из-за увеличения напряжения на нагрузочном резисторе (R _L ). Эта капля в V _C будет подан обратно на базу и приведет к уменьшению тока базы. Уменьшение базового тока будет противостоят первоначальному увеличению тока коллектора и стремятся его стабилизировать.Производится прямо противоположный эффект когда ток коллектора уменьшается.

Рис. 2-13. — базовый транзисторный усилитель с автосмещением.

 

Самопредвзятость имеет два небольших недостатка: (1) Она эффективна лишь частично и поэтому используется только там, где ожидаются умеренные изменения температуры окружающей среды; (2) это уменьшает усиление, так как сигнал на коллектор также влияет на базовое напряжение.Это связано с тем, что коллектор и базовые сигналы для этого конкретного конфигурация усилителя сдвинута по фазе на 180 градусов (противоположная по полярности) и часть сигнала коллектора который подается обратно на базу, отменяет часть входного сигнала. Этот процесс возврата части вывода обратно на его вход известен как ДЕГЕНЕРАЦИЯ или отрицательная обратная связь. Иногда дегенерация

 

2-19

, чтобы предотвратить искажение амплитуды (выходной сигнал, который не соответствует входному точно) и для этой цели можно использовать самоуверенность.

 

Комбинация смещения

 

Комбинация фиксированных и самосмещение могут быть использованы для повышения стабильности и в то же время преодоления некоторых недостатков два других метода смещения. Одной из наиболее широко используемых систем комбинированного смещения является показанный тип делителя напряжения. на рисунке 2-14. Фиксированное смещение обеспечивается в этой схеме сетью делителей напряжения, состоящей из резисторов R1, R2 и напряжение питания коллектора (V _CC ).Постоянный ток, протекающий через сеть делителя напряжения, смещает база положительна по отношению к эмиттеру. Резистор R3, включенный последовательно с эмиттером, обеспечивает эмиттеру самосмещение. Если I _E увеличится, падение напряжения на резисторе R3 также увеличится. увеличение, уменьшение V _C . Эта реакция на увеличение I _E на R3 является другой формой дегенерация, что приводит к снижению выходной мощности усилителя.Однако для обеспечения долговременного или постоянного теплового стабильности и в то же время допускать минимальное вырождение сигнала переменного тока, блокировочный конденсатор (C _bp ) размещенный через R3. Если C _bp достаточно велик, быстрые изменения сигнала не изменят существенно его заряд. и никакого вырождения сигнала не произойдет.

Рис. 2-14. — базовый транзисторный усилитель с комбинированным смещением.

 

Таким образом, резисторы с фиксированным смещением R1 и R2 имеют тенденцию поддерживать постоянное смещение базы, в то время как эмиттер смещение изменяется с эмиттерной проводимостью. Это действие значительно улучшает термическую стабильность и в то же время поддерживает правильную рабочую точку для транзистора.

 

Q18. Какой метод смещения является наиболее нестабильный?

 

Q19. Какой тип смещения используется, когда ожидаются лишь умеренные изменения температуры окружающей среды?

 

Q20.Когда дегенерация допустима в усилителе?

 

Q21. Что наиболее широко используется комбинированная система смещения?

 

2-20

—	Материя, Энергия, и постоянного тока
—	Переменный ток и трансформаторы
—	Защита цепи, контроль и измерение
—	Электрические проводники, техника электромонтажа, и схематическое чтение
—	Генераторы и двигатели
—	Электронное излучение, лампы и источники питания
—	Твердотельные устройства и источники питания
—	Усилители
—	Схемы генерации и формирования волн
—	Распространение волн, линии передачи и Антенны
—	Принципы работы с микроволнами
—	Принципы модуляции
—	Введение в системы счисления и логические схемы
—	— Введение в микроэлектронику
—	Принципы синхронизаторов, сервоприводов и гироскопов
—	Знакомство с испытательным оборудованием
—	Принципы радиочастотной связи
—	Принципы радиолокации
—	Справочник техника, основной глоссарий
—	Методы испытаний и практика
—	Введение в цифровые компьютеры
—	Магнитная запись
—	Введение в волоконную оптику
Примечание: Обучение электротехнике и электронике военно-морского флота Содержание серии (NEETS) — U.S. Собственность ВМФ в общественном достоянии.

BC547: Транзисторы и коллекторы NPN, эмиттеры и базовые значения

Рекомендуемые варианты BC547 в поисковой системе Ultra Librarian.

BC547 — это один из компонентов линейки кремниевых транзисторов NTN, поставляемых ON Semiconductor. Все транзисторы линейки BC5xx очень похожи, но имеют немного разные технические характеристики. BC547, согласно техническому описанию, имеет 8 модификаций.Каждый из этих вариантов оптимизирован для различных уровней напряжения и шума, хотя они имеют ту же базовую физическую структуру, что и другие компоненты линейки BC5xx. Основное различие между компонентами линейки BC5xx заключается в их различных допусках для напряжений базы, коллектора и эмиттера.

