Как устроен PNP-транзистор. Чем отличается от NPN-транзистора. Какие существуют схемы включения PNP-транзистора. Как правильно подключать источники напряжения к PNP-транзистору. В каких устройствах применяются PNP-транзисторы.
Что такое PNP-транзистор и чем он отличается от NPN
PNP-транзистор — это разновидность биполярного транзистора, в котором основными носителями заряда являются дырки. Он состоит из трех слоев полупроводника: p-типа (эмиттер), n-типа (база) и p-типа (коллектор).
Основные отличия PNP от NPN-транзистора:
- Токи в PNP-транзисторе протекают в противоположных направлениях по сравнению с NPN
- Для открытия PNP-транзистора база должна иметь отрицательный потенциал относительно эмиттера
- Эмиттер PNP более положителен, чем база и коллектор
- Ток базы в PNP вытекает из базы, а в NPN — втекает в базу
Принцип работы PNP-транзистора
Принцип работы PNP-транзистора основан на управлении током коллектора с помощью небольшого тока базы. Рассмотрим основные моменты:
- Для открытия транзистора необходимо, чтобы база была примерно на 0,7 В отрицательнее эмиттера
- При этом возникает небольшой ток базы, вытекающий из базы
- Ток базы вызывает значительно больший ток коллектора, протекающий от эмиттера к коллектору
- Коэффициент усиления по току β показывает во сколько раз ток коллектора больше тока базы
- Изменяя ток базы, можно управлять током коллектора
Схемы включения PNP-транзистора
Существует три основные схемы включения PNP-транзистора:
1. С общей базой
В этой схеме база является общим электродом для входной (эмиттерной) и выходной (коллекторной) цепей. Особенности:
- Коэффициент усиления по току близок к 1
- Высокое входное сопротивление
- Низкое выходное сопротивление
- Используется для согласования высокоомной нагрузки с низкоомным источником сигнала
2. С общим эмиттером
Наиболее распространенная схема включения. Эмиттер является общим электродом. Характеристики:
- Высокий коэффициент усиления по току и напряжению
- Среднее входное и выходное сопротивление
- Инвертирует входной сигнал
- Применяется в усилителях напряжения и мощности
3. С общим коллектором
Коллектор является общим электродом для входной и выходной цепей. Свойства:
- Коэффициент усиления по напряжению близок к 1
- Высокое входное и низкое выходное сопротивление
- Не инвертирует сигнал
- Используется как эмиттерный повторитель для согласования высокоомного источника с низкоомной нагрузкой
Правильное подключение источников напряжения к PNP-транзистору
При подключении источников напряжения к PNP-транзистору нужно соблюдать следующие правила:
- Напряжение между базой и эмиттером (VBE) подключается отрицательным полюсом к базе, положительным к эмиттеру
- Напряжение питания коллектор-эмиттер (VCE) подключается положительным полюсом к эмиттеру, отрицательным к коллектору
- Эмиттер всегда должен быть более положительным относительно базы и коллектора
- В цепь базы обязательно нужно включать ограничивающий резистор
- В цепь коллектора включается нагрузка (например, резистор или светодиод)
Применение PNP-транзисторов
PNP-транзисторы находят широкое применение в различных электронных устройствах:
- Усилители напряжения и мощности
- Ключевые схемы и переключатели
- Генераторы сигналов
- Стабилизаторы напряжения
- Источники тока
- Схемы защиты от перегрузки
- Драйверы управления мощными устройствами
- Комплементарные пары с NPN-транзисторами
Преимущества и недостатки PNP-транзисторов
Рассмотрим основные плюсы и минусы использования PNP-транзисторов:
Преимущества:
- Высокий коэффициент усиления
- Низкое напряжение насыщения
- Малые токи утечки
- Хорошая температурная стабильность
- Возможность работы при высоких частотах
Недостатки:
- Более сложная схемотехника по сравнению с NPN
- Меньший выбор компонентов на рынке
- Чувствительность к статическому электричеству
- Сложнее в производстве, чем NPN
Как проверить исправность PNP-транзистора
Для проверки работоспособности PNP-транзистора можно использовать следующие методы:
- Проверка мультиметром в режиме «прозвонки диодов»:
- Красный щуп к эмиттеру, черный к базе — должен быть «пробой»
- Красный щуп к эмиттеру, черный к коллектору — должен быть «пробой»
- Красный щуп к базе, черный к эмиттеру — не должно быть «пробоя»
- Красный щуп к коллектору, черный к эмиттеру — не должно быть «пробоя»
- Измерение коэффициента усиления с помощью специального тестера транзисторов
- Проверка работы транзистора в простой тестовой схеме
Заключение
PNP-транзисторы являются важными компонентами современной электроники. Понимание их принципов работы и особенностей применения позволяет создавать эффективные схемы усиления, коммутации и управления. При правильном использовании PNP-транзисторы обеспечивают высокую надежность и производительность электронных устройств.
