Транзистор прямой и обратной проводимости: Как определить проводимость транзистора — Морской флот

Содержание

Можно ли использовать транзистор подключить эмиттер коллектор. Схемы включения транзистора. Схема включения с общим коллектором

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

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

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Транзисторы. Определение и история

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.

Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.

Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.

В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.

Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.

И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики


Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.

Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.


Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора ), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы ). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».

Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но бо льшая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом,

произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу . Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.

Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.

Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.

Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.

Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31 . Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току . Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.

Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора . Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.

Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению . Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.

Также транзисторы имеют частотную характеристику , которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется

граничной .

Также параметрами биполярного транзистора являются:

  • обратный ток коллектор-эмиттер
  • время включения
  • обратный ток колектора
  • максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Режимы работы биполярного транзистора

Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.
  1. Инверсный активный режим . Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
  2. Режим насыщения . Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
  3. Режим отсечки . Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
  4. Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.

Схемы включения биполярных транзисторов

Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.

Схема включения с общим эмиттером

Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.

Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.

Схема включения с общей базой

Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.

В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.

Схема включения с общим коллектором

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.

Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала

Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.

В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).

Два слова о каскадах

Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.

Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.

Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).

Другие области применения биполярных транзисторов

Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.

Маркировка

Поскольку статья уже разрослась до неприлично большого объема, то в этом пункте я просто дам две хорошие ссылки, по которым подробно расписаны основные системы маркировки полупроводниковых приборов (в том числе и транзисторов):

Транзисторы лежат в основе большинства электронных устройств. Он могут быть в виде отдельных радиодеталей, или в составе микросхем. Даже самый сложный микро­процессор состоит из великого множества малюсеньких транзисторов, плотно разме­щенных в его могучем кристалле.

Транзисторы бывают разные. Две основ­ные группы — это биполярные и полевые. Биполярный транзистор обозначается на схеме, так как показано на рисунке 1. Он бывает прямой (р-п-р) и обратной (п-р-п) проводимости. Структура транзистора, и физические процессы, происходящие в нем изучается в школе, так что здесь о ней гово­рить не будем, — так сказать, ближе к прак­тике. В сущности, разница в том, что р-п-р транзисторы подключают так, чтобы на их эмиттер поступал положительный потенциал напяжения, а на коллектор — отрицательный. Для транзисторов n-p -п — все наоборот, на эмиттер дают отрицательный потенциал, на коллектор — положительный.

Зачем нужен транзистор? В основном его используют для усиления тока, сигналов, напряжения. А усиление происходит за счет источника питания. Попробую объяснить принцип работы «на пальцах». В автомаши­не есть вакуумный усилитель тормоза. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, его мембрана перемещается и открывается клапан через который двигатель машины всасывает эту мембрану, добавляя ей усилие. В результате слабое усилие нажима на педаль тормоза приводит к сильному усилию на тормозных колодках. А добавка силы происходит за счет мощности работаю­щего мотора машины.

Вот и с транзистором похоже. На базу подают слабенький ток (рис. 2). Под действием этого тока проводимость коллек­тор — эмиттер увеличивается и через коллек­тор уже протекает куда более сильный ток, поступающий от источника питания. Изменя­ется слабый ток базы, — соответственно изменяется и сильный ток коллектора. В идеале, график изменения тока коллектора выглядит как увеличенная копия графика изменения тока базы.

Это различие между слабым током базы и сильным током коллектора называется коэф­фициентом усиления транзистора по току, и обозначается И21э. Определяется так: h31э = Ik /I6 (ток коллектора делить на ток базы). Чем больше данный параметр, тем лучше усилительные свойства транзистора.

Но это все в идеале. На самом деле зависи­мость тока коллектора от напряжения на базе не так уж и линейна. Следует вспомнить BAX диода, где в самом низу характеристики тока очень мал, и начинает резко наростать когда напряжение достигает определенного значения. Поскольку в основе транзистора лежат те же физические процессы, то и здесь имеется аналогичный «дефект».

Если мы соберем схему усилителя, показан­ную на рисунке 3, и будем говорить в микро­фон, в динамике звука не будет. Потому что напряжение на микрофоне очень мало, оно ниже порога открывания транзистора. Здесь не только не будет усиления, а даже наоборот, будет ослабление сигнала.

Чтобы транзистор заработал как усилитель нужно увеличить напряжение на его базе. Это можно сделать каким-то образом увели­чив напряжение на выходе микрофона. Но тогда теряеТся смысл усилителя. Или нужно схитрить, и подать на базу транзистора некоторое постоянное напряжение (рис.4) через резистор, такое чтобы транзистор приоткрыть. И слабое переменное напряже­ние подать на базу этого транзистора через конденсатор. Вот теперь самое важное, — слабое переменное напря­жение сложится с постоян­ным напряжением на базе. Напряжение на базе будет изменяться в такт слабому переменному напряжению. Но так как постоянное напряжение сместило рабо­чую точку транзистора на крутой линейный участок характеристики, происходит усиление.

Проще говоря, у слабого напряже­ния небыло сил чтобы открыть транзистор, и мы добавили ему в помощь постоян­ное напряжение, которое при­открыло транзис­тор. Еще проще (опять с водой), допустим, есть туго завинченный винтель, и ребенок повернуть его не может. Но папа может приоткрыть этот винтель, повернув его в приоткрытое положение, в котором он вращается легко. Теперь ребенок может регулировать напор воды в некоторых пределах. Вот здесь ребенок — это слабое переменное напряжение, а папа — это постоянное напряжение, поданное на базу транзистора через резистор.

Постоянное напряжение, которое подают на базу транзистора чтобы сместить его режим работы в участок с более крутой и линейной характеристикой, называется напряжением смещения. Изменяя это напряжение мы можем даже регулировать коэффициент усиления усилительного каскада.

Но транзисторы далеко не всегда исполь­зуются с напряжением смещения. Например, в усилительных каскадах передатчиков напряжение смещения на базы транзисторов могут и не подаваться, так как амплитуды входного переменного напряжения там впол­не достаточно для «раскачки» транзистора.

И если транзистор используется не в качестве усилителя, а в качестве ключа, то напряжение смещения тоже на базу не дают. Просто, когда ключ должен быть закрыт, — напряжение на базе равно нулю, а когда он должен быть открыт, — подают напряжение на базу достаточное для открывания транзистора. Это используется обычно в цифровой электронике, где есть только нули (нет напряжения) и единицы (напряжение есть) и никаких промежуточных значений.

На рисунке 5 показана практическая схема как сделать из репродуктора радиоточки компьютерную колонку. Нужен простой одно- программный репродуктор только с одной вилкой для подключения в радиосеть (у многопрограммного есть вторая вилка для электросети). Никаких изменений в схему репродуктора вносить не нужно. К коллек­тору транзистора он подключается так же как к радиосети.

Внутри однопрограммного репродуктора есть динамик, переменный резистор для регулировки громкости и трансформатор. Все это нужно, и оно остается. Когда вскроете корпус репродуктора, подпаивайте коллектор транзистора и плюс источника питания к тем местам, к которым подпаян его провод с вилкой. Сам провод можно убрать.

Для подключения к компьютеру нужен экранированный провод с соответствующим штекером на конце. Или обычный двухпро­водной провод. Если провод экранирован­ный, — оплетку подключайте к эмиттеру транзистора, а центральную жилу к конден­сатору С1.

Сигнал от компьютерной звуковой карты подают через штекер на конденсатор С1. Напряжение питания подают от сетевого блока питания. Лучше всего подходит блок питания от игровой приставки к телевизору, типа «Денди», «Кенга». Вообще годится любой блок питания с напряжением на выходе от 7V до 12V . Для подключения к блоку питания потребуется соответствующее гнездо, его нужно установить на корпусе репродуктора, просверлив для него отверстие. Хотя, конечно, можно подпаять провода от блока питания и непосредственно к схеме. Подключая источник питания нужно соблюдать полярность. Диод VD 1 в принципе не нужен, но он защищает схему от выхода из строя, если вы перепутаете плюс с минусом у блока питания. Без него при неправильном подключении питания транзис­тор можно сжечь, а с диодом, если полюса блока питания перепутаете, просто схема не включится.

Транзистор КТ315 в прямоугольном корпусе, у которого с одной стороны есть скос (на рисунке показано). Вот если этим скосом повернуть его от себя, а выводами вверх, то слева будет база, справа эмиттер, а коллектор посредине. Подойдет транзистор КТ315 с любой буквой (КТ315А, КТ315Б…). Транзистор нужно запаять правильно, не перепутав его выводы. Если ошибетесь и включите питание он может сдохнуть. Поэтому, после того как все спаяете не поле­нитесь раза три проверить правильность монтажа, правильно ли подпаяны выводы транзистора, конденсаторов, диода. И только когда будете уверены на все 100%, — включайте.

Диод VD 1 типа КД209. На нем отмечен анод. Можно поставить и другой диод, например, 1N 4004 или какой-то еще. Если диод впаяете неправильно схема работать

не будет. Так что, если все включили, но не работает, начинайте с проверки правиль­ности подключения диода.

Еще несколько причин того, что схема может не заработать:

Неправильно подключили источник питания.

Нет сигнала на выходе компьютера, либо громкость уменьшена или выключена регулировками в программе компьютера.

Регулятор громкости репродуктора в мини­мальном положении.

Конденсаторы — электролитические, на напряжение не меньше 12V . Подойдут наши К50-16, К50-35 или импортные аналоги. Следует заметить, что у наших конденсато­ров на корпусе стоит плюсик возле положи­тельного вывода, а у импортных минусик или широкая вертикальная полоска у отрицатель­ного вывода. Вместо конденсатора 10 мкф можно выбрать на любую емкость от 2 мкф до 20 мкф. Вместо конденсатора на 100 мкФ подойдет конденсатор любой емкости не менее 100 мкФ.

На рисунке ниже схемы показана монтажная схема, на ней места паек отмечены точками. Не перепутайте места паек с пересечением проводов. Монтаж сделан навесным спосо­бом, используя выводы деталей и монтаж­ные проводки. Всю схему желательно поместить внутрь корпуса репродуктора (там обычно очень много места).

Если все работает, но сильно фонит, — значит, вы перепутали провода, идущие к звуковой карте. Поменяйте их местами.

Запитывать схему от источника питания компьютера НЕ СЛЕДУЕТ!

Для стереоварианта можно сделать две колонки, входы объединив в один стерео- кабель для подключения к звуковой карте, ну и запитать обе колонки от одного блока питания.

Конечно с одним транзисторным каскадом колонка будет звучать негромко, но достаточно для прослушивания в небольшой комнате. Громкость можно регулировать как регулятором компьютера, так и ручкой, что есть у репродуктора.

Андреев С.

Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не задумывается о том, как вся эта штука работает. На самом деле все довольно просто. Именно это мы и постараемся сегодня показать. А начнем с такого важного элемента, как транзистор. Расскажем, что это такое, что делает, и как работает транзистор.

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для управления электрическим током.

Где применяются транзисторы? Да везде! Без транзисторов не обходится практически ни одна современная электрическая схема. Они повсеместно используются при производстве вычислительной техники, аудио- и видео-аппаратуры.

Времена, когда советские микросхемы были самыми большими в мире , прошли, и размер современных транзисторов очень мал. Так, самые маленькие из устройств имеют размер порядка нанометра!

Приставка нано- обозначает величину порядка десять в минус девятой степени.

Однако существуют и гигантские экземпляры, использующиеся преимущественно в областях энергетики и промышленности.

Существуют разные типы транзисторов: биполярные и полярные, прямой и обратной проводимости. Тем не менее, в основе работы этих приборов лежит один и тот же принцип. Транзистор — прибор полупроводниковый. Как известно, в полупроводнике носителями заряда являются электроны или дырки.

Область с избытком электронов обозначается буквой n (negative), а область с дырочной проводимостью – p (positive).

Как работает транзистор?

Чтобы все было предельно ясно, рассмотрим работу биполярного транзистора (самый популярный вид).

(далее – просто транзистор) представляет собой кристалл полупроводника (чаще всего используется кремний или германий ), разделенный на три зоны с разной электропроводностью. Зоны называются соответственно коллектором , базой и эмиттером . Устройство транзистора и его схематическое изображение показаны на рисунке ни же

Разделяют транзисторы прямой и обратной проводимости. Транзисторы p-n-p называются транзисторами с прямой проводимостью, а транзисторы n-p-n – с обратной.

Теперь о том, какие есть два режима работы транзисторов. Сама работа транзистора похожа на работу водопроводного крана или вентиля. Только вместо воды – электрический ток. Возможны два состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт) и состояние покоя (транзистор закрыт).

Что это значит? Когда транзистор закрыт, через него не течет ток. В открытом состоянии, когда на базу подается малый управляющий ток, транзистор открывается, и большой ток начинает течь через эмиттер-коллектор.

Физические процессы в транзисторе

А теперь подробнее о том, почему все происходит именно так, то есть почему транзистор открывается и закрывается. Возьмем биполярный транзистор. Пусть это будет n-p-n транзистор.

Если подключить источник питания между коллектором и эмиттером, электроны коллектора начнут притягиваться к плюсу, однако тока между коллектором и эмиттером не будет. Этому мешает прослойка базы и сам слой эмиттера.

Если же подключить дополнительный источник между базой и эмиттером, электроны из n области эмиттера начнут проникать в область баз. В результате область базы обогатиться свободными электронами, часть из которых рекомбинирует с дырками, часть потечет к плюсу базы, а часть (большая часть) направится к коллектору.

Таким образом, транзистор получается открыт, и в нем течет ток эмиттер коллектор. Если напряжение на базе увеличить, увеличится и ток коллектор эмиттер. Причем, при малом изменении управляющего напряжения наблюдается значительный рост тока через коллектор-эмиттер. Именно на этом эффекте и основана работа транзисторов в усилителях.

Вот вкратце и вся суть работы транзисторов. Нужно рассчитать усилитель мощности на биполярных транзисторах за одну ночь, или выполнить лабораторную работу по исследованию работы транзистора? Это не проблема даже для новичка, если воспользоваться помощью специалистов нашего студенческого сервиса .

Не стесняйтесь обращаться за профессиональной помощью в таких важных вопросах, как учеба! А теперь, когда у вас уже есть представление о транзисторах, предлагаем расслабиться и посмотреть клип группы Korn “Twisted transistor”! Например, вы решили купить отчет по практике , обращайтесь в Заочник.

Приведены несколько схем простых устройств и узлов, которые могут быть изготовлены начинающими радиолюбителями.

Однокаскадный усилитель ЗЧ

Это простейшая конструкция, которая позволяет продемонстрировать усилительные способности транзистора Правда, коэффициент усиления по напряжению невелик — он не превышает 6, поэтому сфера применения такого устройства ограничена.

Тем не менее его можно подключить, скажем, к детекторному радиоприемнику (он должен быть нагружен на резистор 10 кОм) и с помощью головного телефона BF1 прослушивать передачи местной радиостанции.

Усиливаемый сигнал поступает на входные гнезда X1, Х2, а напряжение питания (как и во всех остальных конструкциях этого автора, оно составляет 6 В — четыре гальванических элемента напряжением по 1,5 В, соединенных последовательно) подается на гнезда ХЗ, Х4.

Делитель R1R2 задает напряжение смещения на базе транзистора, а резистор R3 обеспечивает обратную связь по току, что способствует температурной стабилизации работы усили теля.

Рис. 1. Схема однокаскадного усилителя ЗЧ на транзисторе.

Как происходит стабилизация? Предположим, что под воздействием температуры увеличился ток коллекто ра транзистора Соответственно увеличится падение напряжения на резисто ре R3. В итоге уменьшится ток эмитте ра, а значит, и ток коллектора — он достигнет первоначального значения.

Нагрузка усилительного каскада — головной телефон сопротивлением 60.. 100 Ом. Проверить работу усилителя несложно, нужно коснуться входного гнезда Х1 например, пинцетом в телефоне должно прослушиваться слабое жужжание, как результат наводки пере менного тока. Ток коллектора транзис тора составляет около 3 мА.

Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах разной структуры

Он выполнен с непосредственной связью между каскадами и глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току, что делает его режим независящим от температуры окружающей среды. Основа температурной стабилизации — резистор R4, работаю щий аналогично резистору R3 в предыдущей конструкции

Усилитель более «чувствительный” по сравнению с однокаскадным — коэффициент усиления по напряжению достигает 20. На входные гнезда можно подавать переменное напряжение амплитудой не более 30 мВ, иначе возникнут искажения, прослушиваемые в головном телефоне.

Проверяют усилитель, прикоснувшись пинцетом (или просто пальцем) входного гнезда Х1 — в телефоне раздастся громкий звук. Усилитель потребляет ток около 8 мА.

Рис. 2. Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах разной структуры.

Эту конструкцию можно использовать для усиления слабых сигналов например, от микрофона. И конечно он позволит значительно усилить сигнал 34, снимаемый с нагрузки детекторного приемника.

Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах одинаковой структуры

Здесь также использована непосредственная связь между каскадами, но стабилизация режима работы несколько отличается от предыдущих конструкций.

Допустим, что ток коллектора транзистора VТ1 уменьшился Падение напряжения на этом транзисторе увеличится что приведет к увеличению напряжения на резисторе R3, включенном в цепи эмиттера транзис тора VТ2.

Благодаря связи транзисторов через резистор R2, увеличится ток базы входного транзистора, что приведет к увеличению его тока коллектора. В итоге первоначальное изменение тока коллектора этого транзистора будет скомпенсировано.

Рис. 3. Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах одинаковой структуры.

Чувствительность усилителя весьма высока — коэффициент усиления достигает 100. Усиление в сильной степени зависит от емкости конденсатора С2 — если его отключить, усиление снизится. Входное напряжение должно быть не более 2 мВ.

Усилитель хорошо работает с детекторным приемником, с электретным микрофоном и другими источниками слабого сигнала. Ток, потребляемый усилителем — около 2 мА.

Он выполнен на транзисторах разной структуры и обладает усилением по напряжению около 10. Наибольшее входное напряжение может быть 0,1 В.

Усилитель двухкаскадный первый собран на транзисторе VТ1 второй — на VТ2 и VТЗ разной структуры. Первый ка скад усиливает сигнал 34 по напряжению причем обе полуволны одинаково. Второй — усиливает сигнал по току но каскад на транзисторе VТ2 “работает” при положительных полуволнах, а на транзисторе VТЗ — при отрицательных.

Рис. 4. Двухтактный усилитель мощности ЗЧ на транзисторах.

Режим по постоянному току выбран таким что напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов второго каскада равно примерно половине напряжения источника питания.

Это достигается включением резистора R2 обратной связи Ток коллектора входного транзистора, протекая через диод VD1, приводит к падению на нем напряжения. которое является напряжением смещения на базах выходных транзисторов (относительно их эмиттеров), — оно позволяет уменьшить искажения усиливаемого сигнала.

Нагрузка (несколько параллельно включенных головных телефонов либо динамическая головка) подключена к усилителю через оксидный конденсатор С2.

Если усилитель будет работать на динамическую головку (сопротивлением 8 -.10 Ом), емкость этого конденсатора должна бы ь минимум вдвое больше Обратите внимание на подключение нагрузки первого каскада — резистора R4 Его верхний по схеме вывод соединен не с плюсом питания, как это обычно делается, а с нижним выводом нагрузки.

Это так называемая цепь вольтодобавки, при которой в базовую цепь выходных транзисторов поступает небольшое на пряжение ЗЧ положительной обратной связи, выравнивающее условия работы транзисторов.

Двухуровневый индикатор напряжения

Такое устройство можно использовать. например, для индикации “истощения” батареи питания либо индикации уровня воспроизводимого сигнала в бытовом магнитофоне. Макет индикатора позволит продемонстрировать принцип его работы.

Рис. 5. Схема двухуровневого индикатора напряжения.

В нижнем по схеме положении движка переменного резистора R1 оба транзистора закрыты, светодиоды HL1, HL2 погашены. При перемещении движкарезистора вверх, напряжение на нем увеличивается. Когда оно достигнет напряжения открывания транзистора VТ1 вспыхнет светодиод HL1

Если продолжать перемещать движок. наступит момент, когда вслед за диодом VD1 откроется транзистор VТ2. Вспыхнет и светодиод HL2. Иными словами, малое напряжение на входе индикатора вызывает свечение только светодиода HL1 а большее обоих светодиодов.