Технический паспорт BC547

Спецификация BC547 необычна, поскольку вместо описания отдельного компонента в ней описывается большая группа связанных компонентов, включая BC547. От BC546 до BC550 в техническом описании основное внимание уделяется сходству между этими компонентами.Тем не менее, это также обращает внимание читателя на некоторые важные различия. Спецификация действительна для всех членов линейки BC5xx, если только в ней явно не упоминаются важные отличия. Кроме того, это техническое описание необычно по сравнению с большинством других, поскольку оно не содержит такого же уровня технической детализации, как многие другие технические описания. Спецификация состоит всего из 8 страниц; большинство спецификаций обычно составляют не менее сотни страниц.

Сходства в линейке BC5xx

Все члены линейки BC5xx, включая BC547, представляют собой кремниевые транзисторы NTN.Они выглядят как вытянутая медуза с тремя зубцами для проведения тока и основанием для координации тока, протекающего через зубцы. В зависимости от варианта линии BC5xx эти штыри могут быть изогнутыми или прямыми. BC547B, особенно распространенный компонент, имеет прямые штыри. Зубцы пересекают основание близко к его верхней поверхности, а не центрируют основание по вертикали. Все варианты транзисторов примерно одинакового размера: 5 мм в ширину и 20 мм в длину, но некоторые могут быть немного меньше или больше.

BC547, как и другие представители его линейки, может работать в широком диапазоне температур от -65 до 150 градусов Цельсия. Он может быть включен в различные проекты общего назначения в качестве усилителя или переключателя. Принуждение транзисторов к работе в среде с температурой выше 150 градусов по Цельсию может привести к их быстрому выходу из строя. Они рассчитаны на ток 100 мА в основании коллектора и могут рассеивать мощность 500 мВт. Разработчикам не следует чрезмерно нагружать компоненты линейки BC5xx — хотя они имеют хорошие оценки, лучше всего они работают при более низких уровнях нагрузки.

Физические размеры из таблицы данных BC547.

Отличия линейки BC5xx

BC547 — это, в общем, транзисторный вариант, уравновешивающий минимальную и максимальную мощности линейки BC5xx. Он рассчитан на 50 вольт напряжения базы коллектора, что равно BC550, меньше, чем BC546, и больше, чем BC548 и BC549, оба из которых имеют наименьший допуск по напряжению. Эта тенденция среди линейных компонентов BC5xx также верна для напряжения коллектор-эмиттер. BC546 может работать с самым высоким напряжением, а BC548 и BC549 — с самым низким.BC547 и BC550 находятся посередине. Однако эта тенденция меняется с изменением напряжения базы эмиттера — и BC546, и BC547 могут выдерживать большее напряжение, чем другие компоненты линейки BC5xx.

Линейка BC5xx имеет три различные классификации тока: A, B и C. Классификация A может выдерживать наименьший ток, а классификация C — наибольший. Оба BC546 и BC547 имеют варианты, способные работать со всеми тремя классами тока, в то время как другие члены линейки BC5xx используются специально для более высоких токовых нагрузок (но не обязательно более высоких напряжений).

BC547B.

Ultra Librarian предлагает несколько вариантов BC547 для дизайнеров, а также широкий выбор из линейки BC5xx, чтобы предоставить инженерам беспрецедентную гибкость проектирования. Работа с Ultra Librarian устраняет необходимость в догадках при подготовке к следующему великолепному устройству и помогает вашим идеям добиться успеха. Зарегистрируйтесь сегодня бесплатно.

 

Основы

: Базовые резисторы на транзисторах

Наш читатель Джон задал вопрос о нашем учебнике по открытому коллекционеру:

Мне очень понравилось это руководство, и я смог следовать ему и очень хорошо его понять.У меня возник один вопрос: для чего нужен резистор сопротивлением 1 кОм, подключенный к базе PNP-транзистора? Потому что, когда открытый коллектор «высокий», база транзистора находится на уровне 12 В, и кажется, что резистор 1 кОм ни на что не повлиял, а затем, когда открытый коллектор становится «низким», база подключается к земле через выход SN7407. Итак, в чем была бы разница, если бы вообще не было резистора на 1 кОм?

И, вообще-то, отличный вопрос о том, что мы обычно умалчиваем.

Короткий ответ: это «базовый резистор», который мы используем для ограничения максимального тока, протекающего через базу PNP-транзистора. Но давайте взглянем немного подробнее и посмотрим, что произошло бы, если бы у нас не было .

Высокий чемодан

Во-первых, и как это делает Джон, давайте рассмотрим случай, когда на входе SN7407N высокий уровень, а на его выходе — «высокий» (т. е. не низкий уровень). В этом случае через PNP-транзистор не протекает ток, и резистор 1 кОм ни на что не влияет.Через это место не протекает ток, независимо от того, есть ли там резистор.