Март 2023 ᐈ 🔥 (+24 фото) Как работает PNP-транзистор на примере
Содержание
- Как работает PNP-транзистор на примере: поясняю простым языком
- Как работают транзисторы PNP?
- Пример: транзисторная схема PNP
- Шаг 1: Эмиттер
- Шаг 2: что вы хотите контролировать
- Шаг 3: Транзисторный вход
- Что такое транзистор?
- Из чего состоит транзистор?
- P и N полупроводники
- Подключение транзисторов для управления мощными компонентами
- Базовый принцип работы
- Обозначение на схемах
- Виды транзисторов
- Полевые
- Биполярные
- Комбинированные
- Как работает транзистор (картинка с анимацией – видео)
- Схема подключения транзисторов npn pnp (полевых транзистор)
- Рассмотрим отличия PNP-типа на схеме включения с общей базой
- Отличия PNP-типа на примере схемы включения с общим эмиттером
- PNP-транзистор: подключение источников напряжения
- Работа PNP-транзисторного каскада
- Применение транзисторов PNP
Транзистор PNP для многих загадка.
✨ Но так не должно быть. Если вы хотите проектировать схемы 📐 с транзисторами, то безусловно нужно знать 🧠 об этом типе транзисторов.
Как работает PNP-транзистор на примере: поясняю простым языком
Пример: Хотите автоматически включить свет, когда стемнеет транзистор PNP сделает это легко для вас.
Если вы понимаете работу NPN – транзистора, то это облегчит понимание PNP-транзистора. Они работают примерно так же, с одним существенным отличием: токи в транзисторе PNP протекают в противоположных направлениях, если сравнивать с протеканием токов в транзисторе NPN.
Как работают транзисторы PNP?
Транзистор PNP имеет те же выводы, что и NPN:
- База
- Эмиттер
- Коллектор
Транзистор PNP «включится», когда у вас будет небольшой ток, протекающий от эмиттера к базе. Когда я говорю «включится», я имею в виду, что транзистор откроет канал между эмиттером и коллектором. И через этот канал сможет протекать уже гораздо больший ток.
Чтобы ток протекал от эмиттера к базе, вам нужно напряжение около 0,7 В. Поскольку ток идет от эмиттера к базе, база должна иметь напряжение на 0,7 В ниже, чем напряжение на эмиттере.
Установив напряжение на базе PNP-транзистора на 0,7 В ниже, чем на эмиттере, вы «включаете транзистор» и позволяете току течь от эмиттера к коллектору.
Я знаю, что это может звучать немного запутанно, поэтому читайте дальше, чтобы увидеть, как можно спроектировать схему с транзистором PNP.
Пример: транзисторная схема PNP
Давайте посмотрим, как создать простую схему с транзистором PNP. С помощью этой схемы вы можете “зажечь” светодиод, когда стемнеет.
Шаг 1: Эмиттер
Прежде всего, чтобы включить PNP-транзистор, нужно, чтобы напряжение на базе было ниже, чем на эмиттере. Для этого подключите эмиттер к плюсу вашего источника питания. Таким образом, вы знаете, какое у вас напряжение на эмиттере.
Шаг 2: что вы хотите контролировать
Когда транзистор включается, ток течет от эмиттера к коллектору.
Итак, давайте подключим то, что мы хотим контролировать: а именно светодиод.
Поскольку у светодиода всегда должен быть последовательно установлен резистор , давайте добавим и резистор.
Шаг 3: Транзисторный вход
Для включения светодиода необходимо включить транзистор, чтобы канал от эмиттера к коллектору открылся. Чтобы включить транзистор, необходимо, чтобы напряжение на базе было на 0,7 В ниже, чем на эмиттере, что составляет 9 В – 0,7 В = 8,3 В.
Например, теперь вы можете включить светодиод, когда стемнеет, используя фоторезистор и стандартный резистор, настроенный в качестве делителя напряжения.
Напряжение на базе не будет вести себя точно так, как говорит формула делителя напряжения. Это потому, что транзистор тоже влияет на напряжение.