Плавно уменьшая входное напряжение переменным резистором, заметим что вначале гаснет светодиод HL2, а затем — HL1. Яркость светодиодов зависит от ограничительных резисторов R3 и R6 при увеличении их сопротивлений яркость падает.

Чтобы подключить индикатор к реальному устройству, нужно отсоединить верхний по схеме вывод переменного резистора от плюсового провода источника питания и подать контролируемое напряжение на крайние выводы этого резистора. Перемещением его движка подбирают порог срабатывания индикатора.

При контроле только напряжения источника питания допустимо установить на месте HL2 светодиод зеленого свечения АЛ307Г.

Он выдает световые сигналы по принципу меньше нормы — норма — больше нормы. Для этого в индикаторе использованы два светодиода красно го свечения и один — зеленого.

Рис. 6. Трехуровневый индикатор напряжения.

При некотором напряжении на движке переменного резистора R1 (напряжение в норме) оба транзистора закрыты и (работает) только зеленый светодиод HL3. Перемещение движка резистора вверх по схеме приводит к увеличению напряжения (больше нормы) на нем открывается транзистор VТ1.

Светодиод HL3 гаснет, а HL1 зажигается. Если движок перемещать вниз и уменьшать таким образом напряжение на нем (‘меньше нормы”) транзистор VТ1 закроется, а VТ2 откроется. Будет наблюдаться такая картина: вначале погаснет светодиод HL1, затем зажжется и вскоре погаснет HL3 и в заключение вспыхнет HL2.

Из-за низкой чувствительности индикатора получается плавный переход от погасания одного светодиода к зажиганию другого еще не погас полностью например, HL1, а уже зажигается HL3.

Триггер Шмитта

Как известно это устройство ис пользуется обычно для преобразования медленно изменяющегося напряжения в сигнал прямоугольной формыКогда движок переменного резистора R1 находится в нижнем по схеме положении транзистор VТ1 закрыт.

Напряжение на его коллекторе высокое, в результате транзистор VТ2 оказывается открытым а значит, светодиод HL1 зажжен На резисторе R3 образуется падение напряжения.

Рис. 7. Простой триггер Шмитта на двух транзисторах.

Медленно перемещая движок переменного резистора вверх по схеме, удастся достичь момента когда произойдет скачкообразное открывание транзистора VТ1 и закрывание VТ2 Это случится при превышении напряжения на базе VТ1 падения напряжения на резисторе R3.

Светодиод погаснет. Если после этого перемещать движок вниз триггер возвратится в первоначальное положение — вспыхнет светодиод Это произойдет при напряжении на движке меньшем чем напряжение выключения светодиода.

Ждущий мультивибратор

Такое устройство обладает одним устойчивым состоянием и переходит в другое только при подаче входного сигнала При этом мультивибратор формирует импульс своей длительности независимо от длительности входного. Убедимся в этом проведя эксперимент с макетом предлагаемого устройства.

Рис. 8. Принципиальная схема ждущего мультивибратора.

В исходном состоянии транзистор VТ2 открыт, светодиод HL1 светится. Достаточно теперь кратковременно замкнуть гнезда Х1 и Х2 чтобы импульс тока через конденсатор С1 открыл транзистор VТ1. Напряжение на его коллекторе снизится и конденсатор С2 окажется подключенным к базе транзистора VТ2 в такой полярности, что тот закроется. Светодиод погаснет.

Конденсатор начнет разряжаться ток разрядки потечет через резистор R5, удерживая транзистор VТ2 в закрытом состоянии Как только конденсатор разрядится, транзистор VТ2 вновь откроется и мультивибратор перейдет снова в режим ожидания.

Длительность формируемого мультивибратором импульса (продолжительность нахождения в неустойчивом состоянии) не зависит от длительности запускающего, а определяется сопротивлением резистора R5 и емкостью конденсатора С2.

Если подключить параллельно С2 конденсатор такой же емкости, светодиод вдвое дольше будет оставаться в погашенном состоянии.

И. Бокомчев. Р-06-2000.

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

На этом занятии Школы начинающего радиолюбителя мы продолжим изучение полупроводников . На прошлом занятии мы рассматривали диоды , а на этом занятии рассмотрим более сложный полупроводниковый элемент – транзисторы .

Транзистор является более сложной полупроводниковой структурой, чем диод . Он состоит из трех слоев кремния (бывают еще и германиевые транзисторы) с разной проводимостью. Это могут быть структуры типа n-p-n или p-n-p. Функционирование транзисторов, также как и диодов, основывается на свойствах p-n переходов.

Центральный, или средний слой, называют базой (Б), а два других соответственно – эмиттер (Э) и коллектор (К). Следует отметить, что существенной разницы между двумя типами транзисторов нет, и многие схемы могут быть собраны с тем или другим типом, при соблюдении соответствующей полярности источника питания. На рисунке ниже приведено схемное изображение транзисторов, транзистор p-n-p отличается от транзистора n-p-n направлением стрелки эмиттера:

Выделяют два основных типа транзисторов : биполярные и униполярные , которые различаются по конструктивным особенностям. В рамках каждого типа существует много разновидностей. Главное различие этих двух типов транзисторов заключается в том, что управление процессами, происходящими в ходе работы прибора, в биполярном транзисторе осуществляется входным током, а в униполярном транзисторе – входным напряжением.

Биполярные транзисторы , как уже говорилось выше, представляют собой слоенный пирог из трех слоев. В упрощенном виде транзистор можно представить как два встречно включенных диодов:

(при этом, следует отметить, что переход база – эмиттер представляет собой обычный стабилитрон, напряжение стабилизации которого 7…10 вольт). Исправность транзистора можно проверить также как и исправность диода, обычным омметром, измеряя сопротивление между его выводами. Переходы, аналогичные имеющимся в диоде, существуют в транзисторе между базой и коллектором, а также между базой и эмиттером. На практике такой способ для проверки транзисторов используется очень часто. Если омметр подключить между коллекторным и эмиттерным выводами, прибор покажет разрыв цепи (при исправном транзисторе), что естественно так как диоды включены встречно. А это означает, что при любой полярности приложенного напряжения один из диодов включен в прямом направлении, а второй в обратном, поэтому ток проходить не будет.

Объединение двух пар переходов приводит к проявлению чрезвычайно интересного свойства, именуемого транзисторным эффектом . Если к транзистору между коллектором и эмиттером приложить напряжение, тока практически не будет (о чем и говорилось чуть выше). Если же произвести подключение в соответствии со схемой (как на рисунке ниже), где на базу через ограничивающее сопротивление (чтобы не повредить транзистор) подается напряжение, то через коллектор будет проходить ток более сильный чем ток базы. При повышении тока базы ток коллектора тоже будет увеличиваться.

С помощью измерительного прибора можно определить соотношение токов базы, коллектора и эмиттера. Это можно проверить простым способом. Если сохранить напряжение питания, к примеру на уровне 4,5 В, изменив значение сопротивления в цепи базы с R до R/2, ток базы удвоится, пропорционально увеличится и ток коллектора, к примеру:

Следовательно, при любом напряжение на сопротивление R, ток коллектора будет в 99 раз больше тока базы, то есть транзистор имеет коэффициент усиления по току равный 99. Другими словами, транзистор усиливает ток базы в 99 раз. Этот коэффициент обозначают буквой ? . Коэффициент усиления равен отношению тока коллектора к току базы :

? = Iк/Iб

На базу транзистора можно подать и переменное напряжение. Но, необходимо, чтобы транзистор работал в линейном режиме . Для нормального функционирования в линейном режиме транзистору следует подать на базу постоянное напряжение смещения и подвести переменное напряжение, которое он будет усиливать. Таким образом транзисторы усиливают слабые напряжения, поступающие к примеру с микрофона, до уровня, который способен привести в действие громкоговоритель. Если коэффициент усиления не достаточен, можно использовать несколько транзисторов или их последовательных каскадов. Чтобы при соединении каскадов не нарушать режимов работы каждого из них по постоянному току (при которых обеспечивается линейность), используют разделительные конденсаторы. Биполярные транзисторы обладают электрическими характеристиками, обеспечивающими им определенные преимущества по сравнению с другими усилительными компонентами.

Как мы уже знаем, существуют еще (кроме биполярных) и униполярные транзисторы . Коротко рассмотрим два их них – полевые и однопереходные транзисторы. Как и биполярные они бывают двух типов и имеют по три вывода:

Электродами полевых транзисторов являются: затвор – З, сток – С, соответствующий коллектору и исток – И, отождествляемый с эмиттером. Полевые транзисторы с n- и p- каналом различаются по направлению стрелки затвора. Однопереходные транзисторы, которые иногда называют двухбазовыми диодами, в основном используются в схемах генераторов импульсных периодических сигналов.

Имеется три фундаментальных схемы включения транзисторов в усилительном каскаде:

?

с общим эмиттером (а)

?

с общим коллектором (б)

?

с общей базой (в)

Биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером , в зависимости от выходного сопротивления источника питания R1 и сопротивления нагрузки Rн усиливает входной сигнал и по напряжению, и по току. Коэффициент усиления биполярного транзистора обозначается как h31э (читается: аш-два-один-э, где э – схема с общим эмиттером), и у каждого транзистора он разный. Величина коэффициента h31э (его полное название – статический коэффициент передачи тока базы h31э ) зависит только от толщины базы транзистора (ее изменить нельзя) и от напряжения между коллектором и эмиттером, поэтому при небольшом напряжении (менее 20 В) его коэффициент передачи тока при любом токе коллектора практически неизменен и незначительно увеличивается при увеличении напряжения на коллекторе.

Коэффициент усиления по току – Кус.i и коэффициент усиления по напряжению – Кус.u биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, зависит от отношения сопротивления нагрузки (на схеме обозначено как Rн) и источника сигнала (на схеме обозначено как R1). Если сопротивление источника сигнала в h31э раза меньше сопротивления нагрузки, то коэффициент усиления по напряжению чуть меньше единицы (0,95…0,99), а коэффициент усиления по току равен h31э. Когда сопротивление источника сигнала более чем в h31э раза меньше сопротивления нагрузки, то коэффициент усиления по току остается неизменным (равным h31э ), а коэффициент усиления по напряжению уменьшается. Если же, наоборот, входное сопротивление уменьшить, то коэффициент усиления по напряжению становится больше единицы, а коэффициент усиления по току, при ограничении протекающего через переход база-эмиттер транзистора тока, не изменяется. Схема с общим эмиттером – единственная схема включения биполярного транзистора, которая требует ограничения входного (управляющего) тока. Можно сделать несколько выводов: – базовый ток транзистора нужно ограничивать, иначе сгорит или транзистор, или управляющая им схема; – с помощью транзистора, включенного по схеме ОЭ, очень легко управлять высоковольтной нагрузкой низковольтным источником сигнала. Через базовый, а следовательно и коллекторный переходы протекает значительный ток при напряжении база-эмиттер всего 0,8…1,5 В. Если амплитуда (напряжение) больше этого значения – нужно поставить между базой транзистора и выходом управляющей схемы токоограничивающий резистор (R1). Рассчитать его сопротивление можно по формулам:

Ir1=Irн/h31э R1=Uупр/Ir1 где:

Irн – ток через нагрузку, А; Uупр – напряжение источника сигнала, В; R1 – сопротивление резистора, Ом.

Еще одна особенность схемы с ОЭ – падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора можно практически уменьшить до нуля. Но для этого надо значительно увеличивать базовый ток, что не очень выгодно. Поэтому такой режим работы транзисторов используют только в импульсных, цифровых схемах.

Транзистор , работающий в схеме усилителя аналогового сигнала , должен обеспечивать примерно одинаковое усиление сигналов с разной амплитудой относительно некоторого “среднего” напряжения. Для этого его нужно немножко “приоткрыть”, постаравшись не “переборщить”. Как видно из рисунка ниже (левый):

ток коллектора и падение напряжения на транзисторе при плавном увеличении тока базы вначале изменяются почти линейно , и лишь потом, с наступлением насыщения транзистора, прижимаются к осям графика. Нас интересуют только прямые части линий (до насыщения) – очевидно, что они символизируют линейное усиление сигнала, то есть, при изменении управляющего тока в несколько раз во столько же раз изменится и ток коллектора (напряжение в нагрузке).

Форма аналогового сигнала показана на рисунке выше (справа) . Как видно из графика, амплитуда сигнала постоянно пульсирует относительно некоего среднего напряжения Uср, причем она может как увеличиваться, так и уменьшаться. Но биполярный транзистор реагирует только на увеличение входного напряжения (вернее тока). Вывод: нужно сделать так, чтобы транзистор даже при минимальной амплитуде входного сигнала был немножко приоткрыт. При средней амплитуде Uср он откроется чуть сильнее, а при максимальной Umax откроется максимально. Но при этом он не должен входить в режим насыщения (см.рис. выше) – в этом режиме выходной ток перестает линейно зависеть от входного, в следствии чего происходит сильное искажение сигнала.

Обратимся снова к форме аналогового сигнала. Так как и максимальная и минимальная амплитуды входного сигнала относительно средней примерно одинаковы по величине (и противоположны по знаку), то нам нужно подать на базу транзистора такой постоянный ток (ток смещения – Iсм), чтобы при “среднем” напряжении на входе транзистор был открыт ровно наполовину. Тогда при уменьшении входного тока транзистор будет закрываться и ток коллектора будет уменьшатся, а при увеличении входного тока он будет открываться еще сильнее.

ГОСТ 20003-74 Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров / 20003 74

Термин

Буквенное обозначение

Определение

отечественное

международное

1. Обратный ток коллектора

D. Kollektorreststrom (bei offenem Emitter)

E. Collector cut-off current

F. Courant résiduel du collecteur

IКБО

IСВО

Ток через коллекторный переход при заданном обратном напряжении коллектор-база и разомкнутом выводе эмиттера

2. Обратный ток эмиттера

D. Emitterreststrom (bei offenem Kollektor)

E. Emitter cut-off current

F. Courant résiduel de l’émetteur

IЭБО

IЕВО

Ток через эмиттерный переход при заданном обратном напряжении эмиттер-база и разомкнутом выводе коллектора

3. Обратный ток коллектор-эмиттер

Ндп. Начальный ток коллектора

Ток коллектора закрытого транзистора

D. Kollektor- Emitter- Reststrom

E. Collector-emitter cut-off current

F. Courant résiduel du collecteur-émetteur

Ток в цепи коллектор-эмиттер при заданном обратном напряжении коллектора-эмиттер

1 При разомкнутом выводе базы IКЭО, IСЕO; при коротко замкнутых выводах эмиттера и базы IКЭК, ICES; при заданном сопротивлении в цепи база-эмиттер IКЭR, ICER; при заданном обратном напряжении эмиттер-база Iкэх, IСЕХ.

4. Обратный ток базы

D. Basis-Emitter-Reststrom

E. Base cut-off current

F. Courant résiduel de la base

IБЭХ

IВЕХ

Ток в цепи вывода базы при заданных обратных напряжениях коллектор-эмиттер и эмиттер-база

5. Критический ток биполярного транзистора

Iкр

 

Значение тока коллектора, при достижении которого значение fгр (|h21э|) падает на 3 дБ по отношению к его максимальному значению при заданном напряжении коллектор-эмиттер

6. Граничное напряжение биполярного транзистора

Ндп. Напряжение между коллектором и эмиттером при нулевом токе базы и заданном токе эмиттера

UКЭОгр

U(L)CEO

Напряжение между выводами коллектора и эмиттера при токе базы, равном нулю, и заданном токе эмиттера

7. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер

D. Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung

E. Saturation collector-emitter voltage

F. Tension de saturation collecteur-émetteur

UКЭнас

UCЕsat

Напряжение между выводами коллектора и эмиттера транзистора в режиме насыщения при заданных токах базы и коллектора

8. Напряжение насыщения база-эмиттер

D. Basis-Emitter-Sättigungsspannung

E. Saturation baseemitter voltage

F. Tension de saturation base-émetteur

UБЭнас

UВЕsat

Напряжение между выводами базы и эмиттера транзистора в режиме насыщения при заданных токах базы и коллектора

9. Плавающее напряжение эмиттер-база

E. Floating emitter-base voltage

F. Tension flottante émetteur-base

UЭБпл

UЕВfl

Напряжение между выводами эмиттера и базы при заданном обратном напряжении коллектор-база и при токе эмиттера, равном нулю

10. Напряжение смыкания биполярного транзистора

E. Punch-through (penetration) voltage

F. Tension de pénétration (tension de persage)

Ucмк

Upt

Обратное напряжение коллектор-база, при котором начинается линейное возрастание напряжения на разомкнутых выводах эмиттера и базы при увеличении напряжения коллектор-база

11. Пробивное напряжение эмиттер-база

D. Emitter-Basis-Durchbruchspannung

E. Breakdown emitter-base voltage

F. Tension de claquage émetteur-base

UЭБОпроб

U(BR)ЕВО

Пробивное напряжение, измеряемое между выводами эмиттера и базы, при заданном обратном токе эмиттера и токе коллектора, равном нулю

12. Пробивное напряжение коллектор-база

D. Kollektor-Basis-Durchbruchspannung

E. Breakdown collector-base voltage

F. Tension de claquage collecteur-base

UКБОпроб

U(BR)СВО

Пробивное напряжение, измеряемое между выводами коллектора и базы, при заданном обратном токе коллектора и токе эмиттера, равном нулю

13. Пробивное напряжение коллектор-эмиттер

D. Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung (bei vorgegebenen Bedingungen)

E. Breakdown collector-emitter voltage

F. Tension de claquage collecteur-émetteur

Пробивное напряжение, измеряемое между выводами коллектора и эмиттера при заданном токе коллектора

1 При токе базы, равном нулю, UКЭОпроб, U(BR)СВО;

при заданном сопротивлении в цепи база-эмиттер, UКЭRпроб, U(BR)СER;

при коротком замыкании в цепи база-эмиттер UКЭКпроб, U(BR)СES;

при заданном обратном напряжении база-эмиттер UКЭXпроб, U(BR)СEX.