Давайте рассмотрим этот случай более подробно, начиная с напоминания о том, что находится в каждом из шести каналов этого SN7407:

Когда на логическом входе SN7407N высокий уровень, на выходе его внутреннего вентиля НЕ низкий уровень. Поскольку выход вентиля НЕ подключен (через резистор) к базе внутреннего NPN-транзистора, база транзистора поддерживается на низком уровне. В этих условиях NPN-транзистор можно назвать «выключенным», так как он не проводит ток.И, поскольку выход ‘7407 подключен непосредственно к («открытому») коллектору внутреннего транзистора, ток не протекает ни на вход, ни на выход SN7407N.

Поскольку ток не может проходить через выход SN7407N, остальная часть схемы очень похожа на ‘7407, чипа просто нет. Вместе 10к? резистор (подключен к +12 В) и 1 кОм? резистор (соединенный последовательно) действует как одиночный 11 кОм? «подтягивающий» резистор и подтянуть базу PNP-транзистора до +12 В.В этих условиях транзистор PNP можно было бы назвать «выключенным», так как он не проводит ток. Как только достигается равновесие (всего через микросекунды после подачи питания), ток через PNP-транзистор не течет, ток не течет через светодиоды и ток не течет ни через 10 кОм? или 1к? резистор.

Поскольку ток не течет, 1 кОм? резистор на самом деле не имеет никакого значения; схема вела бы себя точно так же, если бы у нас было только 10 к? резистор, чтобы подтянуть базу транзистора PNP.

 

Нижний ящик

Теперь давайте рассмотрим противоположный случай, когда вход TTL для ‘7407 низкий.

При низком входном сигнале на выходе внутреннего вентиля НЕ высокий уровень, который устанавливает высокий уровень (и включает) внутренний NPN-транзистор, создавая путь с низким импедансом от выходного контакта к земле. Небольшой ток протекает через PNP-транзистор, через 1 кОм? резистор, а через NPN-транзистор на землю. Этот малый ток переключает больший ток, который может протекать через светодиоды.

Два тока — малый через два транзистора и больший через светодиоды — показаны выше. Попробуем оценить величину тока, протекающего по каждому пути.

На пути с более высоким током (через светодиоды) у нас есть 12 В, напряжение эмиттер-коллектор PNP-транзистора в открытом состоянии (примерно 0,3 В), резистор (75 ?) и три светодиода, каждый с прямое напряжение оценивается в 3,5 В. Тогда ток через светодиоды составляет примерно

I = V/R ? (12 В – (0,0.3 В + 3 × 3,5 В) ) / 75 Ом = 1,2 В / 75 Ом = 16 мА.

На слаботочном пути мы начинаем с 12 В, имеем напряжение эмиттер-база PNP-транзистора (падение на диоде; около 0,7 В), 1 кОм? резистор и напряжение коллектор-эмиттер NPN-транзистора (возможно, 0,3 В) относительно земли. Ток, протекающий через эти элементы, составляет примерно

I = V/R ? (12 В – (0,7 В + 0,3 В)) / 1000 Ом = 11 В / 1000 Ом = 11 мА.

Как видите, ток через эти компоненты ограничен 1 кОм? «базовый» резистор, названный так потому, что он ограничивает величину тока, протекающего через базу транзистора.

В стороне: «Большой» ток через светодиоды на самом деле не намного больше. Почему? Потому что наш первоначальный выбор 75 ? для резистора было слишком консервативно. Если светодиоды действительно поглощают полные 3,5 В каждый, то, возможно, лучше использовать резистор несколько меньшего размера для их управления.

А что, если бы у нас не было 1к? резистор?

1к? Базовый резистор ограничивает общий ток через PNP-транзистор и NPN-транзистор внутри ‘7407 до относительно безопасных 11 мА.Вернемся к первоначальному вопросу: если бы у нас не было этого резистора для ограничения тока, что бы произошло?

Электрически (и с некоторым маханием рукой) переход коллектор-база PNP и переход база-эмиттер NPN выглядят как диод с прямым смещением. Итак, по сути, у нас есть 12 В, подключенные последовательно через эти два «диода» к земле, без каких-либо других элементов. Без каких-либо ограничений тока эти два диода могут пропускать очень большой ток, который в некоторых случаях может быть ограничен только мощностью вашего источника питания.

Естественно, это ненадежно — один или оба из них (транзистор и/или чип) выйдут из строя, выпустив свой волшебный дым. Если ваш блок питания плохо спроектирован, это также может быть элемент (или один из элементов), который вышел из строя.

Когда мы попробовали (да… да, мы это сделали), мы обнаружили, что ток ограничен примерно 200 мА; только достаточно, чтобы «едва» разрушить SN7407 от перегрева через несколько минут. К сожалению (с точки зрения получения захватывающих снимков), он не надулся, не сорвал крышку и не сделал ничего столь впечатляющего.Он просто перестал работать.

С новым SN7407 и тестируя одну часть схемы за раз, мы также смогли определить, что ограничение в 200 мА наложено самим SN7407. Как он ограничивает ток? Наше лучшее предположение состоит в том, что его собственные внутренние базовые резисторы (в сочетании с конечным коэффициентом усиления транзистора) служат для ограничения тока, который может протекать через его выходной транзистор.