Но в целом, когда значение сопротивления фоторезистора велико (нет света), напряжение будет близко к 8,3 В, и транзистор включен (что включает светодиод). Когда значение фоторезистора низкое (много света присутствует), напряжение будет близко к 9 В и отключит транзистор (который выключит светодиод).
Что такое транзистор?
Транзистор – это (от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление) радиоэлектронный компонент, способный усиливать слабые электрические сигналы. Все, пока на этом хватит… Дальше интереснее.
Из чего состоит транзистор?
Как вы знаете, все мы из чего-то состоим. Люди состоят из мяса, воды и костей. А некоторые состоят вообще из другого материала, поэтому не тонут в воде ))). Так и наш транзистор — он тоже из чего-то состоит. Но из чего?
Как вы все знаете, материалы делятся на проводники и диэлектрики, а между ними находятся полупроводники. Еще раз напомню вам, что проводники прекрасно проводят электрический ток, диэлектрики не проводят электрический ток, а вот полупроводники проводят электрический ток, но очень плохо.
«И зачем нам нужен этот полупроводниковый материал?» — спросите вы. Сам по себе материал полупроводник с практической точки зрения не представляет никакого интереса, но вот когда в него добавить малюсенькую долю некоторых элементов из таблицы Менделеева, по-научному «пролегировать», то мы получим полупроводниковый материал, но с очень странными свойствами.
Самым знаменитым полупроводником является кремний
и германий
Как вы видите, они мало чем отличаются.
Кремний составляет почти 30% (!) земной коры, германий 1.5х10-4% . Может быть поэтому полупроводниковые радиоэлементы очень дешевые, особенно из кремния?
P и N полупроводники
Когда в кремний добавляют мышьяк, получается так, что в кремнии стает очень много свободных электронов. А материалы, в которых очень много свободных электронов, мы уже называем проводниками. Следовательно, кремний, после легирования (смешивания) с мышьяком превращается из полупроводника в очень хороший проводник. Электроны обладают отрицательным зарядом, и их в полупроводнике как песчинок в пустыне, значит такой полупроводник будем называть полупроводником N-типа. N — от англ. Negative — отрицательный.
А вот если пролегировать кремний с индием, то мы получим очень забавную вещь… В первом случае у нас появились лишние электроны, которые превратили полупроводник в проводник.
Но здесь ситуация абсолютно противоположная. Представьте себе, как это бы странно не звучало, электрон с положительным зарядом. Да да, именно так. Но самое-самое интересное знаете что? Его не существует! Он как бы есть, но его как бы нет))).
Это все равно, что магнитное, электрическое или гравитационное поле. Оно существует, но мы его не видим.
Такой «электрон» мы будем называть дыркой. Так как дырка обладает положительным зарядом, то полупроводниковый материал в котором очень-очень много этих дырок, мы будем называть полупроводником P-типа. P — от англ. Positive — положительный.
По отдельности полупроводники P и N типа не представляют никакого интереса. Все самое интересное начинается тогда, когда они спаиваются с друг другом и образуется PN-переход.
Подключение транзисторов для управления мощными компонентами
Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности.
Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.
Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:
Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток — она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.
Обратите внимание на токоограничивающий резистор R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля.
Главное — не превысить допустимый ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:
здесь Ud — это падение напряжения на самом транзисторе. Оно зависит от материала из которого он изготовлен и обычно составляет 0.3 – 0.6 В.
Но совершенно не обязательно держать ток на пределе допустимого. Необходимо лишь, чтобы показатель gain транзистора позволил управлять необходимым током. В нашем случае — это 100 мА. Допустим для используемого транзистора hfe = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА
Нам подойдёт резистор номиналом от 118 Ом до 4.7 кОм. Для устойчивой работы с одной стороны и небольшой нагрузки на чип с другой, 2.2 кОм — хороший выбор.
Если вместо биполярного транзистора использовать полевой, можно обойтись без резистора:
это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер — затвор — исток отсутствует.
А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.
Базовый принцип работы
В состоянии покоя между коллектором и эмиттером биполярного триода ток не протекает. Электрическому току препятствует сопротивление эмиттерного перехода, которое возникает в результате взаимодействия слоёв. Для включения транзистора требуется подать незначительное напряжение на его базу.
На рисунке показана схема, объясняющая принцип работы триода.
Управляя токами базы можно включать и выключать устройство. Если на базу подать аналоговый сигнал, то он изменит амплитуду выходных токов. При этом выходной сигнал точно повторит частоту колебаний на базовом электроде. Другими словами, произойдёт усиление поступившего на вход электрического сигнала.