14. Входное сопротивление биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Kleinsignaleingangswiderstand

E. Small-signal value of the short-circuit input impedance

F. Valeur de l’impédance d’entrée, sortie en court-circuit pour de petits signaux

h*11

h11

Отношение изменения напряжения на входе к вызвавшему его изменению входного тока в режиме короткого замыкания по переменному току на выходе транзистора

15. Коэффициент обратной связи по напряжению биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Kleinsignalspannungsrückwirkung

E. Small-signal value of the open-circuit reverse voltage transfer ratio

F. Valeur du rapport de transfert inverse de la tension, entrée en circuit ouvert de petits signaux

h*12

h12

Отношение изменения напряжения на входе к вызвавшему его изменению напряжения на выходе в режиме холостого хода во входной цепи по переменному току

16. Коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Kleinsignalstromverstärkung

E. Small-signal value of the short-circuit forward current transfer ratio

F. Valeur du rapport de transfert direct du courant, sortie en court-circuit pour de petits signaux

h*21

h21

Отношение изменения выходного тока к вызвавшему его изменению входного тока в режиме короткого замыкания выходной цепи по переменному току

17. Модуль коэффициента передачи тока биполярного транзистора на высокой частоте

D. Betrag der Kurzschlussstromverstärkung in Emitterschaltung bei HF

E. Modulus of the short-circuit forward current transfer ratio

F. Module du rapport de transfert direct du courant

|h21э|

|h21е|

Модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером в режиме малого сигнала на высокой частоте

18. Выходная полная проводимость биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Kleinsignalausgangsleitwert

E. Small-signal value of the open-circuit output admittance

F. Valeur de l’admittance de sortie, entrée en circuit ouvert pour de petits signaux

h*22

h22

Отношение изменения выходного тока к вызвавшему его изменению выходного напряжения в режиме холостого хода входной цепи по переменному току

19. Входное сопротивление биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером в режиме большого сигнала

E. Static value of the input resistance

F. Valeur statique de la résistance d’entrée

h11Э

h11Е

Отношение напряжения на входе транзистора к входному току при заданном постоянном обратном напряжении коллектор-эмиттер в схеме с общим эмиттером

20. Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора

D. Gleichstromverstärkung in Emitterschaltung

E. Static value of the forward current transfer ratio

F. Valeur statique du rapport de transfert direct du courant

h21Э

h21Е

Отношение постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор-эмиттер и токе эмиттера в схеме с общим эмиттером

21. Входная полная проводимость биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Komplexer Kleinsignaleingangsleitwert

E. Small-signal value of the short-circuit input admittance

F. Valeur de l’admittance d’entrée, sortie en court-circuit pour de petits signaux

y*11

y11

Отношение изменений комплексных величин входного тока к вызванному им изменению напряжения на входе при коротком замыкании по переменному току на выходе

22. Полная проводимость обратной передачи биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Komplexer Kleinsignalrückwirkungsleitwert

E. Small-signal value of the short-circuit reverse transfer admittance

F. Valeur de l’admittance de transfert inverse, entrée en court-circuit pour de petits signaux

y*12

y12

Отношение изменений комплексных величин входного тока к вызвавшему его изменению напряжения на выходе при коротком замыкании по переменному току на входе

23. Полная проводимость прямой передачи биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Komplexer Kleinsignalübertragungsleitwert vorwärts

E. Small-signal value of the short-circuit forward transfer admittance

F. Valeur de l’admittance de transfert direct, sortie en court-circuit pour de petits signaux

y*21

y21

Отношение изменений комплексных величин выходного тока к вызвавшему его изменению напряжения на входе при коротком замыкании по переменному току на выходе

24. Модуль полной проводимости прямой передачи биполярного транзистора

D. Betrag des Übertragungsleitwerts vorwärts

E. Modulus of the short-circuit forward transfer admittance

F. Module de l’admittance de transfert direct

|y21э|

|y21е|

Модуль полной проводимости прямой передачи в схеме с общим эмиттером

25. Выходная полная проводимость биполярного транзистора в режиме малого сигнала

D. Komplexer Kleinsignalausgangsleitwert

E. Small-signal value of the short-circuit output admittance

F. Valeur de l’admittance de sortie, entrée en court-circuit pour de petits signaux

y*22

y22

Отношение изменений комплексных величин выходного тока к вызванному им изменению выходного напряжения при коротком замыкании по переменному току на входе

26. Статическая крутизна прямой передачи в схеме с общим эмиттером

Ндп. Статическая крутизна передаточной характеристики. Статическая крутизна характеристики

D. Statische Vorwärtssteilheit in Emitterschaltung

E. Static value of the forward transconductance

F. Pente statique de transfert direct

y21Э

y21Е

Отношение постоянного тока коллектора к постоянному напряжению база-эмиттер при заданном напряжении коллектор-эмиттер

27. Входная емкость биполярного транзистора

D. Eingangskapazität

E. Input capacitance

F. Capacité d’entrée

С*11

С11

Емкость, измеренная на входе транзистора при коротком замыкании по переменному току на выходе в режиме малого сигнала

28. Выходная емкость биполярного транзистора

D. Ausgangskapazität

E. Output capacitance

F. Capacité de sortie

С*22

С22

Емкость, измеренная на выходе транзистора, при разомкнутом входе по переменному току в режиме малого сигнала

28a. Емкость обратной связи биполярного транзистора

D. Rückwirkungskapazität

E. Feedback capacitance

F. Capacité de couplage à réaction

С*12

С*12

Емкость биполярного транзистора, измеренная между входным и выходным выводами при коротком замыкании по переменному току на входе в режиме малого сигнала

29. Предельная частота коэффициента передачи тока биполярного транзистора

D. Grenzfrequenz der Stromverstärkung

E. Cut-off frequency

F. Fréquence de conpure

fh31

fh31

Частота, на которой модуль коэффициента передачи тока падает на 3 дБ по сравнению с его низкочастотным значением

30. Граничная частота коэффициента передачи тока

D. Übergangsfrequenz der Stromverstärkung (Transitfrequenz)

E. Transition frequency

F. Fréquence de transition

fгр

fт

Частота, при которой модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером экстраполируется к единице.

Примечание. Частота, равная произведению модуля коэффициента передачи тока на частоту измерения, которая находится в диапазоне частот, где справедлив закон изменения модуля коэффициента передачи тока 6 дБ на октаву

31. Максимальная частота генерации биполярного транзистора

E. Maximum frequency of oscillation

F. Fréquence maximale d’oscillation

fmax

fmax

Наибольшая частота, при которой транзистор способен генерировать в схеме автогенератора

32. Коэффициент шума биполярного транзистора

D. Rauschzahl

E. Noise figure

F. Facteur de bruit

Kш

F

Отношение мощности шумов на выходе транзистора к той ее части, которая вызвана тепловыми шумами сопротивления источника сигнала

32а. Минимальный коэффициент шума биполярного транзистора

D. Minimale Rauschzahl

E. Minimal noise figure

F. Facteur de bruit minimum

Kшmin

Fmin

Значение коэффициента шума биполярного транзистора в условиях настройки входной и выходной цепей, соответствующей наименьшему значению коэффициента шума

32б. Эквивалентное напряжение шума биполярного транзистора

D. Äquivalente Rauschspannung

E. Equivalent noise voltage

F. Tension de bruit équivalente

Uш

Un

Напряжение шума идеального источника эквивалентного напряжения, включенного последовательно с выводом базы и выводом эмиттера и характеризующего шум биполярного транзистора, который считается бесшумным

33. Коэффициент насыщения биполярного транзистора

Ндп. Степень насыщения

E. Saturation coefficient

F. Coefficient de saturation

Кнас

Кsat

Отношение тока базы в режиме насыщения к току базы на границе насыщения

34. Коэффициент усиления по мощности биполярного транзистора

D. Leistungsverstärkung

E. Power gain

F. Gain en puissance

КyP

GP

Отношение мощности на выходе транзистора к мощности, подаваемой на вход транзистора, при определенной частоте и схеме включения

34a. Оптимальный коэффициент усиления по мощности биполярного транзистора

D. Optimale Leistungsverstärkung

E. Optimal power gain

F. Gain de puissance optimum

КyPonm

GPopt

Значение коэффициента усиления на мощности биполярного транзистора в условиях настройки входной и выходной цепей, соответствующее минимальному коэффициенту шума

35. Коэффициент полезного действия коллектора

D. Kollektorwirkungsgrad

E. Collector efficiency

F. Efficacité du collocteur

ηK

ηC

Отношение выходной мощности транзистора к мощности, потребляемой от источника коллекторного питания

36. Время задержки для биполярного транзистора

D. Verzögerungszeit

E. Delay time

F. Retard à la croissance

tзд

td

Интервал времени между моментом нарастания фронта входного импульса до значения, соответствующего 10 % его амплитуды, и моментом нарастания фронта выходного импульса до значения, соответствующего 10 % его амплитуды

37. Время нарастания для биполярного транзистора

D. Anstiegszeit

E. Rise time

F. Temps de croissance

tнр

tr

Интервал времени между моментами нарастания фронта выходного импульса от значения соответствующего 10 % его амплитуды, до значения, соответствующего 90 % его амплитуды

38. Время рассасывания для биполярного транзистора

D. Speicherzeit

E. Carrier storage time

F. Retard à la décroissance

tрас

ts

Интервал времени между моментом подачи на базу запирающего импульса и моментом, когда напряжение на коллекторе транзистора достигает заданного уровня

39. Время спада для биполярного транзистора

D. Abfallzeit

E. Fall time

F. Temps de décroissance

tсп

tf

Интервал времени между моментами спада среза выходного импульса от значения, соответствующего 90 % его амплитуды, до значения, соответствующего 10 % его амплитуды

40. Время включения биполярного транзистора

D. Einschaltzeit

E. Turn-on time

F. Temps total d’établissement

tвкл

ton

Интервал времени, являющийся суммой времени задержки и времени нарастания

41. Время выключения биполярного транзистора

D. Ausschaltzeit

E. Turn-off time

F. Temps total de coupure

tвыкл

toff

Интервал времени между моментом подачи на базу запирающего импульса и моментом, когда напряжение на коллекторе транзистора достигает значения, соответствующего 10 % его амплитудного значения

42. Сопротивление базы биполярного транзистора

D. Basisbahnwiderstand

E. Base intrinsic resistance

F. Résistance intrinséque de base

rK

rbb

Сопротивление между выводом базы и переходом база-эмиттер

43. Емкость эмиттерного перехода

D. Kapazität der Emittersperrschicht

E. Emitter capacitance

F. Capacité émetteur

Cэ

Cе

Емкость между выводами эмиттера и базы транзистора при заданных обратном напряжении эмиттер-база и разомкнутой коллекторной цепи

44. Емкость коллекторного перехода

D. Kapazität der Kollektorsperrschicht

E. Collector capacitance

F. Capacité collecteur

Cк

Cс

Емкость между выводами базы и коллектора транзистора при заданных обратном напряжении коллектор-база и разомкнутой эмиттерной цепи

45. Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте биполярного транзистора

D. HF-Rückwirkungszeitkonstante

E. Collector-base time constant

ts

tc

Произведение сопротивления базы на активную емкость коллекторного перехода

46. Коэффициент отражения входной цепи биполярного транзистора

D. Eingangsreflexionsfaktor

S*11

S*11

Отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной волны к падающей на входе транзистора при значениях сопротивления источника и нагрузки, равных характеристическому сопротивлению

47. Коэффициент обратной передачи напряжения

D. Spannungsübertragungsfaktor rückwärts

S*12

S*12

Отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной волны на входе к падающей волне на выходе транзистора при значениях сопротивления источника и нагрузки, равных характеристическому сопротивлению

48. Коэффициент прямой передачи напряжения

D. Spannungsübertragungsfaktor vorwätrs

S*21

S*21

Отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной волны на выходе и падающей волны на входе транзистора при значениях сопротивления источника и нагрузки, равных характеристическому сопротивлению

49. Коэффициент отражения выходной цепи биполярного транзистора

D. Ausgangsreflexionsfaktor

S*22

S*22

Отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной волны к падающей на выходе транзистора при значениях сопротивления источника и нагрузки, равных характеристическому сопротивлению

50. Постоянный ток коллектора

D. Kollektorgleichstrom

E. Collector (d.с.) current

F. Courant continu de collecteur

IK

IC

Постоянный ток, протекающий через коллекторный переход

51. Постоянный ток эмиттера

D. Emittergleichstrom

E. Emitter (d.c.) current

F. Courant continu d’emetteur

IЭ

IЕ

Постоянный ток, протекающий через эмиттерный переход

52. Постоянный ток базы

D. Basisgleichstrom

E. Base (d.c.) current

F. Courant continu de base

IБ

IВ

Постоянный ток, протекающий через базовый вывод

53. Постоянный ток коллектора в режиме насыщения

E. Saturation collector current

F. Courant de saturation collecteur

IKнас

ICsat

54. Постоянный ток базы в режиме насыщения

E. Saturation base current

F. Courant de saturation base

IБнас

IBsat

55. Импульсный ток коллектора

IK

Импульсное значение тока коллектора при заданной скважности и длительности пульса

56. Импульсный ток эмиттера

IЭ,и

Импульсное значение тока эмиттера при заданной скважности и длительности импульса

57. Постоянное напряжение эмиттер-база

D. Emitter-Basis-Spannung

E. Emitter-base (d.с.) voltage

F. Tension continue émetteur-base

U1ЭБ

U1ЕБ

Постоянное напряжение между выводами эмиттера и базы

58. Постоянное напряжение коллектор-база

D. Kollektor-Basis-Spannung

E. Collector-base (d.c.) voltage

F. Tension continue collecteur-base

U2КБ

U2СВ

Постоянное напряжение между выводами коллектора и базы

59. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер

D. Kollektor-Emitter-Spannung (bei vorgegebenen Bedingungen)

E. Collector-emitter (d.c.) voltage

F. Tension continue collecteur-émetteur

U3КЭ

U3СЕ

Постоянное напряжение между выводами коллектора и эмиттера

1 При заданном обратном токе эмиттера в токе коллектора, равном нулю, UЭБ0, UEB0.

2 При заданном токе коллектора и токе эмиттера, равном нулю, UКБ0, UCB0.

3 При заданном токе коллектора и токе базы, равном нулю, Uкэо, UСЕО;

при заданном токе коллектора и сопротивлении в цепи база-эмиттер, UR, UR.

при заданном токе коллектора и коротком замыкании в цепи база-эмиттер, UкэК, US;

при заданном токе коллектора в заданном обратном напряжении эмиттер-база UКЭХ, UX.

60. Выходная мощность биполярного транзистора

D. Ausgangsleistung

E. Output power

Рвых

Рout

Мощность, которую отдает транзистор в типовой схеме генератора (усилителя) на заданной частоте

61. Постоянная рассеиваемая мощность биполярного транзистора

D. Gesamtverlustleistung

E. Total input power (d.c.) to all electrodes

F. Puissance totale d’entrée (continúe) de toutes les electrodes

Р

Рtot

Суммарное значение постоянной мощности, рассеиваемой в транзисторе

62. Средняя рассеиваемая мощность биполярного транзистора

D Mittlere Verlustleistung

E. Total input power (average) to all electrodes

F. Puissance totale d’entrée (moyenne) de toutes les électrodes

Рср

РAV

Усредненное за период значение мощности, рассеиваемой в транзисторе

63. Импульсная рассеиваемая мощность биполярного транзистора

D. Impulsverlustleistung

E. Peak power dissipation

F. Puissance dissipée de crète

Ри

РМ

64. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора

D. Gleichstrom Kollektorverlustleistung

E. Collector (d.c.) power dissipation

F. Puissance dissipée (continue) au collecteur

РК

РС

Постоянное значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора

65. Средняя рассеиваемая мощность коллектора

D. Mittlere Kollektorverlustleistung

E. Collector (average) power dissipation

F. Ruissance dissipée (moyenne) au collecteur

РК.ср

Рс(AV)

Усредненное за период значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора

65a. Выходная мощность в пике огибающей биполярного транзистора

Е Peak envelope power

Рвых,п.о

 

Мощность двухтонового сигнала в нагрузке биполярного транзистора, равная мощности однотонового, имеющего ту же амплитуду, что и двухтоновый сигнал в пике огибающей.

Примечание. Под двухтоновым сигналом понимают сигнал, состоящий из двух синусоидальных сигналов равной амплитуды с разными частотами

65б. Коэффициент комбинационных составляющих третьего порядка биполярного транзистора

Е Third order intermodulation products factor

М3

 

Отношение наибольшей амплитуды напряжения комбинационной составляющей третьего порядка спектра выходного сигнала к амплитуде основного тона при подаче на вход биполярного транзистора двухтонового сигнала равных амплитуд

65в. Коэффициент комбинационных составляющих пятого порядка биполярного транзистора

Е Fifth order intermodulation products factor

Термины, относящиеся к максимально допустимым параметрам**

М5

 

Отношение наибольшей амплитуды напряжения комбинационной составляющей пятого порядка спектра выходного сигнала к амплитуде основного тона при подаче на вход биполярного транзистора двухтонового сигнала равных амплитуд

66. Максимально допустимый постоянный ток коллектора

D. Maximal zulässiger Kollektorgleichstrom

E. Maximum collector (d.с.) current

F. Courant continu de collecteur maximal

IКmax

IСmax

67. Максимально допустимый постоянный ток эмиттера

D. Maximal zulässiger Emittergleichstrom

E. Maximum emitter (d.c.) current

F. Courant continu d’emetteur maximal

IЭmax

IЕmax

68. Максимально допустимый постоянный ток базы

D. Maximal zulässiger Basisgleichstrom

E. Maximum base (d.c.) current

F. Courant continu de base maximal

IБmax

IВmax

69. Максимально допустимый импульсный ток коллектора

D. Maximal zulässiger Kollektorimpulsstrom

E. Maximum peak collector current

F. Courant de crête de collecteur maximal

IК,и max

IСМmax

70. Максимально допустимый импульсный ток эмиттера

D. Maximal zulässiger Emitterimpulsstrom

E. Maximum peak emitter current

F. Courant de crête d’emetteur maximal

IЭ,и max

IЕМmax

71. Максимально допустимый постоянный ток коллектора в режиме насыщения

E. Maximum saturation collector current

F. Courant de saturation collecteur maximal

IК нас max

IС sat max

72. Максимально допустимый постоянный ток базы в режиме насыщения

E. Maximum saturation base current

F. Courant de saturation base maximal

IБ нас max

IВ sat max

73. Максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база

D. Maximal zulässige Emitter-Basis-Gleichspannung

E. Maximum emitter-base (d.c.) voltage

F. Tension continue émetteur-base maximale

IЭБ max

IЕВ max

74. Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-база

D. Maximal zulässige Kollektor-Basic-Gleichspannung

E. Maximum collector-base (d.c.) voltage

F. Tension continue collecteur-base maximale

UКБ max

UСВ max

75. Максимально допустимое постоянное напряжение коллектора-эмиттер

D. Maximal zulässige Kollektor-Emitter-Gleichspannung

E. Maximum collector-emitter (d.c.) voltage

F. Tension continue collecteur-émetteur maximale

UКЭ max

UСЕ max

76. Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-эмиттер

D. Maximal zulässige Kollektor-Emitter-Impulsspannung

E. Maximum peak collector-emitter voltage

F. Tension de crête collecteur-émetteur maximale

UКЭ, и max

UСЕМ max

77. Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-база

D. Maximal zulässige Kollektor-Basis-Impulsspannung

E. Maximum peak collector-base voltage

F. Tension de crête collector-base maximale

UКБ, и max

UСВМ max

78. Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора

D. Maximal zulässige Kollektorverlustleistung

E. Maximum collector power dissipation (d.c.)

F. Puissance dissipée au collecteur (continue) maximale

РК max

РC max

79. Максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность коллектора

E. Maximum collector power dissipation (average)

F. Puissance dissipée au collecteur (moyenne) maximale

РК, ср max

80. Максимально допустимая импульсная рассеиваемая мощность биполярного транзистора

D. Maximal zulässige Impulsverlustleistung

E. Maximum peak power dissipation

F. Puissance dissipée de crête maximale

Ри max

РМ max

Биполярный транзистор: устройство и принцип работы

Биполярный транзистор — полупроводниковый прибор с тремя выводами, широко применяемый в радиоэлектронных схемах. Первый биполярный транзистор создан в 50-х годах XX века. Его изобретение стало венцом попыток найти более компактный и удобный аналог вакуумного триода. Благодаря появлению транзисторов схемотехника сделала большой шаг вперёд: громоздкую вакуумную лампу, к тому же требующую для работы высокого напряжения, удалось заменить на прибор размером с горошину. В дальнейшем, технологии позволили на одном малюсеньком кристалле полупроводника формировать сразу десятки и сотни транзисторов, что дало начало появлению электронных микросхем и развитию современной электроники. Впрочем, довольно вводных слов, перейдём к делу.

Устройство и принцип работы

Биполярный транзистор состоит из трёх чередующихся полупроводниковых зон с разной проводимостью. В зависимости того, как расположены эти зоны, существует два типа транзисторов: p-n-p (прямой проводимости) и n-p-n (обратной проводимости). К каждой из зон подключён свой вывод, выводы называются одинаково для обоих типов транзисторов: средний вывод — база, а по краям эмиттер и коллектор.

Устройство транзисторов p-n-p и n-p-n и обозначение на схемах

Как мы увидим в дальнейшем, в создании электрического тока внутри транзистора участвуют два вида зарядов: электроны и дырки. Отсюда и название «биполярный». Далее я буду писать просто «транзистор» для простоты изложения, но, нужно помнить, что существуют и униполярные (полевые) транзисторы, речь о которых пойдёт в отдельной статье.

Если вы знакомы с устройством полупроводникового диода, вы заметили, что транзистор, можно сказать, представляет собой два  диода, включенных навстречу друг другу, с одной общей зоной. Давайте для определённости возьмём p-n-p транзистор и подключим его следующим образом:

Подключение p-n-p транзистора

На переход база-эмиттер (эмиттерный переход) подано прямое напряжение, этот диод открыт и через него течёт ток. А вот на коллекторном переходе напряжение запирающее: на коллекторе «минус» относительно базы. Если бы это были два изолированных диода, то на этом бы дело и кончилось. Но! Поскольку зона n общая, тут вступает в силу закон диффузии. Часть дырок, поставляемых эмиттером, не рекомбинирует с электронами базы, а проникает в область коллекторного p-n перехода, и там захватывается мощным минусом «коллектора». В коллекторной цепи тоже появляется ток.

По описанию может показаться, что в коллектор попадает небольшая часть дырок. Но в реальности всё наоборот: только малая часть эмиттерного тока ответвляется в базу, рекомбинируя там с электронами. Большая же часть (грубо говоря,  больше 90%) дырок идут в коллектор и создают коллекторный ток. Это становится возможным потому, что рекомбинация — сравнительно долгий по времени процесс, и дырки успевают заполнить всю область базы и попасть под влияние потенциала коллектора.

При этом сильный коллекторный ток зависит от слабого базового. Ну а если на базу подать запирающее напряжение, «плюс» относительно эмиттера, то ток база-эмиттер вовсе прекратится, а следом исчезнет и коллекторный ток.

Кстати, теперь должны стать понятны названия выводов транзистора. Эмиттер — эмитирует, поставляет заряды (в нашем примере — дырки). Коллектор их собирает, стягивает своим мощным потенциалом. Ну а база так называется потому, что в первых точечных транзисторах она конструктивно была основой прибора. Сейчас точечные транзисторы уже не применяются, их вытеснили более технологичные плоскостные приборы, а название осталось.

Осталось отметить, что все приведённые выше рассуждения применимы и для n-p-n транзисторов, только нужно поменять знаки напряжений на обратные: транзистор n-p-n открывается «плюсом» на базе относительно эмиттера, ну а на коллекторе должен быть плюс относительно базы.

Усилительные свойства транзистора

Должность усилителя — одна из основных «работ» транзистора в электронных схемах.  И выше было показано, что слабый сигнал на базе позволяет управлять в разы более мощным коллекторным током, создавая на коллекторе более мощную копию базового сигнала. Но тут нужно чётко понимать, что сам по себе транзистор не усиливает сигнал и не может получить энергию из ниоткуда, по волшебству. Для создания мощной копии он берёт энергию источника питания. Можно ещё сказать, что от величины базового тока зависит сопротивление коллекторного p-n перехода. Ну а уж какой окажется ток, будет определяться напряжением источника питания и сопротивлением нагрузки (разумеется, все эти параметры должны находиться в допустимых пределах).

Конструктивные особенности транзистора

Из приведёных выше схематических рисунков не очень понятно, чем же эмиттер отличается от коллектора? В принципе, некоторые транзисторы будут работать, даже если при подключении перепутать эмиттер и коллектор местами. Но давайте взглянем на рисунок, более приближенный к реальной конструкции транзистора, а заодно разберёмся, почему он сделан так а не иначе.

Конструкция транзистора (схематично)

Вот несколько соображений на эту тему:

  • Площадь коллекторного p-n перехода должна быть побольше, для более эффективного захвата зарядов.
  • Коллекторная зона легируется слабо, то есть там сравнительно мало свободных зарядов на единицу объёма — это позволяет прикладывать к коллекторному переходу гораздо большее напряжение, чем к эмиттерному, без риска пробоя коллекторного перехода.
  • Эмиттерная зона, наоборот, легируется сильнее, для более эффективной инжекции зарядов. Но это и делает эмиттерный переход более «нежным». Особенно он боится обратного (запирающего) напряжения: для p-n-p это плюс на базе относительно эмиттера. В некоторых схемах даже ставится специальная защита — обычно с помощью диода.
  • В коллекторе меньше свободных зарядов, сопротивление его выше, к тому же коллекторный переход работает в режиме обратного смещения. Всё это приводит к тому, что на нём выделяется основное тепло. Это тоже аргумент в пользу того, чтобы коллекторная зона была побольше, для эффективного рассеивания тепловой энергии.
  • К слову, база тоже легируется слабо. База должна быть тонкой по двум причинам. Во-первых, для более эффективной диффузии зарядов, инжектируемых эмиттером. Во-вторых, для большего быстродействия транзистора: чтобы коллекторный ток как можно быстрее реагировал на изменение базового. Но при этом сопротивление базы должно быть высокое, чтобы не было пробоев напрямую между коллектором и эмиттером.

Все эти меры позволяют «выжать» из транзистора максимальный коэффициент усиления. Это величина, которая показывает соотношение между коллекторным и базовым током. У различных транзисторов коэффициент может варьироваться от десятков до сотен и даже тысяч.

Основные параметры транзистора

Один из важнейших параметров транзистора, коэффициент усиления, уже упоминался. Он определяет усилительные способности транзистора, во сколько раз коллекторный ток может быть больше базового. Впрочем, можно также вводить понятия коэффициента усиления по напряжению и по мощности, поэтому при чтении справочников нужно быть внимательным: какой именно коэффициент там приводится.

Многое зависит от области применения транзистора. В маломощных чувствительных усилителях важен коэффициент усиления. В высокочастотных каскадах — предельная частота, на которой ещё сохраняются усительные способности транзистора. Существование предельной частоты обусловлено скоростью работы транзистора, а также ёмкостью коллекторного перехода, которая на высоких частотах начинает играть заметную роль (мы помним, что активное сопротивление конденсатора уменьшается с ростом частоты). Ну а в выходных каскадах мощных усилителей уже не так важны усиление и частота, и на первый план выходят допустимые токи и напряжения.

Поэтому промышленность выпускает множество различных моделей биполярных транзисторов с характеристиками на любой вкус. А оригинальные решения, комбинирующие в одной схеме транзисторы с разными характеристиками, разной проводимостью, позволяют буквально творить чудеса и решать весьма нетривиальные задачи.

При чтении справочников следует обращать внимание на предельные значения, коих у транзистора целый веер. Например, предельно допустимое напряжение коллектора, предельный ток коллектора и предельная мощность. Предельное напряжение базового перехода, предельное обратное напряжение. И так далее. Причём, нужно избегать соблазна рассчитать предельно допустимую мощность как произведение предельного тока и предельного напряжения. По отдельности транзистор способен выдержать предельный ток и предельное напряжение, но если попытаться загнать его в такой режим, когда достигнуты оба этих показателя одновременно — транзистор выйдет из строя. Поэтому, всегда указывают предельную мощность отдельно. Часто можно расширить границы допустимой мощности, установив на транзистор теплоотводящий радиатор.

Отдельно стоит сказать про такой параметр, как неуправляемый обратный ток коллектора. Он создаётся собственными свободными зарядами, которые в небольшом количестве есть в любом полупроводнике. Этот ток не управляется «командами» с базы, кроме того, он сильно зависит от температуры, и способен внести существенные помехи в полезный сигнал.

Поделиться в соцсетях:

Что такое полевой транзистор и как его проверить. Что такое полевой транзистор и как его проверить Где можно найти транзистор

Для опыта мы возьмем простой и всеми нами любимый транзистор КТ815Б:

Соберем знакомую вам схемку:


Для чего я поставил перед базой резистор, читаем .

На Bat1 выставляю напряжение в 2,5 вольта. Если подавать более 2,5 Вольт, то лампочка уже ярче гореть не будет. Скажем так, это граница, после которой дальнейшее повышение напряжение на базе не играет никакой роли на силу тока в нагрузке


На Bat2 я выставил 6 Вольт, хотя лампочка у меня на 12 Вольт. При 12 Вольтах транзистор у меня ощутимо грелся, и я не хотел его спалить. Здесь мы видим, какую силу тока потребляет наша лампочка и даже можем рассчитать мощность, которую она потребляет, перемножив эти два значения.


Ну и как вы видели, лампочка горит и схема нормально работает:


Но что случится, если мы перепутаем коллектор и эмиттер? По логике, у нас ток должен течь от эмиттера к коллектору, потому как базу мы не трогали, а коллектор и эмиттер состоят из N полупроводника.


Но на практике лампочка гореть не хочет.


Потребление на блоке питания Bat2 каких-то 10 миллиампер. Значит, ток через лампочку все-таки течет, но очень слабый.


Почему при правильном подключении транзистора ток течет нормально, а при неправильном нет? Дело все в том, транзистор делают не симметричным.


В транзисторах площадь соприкосновения коллектора с базой намного больше, чем эмиттера и базы. Поэтому, когда электроны устремляются из эмиттера к коллектору, то почти все они “ловятся” коллектором, а когда мы путаем выводы, то не все электроны из коллектора “ловятся” эмиттером.

Кстати, чудом не пробило P-N переход эмиттер-база, так как напряжение подавали в обратной полярности. Параметр в даташите U ЭБ макс . Для этого транзистора критическое напряжение считается 5 Вольт, у нас же оно было даже чуть выше:


Итак, мы с вами узнали, что коллектор и эмиттер неравнозначны . Если в схеме мы перепутаем эти выводы, то может произойти пробой эмиттерного перехода и транзистор выйдет из строя. Так что, не путайте выводы биполярного транзистора ни в коем случае!

Как определить выводы транзистора

Способ №1

Думаю, самый простой. Скачать на этот транзистор даташит. В каждом нормальном даташите есть рисуночек с подробными надписями, где какой вывод. Для этого вводим в гугл или яндекс крупненькие циферки и буковки, которые написаны на транзисторе, и рядышком добавляем слово “даташит”. Пока еще не было такого, чтобы я не отыскивал даташит на какой-то радиоэлемент.

Способ №2

Думаю, с поиском вывода базы проблем возникнуть не должно, если учесть, что транзистор состоит из двух диодов, включенных последовательно или катодами, или анодами:



Здесь все просто, ставим мультиметр на значок прозвонки “ )))” и начинаем пробовать все вариации, пока не найдем эти два диода. Вывод, где эти диоды соединяются либо анодами, либо катодами – это и есть база. Чтобы найти коллектор и эмиттер, сравниваем падение напряжение на этих двух диодах. Между коллектором и базой ом оно должно быть меньше, чем между эмиттером и базой. Давайте проверим, так ли это?

Для начала рассмотрим транзистор КТ315Б:

Э – эмиттер

К – коллектор

Б – база

Ставим мультиметр на прозвонку и базу находим без проблем. Теперь замеряем падение напряжения на обоих переходах. Падение напряжения на базе-эмиттере 794 милливольт


Падение напряжения на коллекторе-базе 785 милливольт. Мы убедились, что падение напряжения между коллектором и базой меньше, чем между эмиттером и базой. Следовательно, средний синий вывод – это коллектор, а красный слева – эмиттер.


Проверим еще транзистор КТ805АМ. Вот его цоколевка (расположение выводов):


Это у нас транзистор структуры NPN. Предположим, базу нашли (красный вывод). Узнаем, где у него коллектор, а где эмиттер.

Делаем первый замер.


Делаем второй замер:


Следовательно, средний синий вывод – это коллектор, а желтый слева – эмиттер.

Проверим еще один транзистор – КТ814Б. Он у нас PNP структуры. База у него – синий вывод. Замеряем напряжение между синим и красным выводом:


а потом между синим и желтым:


Во фак! И там и там 720 милливольт.

Этот способ этому транзистору не помог. Ну не переживайте, для этого есть третий способ…

Способ №3

Почти в каждом современном есть 6 маленьких отверстий, и рядом какие-то буковки, что-то типа NPN, PNP, E, C, B. Вот эти шесть крохотных отверстий как раз и предназначены для того, чтобы замерять . Я же эти отверстия буду называть дырками. На отверстия они не очень похожи))).

Ставим крутилку мультиметра на значок “h FE “.

Определяем какой он проводимости, то есть NPN или PNP, в такую секцию его и толкаем. Проводимость определяем расположением диодов в транзисторе, если не подзабыли. Берем наш транзистор, которые в обе стороны показал одинаковое падение напряжения на обоих P-N переходах, и суем базу в ту дырочку, где буковка “В”.



Базу не трогаем, а тупо меняем местами два вывода. Опа-на, мультик показал намного больше, чем в первый раз. Следовательно, в дырочке Е находится в настоящее время эмиттер, а в дырочке С – коллектор. Все элементарно и просто;-).


Способ №4

Думаю, является самым легким и точным способом проверки распиновки транзистора. Для этого достаточно приобрести Универсальный R/L/C/Transistor-metr и сунуть выводы транзистора в клеммы прибора:


Он сразу вам покажет, жив ли ваш транзистор. И если он жив, то выдаст его распиновку.

Добрый день, друзья!

Недавно мы с вами начали плотнее знакомились с тем, как устроено компьютерное «железо». И познакомились одним из его «кирпичиков» — полупроводниковым диодом. – это сложная система, состоящая из отдельных частей. Разбирая, как работают эти отдельные части (большие и малые), мы приобретаем знание.

Обретая знание, мы получаем шанс помочь своему железному другу-компьютеру, если он вдруг забарахлит . Мы же ведь в ответе за тех, кого приручили, не правда ли?

Сегодня мы продолжим это интересное дело, и попробуем разобраться, как работает самый, пожалуй, главный «кирпичик» электроники – транзистор. Из всех видов транзисторов (их немало) мы ограничимся сейчас рассмотрением работы полевых транзисторов.

Почему транзистор – полевой?

Слово «транзистор» образовано от двух английских слов translate и resistor, то есть, иными словами, это преобразователь сопротивления.

Среди всего многообразия транзисторов есть и полевые, т.е. такие, которые управляются электрическим полем.

Электрическое поле создается напряжением. Таким образом, полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, управляемый напряжением.

В англоязычной литературе используется термин MOSFET (MOS Field Effect Transistor). Есть другие типы полупроводниковых транзисторов, в частности, биполярные, которые управляются током. При этом на управление затрачивается и некоторая мощность, так как к входным электродам необходимо прикладывать некоторое напряжение.

Канал полевого транзистора может быть открыт только напряжением , без протекания тока через входные электроды (за исключением очень небольшого тока утечки). Т.е. мощность на управление не затрачивается. На практике, однако, полевые транзисторы используются большей частью не в статическом режиме, а переключаются с некоторой частотой.

Конструкция полевого транзистора обуславливает наличие в нем внутренней переходной емкости, через которую при переключении протекает некоторый ток, зависящий от частоты (чем больше частота, тем больше ток). Так что, строго говоря, некоторая мощность на управление все-таки затрачивается.

Где используются полевые транзисторы?

Настоящий уровень технологии позволяет сделать сопротивление открытого канала мощного полевого транзистора (ПТ) достаточно малым – в несколько сотых или тысячных долей Ома!

И это является большим преимуществом, так как при протекании тока даже в десяток ампер рассеиваемая на ПТ мощность не превысит десятых или сотых долей Ватта.

Таким образом, можно отказаться от громоздких радиаторов или сильно уменьшить их размеры.

ПТ широко используются в компьютерных и низковольтных импульсных стабилизаторах на м компьютера.

Из всего многообразия типов ПТ для этих целей используются ПТ с индуцированным каналом.

Как работает полевой транзистор?

ПТ с индуцированным каналом содержит три электрода — исток (source), сток (drain), и затвор (gate).

Принцип работы ПТ наполовину понятен из графического обозначения и названия электродов.

Канал ПТ – это «водяная труба», в которую втекает «вода» (поток заряженных частиц, образующих электрический ток) через «источник» (исток).

«Вода» вытекает из другого конца «трубы» через «слив» (сток). Затвор – это «кран», который открывает или перекрывает поток. Чтобы «вода» пошла по «трубе», надо создать в ней «давление», т.е. приложить напряжение между стоком и истоком.

Если напряжение не приложено («давления в системе нет»), тока в канале не будет.

Если приложено напряжение, то «открыть кран» можно подачей напряжения на затвор относительно истока.

Чем большее подано напряжение, тем сильнее открыт «кран», больше ток в канале «сток-исток» и меньше сопротивление канала.

В источниках питания ПТ используется в ключевом режиме, т.е. канал или полностью открыт, или полностью закрыт.

Честно сказать, принципы действия ПТ гораздо более сложны, он может работать не только в ключевом режиме . Его работа описывается многими заумными формулами, но мы не будем здесь все это описывать, а ограничимся этими простыми аналогиями.

Скажем только, что ПТ могут быть с n-каналом (при этом ток в канале создается отрицательно заряженными частицами) и p-каналом (ток создается положительно заряженными частицами). На графическом изображении у ПТ с n-каналом стрелка направлена внутрь, у ПТ с p-каналом – наружу.

Собственно, «труба» — это кусочек полупроводника (чаще всего – кремния) с примесями химических элементов различного типа, что обуславливает наличие положительных или отрицательных зарядов в канале.

Теперь переходим к практике и поговорим о том,

Как проверить полевой транзистор?

В норме сопротивление между любыми выводами ПТ бесконечно велико.

И, если тестер показывает какое-то небольшое сопротивление, то ПТ, скорее всего, пробит и подлежит замене.

Во многих ПТ имеется встроенный диод между стоком и истоком для защиты канала от обратного напряжения (напряжения обратной полярности).

Таким образом, если поставить «+» тестера (красный щуп, соединенный с «красным» входом тестера) на исток, а «-» (черный щуп, соединенный с черным входом тестера) на сток, то канал будет «звониться», как обычный диод в прямом направлении.

Это справедливо для ПТ с n-каналом. Для ПТ с p-каналом полярность щупов будет обратной .

Как проверить диод с помощью цифрового тестера, описано в соответствующей . Т.е. на участке «сток — исток» будет падать напряжение 500-600 мВ.

Если поменять полярность щупов, к диоду будет приложено обратное напряжение, он будет закрыт и тестер это зафиксирует.

Однако исправность защитного диода еще не говорит об исправности транзистора в целом. Более того, если «прозванивать» ПТ, не выпаивая из схемы, то из-за параллельно подключенных цепей не всегда можно сделать однозначный вывод даже об исправности защитного диода.

В таких случаях можно выпаять транзистор, и, используя небольшую схему для тестирования, однозначно ответить на вопрос – исправен ли ПТ или нет.

В исходном состоянии кнопка S1 разомкнута, напряжение на затворе относительно стока равно нулю. ПТ закрыт, и светодиод HL1 не светится.

При замыкании кнопки на резисторе R3 появляется падение напряжения (около 4 В), приложенное между истоком и затвором. ПТ открывается, и светодиод HL1 светится.

Эту схему можно собрать в виде модуля с разъемом для ПТ. Транзисторы в корпусе D2 pack (который предназначен для монтажа на печатную плату) в разъем не вставишь, но можно к его электродам проводники, и уже их вставить в разъем. Для проверки ПТ с p-каналом полярность питания и светодиода нужно изменить на обратную.

Иногда полупроводниковые приборы выходят из строя бурно, с пиротехническими, дымовыми и световыми эффектами.

В этом случае на корпусе образуются дыры, он трескается или разлетается на куски. И можно сделать однозначный вывод об их неисправности, не прибегая к приборам.

В заключение скажем, что буквы MOS в аббревиатуре MOSFET расшифровываются как Metal — Oxide — Semiconductor (металл – оксид – полупроводник). Такова структура ПТ – металлический затвор («кран») отделен от канала из полупроводника слоем диэлектрика (оксида кремния).

Надеюсь, с «трубами», «кранами» и прочей «сантехникой» вы сегодня разобрались.

Однако, теория, как известно, без практики мертва! Надо обязательно поэкспериментировать с полевиками, поковыряться, повозиться с их проверкой, пощупать, так сказать.

Кстати, купить полевые транзисторы можно .

Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не задумывается о том, как вся эта штука работает. На самом деле все довольно просто. Именно это мы и постараемся сегодня показать. А начнем с такого важного элемента, как транзистор. Расскажем, что это такое, что делает, и как работает транзистор.

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для управления электрическим током.

Где применяются транзисторы? Да везде! Без транзисторов не обходится практически ни одна современная электрическая схема. Они повсеместно используются при производстве вычислительной техники, аудио- и видео-аппаратуры.

Времена, когда советские микросхемы были самыми большими в мире , прошли, и размер современных транзисторов очень мал. Так, самые маленькие из устройств имеют размер порядка нанометра!

Приставка нано- обозначает величину порядка десять в минус девятой степени.

Однако существуют и гигантские экземпляры, использующиеся преимущественно в областях энергетики и промышленности.

Существуют разные типы транзисторов: биполярные и полярные, прямой и обратной проводимости. Тем не менее, в основе работы этих приборов лежит один и тот же принцип. Транзистор — прибор полупроводниковый. Как известно, в полупроводнике носителями заряда являются электроны или дырки.

Область с избытком электронов обозначается буквой n (negative), а область с дырочной проводимостью – p (positive).

Как работает транзистор?

Чтобы все было предельно ясно, рассмотрим работу биполярного транзистора (самый популярный вид).