Таким образом, полупроводниковые триоды могут работать в режиме электронных ключей или в режиме усиления входных сигналов.
Работу устройства в режиме электронного ключа можно понять из рисунка 3.
Обозначение на схемах
Общепринятое обозначение: «VT» или «Q», после которых указывается позиционный индекс. Например, VT 3. На более ранних схемах можно встретить вышедшие из употребления обозначения: «Т», «ПП» или «ПТ». Транзистор изображается в виде символических линий обозначающих соответствующие электроды, обведённые кружком или без такового. Направление тока в эмиттере указывает стрелка.
На рисунке 4 показана схема УНЧ, на которой транзисторы обозначены новым способом, а на рисунке 5 – схематические изображения разных типов полевых транзисторов.
Виды транзисторов
По принципу действия и строению различают полупроводниковые триоды:
- полевые;
- биполярные;
- комбинированные.
Эти транзисторы выполняют одинаковые функции, однако существуют различия в принципе их работы.
Полевые
Данный вид триодов ещё называют униполярным, из-за электрических свойств – у них протекает ток только одной полярности.
По строению и типу управления эти устройства подразделяются на 3 вида:
- Транзисторы с управляющим p-n переходом (рис. 6).
- С изолированным затвором (бывают со встроенным либо с индуцированным каналом).
МДП, со структурой: металл-диэлектрик-проводник.
Отличительная черта изолированного затвора – наличие диэлектрика между ним и каналом. - Детали очень чувствительны к статическому электричеству.
Схемы полевых триодов показано на рисунке 5.
Обратите внимание на название электродов: сток, исток и затвор.
Полевые транзисторы потребляют очень мало энергии. Они могут работать больше года от небольшой батарейки или аккумулятора. Поэтому они нашли широкое применение в современных электронных устройствах, таких как пульты дистанционного управления, мобильные гаджеты и т.п.
Биполярные
Об этом виде транзисторов много сказано в подразделе «Базовый принцип работы».
Отметим лишь, что название «Биполярный» устройство получило из-за способности пропускать заряды противоположных знаков через один канал. Их особенностью является низкое выходное сопротивление.
Транзисторы усиливают сигналы, работают как коммутационные устройства. В цепь коллектора можно включать достаточно мощную нагрузку. Благодаря большому току коллектора можно понизить сопротивление нагрузки.
Комбинированные
С целью достижения определённых электрических параметров от применения одного дискретного элемента разработчики транзисторов изобретают комбинированные конструкции. Среди них можно выделить:
- биполярные транзисторы с внедрёнными и их схему резисторами;
- комбинации из двух триодов (одинаковых или разных структур) в одном корпусе;
- лямбда-диоды – сочетание двух полевых триодов, образующих участок с отрицательным сопротивлением;
- конструкции, в которых полевой триод с изолированным затвором управляет биполярным триодом (применяются для управления электромоторами).
Комбинированные транзисторы – это, по сути, элементарная микросхема в одном корпусе.
Как работает транзистор (картинка с анимацией – видео)
Итак, теперь непосредственно о насущном. То есть о том, ради чего мы собственно и начали эту статью.
Самое сложное, что нам придется вам объяснить, так это то, что как раз и скрыто от глаз человека. Ведь движение тока в проводнике, в различного рода проводимости кристаллах, не посмотришь и не увидишь. Именно поэтому необходимо иметь большую фантазию и очень наглядное пособие, чтобы довести до вас принцип работы транзистора.
Есть и еще одно «но». Человек всегда привык строить какие-то эквивалентные системы, если непосредственно изучаемая система не дает ему полного представления, а самое главное наглядного примера о том, как же все-таки все устроено. Так и в нашем случае, взгляните на картинку…
Работа транзистора представлена в виде канала с управляемой средой, даже здесь два канала.
В качестве каналов выступают контакты транзистора, а управляемой средой является ток. Управляя запорным клапаном на базе или затворе (маленький канал) мы тем самым открываем и большой канал, между эмиттером и коллектором или стоком и истоком. Именно этот большой канал и является нашей целью управления. Открывая маленький канал, мы открываем и большой! Вот главное правило работы транзистора. По-другому не бывает, по крайней мере, в нормальных режимах работы транзистора без пробоев. Управляющий клапан на базе, то есть малый канал открывается первым, тем самым провоцируя и открывание большого канала.
Не знаем, нужны ли вам другие описания почему именно так?