(далее – просто транзистор) представляет собой кристалл полупроводника (чаще всего используется кремний или германий ), разделенный на три зоны с разной электропроводностью. Зоны называются соответственно коллектором , базой и эмиттером . Устройство транзистора и его схематическое изображение показаны на рисунке ни же

Разделяют транзисторы прямой и обратной проводимости. Транзисторы p-n-p называются транзисторами с прямой проводимостью, а транзисторы n-p-n – с обратной.

Теперь о том, какие есть два режима работы транзисторов. Сама работа транзистора похожа на работу водопроводного крана или вентиля. Только вместо воды – электрический ток. Возможны два состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт) и состояние покоя (транзистор закрыт).

Что это значит? Когда транзистор закрыт, через него не течет ток. В открытом состоянии, когда на базу подается малый управляющий ток, транзистор открывается, и большой ток начинает течь через эмиттер-коллектор.

Физические процессы в транзисторе

А теперь подробнее о том, почему все происходит именно так, то есть почему транзистор открывается и закрывается. Возьмем биполярный транзистор. Пусть это будет n-p-n транзистор.

Если подключить источник питания между коллектором и эмиттером, электроны коллектора начнут притягиваться к плюсу, однако тока между коллектором и эмиттером не будет. Этому мешает прослойка базы и сам слой эмиттера.

Если же подключить дополнительный источник между базой и эмиттером, электроны из n области эмиттера начнут проникать в область баз. В результате область базы обогатиться свободными электронами, часть из которых рекомбинирует с дырками, часть потечет к плюсу базы, а часть (большая часть) направится к коллектору.

Таким образом, транзистор получается открыт, и в нем течет ток эмиттер коллектор. Если напряжение на базе увеличить, увеличится и ток коллектор эмиттер. Причем, при малом изменении управляющего напряжения наблюдается значительный рост тока через коллектор-эмиттер. Именно на этом эффекте и основана работа транзисторов в усилителях.

Вот вкратце и вся суть работы транзисторов. Нужно рассчитать усилитель мощности на биполярных транзисторах за одну ночь, или выполнить лабораторную работу по исследованию работы транзистора? Это не проблема даже для новичка, если воспользоваться помощью специалистов нашего студенческого сервиса .

Не стесняйтесь обращаться за профессиональной помощью в таких важных вопросах, как учеба! А теперь, когда у вас уже есть представление о транзисторах, предлагаем расслабиться и посмотреть клип группы Korn “Twisted transistor”! Например, вы решили , обращайтесь в Заочник.

Транзисторы p-n-p и n-p-n

Биполярные транзисторы имеют по 2 p-n  полупроводниковых перехода. Эти переходы могут комбинироваться как p-n-p и n-p-n. Напомним, здесь n от слова negative, а p — positive. 

Точнее n — отрицательная (электронная) проводимость материала из которого сделан полупроводник  p — дырочная (положительная) проводимость. На стыке двух материалов образуется p-n переход или электронно-дырочный переход. Электрический ток через p-n переход может протекать только в одном направлении, от p к n.

Вернёмся к транзисторам. Существуют транзисторы с прямой (p-n-p) и обратной (n-p-n) проводимостью.

Рис. 1. Условное схематическое изображение транзисторов n-p-n (Q1) и p-n-p (Q2).

P-n-p транзисторы открываются током базы направленным от эмиттера к базе. То есть  чтобы открыть транзистор, необходимо подать на базу отрицательное по отношению к эмиттеру напряжение. 

N-p-n транзисторы открываются током базы направленным от базы к эмиттеру. То есть  чтобы открыть транзистор, необходимо подать на базу положительное по отношению к эмиттеру напряжение.

Транзистор является усилительным прибором. Малым током базы можно управлять большим током коллектора. Усилительные свойства транзистора характеризуются коэффициентом передачи по току. У большинства современных биполярных транзисторов коэффициент передачи по току достигает нескольких сотен единиц.

Биполярные транзисторы выпускают рассчитанными на разную мощность и в различных типах корпусов. При макетировании маломощные транзисторы, чаще всего, используют в корпусе типа TO-92.

Рис. Транзистор в корпусе TO-92

Ниже в таблице приводим цоколёвку некоторых транзисторов в корпусе TO-92.

Транзистор T 1 2 3 h31э Ikmax Ukemax Fmax MHz
2N2222 О Э Б К 290 0,6 30 250
2N3904 О Э Б К 260 0,2 40 300
2N3906 П Э Б К 260 0,2 40 250
BC337 О К Б Э 315 0,8 45 100
BC327 П К Б Э 250-630 0,8 45 100
BC547 О К Б Э 385 0,5 45 300
BC557 П К Б Э 480 0,2 45 100
MJE13002 O Б К Э 8-40 1,5 300 10
SS8050 О Э Б К 250 1,5 25 100

Табл. 1. Цоколёвка некоторых транзисторов в корпусе TO-92

В таблице 1 буквы обозначают Э — эмиттер, Б — база, К — коллектор. в колонке Т обозначен тип транзистора О (обратной проводимости, n-p-n), П (прямой проводимости, p-n-p). h31э статический коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером. Ikmax максимально допустимый ток коллектора. Ukemax максимально допустимое напряжение эмиттер коллектор Fmax граничная рабочая частота.

Биполярные транзисторы

Транзистором называется полупроводниковый прибор, который может усиливать, преобразовывать и генерировать электрические сигналы. Название полупроводникового прибора транзистор образовано из двух слов : transfer – передача + resist – сопротивление. Потому что его действительно можно представить в виде некоторого сопротивления, которое будет регулироваться напряжением одного электрода. Первый работоспособный биполярный транзистор был изобретен в 1947 году. Материалом для его изготовления служил германий. А уже в 1956 году на свет появился кремниевый транзистор.

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, который состоит из трех полупроводников с чередующимся типом примесной проводимости. К каждому слою подключен и выведен электрод. В биполярном транзисторе используются одновременно заряды, носители которых электроны (n – «negative») и дырки (p – «positive»), то есть носители двух типов, отсюда и образование приставки названия «би» – два.

Кроме биполярных существуют униполярные (полевые) транзисторы, у которых используется лишь один тип носителей – электроны или дырки.

Долгое время транзисторы в основном были германиевыми, и имели структуру p-n-p, что объяснялось возможностями технологий того времени. Но параметры германиевых транзисторов были нестабильны, их самым большим недостатком следует считать низкую рабочую температуру, — не более 60…70 градусов Цельсия. При более высоких температурах транзисторы становились неуправляемыми, а затем и вовсе выходили из строя.


Со временем кремниевые транзисторы начали вытеснять германиевых собратьев. В настоящее время в основном они, кремниевые, и применяются, и в этом нет ничего удивительного. Ведь кремниевые транзисторы и диоды (практически все типы) сохраняют работоспособность до 150…170 градусов. Кремниевые транзисторы также являются «начинкой» всех интегральных микросхем.

Транзисторы по праву считаются одним из великих открытий человечества. Придя на смену электронным лампам, они не просто заменили их, а совершили переворот в электронике, удивили и потрясли мир. Если бы не было транзисторов, то многие современные приборы и устройства, такие привычные и близкие, просто не появились на свет.

Большинство кремниевых транзисторов имеют структуру n-p-n, что также объясняется технологией производства, хотя существуют и кремниевые транзисторы типа p-n-p, но их несколько меньше, нежели структуры n-p-n. Такие транзисторы используются в составе комплементарных пар (транзисторы разной проводимости с одинаковыми электрическими параметрами). Например, КТ315 и КТ361, КТ815 и КТ814, а в выходных каскадах транзисторных УМЗЧ КТ819 и КТ818. В импортных усилителях очень часто применяется мощная комплементарная пара 2SA1943 и 2SC5200.

Часто транзисторы структуры p-n-p называют транзисторами прямой проводимости, а структуры n-p-n обратной. В литературе такое название почему-то почти не встречается, а вот в кругу радиоинженеров и радиолюбителей используется повсеместно, всем сразу понятно, о чем идет речь. На рисунке показано схематическое устройство транзисторов и их условные графические обозначения.

Кроме различия по типу проводимости и материалу, биполярные транзисторы классифицируются по мощности и рабочей частоте. Если мощность рассеивания на транзисторе не превышает 0,3 Вт, такой транзистор считается маломощным. При мощности 0,3…3 Вт транзистор называют транзистором средней мощности, а при мощности свыше 3 Вт мощность считается большой. Современные транзисторы в состоянии рассеивать мощность в несколько десятков и даже сотен ватт.

Транзисторы усиливают электрические сигналы не одинаково хорошо: с увеличением частоты усиление транзисторного каскада падает, и на определенной частоте прекращается вовсе. Поэтому для работы в широком диапазоне частот транзисторы выпускаются с разными частотными свойствами.

По рабочей частоте транзисторы делятся на низкочастотные, – рабочая частота не свыше 3 МГц, среднечастотные – 3…30 МГц, высокочастотные – свыше 30 МГц. Если же рабочая частота превышает 300 МГц, то это уже сверхвысокочастотные транзисторы.

Вообще, в серьезных толстых справочниках приводится свыше 100 различных параметров транзисторов, что также говорит об огромном числе моделей. А количество современных транзисторов таково, что в полном объеме их уже невозможно поместить ни в один справочник. И модельный ряд постоянно увеличивается, позволяя решать практически все задачи, поставленные разработчиками.

Существует множество транзисторных схем (достаточно вспомнить количество хотя бы бытовой аппаратуры) для усиления и преобразования электрических сигналов, но, при всем разнообразии, схемы эти состоят из отдельных каскадов, основой которых служат транзисторы. Для достижения необходимого усиления сигнала, приходится использовать несколько каскадов усиления, включенных последовательно. Чтобы понять, как работают усилительные каскады, надо более подробно познакомится со схемами включения транзисторов.

Сам по себе транзистор усилить ничего не сможет. Его усилительные свойства заключаются в том, что малые изменения входного сигнала (тока или напряжения) приводят к значительным изменениям напряжения или тока на выходе каскада за счет расходования энергии от внешнего источника. Именно это свойство широко используется в аналоговых схемах, – усилители, телевидение, радио, связь и т.д.

Если посмотреть на упрощенное представление транзистора в разрезе, то видно, что площадь p-n перехода коллектора больше чем у эмиттера.

База изготавливается из полупроводника со слабой проводимостью, то есть сопротивление материала велико. Обязательное условие – тонкий слой базы для возможности возникновения транзисторного эффекта. Так как площадь контакта p-n перехода у коллектора и эмиттера разные, то менять полярность подключения нельзя. Эта характерность относит транзистор к несимметричным устройствам.

Биполярный транзистор имеет две ВАХ (вольт амперные характеристики): входную и выходную.

Входная ВАХ – это зависимость тока базы (IБ) от напряжения база-эмиттер (UБЭ).

Выходная ВАХ – это зависимость тока коллектора (IК) от напряжения коллектор-эмиттер (UКЭ).

Принцип работы биполярного транзистора рассмотрим на n-p-n типе, для p-n-p аналогично, только рассматриваются не электроны, а дырки. Транзистор имеет два p-n перехода. В активном режиме работы один из них подключен с прямым смещением, а другой – обратным. Когда переход ЭБ открыт, то электроны с эмиттера легко перемещаются в базу (происходит рекомбинация). Но, как говорилось ранее, слой базы тонкий и проводимость ее мала, поэтому часть электронов успевает переместиться к переходу база-коллектор. Электрическое поле помогает преодолеть (усиливает) барьер перехода слоев, так как электроны здесь неосновные носители. При увеличении тока базы, переход эмиттер-база откроется больше и с эмиттера в коллектор сможет проскочить больше электронов. Ток коллектора пропорционален току базы и при малом изменении последнего (управляющий), коллекторный ток значительно меняется. Именно так происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе.

Принцип действия транзистора можно представить на примере работы водопроводного крана. Представьте себе, что КЭ – это водопроводная труба, а Б – кран, с помощью которого Вы можете управлять потоком воды. То есть, чем больше ток вы подадите на базу, тем больше получите на выходе.

Значение коллекторного тока почти равно току эмиттера, исключая потери при рекомбинации в базе, которая и образовывает ток базы, таким образом справедлива формула:

IЭ=IБ+IК

Основные параметры транзистора:

Коэффициент усиления по току – отношение действующего значения коллективного тока к току базы.

Входное сопротивление – следуя закону Ома оно будет равно отношению напряжения эмиттер-база UЭБ к управляющему току IБ.

Коэффициент усиления напряжения – параметр находится отношением выходного напряжения UЭК к входному UБЭ.

Для подключения транзистора нам доступны только его три вывода (электрода). По этому для его нормальной работы требуются два источника питания. Один электрод транзистора будет подключаться к двум источникам одновременно. Следовательно, существуют 3 схемы подключения биполярного транзистора: ОЭ – с общим эмиттером, ОБ – общей базой, ОК – общим коллектором. Каждая обладает своими преимуществами, и недостатками, в зависимости от области применения и требуемых характеристик осуществляют выбор того или иного подключения.

Схема включения с общим эмиттером (ОЭ) характеризуется наибольшим усилением тока и напряжения, соответственно и мощности.

При данном подключении происходит смещение выходного переменного напряжения на 180 электрических градусов относительно входного. Основной недостаток – это низкая частотная характеристика, то есть малое значение граничной частоты, что не дает возможность использовать при высокочастотном входном сигнале.

Схема включения с общей базой (ОБ) обеспечивает отличную частотную характеристику.

Но не дает такого большого усиления сигнала по напряжению как с ОЭ. А усиление по току не происходит совсем, поэтому данную схему часто называют токовый повторитель, потому что она имеет свойство стабилизации тока.

Схема с общим коллектором (ОК) имеет практически такое же усиление по току как и с ОЭ, а вот усиление по напряжению почти равно 1 (чуть меньше).

Смещение напряжения не характерно для данной схемы подключения. Ее еще называют эмиттерный повторитель, так как напряжение на выходе (UЭБ) соответствуют входному напряжению.

Как работают транзисторы. Транзисторы

Транзистор — прибор, работающий на полупроводниках с электронной начинкой. Он предназначен для превращения и усиления электрических сигналов. Различают два вида приборов: и униполярный транзистор, или полевой.

Если в транзисторе одновременно работают два вида носителей заряда — дырки и электроны, то он называется биполярным. Если в транзисторе работает только один тип заряда, то он является униполярным.

Представьте себе работу обыкновенного водяного крана. Повернули задвижку — поток воды усилился, повернули в другую сторону — поток уменьшился или прекратился. Практически в этом и заключаются принципы работы транзистора. Только вместо воды через него течет поток электронов. Принцип действия транзистора биполярного типа характерен тем, что через этот электронный прибор идут два вида тока. Они подразделяются на большой, или основной и маленький, или управляющий. Причем мощность управляющего тока влияет на мощность основного. Рассмотрим Принцип работы его отличается от других. В нем проходит лишь один которого зависит от окружающего

Биполярный транзистор делают из 3-х слоев полупроводника, а также, самое главное, из двух PN-переходов. Следует отличать PNP и NPN переходы, а, значит, и транзисторы. В этих полупроводниках идет чередование электронной и дырочной проводимости.

Биполярный транзистор имеет три контакта. Это база, контакт, выходящий из центрального слоя, и два электрода по краям — эмиттер и коллектор. По сравнению с этими крайними электродами прослойка базы очень тонкая. По краям транзистора область полупроводников не является симметричной. Для правильной работы данного прибора полупроводниковый слой, расположенный со стороны коллектора, должен быть пусть немного, но толще по сравнению со стороной эмиттера.

Принципы работы транзистора основаны на физических процессах. Поработаем с моделью PNP. Работа модели NPN будет подобной, за исключением полярности напряжения между такими основными элементами, как коллектор и эмиттер. Она будет направлена в противоположную сторону.

Вещество Р-типа содержит дырки или же положительно заряженные ионы. Вещество N-типа состоит из отрицательно заряженных электронов. В рассматриваемом нами транзисторе количество дырок в области Р намного больше количества электронов в области N.

При подключении источника напряжения между такими частями, как эмиттер и коллектор принципы работы транзистора основаны на том, что дырки начинают притягиваться к полюсу и собираться возле эмиттера. Но ток не идет. Электрическое поле от источника напряжения не доходит до коллектора из-за толстой прослойки полупроводника эмиттера и прослойки полупроводника базы.
Тогда подключим источник напряжения уже с другой комбинацией элементов, а именно между базой и эмиттером. Теперь дырки направляются к базе и начинают взаимодействовать с электронами. Центральная часть базы насыщается дырками. В результате образуется два тока. Большой — от эмиттера к коллектору, маленький — от базы к эмиттеру.

При увеличении напряжения в базе в прослойке N будет еще больше дырок, увеличится ток базы, немного усилится ток эмиттера. Значит, при малом изменении тока базы достаточно серьезно усиливается ток эмиттера. В результате мы получаем рост сигнала в биполярном транзисторе.

Рассмотрим принципы работы транзистора в зависимости от режимов его работы. Различают нормальный активный режим, инверсный активный насыщения, режим отсечки.
При активном режиме работы эмиттерный переход открыт, а коллекторный переход закрыт. В инверсионном режиме все происходит наоборот.

Условно биполярный транзистор можно нарисовать в виде пластины полупроводника с меняющимися областями разной проводимости, состоящие из двух p-n переходов. Причем крайние области пластины обладают проводимостью одного типа, а средняя область противоположного типа, каждая из областей имеет свой персональный вывод.

В зависимости от чередования этих областей транзисторы бывают p-n-p и n-p-n проводимости, соответственно.


А если взять и прикрыть одну любую часть транзисто, то у нас получится полупроводник с одним p-n переходом или диод. Отсюда напрашивается вывод, что биполярный транзистор условно можно представить в виде двух полупроводников с одной общей зоной, соединенных встречно друг к другу.

Часть транзистора, назначением которой является инжекция носителей зарядов в базу называется эмиттером, и соответствующий p-n переход эмиттерным, а та часть элемента, назначение которой заключается в выводе или экстракции носителей заряда из базы, получила название коллектор, и p-n переход коллекторный. Общую зону назвали базой.

Различие в обозначениях разных структур состоит лишь в направлении стрелки эмиттера: в p-n-p она направлена в сторону базы, а в n-p-n наоборот, от базы.

В чем разница между PNP и NPN транзисторами? Я постарался в этом видео показать разницу в работе двух видов биполярных транзисторов. Я использовал доступные радиодетали, такие как светодиод (и резистор для защиты), для демонстрации работы. В кпримера я использовал транзисторы типа 2n2907 и bc337. Регулировал напряжение с помощью переменного резистора (потенциометра).

В начальный период развития полупроводниковой электроники их изготавливали только из германия по технологии вплавления примесей, поэтому их назвали сплавными. Например, в основе кристалл германия и в него вплавляю маленькие кусочки индия.

Атомы индия проникаю в тело германиевого кристалла, создают в нем две области – коллектор и эмиттер. Между ними остается очень тонкая в несколько микрон прослойка полупроводника противоположного типа — база. А чтобы спрятать кристалл от света его прячут в корпус.

На рисунке показано, что к металлическому диску приварен кристаллодержатель, являющийся выводом базы, а снизу диска имеется ее наружный проволочный вывод.


Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проводникам внешних электродов.

С развитием электроники приступили к обработке кристаллов кремния, и изобрели кремниевые приборы, практически полностью отправившие на пенсию германиевые транзисторы.

Они способны работать с более высокими температурах, в них ниже значение обратного тока и более высокое напряжение пробоя.

Основным методом изготовления является планарная технологи. У таких транзисторов p-n переходы располагаются в одной плоскости. Принцип метода основывается на диффузии или вплавлении в пластину кремния примеси, которая может быть в газообразной, жидкой или твердой составляющей. При нагрева до строго фиксированной температуры осуществляется диффузия примесных элементов в кремний.

В данном случае один из шариков создает тонкую базовую область, а другой эмиттерную. В результате в кремнии образуются два p-n перехода. По этой технологии производят в заводских условиях наиболее распространенные типы кремниевых транзисторов.

Кроме того для изготовления транзисторных структур широко применяются комбинированные методы: сплавление и диффузия или различные варианты диффузии, например, двусторонняя или двойная односторонняя.

Проведем практический эксперимент, для этого нам потребуется любой транзистор и лампочка накаливания из старого фонарика и чуть-чуть монтажного провода для того, чтоб мы могли собрать эту схему.



Работа транзистора практический опыт для начинающих

Лампочка светится потому, что на коллекторный переход поступает прямое напряжение смещения, которое отпирает коллекторный переход и через него течет коллекторный ток Iк. Номинал его зависит от сопротивления нити лампы и внутреннего сопротивления батарейки или блока питания.

А теперь представим эту схему в структурном виде:

Так как в области N основными носителями заряда являются электроны, они проходя потенциальный барьер p-n переход, попадают в дырочную область p-типа и становятся неосновными носителями заряда, где начинают поглощаться основными носителями дырками. Таким же и дырки из коллектора, стремятся попасть в область базы и поглощаются основными носителями заряда электронами.

Так как база к минусу источника питания, то на нее будет поступать множество электронов, компенсируя потери из области базы. А коллектора, соединенный с плюсом через нить лампы, способен принять такое же число, поэтому будет восстанавливаться концентрация дырок.

Проводимость p-n перехода существенно возрастет и через коллекторный переход начнет идти ток коллектора . И чем он будет выше, тем сильнее будет гореть лампочка накаливания.

Аналогичные процесс протекают и в цепь эмиттерного перехода. На рисунке показан вариант подключения схемы для второго опыта.


Проведем очередной практический опыт и подключим базу транзистора к плюсу БП. Лампочка не загорается, так как p-n переход транзистора мы подсоединили в обратном направлении и сопротивление перехода резко возросло и через него следует лишь очень маленький обратный ток коллектора Iкбо не способный зажечь нить лампочки.

Осуществим, еще один интересный эксперимент подключим лампочку в соответствии с рисунком. Лампочка не светится, давайте разберемся почему.


Если приложено напряжение к эмиттеру и коллектору, то при любой полярности источника питания один из переходов будет в прямом, а другой в обратном включении и поэтому ток течь не будет и лампочка не горит.

Из структурной схемы очень хорошо видно, что эмиттерный переход смещен в прямом направлении и открыт и ожидает прием свободных электронов. Коллекторный переход, наоборот, подсоединен в обратном направлении и мешает попадать электронам в базу. Между коллектором и базой образуется потенциальный барьер, который будет оказывать току большое сопротивление и лампа гореть не будет.

Добавим к нашей схеме всего одну перемычку, которой соединим эмиттер и базу, но лампочка все равно не горит.


Тут, в принципе, все понятно при замыкании базы и эмиттера перемычкой коллекторный переход превращается в диод, на который поступает обратное напряжение смещение.

Установим вместо перемычки сопротивление Rб номиналом 200 – 300 Ом, и еще один источник питания на 1,5 вольта. Минус его соединим через Rб с базой, а плюс с эмиттером. И свершилось чудо, лампочка засветилась.


Лампа засветилась потому, что мы подсоединили дополнительный источник питания между базой и эмиттером, и тем самым подали на эмиттерный переход прямое напряжение, что привело к его открытию и через него потек прямой ток, который отпирает коллекторный переход транзистора. Транзистор открывается и через него течет коллекторный ток Iк, во много раз превышающий ток эмиттер-база. И поэтому этому току лампочка засветилась.

Если же мы изменим полярность дополнительного источника питания и на базу подадим плюс, то эмиттерный переход закроется, а за ним и коллекторный. Через транзистор потечет обратный Iкбо и лампочка перестанет гореть.

Основная функция резистора Rб ограничивать ток в базовой цепи. Если на базу поступит все 1,5 вольта, то через переход пойдет слишком большой ток, в результате которого произойдет тепловой пробой перехода и транзистор может сгореть. Для германиевых транзисторов отпирающее напряжение должно быть около 0,2 вольта, а для кремниевых 0,7 вольта.

Обратимся к структурной схеме: При подаче дополнительного напряжения на базу открывается эмиттерный переход и свободные дырки из эмиттера взаимопоглощаются с электронами базы, создавая прямой базовый ток Iб.

Но не все дырки, попадая в базу, рекомбинируются с электронами. Так как, область базы достаточно узкая, поэтому лишь незначительная часть дырок поглощается электронами базы.

Основной объем дырок эмиттера проскакивает базу и попадает под более высокий уровень отрицательного напряжения в коллекторе, и вместе с дырками коллектора текут к его отрицательному выводу, где и взаимопоглощается электронами от основного источника питания GB. Сопротивление коллекторной цепи эмиттер-база-коллектор резко падает и в ней начинает течь прямой ток коллектора Iк во много раз превышающий ток базы Iб цепи эмиттер-база.

Чем выше уровень отпирающего напряжения на базе, тем выше количество дырок попадает из эмиттера в базу, тем выше значение тока в коллекторе. И, наоборот, чем ниже отпирающее напряжение на базе, тем ниже ток в коллекторной цепи.

В этих экспериментах начинающего радиолюбителя по принципам работы транзистора, он находится в одном из двух состояний: открыт или закрыт. Переключение его из одного состояния в другое осуществляется под действием отпирающего напряжения на базе Uб. Этот режим работы транзистора в электроники получил название ключевым. Он используют в приборах и устройствах автоматики.

В режиме усиления транзистор усилитель работает в схемах приемников и усилителях звуковой частоты (УЗЧ и УНЧ). При работе применяются малые токи в базовой цепи, управляющие большими токами в коллекторе.В этом заключается и отличие режима усиления от режима переключения, который лишь открывает или закрывает транзистор в зависимости от напряжения на базе

Транзистор это очень распространенный активный радиокомпонент, который попадается почти во всех схемах, и очень часто, особенно во время эксперементальных курсов по изучению азов электроники, он выходит из строя. Поэтому без навыка проверки транзисторов, вам в электронику лучше не соваться. Вот и давайте разбираться, как проверить транзистор.

Транзистор (transistor, англ.) – триод, из полупроводниковых материалов, с тремя выходами, основное свойство которого – сравнительно низким входным сигналом управлять значительным током на выходе цепи. В радиодеталях, из которых собирают современные сложные электроприборы, используются полевые транзисторы. Их свойства позволяют решать задачи по выключению или включению тока в электрической цепи печатной платы, или его усилению.

Что такое полевой транзистор

Полевой транзистор — это устройство с тремя или четырьмя контактами, в котором ток на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. Поэтому их называют полевыми.

Контакты:

Полевой транзистор с п – р переходом – особый вид транзисторов, которые служат для управления током .

Он отличается от простого обычного тем, что ток в нем проходит, не пересекая зоны р — n перехода, зоны, образующейся на границы этих двух зон. Размер р — n зоны регулируется.

Полевые транзисторы, их виды

Полевые транзисторы с п – р переходом делят на классы:

  1. По типу канала проводника: n или р. От канала зависит знак, полярность, сигнала управления. Она должна быть противоположна по знаку n -зоне.
  2. По структуре прибора: диффузные, сплавные по р – n — переходом, с затвором , тонкопленочные.
  3. По числу контактов: 3-х и 4-контактные. В случае 4-контактного прибора, подложка также исполняет роль затвора.
  4. По используемым материалам: германий, кремний, арсенид галлия.

Классы делятся по принципу работы:

  • устройство под управлением р — n перехода;
  • устройство с изолированным затвором или с барьером Шоттки.

Полевой транзистор, принцип работы

По-простому, как работает полевой транзистор с управляющим р-п переходом, можно сказать так: радиодеталь состоит из двух зон: р — перехода и п — перехода. По зоне п течет электрический ток. Зона р – перекрывающая зона своего рода вентиль. Если на нее сильно надавить, она перекрывает зону для прохождения тока и его проходит меньше. Или, если давление снизить пройдет больше. Такое давление осуществляют увеличением напряжения на контакте затвора, находящегося в зоне р.

Прибор с управляющим р — п канальным переходом — это полупроводниковая пластина с электропроводностью одного из этих типов. К торцам пластины подсоединены контакты: сток и исток, в середине — контакт затвора. Действие устройства основано на изменяемости толщины пространства р-п перехода. Поскольку в запирающей области почти нет подвижных носителей заряда, ее проводимость равна нулю . В полупроводниковой пластине, в области не под воздействием запирающего слоя, создается проводящий ток канал. При подаче отрицательного напряжения по отношению к истоку, на затвор создается поток, по которому истекают носители заряда.

В случае изолированного затвора, на нем расположен тонкий слой диэлектрика. Этот вид устройства работает на принципе электрического поля . Чтобы разрушить его достаточно небольшого электричества. Поэтому для защиты от статического напряжения, которое может достигать тысяч вольт, создают специальные корпуса приборов — они позволяют минимизировать воздействие вирусного электричества.

Зачем нужен полевой транзистор

Рассматривая работу сложной электронной техники, как работу полевого транзистора (как одного из компонентов интегральной схемы) сложно представить, что основных направления его работы пять:

  1. Усилители высоких частот.
  2. Усилители низких частот.
  3. Модуляция.
  4. Усилители постоянного тока.
  5. Ключевые устройства (выключатели).

На простом примере работу транзистора, как выключателя, можно представить как компоновку микрофона с лампочкой. Микрофон улавливает звук, от этого появляется электрический ток. Он поступает на запертый полевой транзистор. Своим присутствием ток включает устройство, включает электрическую цепь, к которой подключена лампочка. Лампочка загорается при улавливании звука микрофоном, но горит за счет источника питания, не связанного с микрофоном и более мощного.

Модуляция применяется для управления информационным сигналом. Сигнал управляет частотой колебания. Модуляция применяется для качественного звукового сигнала в радио, для передачи звукового ряда в телевизионных передачах, трансляции цвета и телевизионного сигнала высокого качества. Она применяется везде, где требуется работа с материалом высокого качества.

Как усилитель полевой транзистор упрощенно работает так: графически любой сигнал, в частности, звуковой ряд, можно представить в виде ломаной линии, где ее длина – это время, а высота изломов частота звука. Для усиления звука на радиодеталь подают мощное напряжение, которое приобретает необходимые частоты, но с более большими значениями, за счет подачи слабого сигнала на управляющий контакт. Другими словами, устройство пропорционально перерисовывает изначальную линию, но с более высокими пиковыми значениями.

Применение полевых транзисторов

Первым прибором, поступившим в продажу, где использовался полевой транзистор с управляющим p-n переходом, был слуховой аппарат . Его появление зафиксировано в пятидесятых годах прошлого века. В промышленных масштабах их применяли в телефонных станциях.

В современном мире, устройства применяют во всей электротехнике . Благодаря маленьким размерам и разнообразию характеристик полевого транзистора, встретить его можно в кухонной технике, аудио и телевизионной технике, компьютерах и электронных детских игрушках. Их применяются в системах сигнализации как охранных механизмов, так и пожарной сигнализации.

На заводах транзисторное оборудование применяется для регуляторов мощности станков . В транспорте от работы оборудования на поездах и локомотивов, до системы впрыска топлива частных автомобилей. В ЖКХ от систем диспетчеризации, до систем управления уличным освещением.

Одна из важнейших областей применения транзисторов – производство процессоров . По сути, весь процессор состоит из множества миниатюрных радиодеталей. Но при переходе на частоту работы выше 1,5 ГГц, они лавинообразно начинают потреблять энергию. Поэтому производители процессоров пошли по пути многоядерности, а не путем увеличения тактовых частот.

Плюсы и минусы полевых транзисторов

Полевые транзисторы своими характеристиками оставили далеко позади другие виды устройства. Широкое применение они нашли в интегральных схемах в роли выключателей.

  • каскад деталей расходует мало энергии;
  • усиление выше, чем у других видов;
  • высокая помехоустойчивость достигается отсутствием прохождения тока в затворе;
  • более высокая скорость включения и выключения – они могут работать на недоступных другим транзисторам частотах.
  • более низкая температура разрушения, чем у других видов;
  • на частоте 1,5 ггц, потребляемая энергия начинает резко возрастать;
  • чувствительность к статическому электричеству.

Характеристики полупроводниковых материалов, взятых за основу полевых транзисторов, позволили применять устройства в быту и производстве . На основе плевых транзисторов создали бытовую технику в привычном для современного человека виде. Обработка высококачественных сигналов, производство процессоров и других высокоточных компонентов невозможна без достижений современной науки.

Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не задумывается о том, как вся эта штука работает. На самом деле все довольно просто. Именно это мы и постараемся сегодня показать. А начнем с такого важного элемента, как транзистор. Расскажем, что это такое, что делает, и как работает транзистор.

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для управления электрическим током.

Где применяются транзисторы? Да везде! Без транзисторов не обходится практически ни одна современная электрическая схема. Они повсеместно используются при производстве вычислительной техники, аудио- и видео-аппаратуры.

Времена, когда советские микросхемы были самыми большими в мире , прошли, и размер современных транзисторов очень мал. Так, самые маленькие из устройств имеют размер порядка нанометра!

Приставка нано- обозначает величину порядка десять в минус девятой степени.

Однако существуют и гигантские экземпляры, использующиеся преимущественно в областях энергетики и промышленности.

Существуют разные типы транзисторов: биполярные и полярные, прямой и обратной проводимости. Тем не менее, в основе работы этих приборов лежит один и тот же принцип. Транзистор — прибор полупроводниковый. Как известно, в полупроводнике носителями заряда являются электроны или дырки.

Область с избытком электронов обозначается буквой n (negative), а область с дырочной проводимостью – p (positive).

Как работает транзистор?

Чтобы все было предельно ясно, рассмотрим работу биполярного транзистора (самый популярный вид).

(далее – просто транзистор) представляет собой кристалл полупроводника (чаще всего используется кремний или германий ), разделенный на три зоны с разной электропроводностью. Зоны называются соответственно коллектором , базой и эмиттером . Устройство транзистора и его схематическое изображение показаны на рисунке ни же

Разделяют транзисторы прямой и обратной проводимости. Транзисторы p-n-p называются транзисторами с прямой проводимостью, а транзисторы n-p-n – с обратной.

Теперь о том, какие есть два режима работы транзисторов. Сама работа транзистора похожа на работу водопроводного крана или вентиля. Только вместо воды – электрический ток. Возможны два состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт) и состояние покоя (транзистор закрыт).

Что это значит? Когда транзистор закрыт, через него не течет ток. В открытом состоянии, когда на базу подается малый управляющий ток, транзистор открывается, и большой ток начинает течь через эмиттер-коллектор.

Физические процессы в транзисторе

А теперь подробнее о том, почему все происходит именно так, то есть почему транзистор открывается и закрывается. Возьмем биполярный транзистор. Пусть это будет n-p-n транзистор.

Если подключить источник питания между коллектором и эмиттером, электроны коллектора начнут притягиваться к плюсу, однако тока между коллектором и эмиттером не будет. Этому мешает прослойка базы и сам слой эмиттера.

Если же подключить дополнительный источник между базой и эмиттером, электроны из n области эмиттера начнут проникать в область баз. В результате область базы обогатиться свободными электронами, часть из которых рекомбинирует с дырками, часть потечет к плюсу базы, а часть (большая часть) направится к коллектору.

Таким образом, транзистор получается открыт, и в нем течет ток эмиттер коллектор. Если напряжение на базе увеличить, увеличится и ток коллектор эмиттер. Причем, при малом изменении управляющего напряжения наблюдается значительный рост тока через коллектор-эмиттер. Именно на этом эффекте и основана работа транзисторов в усилителях.

Вот вкратце и вся суть работы транзисторов. Нужно рассчитать усилитель мощности на биполярных транзисторах за одну ночь, или выполнить лабораторную работу по исследованию работы транзистора? Это не проблема даже для новичка, если воспользоваться помощью специалистов нашего студенческого сервиса .

Не стесняйтесь обращаться за профессиональной помощью в таких важных вопросах, как учеба! А теперь, когда у вас уже есть представление о транзисторах, предлагаем расслабиться и посмотреть клип группы Korn “Twisted transistor”! Например, вы решили , обращайтесь в Заочник.

Транзистор относится к категории полупроводниковых приборов. В электротехнике он используется как генератор и усилитель электрических колебаний. Основой прибора является кристалл, расположенный в корпусе. Для изготовления кристалла используется специальный полупроводниковый материал, по своим свойствам находящийся в промежуточном положении между изолятором и проводником. Транзистор применяется в радио- и электронных схемах. Данные приборы могут быть . Каждый из них обладает собственными параметрами и характеристиками.

Особенности биполярных транзисторов

Электрический ток в биполярных транзисторах образуется электрическими зарядами, имеющими положительную и отрицательную полярность. Дырки переносят положительную полярность, а электроны — отрицательную. Для данного вида устройств используются германиевые или кремниевые кристаллы, обладающие индивидуальными особенностями, которые учитываются при создании электронных схем.

Основой кристалла служат сверхчистые материалы. К ним добавляются специальные примеси в точной дозировке. Именно они оказывают влияние на возникновение в кристалле электронной или дырочной проводимости. Они обозначаются соответственно, как n- или р-проводимость. Происходит формирование базы, являющейся одним из электродов. Специальные примеси, введенные в кристаллическую поверхность, изменяют проводимость базы на противоположное значение. В результате, образуются зоны n-р-n или р-n-р, к которым подключаются выводы. Таким образом, происходит создание транзистора.

Источник носителей заряда называется эмиттером, а собиратель носителей является коллектором. Между ними располагается зона, исполняющая роль базы. Выводы прибора называются в соответствии с подключенными электродами. При поступлении на эмиттер входного сигнала в виде небольшого электрического напряжения, в цепи между ним и коллектором будет протекать ток. Форма этого тока совпадает с входным сигналом, однако его значение существенно увеличивается. Именно в этом заключаются усиливающие свойства транзистора.

Работа полевого транзистора

В полевых транзисторах направленное движение электронов или дырок образуется под воздействием электрического поля, которое создается на третьем электроде приложенным напряжением. Из одного электрода выходят носители, поэтому он называется истоком. Второй электрод, на который поступают заряды, носит название стока. Третий электрод, управляющий движением частиц, называется затвором. Токопроводящий участок, ограниченный стоком и истоком, именуется каналом, поэтому данные устройства еще известны как канальные. Сопротивление канала изменяется под действием напряжения, образующегося на затворе. Этот фактор оказывает воздействие на протекающий по каналу электрический ток.

Тип носителей заряда влияет на характеристики . В n-канале происходит направленное движение электронов, а в р-канале перемещаются дырки. Таким образом, ток появляется под действием носителей лишь с каким-то одним знаком. В этом состоит основное отличие полевых и биполярных транзисторов.

Принцип работы каждого полевой транзистора заключается в однополярном токе, требует постоянного напряжения, чтобы обеспечить начальное смещение. Значение полярности зависит от типа канала, а напряжение связано с тем или иным типом устройства. В целом, они надежны в эксплуатации, могут работать в широком диапазоне частот, имеют большое входное сопротивление.

Разница между прямым и обратным смещением по сравнительной таблице

Одно из основных различий между прямым и обратным смещением состоит в том, что при прямом смещении положительная клемма батареи подключается к полупроводниковому материалу p-типа , а отрицательная клемма подключается к n- Тип полупроводниковый материал . В то время как при обратном смещении материал n-типа подключен к положительной клемме источника питания, а материал p-типа подключен к отрицательной клемме батареи.Прямое и обратное смещение дифференцируются ниже в сравнительной таблице.

Смещение означает, что к полупроводниковому устройству подключено электрическое питание или разность потенциалов. Разность потенциалов бывает двух типов: прямое смещение и обратное смещение.

Прямое смещение снижает потенциальный барьер диода и обеспечивает легкий путь для прохождения тока. В то время как в обратное смещение разность потенциалов увеличивает силу барьера, который препятствует перемещению носителя заряда через переход.Обратное смещение обеспечивает высокий резистивный путь для прохождения тока, и, следовательно, ток не течет через цепь.