Если кратко, то потому что есть зоны запирания, есть сопротивления этих зон и изменения сопротивления в зависимости от потенциала, подаваемого на них. Конечно это не описывает особенностей работы транзистора полностью и подробно, но об этом мы вам и не обещали рассказать. Самое главное было рассказать о принципе срабатывания и показать это на наглядной картинке, что собственно мы и выполнили.
Принцип работы в этом случае действителен для всех видов транзисторов о которых, мы упоминали в нашем предыдущем абзаце. А также, для того чтобы закрепить ваше визуально- ассоциативное мышление с реальной невидимой действительностью необходимо взглянуть и на нижний правый угол картинки.
На нем видно как в зависимости от пропуска тока, через контакты транзистора будут происходить и коммутации вокруг его выводов.
Схема подключения транзисторов npn pnp (полевых транзистор)
Теперь о том же самом, но на примере подключения транзистора в схеме. На входе имеется сигнал достаточный для свечения лампы (светодиода) даже с учетом сопротивления транзистора. Но если подать на управляющий вывод (затвор) запирающий потенциал, то сопротивление увеличиться и лампа погаснет.
* – гиф анимация описывает работу полевого транзистора, когда есть поле, которое и управляет проводимостью в элементе.
На самом деле это лишь один из примеров подключения транзистора.
Вариаций его подключений великое множество. Здесь главное донести суть работы радиоэлемента, а не саму схему подключения.
Последнее о чем хотелось сказать в статье о принципах работы транзистора, так это о том, что база должна всегда оставаться чуть «зажата», то есть ограничена сопротивлением.
Это позволяет разграничить управляющий малый ток и большой управляемый. Если же убрать сопротивление, то ток будет течь по пути с наименьшим сопротивлением, то есть весь или преимущественно через базу… В этом случае теряется весь смысл транзистора, так как он ничем ни будет управлять, а будет просто пропускать через себя ток. При этом “большой” ток пойдет через базу и может еще и вывести его из строя, что нам совсем не нужно!
Из особенностей надо отметить несколько разные сферы применяемости транзисторов. NPN, PNP транзисторы способны открываться как бы постепенно, и быстродействие у них ниже. То есть они более подходят для аналоговых схем, а вот полевые срабатывают быстрее.
При этом свойства статичного поля может быть использовано даже без подачи какого-либо напряжения на него, если это поле создать за счет подкладки, находящейся в зоне управления тоннелем по которому протекает ток. В итоге получается уже не транзистор, а ячейка памяти. Такие ячейки активно используются в современных SSD дисках.
Рассмотрим отличия PNP-типа на схеме включения с общей базой
Действительно, из нее можно увидеть, что ток коллектора IC (в случае транзистора NPN) вытекает из положительного полюса батареи B2, проходит по выводу коллектора, проникает внутрь него и должен далее выйти через вывод базы, чтобы вернуться к отрицательному полюсу батареи. Таким же образом, рассматривая цепь эмиттера, можно увидеть, как его ток от положительного полюса батареи B1 входит в транзистор по выводу базы и далее проникает в эмиттер.
По выводу базы, таким образом, проходит как ток коллектора IC, так и ток эмиттера IE.
Поскольку они циркулируют по своим контурам в противоположных направлениях, то результирующий ток базы равен их разности и очень мал, так как IC немного меньше, чем IE.
Но так как последний все же больше, то направление протекания разностного тока (тока базы) совпадает с IE, и поэтому биполярный транзистор PNP-типа имеет вытекающий из базы ток, а NPN-типа – втекающий.
Отличия PNP-типа на примере схемы включения с общим эмиттером
В этой новой схеме PN-переход база-эмиттер открыт напряжением батареи B1, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении посредством напряжения батареи В2. Вывод эмиттера, таким образом, является общим для цепей базы и коллектора.
Полный ток эмиттера задается суммой двух токов IC и IB; проходящих по выводу эмиттера в одном направлении. Таким образом, имеем IE = IC + IB.
В этой схеме ток базы IB просто «ответвляется» от тока эмиттера IE, также совпадая с ним по направлению. При этом транзистор PNP-типа по-прежнему имеет вытекающий из базы ток IB, а NPN-типа – втекающий.
В третьей из известных схем включения транзисторов, с общим коллектором, ситуация точно такая же. Поэтому мы ее не приводим в целях экономии места и времени читателей.
PNP-транзистор: подключение источников напряжения
Источник напряжения между базой и эмиттером (VBE) подключается отрицательным полюсом к базе и положительным к эмиттеру, потому что работа PNP-транзистора происходит при отрицательном смещении базы по отношению к эмиттеру.