Содержимое: прямое смещение против обратного смещения

  1. Сравнительная таблица
  2. Определение
  3. Ключевые отличия

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Прямое смещение Обратное смещение
Определение Внешнее напряжение, которое прикладывается к PN-диоду для уменьшения потенциального барьера и образует легкое протекание тока через него, называется прямым смещением. Внешнее напряжение, которое прикладывается к PN-переходу для усиления потенциального барьера и предотвращения прохождения тока через него, называется обратным смещением.
Символ
Подключение Положительная клемма батареи подключена к полупроводнику P-типа устройства, а отрицательная клемма подключена к полупроводнику N-типа Отрицательная клемма батареи подключена к P-области и положительный полюс батареи подключен к полупроводнику N-типа.
Барьерный потенциал Снижает Усиление
Напряжение Напряжение на аноде больше, чем на катоде. Напряжение на катоде больше, чем на аноде.
Прямой ток Большой Маленький
Слой истощения Тонкий Толстый
Сопротивление Низкое Высокое
Текущий поток Допускает Предотвращает
Величина тока Зависит от прямого напряжения. Ноль
Эксплуатация Проводник Изолятор

Определение прямого смещения

При прямом смещении внешнее напряжение прикладывается к диоду с PN-переходом. Это напряжение устраняет потенциальный барьер и обеспечивает путь с низким сопротивлением для прохождения тока. Прямое смещение означает, что положительная область подключена к p-клемме источника питания, а отрицательная область подключена к n-типу устройства.

Напряжение потенциального барьера очень мало (около 0,7 В для кремния и 0,3 В для германиевого перехода), поэтому для полного устранения барьера требуется очень небольшое напряжение. Полное устранение барьера составляет путь с низким сопротивлением для прохождения тока. Таким образом, через переход начинает течь ток. Этот ток называется прямым током.

Определение обратного смещения

При обратном смещении отрицательная область подключена к положительной клемме батареи, а положительная область подключена к отрицательной клемме.Обратный потенциал увеличивает силу потенциального барьера. Потенциальный барьер препятствует потоку носителей заряда через переход. Это создает путь с высоким сопротивлением, в котором ток не течет через цепь.


Ключевые различия между прямым и обратным смещением

  1. Прямое смещение снижает силу потенциального барьера, из-за чего ток легко проходит через переход, тогда как обратное смещение усиливает потенциальный барьер и препятствует потоку носителей заряда.
  2. При прямом смещении положительный полюс батареи подключается к p-области, а отрицательный вывод подключается к материалу n-типа, в то время как при обратном смещении положительный вывод источника питания подключается к материалу n-типа, а отрицательный клемма подключается к материалу p-типа устройства.
  3. Прямое смещение создает электрическое поле поперек потенциала, которое снижает силу потенциального барьера, тогда как обратное смещение увеличивает силу потенциального барьера.
    • Примечание. Потенциальный барьер — это слой между диодом с PN-переходом, который ограничивает движение электронов через переход.
  4. При прямом смещении напряжение на аноде больше, чем на катоде, тогда как при обратном смещении напряжение на катоде больше, чем на аноде.
  5. Прямое смещение имеет большой прямой ток, а обратное смещение имеет очень небольшой прямой ток.
    • Примечание. Ток в диоде, когда он течет в прямом направлении, называется прямым током.
  6. Слой обеднения диода очень тонкий при прямом смещении и толстый при обратном смещении.
    • Примечание. Слой обеднения — это область вокруг перехода, в которой свободные носители заряда истощены.
  7. Прямое смещение уменьшает сопротивление диода, тогда как обратное смещение увеличивает сопротивление диода.
  8. При прямом смещении ток легко течет по цепи, тогда как обратное смещение не позволяет току течь через нее.
  9. При прямом смещении величина тока зависит от прямого напряжения, тогда как при обратном смещении величина тока очень мала или незначительна.
  10. При прямом смещении устройство работает как проводник, тогда как при обратном смещении устройство действует как изолятор.

Прямое напряжение кремниевого диода составляет 0,7 В, а прямое напряжение германия — 0,3 В.

Физика полупроводников — Ток через обратный смещенный переход в транзисторе

.

В первом приближении зона обеднения диода с обратным смещением представляет собой просто изолирующую область.Но это не объясняет коллекторный переход транзистора. Нам нужно более подробно рассмотреть этот изоляционный эффект.

По правде говоря, зона обеднения не блокирует движение каких-либо обнаруженных там носителей заряда. Вместо этого (обычно) там вообще нет значительной популяции носителей. Зона истощения — это изолятор, подобный пустому вакууму: напряжение, приложенное к вакууму, будет производить нулевой ток, показывая, что вакуум является изолирующим … однако любые заряды, введенные извне, легко будут течь.

В перевернутом диоде электроны со стороны n-легирования могут проникать в зону обеднения. Но они будут вынуждены отступить из-за сильного электронного поля в этой зоне. То же самое происходит, если дыры со стороны, легированной p-примесью, должны вторгаться в зону истощения: они снова выталкиваются назад.

Но что, если мы сбросим пучок электронов на р-легированную сторону нашего диода? Конечно, многие бы проглотили там дыры. Но некоторые из них будут вливаться в зону истощения, где они будут сильно вытеснены через переход и на сторону, содержащую n-легированные примеси.(Чем больше напряжение обратного смещения, тем быстрее будут двигаться эти заряды.) Таким образом, сброс зарядов на неправильную сторону перевернутого диода вызовет большой ток.

Именно это и делают транзисторы: в NPN-транзисторе область эмиттера сбрасывает большое количество электронов в базу, легированную p-примесью. С точки зрения CB-перехода эти электроны находятся не на той стороне диода. Некоторых проглатывают дыры, но большинство блуждает по региону Базы и добирается до зоны истощения Коллекционера.Если они касаются его, он захватывает их и ускоряет их с полным напряжением-полем Vcb, бросая их в область коллектора. (Их большой K.E. вызывает нагрев коллектора.)

Итак, хех, BJT очень похож на триод вакуумной лампы, где область коллектора похожа на положительно заряженную металлическую пластину, а зона истощения коллекторного перехода похожа на вакуум с большим напряжением, подаваемым поперек. И что еще хуже [*], с NPN-транзисторами, если мы заставим изначально положительный Vbe становиться все более и более отрицательным, он отключает поток электронов, как это делает сеточный электрод.

.


[*] Хуже для тех, кому не нравится идея, что транзисторы BJT похожи на полевые транзисторы и вакуумные триоды: они ведут себя как компоненты крутизны с выходным током, управляемым сигналом напряжения.

Различия между прямым и обратным смещением

Одно из существенных различий между прямым и обратным смещением состоит в том, что при прямом смещении положительная клемма батареи подключена к полупроводниковым материалам p-типа , а отрицательная клемма имеет соединение с полупроводниковыми материалами n-типа .В то время как при обратном смещении материал n-типа имеет соединение с положительной клеммой источника питания, а материал p-типа соединен с отрицательной клеммой батареи .

Смещение указывает на то, что к полупроводниковым приборам подключена разность потенциалов или электропитание. Существует два типа разности потенциалов, которые известны как прямое смещение и обратное смещение. Прямое смещение преодолевает потенциальный барьер диода и находит легкий путь для прохождения тока.С другой стороны, в с обратным смещением разность потенциалов увеличивает прочность барьера, что ограничивает протекание носителя заряда через переход. Обратное смещение обеспечивает прохождение тока через резистивный путь, поэтому ток через цепь не протекает.

Принципы работы диода

Принцип работы диода может быть трудным для понимания, поскольку он имеет относительно продвинутую квантовую механику. Однако в простейшей форме мы можем понять работу диода, глядя на поток положительных зарядов (известных как «дырки») и отрицательных зарядов (как мы знаем, электронов).Технически полупроводниковый диод представляет собой p-n переход . Нам нужны эти p-n-переходы, и они также играют ключевую роль в работе фотоэлементов. Для правильного рабочего диода требуется процесс, известный как легирование. Полупроводниковые материалы могут быть легированы различными материалами, чтобы иметь избыток смещенных электронов (часто называемых отрицательными областями или областями n-типа). Они также могут быть легированы элементами, которые образуют избыток дырок, поглощающих эти электроны (часто называемые положительными областями или областями p-типа).Отрицательная и положительная области диода также являются катодом и анодом компонента соответственно.

Различные свойства этих двух материалов и их взаимодействие на очень коротком расстоянии (менее миллиметра) создают диод, когда два материала соединяются. Объединение этих двух типов образует p-n-переход, а зона между двумя сторонами называется областью истощения. Электроны области n-типа диффундируют и нейтрализуют некоторые дырки в области p-типа.Теперь у нас есть отрицательные ионы в области p-типа и образуются положительные ионы в области n-типа, как показано на рисунке. Реакция на электрические поля зависит от направления электрического поля. Весь описанный процесс приводит к полезному электронному действию в зависимости от того, каким образом используется напряжение или электрическое поле, и все это называется смещением.

Вот обратносмещенный p-n переход с черными кружками, которые легко вытесняют электроны, и белыми кружками, как «дырки» с недостатком электронов.В обратном смещении, таком как этот, электроны отошли бы от черных кругов и потекли бы к внешнему контуру, и больше положительных ионов осталось бы позади. Электроны из внешней цепи заполнят дыры и создадут больше отрицательных ионов. (Ссылка: https://energyeducation.ca)

Что такое прямое напряжение и напряжение пробоя?

Для преодоления области истощения необходимо минимальное пороговое напряжение, которое составляет 0,7 В для большинства кремниевых диодов.Кроме того, напряжение обратного смещения имеет небольшой ток через диод, называемый током утечки, которым в большинстве случаев можно пренебречь. Наконец, достаточно значительное обратное напряжение приведет к полному пробою электроники диода и позволит току проходить через диод в обратном направлении.

В электронике смещение означает направление или способность течь в определенном направлении, в основном, когда речь идет о диоде. Кроме того, мы описываем смещение или смещение в области электроники как методологию для установления набора напряжений или токов в различных точках электронной схемы для создания надлежащих условий работы в электронном элементе.Смещение также обеспечивает разработчику схемы оптимальный контроль над функцией диода.

Что такое смещение вперед?

При прямом смещении внешнее напряжение подается на диод с PN-переходом. Это напряжение сокращает потенциальный барьер и обеспечивает прохождение тока с низким сопротивлением. Смысл прямого смещения — это соединение положительной области с p-выводом источника питания, в то время как отрицательная область соединяется с n-типом устройства.

Схема прямого смещения (Ссылка: circuitglobe.com)

Напряжение потенциального барьера имеет крошечное значение (примерно 0,3 В для германия и 0,7 В для кремниевого перехода), поэтому для полного устранения барьерного потенциала требуется очень небольшое напряжение. . Полное устранение барьера создает путь с низким сопротивлением для прохождения тока. Следовательно, ток начинает течь в переход. Этот ток называется прямым током.

Что такое обратное смещение

При обратном смещении существует соединение между отрицательной областью и положительной клеммой батареи, а положительная область соединяется с отрицательной клеммой.Обратный потенциал увеличивает силу потенциального барьера в этой ситуации. Потенциальный барьер препятствует потоку носителей заряда через переход. Он создает путь с высоким сопротивлением, по которому в цепи не течет ток.

Схема смещения реверса (Ссылка: circuitglobe.com)

В чем разница между прямым и обратным смещением?

Вот список, который поможет еще больше выделить различия между этими двумя типами:

  1. Прямое смещение снижает силу потенциального барьера, и в результате ток легко проходит через соединение.тогда как обратное смещение увеличивает потенциальный барьер и предотвращает поток носителей заряда.
  2. При прямом смещении у нас есть соединение между положительной клеммой и батареей с p-областью. Также отрицательный вывод подключен к полупроводниковым материалам n-типа. При обратном смещении положительная клемма источника питания подключается к материалам n-типа, а отрицательная клемма подключается к полупроводниковым материалам p-типа устройств.
  3. Прямое смещение создает электрическое поле поперек потенциала, что снижает силу потенциального барьера, тогда как обратное смещение увеличивает прочность потенциального барьера.(Потенциальный барьер ограничивает движение электронов через переход и представляет собой слой между диодом с PN-переходом.)
  4. При прямом смещении напряжение на аноде выше, чем на катоде, тогда как при обратном смещении напряжение на катоде равно больше, чем анод.
  5. Прямое смещение имеет большой прямой ток, а обратное смещение имеет крошечный прямой ток. (Ток в диоде в прямом направлении называется прямым током.)
  6. Слой обеднения диода толстый при обратном смещении и очень тонкий при прямом смещении.(Обедняющий слой — это зона вокруг перехода, свободные носители заряда истощены.)
  7. Прямое смещение снижает сопротивление диода, тогда как обратное смещение увеличивает сопротивление диода.
  8. Ток легко протекает через цепь при прямом смещении, тогда как обратное смещение не позволяет току проходить через нее.
  9. При прямом смещении значение тока основывается на прямом напряжении, тогда как при обратном смещении величина тока мала или незначительна.
  10. При прямом смещении устройство работает как проводник, а при обратном смещении устройство работает как изолятор.

Диаграмма для прямого и обратного смещения

Как обсуждалось ранее, диод — это двухконтактный полупроводниковый прибор. Это что-то вроде электронного клапана, который позволяет току течь только в одном направлении. Условное обозначение диода представлено на рисунке ниже. Символ в форме стрелки показывает направление тока, который может течь.Клемма с положительным знаком называется анодом , , а клемма с отрицательным знаком называется катодом . На картинке изображено физическое устройство. Они выглядят как резисторы, за исключением того, что на одном конце у них одинарная полоса. В диодах с прямым смещением ток течет от конца без полос к концу цилиндра.

Диод и его символ в цепи (ссылка: wikimedia.org)

Когда напряжение V положительное и превышает минимальное пороговое напряжение Vt, тогда диод называется с прямым смещением .Диод с прямым смещением проводит ток в направлении, показанном на рисунке. В этом случае, когда диод не смещен в прямом направлении, он называется с обратным смещением . Диод с обратным смещением также проводит ток в противоположном смысле, показанном на рисунке. Однако этот обратный ток чрезвычайно мал, поэтому диод с прямым смещением считается проводящим, а диод с обратным смещением — непроводящим. Поскольку он используется с резистором, диод полностью охарактеризован, если всем известна взаимосвязь между током и напряжением.{-28} Дж / К, а T — температура материала в Кельвинах. Обычно опорный ток (I 0 ) очень мал, порядка 10 -9 или 10 -15 ампер. Построение представленной функции приводит к ВАХ, приведенной на графике рисунка. Этот график представляет собой кривую V-I, поскольку он показывает, как ток изменяется в зависимости от напряжения. Диаграмма ВАХ с прямым и обратным смещением диода

(Ссылка: Wikimedia.com)

На графике ВАХ имеются три отдельные рабочие области.Область прямого смещения — это , относящаяся к тем положительным напряжениям, которые превышают заданный пороговый уровень. Значение порогового напряжения, V T , зависит от физических свойств полупроводниковых материалов. Типичные значения порогового напряжения составляют от 0,6 до 1,4 вольт. При напряжениях ниже этого порога диод перестает проводить. Есть небольшая утечка тока, которая соответствует порядку I 0 . Но как было сказано ранее, величина этого тока минимальна.Если мы дополнительно уменьшим напряжение, мы войдем в другую рабочую область, определяемую как область пробоя.

Обычно мы используем диод в режиме обратного или прямого смещения. В частности, мы упростили это поведение, и тогда мы можем рассматривать диод как открытый клапан, когда напряжение больше порогового напряжения V T , и закрытый, если оно меньше. Эти соображения приводят к упрощенной диаграмме ВАХ, показанной на рисунке ниже, с порогом V нуля.На этом идеализированном графике мы видим, что область обратного смещения упрощена, так что в этой области проходит нулевой ток, если v.

Если у нас есть диод с прямым смещением, то ток, вероятно, не ограничен, что указывает на то, что диод работает как короткое замыкание. Другими словами, диод с прямым смещением работает так же, как короткое замыкание, а диод с обратным смещением работает как разомкнутая цепь.

Идеализированная диаграмма ВАХ прямого и обратного смещения диода (Ссылка: allaboutcircuits.com)

Что такое тип смещения светоизлучающих диодов?

Светодиод — это светодиод . Светодиод излучает свет с точки зрения прямого смещения, и не имеет света, когда он смещен в обратном направлении. Интенсивность излучаемого света равна квадрату тока, протекающего в устройстве. На рисунке ниже показано изображение светодиода. Как и другие диоды, эти светодиоды имеют две головки, причем один вывод длиннее другого. Они представлены в такой форме, чтобы указать, какой конец диодов является анодным (положительным), а какой — катодным (отрицательным).Более длинный вывод является положительным во многих типах, но мы можем быстро проверить это, подключив светодиод к источнику напряжения, аналогичному аккумулятору, и зная, какая регулировка заставляет светодиод излучать свет.

Light Emitting Diode (amazon.com)

Summery

Прямое и обратное смещение можно различить по следующим параметрам:

Определение прямого и обратного смещения

Внешний источник напряжения, т.е. Применяемый через PN-диод для преодоления потенциального барьера, который обеспечивает легкое протекание через него тока, называется прямым смещением.

Внешний источник напряжения, который подается на PN-переход для увеличения потенциального барьера и ограничения прохождения тока через него, называется обратным смещением.

Обозначения прямого и обратного смещения и их подключения

Положительная клемма батареи подключена к полупроводниковой части P-типа устройства, а отрицательная клемма подключена к полупроводниковому материалу N-типа в корпусе. прямое смещение.

При обратном смещении отрицательная клемма батареи подключена к P-области, а положительная клемма батареи подключена к полупроводниковому материалу N-типа.

Значение напряжения при прямом и обратном смещении

Напряжение на анодах больше, чем на катодах при прямом смещении, и при увеличении этого напряжения барьерный потенциал уменьшается. Напряжение на катодах больше, чем на аноде, что увеличивает барьерный потенциал.

Истощение L ayer и R Сопротивление в прямом и обратном смещении

У нас есть тонкие слои истощения в прямом смещении, и оно имеет низкое сопротивление.С другой стороны, толщина обедненного слоя высока при обратном смещении и имеет высокое сопротивление.

M Agnitude of Current и O peration S Состояние прямого и обратного смещения

Прямое смещение позволяет току проходить, и его величина ток зависит от прямого напряжения, поэтому он действует как проводник. Обратное смещение предотвращает прохождение тока, а величина этого тока равна нулю, поэтому он работает как изолятор.

Видео с вопросом: Определение области прямого смещения n-типа в транзисторе

Стенограмма видеозаписи

Транзистор NPN подключен к источник постоянного тока, как показано на схеме. Какой из двух одинаковых n-области транзистора смещены в прямом направлении? N один, N два, оба региона смещен в прямом направлении.

На схеме изображен NPN-транзистор. с двумя областями n-типа, окружающими одну область p-типа.Из вопроса мы знаем, что оба регионы n-типа идентичны, а это значит, что нам не нужно беспокоиться о вариации внутри самого транзистора. Мы пытаемся определить какая из этих двух областей n-типа смещена вперед. Прямое смещение и его аналог обратное смещение — это две возможности, когда PN-переход подключен к источник постоянного тока. Здесь мы нарисовали изображение прямое смещение и обратное смещение PN-переход.Обратите внимание, что единственная разница между этими картинками находится ориентация блока питания, то есть какая клемма подключена к полупроводнику p-типа, а какая клемма подключена к полупроводник n-типа.

Переход с прямым смещением положительный вывод источника питания, подключенный к полупроводнику p-типа, и отрицательная клемма источника питания, подключенного к полупроводнику n-типа.Мы называем эту конфигурацию вперед смещен, потому что заряд может свободно течь через PN-переход. Другими словами, стек PN проводит. Когда соединение смещено в обратном направлении, положительный вывод источника питания подключен к полупроводнику n-типа а отрицательная клемма источника питания подключена к р-типу полупроводник. В этой конфигурации зарядите не может свободно проходить через PN-переход.Стек изолирующий, а так как это поведение противоположно поведению соединения с прямым смещением, мы называем его обратным пристрастный.

Оглядываясь на нашу диаграмму, мы видим что положительный вывод блока питания находится слева, а отрицательный терминал справа. Транзистор также состоит из двух PN-переходы, одно с N слева и P справа, а другое с P на слева и N два справа.Начиная с PN перехода на слева, мы видим, что N один подключен к положительной клемме постоянного тока источник, что означает использование нашего определения обратного и прямого смещения, это обратносмещенный PN переход. Глядя на другое PN-соединение, мы видим, что N two подключен к отрицательной клемме источника постоянного тока, что означает, что эта область смещена вперед.

И вот наш ответ.Из областей в нашем транзисторе N только два — это область n-типа с прямым смещением.