Напряжение питания эмиттера также положительно по отношению к коллектору (VCE). Таким образом, у транзистора PNP-типа вывод эмиттера всегда более положителен по отношению как к базе, так и к коллектору.
Источники напряжения подключаются к PNP-транзистору, как показано на рисунке ниже.
На этот раз коллектор подключен к напряжению питания VCC через нагрузочный резистор, RL, который ограничивает максимальный ток, протекающий через прибор. Базовое напряжения VB, которое смещает ее в отрицательном направлении по отношению к эмиттеру, подано на нее через резистор RB, который снова используется для ограничения максимального тока базы.
Работа PNP-транзисторного каскада
Итак, чтобы вызвать протекание базового тока в PNP-транзисторе, база должна быть более отрицательной, чем эмиттер (ток должен покинуть базу) примерно на 0,7 вольт для кремниевого прибора или на 0,3 вольта для германиевого.
Формулы, используемые для расчета базового резистора, базового тока или тока коллектора такие же, как те, которые используются для эквивалентного NPN-транзистора и представлены ниже.
Мы видим, что фундаментальным различием между NPN и PNP-транзистором является правильное смещение pn-переходов, поскольку направления токов и полярности напряжений в них всегда противоположны. Таким образом, для приведенной выше схеме: IC = IE – IB, так как ток должен вытекать из базы.
Как правило, PNP-транзистор можно заменить на NPN в большинстве электронных схем, разница лишь в полярности напряжения и направлении тока. Такие транзисторы также могут быть использованы в качестве переключающих устройств, и пример ключа на PNP-транзисторе показан ниже.
Применение транзисторов PNP
Транзисторы PNP используются в качестве переключателей, т. Е. Аналоговых переключателей, аварийных кнопок и т. Д. Они используются, когда требуется аварийное отключение.
Эти типы транзисторов используются в схемах источников тока, т.
Е. За счет использования характеристик тока, вытекающего из коллектора.- Применяется в схемах усиления.
- Они используются в парных схемах Дарлингтона.
Транзисторы типа PNP используются в тяжелых двигателях для управления током и в различных приложениях для разработки роботов и микроконтроллеров.
Ключи темы
1. пнп транзистор подключение
2. подключение pnp транзистора
3. как работает пнп транзистор
4. pnp транзистор схема подключения
5. управление pnp транзистором
6. работа pnp транзистора
7. pnp транзистор схема включения
8. открыть pnp транзистор
9. пнп переход транзистор
10. как подключить pnp транзистор
11. как работает транзистор pnp
12. транзистор pnp и npn разница
13. pnp транзистор токи
14. пнп переход
15. биполярный pnp транзистор схема
16. транзистор типа pnp
17. отличие pnp от npn
18. транзистор пнп типа
19. принцип работы пнп транзистора
Полевые транзисторы: типовые схемы включения
Полевые транзисторы, схемы включения и правильная их настройка, именно это является основой корректной работы устройства, в котором задействованы полевые транзисторы.
Широкий спектр преимуществ, таких как высокое входное сопротивление, простота изготовления, простота операций и так далее, делает МОП-транзисторы (FET) широко используемыми в различных устройствах, особенно в системах интегральных схем.
Полевые транзисторы — это МОП-транзисторы 2-го поколения после биполярных. Их можно использовать в качестве усилителей в осциллографах, испытательных и измерительных приборах, электронных вольтметрах, а также при коммутации.
Давайте вначале посмотрим подробно на схемы включения FET-транзисторов, варианты которых показаны ниже. В способах включения полевиков в схему нет ничего нового, принцип почти такой же как у биполярных приборах. То есть, существует три основных варианта включения: с общим истоком, с общим стоком или с общим затвором. Но управляются эти два полупроводника по разному: у биполярного прибора базовый ток является управляющим, а у полевого — напряжение затвора.
Содержание
- Основы проектирования схем на полевых транзисторах
- Полевые транзисторы включенные с общим истоком
- Полевые транзисторы включенные с общим стоком
- МОП-транзисторы включенные с общим затвором
Полевые транзисторы включенные с общим истоком
Схема подключения полевика с общим истоком, в принципе такая же как и у биполярного прибора включенного с общим эмиттером.
Такой тип включения обусловлен возможностью передавать большой ток и мощность, при этом в цепи стока транзистора происходит переворот напряжения фазы.
Сопротивление на входе цепи затвор-исток становится очень высоким, которое насчитывает несколько сотен мОм. Однако его можно уменьшить, если включить в схему дополнительный резистор в разрыв затвора и истока, тем самым гальванически подтянется затвор на общую точку проводов. Такой вариант является защитой МОП-транзистора от электромагнитных наводок.
Номинальное сопротивление резистора защиты Rз может находится в диапазоне 1-3 мОм, а его подбор выполняется таким образом, чтобы этот шунт не мог очень влиять на сопротивление перехода затвор-исток, однако и нельзя позволить возникновению слишком большого напряжения от управляющего p-n перехода, смещенного в обратном направлении.
Значительное сопротивление на входе полевого транзистора, подключенного по схеме с общим истоком, можно считать важным преимуществом относительно других подобных полупроводников, особенно когда его применяют в конструкциях для усиления напряжения и мощности.
Во всяком случае общее сопротивление резистора Rc, установленного в цепи стока, как правило больше нескольких килоом не бывает.
Полевые транзисторы включенные с общим стоком
Полевой транзистор с общим стоком, и если сравнивать этот тип подключения с биполярным прибором, то это, не что иное как подключение с общим коллектором. Такой способ подключение в основном применяется в каскадах согласования силовых цепей, и обеспечивать выходное напряжение совпадающее по фазе с входным.
МОП-транзисторы включенные с общим затвором
Полевик с общим затвором — по аналогии с биполярным прибором, будет означать — каскад с общей базой. Токовое усиление здесь отсутствует, соответственно и коэффициент усиления по мощности в несколько крат ниже каскада включенного с общим истоком. В период усиления, напряжение находится в той же фазе, которая является управляющей.
Справедливо считать, что если выходной ток имеет такое же значение как и входной, в таком случае коэффициент токового усиления равняется «1», а коэффициент увеличения напряжения, будет составлять более единицы.
В этом включении имеется особенная характеристика — обратная отрицательная токовая связь в параллели, так как во время увеличения напряжения управления на входе, возможности истока нарастают, а ток стока идет в сторону меньшего значения, следовательно понижает напряжение на установленном резисторе в цепочке истока Rи.
Исходя из выше сказанного можно определить, что в одном случае напряжение на истоковом резисторе увеличивается за счет повышения входящего сигнала, но вместе с тем происходит уменьшение снижение тока в цепи стока — это то, что называется отрицательной обратной связью.
Такое фактическое явление создает более широкий диапазон высоких частот, следовательно схема включения с общим затвором очень распространена в устройствах усиливающих высокочастотное напряжение.
Транзистор PNP в качестве переключателя
Используя PNP-транзистор в качестве переключателя, небольшой компонент может переключать большую нагрузку за несколько секунд. миллиампер
Логические вентили и микроконтроллеры сами по себе могут управлять только небольшими нагрузками.
При использовании PNP-транзистора микроконтроллер должен потреблять только базовый ток. В зависимости от состояния переключения путь эмиттер-коллектор PNP-транзистора становится высоким импедансом или проводящим и, таким образом, может действовать как переключатель для нагрузки.
Как транзистор заменяет переключатель и какие возможности это дает?
Если транзистор работает как переключатель, он находится в режиме ВКЛ-ВЫКЛ и может разорвать или замкнуть электрическую цепь. Как механический переключатель. Вместо что он управляется человеком, как механический переключатель, он управляется электрическим сигналом.
Путь переключения можно очень точно контролировать по времени и с высокой частотой.
Рисунок 1: Механический переключатель и транзистор pnp в качестве переключателя В режиме переключения транзистор работает в конфигурации с фиксированным смещением. Поэтому нагрузка всегда подключена к коллектору. транзистора. А так как ток вытекает из коллектора PNP-транзистора, транзистор включается направление тока перед нагрузкой, а не за нагрузкой.
Таким образом, PNP-транзистор обеспечивает ток источника, а не стока, как у NPN-транзистора.
На рис. 2 показана правильная и неправильная установка транзистора PNP и для сравнения
правильное подключение транзистора NPN в качестве переключателя.
Рисунок 2: Допустимые и нерабочие схемы транзисторов в качестве переключателя
Базовая схема PNP-транзистора в качестве переключателя
В конфигурации с фиксированным смещением PNP-транзистора в качестве переключателя, в дополнение к
транзистор и нагрузка базовый резистор R B нужен.
Он определяет базовый ток.
Рисунок 3: Принципиальная схема транзистора pnp в качестве переключателя
База должна иметь более низкий потенциал напряжения, чем эмиттер. Схема работает в соответствии со следующей простой таблицей состояний, в зависимости от входа V: SW :
| V SW = V cc = High: | Транзистор high-Z |
| В SW = GND = Low: | Проводка транзистора |
Таблица 1: Таблица состояний Транзистор PNP в качестве переключателя
Базовая схема с параметрами
| Нагрузочный резистор | ||
| R B : | Базовый резистор | |
| В EC : | Напряжение эмиттер-коллектор | |
| Базовое напряжение диода | ||
| В RB : | Напряжение базового резистора | |
| В ПО : | Управляющее напряжение | |
| Напряжение питания | ||
| Земля: | Земля | |
| I L : | Ток нагрузки | |
| I B : | Базовый ток |
Tabelle 2: Shaltungsparameter
.
Рисунок 4: Базовая схема с обозначением всех соответствующих параметров
Расчеты
Расчет значений компонентов и напряжений не представляет большой сложности. Но вам нужно из техпаспорта транзистора следующие параметры:
| В CEsat | Напряжение насыщения |
| I C макс. | Макс. ток коллектора 9 ч |
| 0032 FE | Коэффициент усиления по току |
Таблица 3: Benötigte Параметр aus дем Датенблатт
Расчет напряжения В
RLСначала вычисляется напряжение V RL , которое падает на R L , когда транзистор находится в проводящем состоянии. Для этого нужно вычесть напряжение насыщения V ECSat , падающее на транзистор, от напряжения питания V cc .
Рисунок 5: Формула для расчета напряжения V L на нагрузке
Ток нагрузки I
л Затем вычисляется коллекторный ток, протекающий через R L при включении транзистора.
Выдержит ли транзистор ток?
Теперь проверьте, выдержит ли транзистор ток нагрузки. I L должен быть меньше чем я C max и I E max из техпаспорта. Если транзистор не выдерживает ток, следует заменить другой транзистор. должен быть выбран.
Рисунок 6: Формула для расчета тока нагрузки I L
Базовый резистор R
B Для определения базового сопротивления R B сначала рассчитайте необходимое
базовый ток I B . Поскольку транзистор в режиме постоянного тока является
усилитель тока с фиксированным коэффициентом усиления h ФЭ требуется базовый ток, который больше, чем I L , деленное на h FE .
Чтобы заставить транзистор перейти в сильное насыщение и достичь
быстрое время переключения, базовый ток должен быть в 4-10 раз выше, чем I FE .
Рисунок 7: Формула для расчета тока базы I B
Напряжение на базовом резисторе проводящего PNP-транзистора V EB меньше напряжения питания В куб.см . С этим значением и базового тока можно рассчитать требуемый базовый резистор.
Рисунок 8: Формула для расчета базового резистора R B
Цепь PNP в выключенном состоянии
Im sperrenden Zustand wird V in auf V cc geschaltet. Так канн kein Strom aus der Basis hinausfliessen, der Transistor sperrt und der Laststrom I л коммт цум эрлиген В состоянии блокировки V в подтягивается к V cc . Таким образом, нет тока может вытекать из базы, блоков транзисторов и тока нагрузки I L получает ноль.
Потери во включенном состоянии и в выключенном состоянии
На практике минимальные токи утечки всегда втекают и выходят из транзистора в заблокированном состоянии.
Насколько они велики, можно посмотреть в техпаспорте.
паспорт транзистора. А поскольку транзистор остается низкоомным в проводящем состоянии
небольшое напряжение насыщения В ECsat всегда остается между эмиттером и коллектором.
Несмотря на эти потери, биполярный транзистор является хорошим переключателем, который можно использовать
для большинства приложений полупроводниковой коммутации.
Использование транзисторов PNP по существу такое же, как и транзисторов NPN, за исключением того, что полярность обратная. На рис. 8-2 показана схема, использующая PNP-транзистор в качестве ключа верхнего плеча. Обратите внимание, что эмиттер подключен к положительному напряжению. Стрелка на эмиттере транзистора PNP указывает в противоположном направлении, чем в транзисторе NPN. Базовый ток течет от эмиттера к базе, а коллекторный ток течет от эмиттера. Это все наоборот по сравнению с транзистором NPN.
В этом случае скорее всего выйдет из строя микроконтроллер. В части 12 обсуждаются способы управления PNP-транзистором, когда нагрузка должна управляться более высоким напряжением, чем микроконтроллер.
8-2 содержит два других компонента, D1 и R2. D1 является демпфирующим диодом и необходим, если нагрузка является индуктивной, такой как реле, соленоид или двигатель. В предыдущем разделе более подробно обсуждалось использование диодов в индуктивных нагрузках.
Не используйте одиночную схему PNP для коммутации напряжений, превышающих напряжение питания микроконтроллера.