Прямое и обратное смещение PN-перехода (объяснено)

Прямое смещение PN-перехода

PN-переход называется с прямым смещением , когда область p-типа перехода подключена к положительной клемме источник напряжения и область n-типа подключена к отрицательной клемме источника напряжения.

В этом состоянии прямого смещения из-за притяжения положительного вывода источника электроны, которые участвовали в образовании ковалентной связи в материале p-типа, будут притягиваться к выводу.

В результате количество ковалентных связей разрывается, и электроны смещаются к положительному полюсу. Это приводит к увеличению концентрации электронов в кристалле ближе к клемме, и эти электроны здесь рекомбинируют с дырками.

Таким образом, количество отверстий увеличивается в части области p-типа, удаленной от перехода, и уменьшается в части области p-типа ближе к клемме, поскольку такие отверстия смещаются от клеммы к контакту. соединение.

Из-за более высокой концентрации дырок, прилегающих к слою отрицательных примесных ионов, электроны отрицательных ионов выходят и рекомбинируют с этими дырками и создают новые дырки в слое. Следовательно, ширина этого слоя отрицательных ионов уменьшается, и, наконец, этот слой исчезает.

Точно так же, из-за отрицательного вывода источника, свободные электроны в области n-типа будут отталкиваться к переходу, где они найдут слой положительных примесных ионов и начнут рекомбинировать с этими ионами и генерировать свободные электроны внутри слой.Следовательно, ширина положительных примесных ионов уменьшается и, наконец, исчезает.

Таким образом, оба слоя ионов исчезают, и больше не будет слоя обеднения. После исчезновения обедненного слоя свободные электроны из области n-типа могут легко дрейфовать в область p-типа, а дырки из области p-типа в область n-типа в кристалле.

Следовательно, в идеале не должно быть препятствий для протекания тока, и PN-переход ведет себя как короткое замыкание.

Обратносмещенный PN переход

Когда положительный вывод источника напряжения подключен к области n-типа, а отрицательный вывод источника подключен к области p-типа. Считается, что PN-переход находится в обратном смещенном состоянии.

Когда к p n переходу не приложено напряжение, потенциал, развиваемый на переходе, составляет 0,3 В при температуре 25 o C для германия на переходе и 0,7 В при 25 o C для кремниевого p n перехода.

Полярность этого потенциального барьера такая же, как полярность источника напряжения, приложенного во время обратного смещения. Если напряжение обратного смещения на PN-переходе увеличивается, барьерный потенциал, возникающий на PN-переходе, также увеличивается. Следовательно, PN-переход расширяется.

Когда положительный вывод источника подключен к области n-типа, свободные электроны этой области притягиваются к положительному выводу источника, поскольку в обедненном слое создается больше положительных примесных ионов, что делает слой положительные ионы примеси толще.

В то же время, поскольку отрицательный вывод источника подключен к p-области перехода, в эту область инжектируются электроны.

Из-за положительного потенциала области n-типа электроны дрейфуют к переходу и объединяются с дырками, примыкающими к слою положительных примесных ионов, и создают больше положительных примесных ионов в слое. Следовательно, толщина слоя увеличивается.

Таким образом, общая ширина обедненного слоя увеличивается вместе с его барьерным потенциалом.Это увеличение ширины обедненного слоя будет продолжаться до тех пор, пока барьерный потенциал не достигнет приложенного напряжения обратного смещения.

Хотя это приращение барьерного потенциала будет продолжаться до приложенного напряжения обратного смещения, если приложенное напряжение обратного смещения достаточно велико, то обедненный слой исчезнет из-за пробоя стабилитрона и лавинных пробоев.

Также следует отметить, что после завершения обратносмещенного обедненного слоя больше не происходит дрейфа носителей заряда (электронов и дырок) через переход, поскольку потенциальный барьер противостоит приложенному напряжению, которое имеет то же значение, что и потенциальный барьер.

Хотя крошечный ток течет из области n-типа в область p-типа из-за неосновных носителей, которые представляют собой термически генерируемые электроны в полупроводнике p-типа и дырки в полупроводнике n-типа.

Прямой ток в PN-переходе

Когда напряжение батареи приложено к переходу прямого смещения, через этот переход будет непрерывно течь ток.

I S — ток насыщения (10 -9 от до 10 -18 A)
V T — температура, эквивалентная вольту (= 26 мВ при комнатной температуре)
n — коэффициент излучения (1 ≤ n ≤ 2 для Si ИС)
Фактически это выражение является приближенным.

Обратный ток в PN-переходе

Когда pn-переход подключен к батарее таким образом, что его область n-типа связана с положительной мощностью батареи, а область p-типа связана с отрицательной мощностью говорят, что батарея pn переход находится в обратном смещенном состоянии. В идеале через переход не протекает ток. Но практически будет крошечный ток обратного смещения i D , который выражается как.
i D падает до нулевого или минимального значения.i D можно записать как i 0 .

I S — ток насыщения (10 -9 от до 10 -18 A)
V T — температура, эквивалентная вольту (= 26 мВ при комнатной температуре)
n — коэффициент излучения (1 ≤ n ≤ 2 для Si ИС)
Фактически это выражение является приближенным.

Общие технические условия PN-перехода

PN-переход определяется четырьмя способами.

  1. Падение напряжения в прямом направлении (В F ): Напряжение на переходе прямого смещения (0.3 В для германия и 0,7 В для кремниевого диода)
  2. Средний прямой ток (I F ): это ток прямого смещения из-за дрейфующего потока электронов или основных носителей. Если средний прямой ток превышает его значение, диод перегревается и может выйти из строя.
  3. Пиковое обратное напряжение (В R ): максимальное обратное напряжение на диоде в состоянии обратного смещения. При превышении этого значения диод обратного напряжения выйдет из строя из-за неосновных носителей.
  4. Максимальное рассеивание мощности (P): Это произведение прямого тока и прямого напряжения.

Характеристики V-I PN-перехода


При прямом смещении рабочая область находится в первом квадранте. Пороговое напряжение для германия составляет 0,3 В, а для кремния — 0,7 В. При превышении этого порогового напряжения график идет вверх нелинейным образом. Этот график предназначен для динамического сопротивления перехода при прямом смещении.

При обратном смещении напряжение увеличивается в обратном направлении через p-n переход, но нет тока из-за большинства носителей, протекает только минимальный ток утечки.Но при определенном обратном напряжении p-n переход прерывается.

Только за счет миноритарных перевозчиков. Этого напряжения достаточно, чтобы эти неосновные носители пробили обедненную область. В этой ситуации через этот переход будет протекать резкий ток. Этот пробой напряжения бывает двух типов.

  • Лавинный пробой: это не резкий график, а скорее наклонный линейный график, т.е. после пробоя небольшое увеличение обратного напряжения постепенно вызывает более резкий ток.
  • Пробой стабилитрона: Этот пробой является резким, и нет необходимости увеличивать напряжение обратного смещения, чтобы получить больший ток, потому что ток течет резко.

Сопротивления p-n перехода

Динамическое сопротивление p-n перехода

Из ВАХ p-n перехода ясно, что график не является линейным. Сопротивление прямого смещения p-n перехода составляет r d Ом; это называется сопротивлением переменному току или динамическим сопротивлением. Это эквивалентно наклону напряжение-ток PN-перехода.

Среднее сопротивление переменному току p-n перехода

Среднее сопротивление переменному току определяется прямой линией, соединяющей точку пересечения минимального и максимального значений внешнего входного напряжения.

Некоторые важные термины, относящиеся к p-n-переходу

Переходная емкость PN-перехода

Когда область истощения существует в общем переходе вокруг, диод действует как конденсатор. Здесь обедненная область — это диэлектрик, а две области (p-типа и n-типа) на обоих концах действуют как заряженные пластины конденсатора.По мере уменьшения обедненного слоя значение емкости уменьшается.

Диффузионная емкость PN перехода

Емкость диода в прямом смещенном состоянии, определяемая как отношение переходного заряда, созданного к дифференциальному изменению напряжения.

Когда ток через переход увеличивается, диффузионная емкость также увеличивается. Наряду с увеличением тока уменьшается и сопротивление прямого смещения. Эта диффузионная емкость несколько больше переходной емкости.

Время хранения PN-перехода

Это время, необходимое электронам для перехода из области n-типа в область p-типа и области p-типа в область n-типа при одновременном приложении прямого и обратного напряжения смещения. во время переключения.

Время перехода PN-перехода

Это время, необходимое току для уменьшения до обратного тока утечки. Это время перехода может определяться геометрией P-N перехода и концентрацией уровня легирования.

Время обратного восстановления соединения P-N

Это сумма времени хранения и времени перехода. Пришло время диоду увеличить приложенный ток, чтобы получить 10% от значения постоянного состояния из обратного тока утечки.

Разница между прямым и обратным смещением

Разница между прямым смещением и обратным смещением состоит в том, что при прямом смещении положительная клемма батареи соединена с p-типом, а отрицательная клемма соединена с полупроводником n-типа, а при обратном смещении положительная клемма батареи соединена с n-тип и отрицательный вывод соединены с p-типом.

смещает диод, на него подается постоянное напряжение. Прямое смещение — это условие, при котором ток через pn переход пропускается. Источник постоянного напряжения, соединенный проводящим материалом (контактами и проводом) через диод в направлении, создающем прямое смещение.
Это внешнее напряжение смещения рассчитано как V BIAS. Резистор ограничивает прямой ток до значения, которое не повредит диод. Обратите внимание, что отрицательная сторона V BIAS подключена к области n диода, а положительная сторона подключена к области p .Это одно из требований для смещения переадресации. Требование прямого смещения. Второе требование — напряжение смещения V BIAS должно быть больше барьерного потенциала .

Основная картина того, что происходит, когда диод смещен в прямом направлении. Поскольку при отталкивании зарядов отрицательная сторона источника напряжения смещения «подталкивает» свободные электроны, которые являются основными носителями в области n , к переходу pn . Этот поток свободных электронов называется током электронов. Отрицательная сторона источника также обеспечивает непрерывный поток электронов через внешнее соединение (проводник) в область n .
Источник напряжения смещения передает энергию свободным электронам, достаточную для преодоления барьерного потенциала области обеднения и перехода в область p. , эти электроны проводимости потеряли достаточно энергии, чтобы немедленно объединиться с дырками в валентной области. группа.

Теперь электроны находятся в валентной зоне в области p , аналогично потому, что они потеряли слишком много энергии, преодолевая барьерный потенциал, чтобы остаться в зоне проводимости.Поскольку разные заряды притягиваются, положительная сторона источника напряжения смещения притягивает валентные электроны влево от области p . Отверстия в области p обеспечивают среду или «путь» для этих валентных электронов, чтобы перемещаться через область p . Валентные электроны перемещаются от одного отверстия к другому влево. Дырки, которые являются основными носителями в области p , эффективно (не фактически) перемещаются для дырочного тока. Вы также можете видеть, что ток дырок создается потоком валентных электронов через область p , причем дырки обеспечивают единственное средство для протекания этих электронов.
Когда электроны выходят из области p через внешнее соединение (проводник) и к положительной стороне источника напряжения смещения, они оставляют отверстия позади области p ; в то же время эти электроны становятся условными электронами в металлическом проводнике.
Напомним, что зона проводимости в проводнике перекрывает валентную зону, поэтому электрону требуется гораздо меньше энергии, чтобы быть свободным электроном в проводнике, чем в полупроводнике, и что металлические проводники не имеют дырок в своей структуре.
Имеется постоянная доступность дырок, эффективно движущихся к переходу pn для объединения с непрерывным потоком электронов, когда они проходят через переход в область pn .

Влияние прямого смещения на область истощения

По мере поступления большего количества электронов в обедненную область количество положительных ионов уменьшается. По мере того, как больше дырок эффективно проникает в истощение на другой стороне перехода pn , количество отрицательных ионов уменьшается.Это уменьшение количества положительных и отрицательных ионов во время прямого смещения приводит к сужению области обеднения, как показано.

Влияние барьерного потенциала при прямом смещении

Напомним, что электрическое поле между положительными и отрицательными ионами в обедненной области по обе стороны от перехода создавало «энергетический холм», который не позволяет свободным электронам диффундировать через переход в состоянии равновесия. Это известно как барьерный потенциал.
Когда применяется прямое смещение, свободные электроны получают достаточно энергии от источника напряжения смещения, чтобы преодолеть барьерный потенциал и эффективно «взобраться на энергетический холм» и пересечь область истощения.энергия, необходимая электронам для прохождения через обедненную область, равна потенциалу барьера. Другими словами, электрон отдает количество энергии, эквивалентное потенциалу барьера, когда они пересекают область обеднения. Эта потеря энергии приводит к падению напряжения на переходе pn , равном потенциалу барьера (0,7 В), поскольку указано. Дополнительное небольшое падение напряжения происходит в области p и n из-за внутреннего сопротивления материала.Для легированного полупроводящего материала это сопротивление, называемое динамическим сопротивлением , очень мало, и им обычно можно пренебречь.

Обратное смещение

Обратное смещение — это условие, которое по существу предотвращает прохождение тока через диод.

На рисунке источник постоянного напряжения подключен через диод в направлении, создающем обратное смещение. Это внешнее напряжение смещения обозначается как V BIAS , как и для прямого смещения. Обратите внимание, что положительная сторона V BIAS подключена к области n диода, а отрицательная сторона подключена к области P.Также обратите внимание, что область истощения показана намного шире, чем при прямом смещении или равновесии.
На рисунке показано, что происходит при обратном смещении диода.
Поскольку в отличие от зарядов притягиваются, положительная сторона источника напряжения смещения «тянет» свободные электроны, которые являются основными носителями в n-области, от pn-перехода. Когда электроны движутся к положительной стороне источника напряжения, создаются дополнительные положительные ионы. Это приводит к расширению области истощения и истощению основных носителей заряда.
В p-области электроны с отрицательной стороны источника напряжения входят в валентные электроны и перемещаются от дырки к дырке в сторону обедненной области, где они создают дополнительные отрицательные ионы. Это приводит к расширению области истощения и истощению основных носителей заряда. Поток валентных электронов можно рассматривать как дырки, тянущиеся к положительной стороне.
Первоначальный поток носителей заряда является переходным и длится очень короткое время после приложения напряжения обратного смещения.По мере расширения области истощения доступность основных носителей уменьшается.
Чем больше уменьшается количество n- и p-областей, производимых основными носителями. По мере того, как большее количество областей и p истощаются по основным носителям, электрическое поле между положительными и отрицательными ионами увеличивается до тех пор, пока потенциал в области истощения не станет равным напряжению смещения, V BIAS .
На этом этапе переходный ток по существу прекращается при очень малом обратном токе, которым обычно можно пренебречь.

Обратный ток

Чрезвычайно малый ток, который существует в обратном смещении после прекращения переходного тока, вызван наличием неосновных носителей в областях then и p, которые создаются термически генерируемыми электронно-дырочными парами. Небольшое количество свободных неосновных электронов в области p составляют «Подталкиваемые» к pn переходу отрицательным напряжением смещения. Когда эти электроны достигают широкой области истощения, они «падают вниз с энергетического холма и объединяются с неосновными дырками в этой области как валентные электроны и текут к положительному напряжению смещения, создавая небольшой дырочный ток.
Зона проводимости в p-области находится на более высоком энергетическом уровне, чем зона проводимости в n-области. Таким образом, неосновные электроны легко проходят через обедненную область, поскольку не требуют дополнительной энергии. Обратный ток показан на рисунке.

Обратный пробой

Обычно обратный ток настолько мал, что им можно пренебречь. Однако, если внешнее обратное напряжение смещения увеличивается до значения, называемого напряжением пробоя, обратный ток резко возрастает.
Вот что происходит. Высокое напряжение обратного смещения передает энергию свободным неосновным электронам, так что, когда они движутся через p-область, они сталкиваются с атомами с достаточной энергией, чтобы выбить валентные электроны с орбиты в зону проводимости. Вновь созданные электроны проводимости также обладают высокой энергией и повторяют процесс. Если один электрон сбивает только два других с их валентной орбиты во время прохождения через p-область, числа быстро умножаются. Когда эти высокоэнергетические электроны проходят через область обеднения, у них достаточно энергии, чтобы пройти через эту область в качестве электронов проводимости, а не объединяться с дырками.
Только что рассмотренное умножение электронов проводимости известно как эффект лавины, и обратный ток может резко возрасти, если не будут приняты меры по его ограничению. Если обратный ток не ограничен, возникающий в результате нагрев приведет к необратимому повреждению диода. Большинство диодов не работают в режиме обратного пробоя, но если ток ограничен, например, добавлением последовательного ограничивающего резистора, не произойдет необратимого повреждения диода.

Цепь игрушечного двигателя с синхронизированным обратным движением вперед

В сообщении объясняется простая запрограммированная цепь двигателя в обратном направлении, которая используется для выполнения игрушечного приложения.Идея была предложена мистером Мэтью.

Технические характеристики

Я новый последователь вашего веб-сайта, который является отличным ресурсом!

Мне нужна ваша помощь в разработке схемы.

У моей дочери есть школьный проект — моторизованный автомобиль. Я хотел бы иметь возможность построить двухступенчатую синхронизированную схему, в которой мгновенный переключатель активировал бы движение вперед на несколько секунд.

Затем поменяйте полярность для обратного действия на несколько секунд.Напряжение двигателя будет 3 В. Было бы очень полезно, если бы вы помогли этой сборке. Заранее спасибо.

Мэтти.

Конструкция

Предлагаемая схема моторной игрушки, которая имеет автоматическое прямое обратное срабатывание с использованием схемы таймера последовательной задержки, может быть визуализирована на следующей диаграмме:

Ссылаясь на приведенную выше диаграмму, ступени T1, T2 вместе с связанные компоненты образуют нестабильный мультивибтатор с периодом частоты генератора, соответствующим желаемому периоду синхронизации вперед обратного хода двигателя.

Ступень TIP127 — это схема-защелка, позволяющая запускать схему нажатием кнопки.

IC 4017 выполняет прямые и обратные импульсы для каскада транзисторного драйвера, состоящего из Q1 —— Q4.

Драйвер транзистора сконфигурирован как H-мост для облегчения обратного прямого движения двигателя в ответ на триггеры, полученные с выходов IC 4017.

Схема может быть понята с помощью следующего пояснения:

Когда кнопка нажимается на мгновение, T3 получает короткий импульс заземления через переключатель, который инициирует включение транзистора и подачу положительного импульса на схему.

Триггер инициализации вызывает появление низкого логического уровня на выводе 4 микросхемы IC 4017, которая удерживает и фиксирует T3 в постоянном положении ВКЛ даже после отпускания кнопки.

Одновременно на вывод 15 также поступает положительный импульс, сбрасывающий ИС, так что вывод 3 начинается с высокого логического уровня.

При изначально высоком уровне на контакте 3 приводится в действие Н-мост и двигатель в определенном направлении в зависимости от полярности проводов двигателя в сети моста.

Теперь T1 и T2 начинают отсчет, и в момент истечения установленного времени, вывод 14 получает запускающий импульс от коллектора T2, который заставляет высокий логический уровень вывода 3 перейти на вывод 2.

Вышеупомянутое условие мгновенно меняет полярность H-моста и заставляет двигатель инициировать обратный ход своего движения, пока не поступит следующий импульс на вывод 14 ИС.

Как только следующий импульс будет обнаружен на выводе 14 микросхемы IC 4017, высокий логический уровень на выводе 2 микросхемы теперь перемещается на шаг вперед и устанавливается на выводе 4 микросхемы.

Однако, поскольку контакт 4 связан с T3, высокий уровень на этом контакте немедленно отключает T3, следовательно, размыкает защелку и отключает питание всей цепи.

Цепь игрушечного двигателя теперь полностью отключается до тех пор, пока кнопка не будет нажата снова.

Конденсатор 0,1 мкФ должен быть подключен параллельно с R2, чтобы каждый раз при включении питания T2 запускался первым и позволял правильно реализовать систему с точки зрения установленных временных интервалов.

Video Proof

Протестировано и предоставлено г-ном Мартином
Регулировка временных задержек

Временные интервалы могут быть установлены или скорректированы в соответствии с предпочтениями пользователя путем изменения значений R2 / R3 или C1 / C2 ​​или обе эти пары.

Хотя схема здесь реализована как игрушка, она может иметь много интересных промышленных применений и может быть модифицирована для выполнения нескольких заданных пользователем программных активаций машины.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *