Pnp транзистор схема подключения: Pnp транзистор схема включения

Pnp транзистор схема включения

Транзистор — это полупроводниковый прибор, составленный из двух pn- переходов, как показано на рис. У транзистора три вывода: эмиттер, база и коллектор. Существуют два типа транзисторов: pnp -транзисторы рис. Рассмотрим транзистор npn -типа рис. Это обычный прямой ток рта-перехода, смещенного в прямом направлении.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• PNP-транзистор: схема подключения. Какая разница между PNP и NPN-транзисторами? Транзистор на схеме
• Схемы включения биполярных транзисторов. Статические ВАХ
• Основные схемы включения транзисторов
• Как работает PNP транзистор
• Биполярные транзисторы и схема их включения
• Биполярный транзистор
• Транзисторы: схема, принцип работы,​ чем отличаются биполярные и полевые

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: 24. PNP транзисторы и о неверном подключении светодиодов (Урок 21. Теория)

PNP-транзистор: схема подключения. Какая разница между PNP и NPN-транзисторами? Транзистор на схеме

Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые. Каждый из этих типов имеет свой принцип работы и конструктивное исполнение, однако, общим для них является наличие полупроводниковых p-n структур.

Определение «биполярный» указывает на то, что работа транзистора связана с процессами, в которых принимают участие носители заряда двух типов — электроны и дырки. Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических сигналов.

В транзисторе используются оба типа носителей — основные и неосновные, поэтому его называют биполярным. Биполярный транзистор состоит из трех областей монокристаллического полупроводника с разным типом проводимости: эмиттера, базы и коллектора. Каждый из переходов транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают три режима работы транзистора:. В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором невозможно.

Эффективное управление транзистором осуществляется только в активном режиме. Этот режим является основным. Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном — обратное, то включение транзистора считают нормальным, при противоположной полярности — инверсным.

В нормальном режиме коллекторный p-n переход закрыт, эмиттерный — открыт.

Ток коллектора пропорционален току базы. При подключении эмиттера к отрицательному зажиму источника питания возникает эмиттерный ток I э. Так как внешнее напряжение приложено к эмиттерному переходу в прямом направлении, электроны преодолевают переход и попадают в область базы.

База выполнена из p-полупроводника, поэтому электроны являются для неё неосновными носителями заряда. Электроны, попавшие в область базы, частично рекомбинируют с дырками базы. Однако базу обычно выполняют очень тонкой из p-проводника с большим удельным сопротивлением малым содержанием примеси , поэтому концентрация дырок в базе низкая и лишь немногие электроны, попавшие в базу, рекомбинируют с её дырками, образуя базовый ток I б.

Большинство же электронов вследствие теплового движения диффузия и под действием поля коллектора дрейф достигают коллектора, образуя составляющую коллекторного тока I к.

Связь между приращениями эмиттерного и коллекторного токов характеризуется коэффициентом передачи тока. Как следует из качественного рассмотрения процессов, происходящих в биполярном транзисторе, коэффициент передачи тока всегда меньше единицы.

В рассмотренной схеме включения базовый электрод является общим для эмиттерной и коллекторной цепей. Такую схему включения биполярного транзистора называют схемой с общей базой, при этом эмиттерную цепь называют входной, а коллекторную — выходной.

Однако такую схему включения биполярного транзистора применяют очень редко. Различают схему включения с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором. Схемы для p-n-p транзистора показаны на рисунках а, б, в:. В схеме с общей базой рис. На рисунке показаны: Е 1 — питание входной цепи, Е 2 — питание выходной цепи, U вх — источник усиливаемого сигнала. В качестве основной принята схема включения, в которой общим электродом для входной и выходной цепи является эмиттер схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.

Для такой схемы входной контур проходит через переход база-эмиттер и в нем возникает ток базы:. Малое значение тока базы во входном контуре обусловило широкое применение схемы с общим эмиттером.

Как видно из рисунка, входная характеристика практически не зависит от напряжения U кэ. Выходные характеристики приблизительно равноудалены друг от друга и почти прямолинейны в широком диапазоне изменения напряжения U кэ. При росте коллекторного напряжения U к входная характеристика смещается в область больших напряжений U б. Это связано с тем, что вследствие модуляции ширины базы эффект Эрли уменьшается доля рекомбинационного тока в базе биполярного транзистора.

Напряжение U бэ не превышает 0,6…0,8 В. Превышение этого значения приведет к резкому увеличению тока, протекающего через открытый эмиттерный переход. В малосигнальном режиме работы транзистор может быть представлен четырехполюсником. Когда напряжения u 1 , u 2 и токи i 1 , i 2 изменяются по синусоидальному закону, связь между напряжениями и токами устанавливается при помощи Z, Y, h параметров.

Электрическое состояние транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, характеризуется четырьмя величинами: I б , U бэ , I к и U кэ. Две из этих величин можно считать независимыми, а две другие могут быть выражены через них. Из практических соображений в качестве независимых удобно выбирать величины I б и U кэ.

В усилительных устройствах входными сигналами являются приращения входных напряжений и токов. В пределах линейной части характеристик для приращений U бэ и I к справедливы равенства:.

Для схемы с ОЭ коэффициенты записываются с индексом Э: h 11э , h 12э , h 21э , h 22э. Эти параметры характеризуют качество транзистора. Для увеличения значения h31 нужно либо уменьшить ширину базы W, либо увеличить диффузионную длину, что достаточно трудно. Для увеличения значения h 21 соединяют биполярные транзисторы по схеме Дарлингтона:.

Коллекторы обоих транзисторов соединены и этот вывод является выводом составного транзистора. Выразим связь между изменением тока базы dI б и вызванным вследствие этого изменением тока коллектора dI к составного транзистора следующим образом:. Отметим особенности режима работы таких транзисторов. Поскольку эмиттерный ток VT2 Iэ2 является базовым током VT 1 dI б1 , то, следовательно, транзистор VT 2 должен работать в микромощном режиме, а транзистор VT 1 — в режиме большой инжекции, их эмиттерные токи отличаются на порядка.

При таком неоптимальном выборе рабочих характеристик биполярных транзисторов VT 1 и VT 2 не удается в каждом из них достичь высоких значений усиления по току. Высокие значения коэффициента усиления в составных транзисторах реализуются только в статистическом режиме, поэтому составные транзисторы нашли широкое применение во входных каскадах операционных усилителей.

В схемах на высоких частотах составные транзисторы уже не имеют таких преимуществ, наоборот, и граничная частота усиления по току, и быстродействие составных транзисторов меньше, чем эти же параметры для каждого из транзисторов VT 1 , VT 2 в отдельности. Процесс распространения инжектированных в базу неосновных носителей заряда от эмиттерного до коллекторного перехода идет диффузионным путем.

Этот процесс достаточно медленный, и инжектированные из эмиттера носители достигнут коллектора не ранее чем за время диффузии носителей через базу. Такое запаздывание приведет к сдвигу фаз между током I э и током I к. При низких частотах фазы токов I э , I к и I б совпадают. Полевые, или униполярные, транзисторы в качестве основного физического принципа используют эффект поля. В отличие от биполярных транзисторов, у которых оба типа носителей, как основные, так и неосновные, являются ответственными за транзисторный эффект, в полевых транзисторах для реализации транзисторного эффекта применяется только один тип носителей.

По этой причине полевые транзисторы называют униполярными. В зависимости от условий реализации эффекта поля полевые транзисторы делятся на два класса: полевые транзисторы с изолированным затвором и полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Схематически полевой транзистор с управляющим p-n переходом можно представить в виде пластины, к торцам которой подключены электроды, исток и сток.

На рис. В транзисторе с n-каналом основными носителями заряда в канале являются электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом, образуя ток стока I c. Между затвором и истоком приложено напряжение, запирающее p-n переход, образованный n-областью канала и p-областью затвора.

При подаче запирающего напряжения на p-n-переход U зи на границах канала возникает равномерный слой, обедненный носителями заряда и обладающий высоким удельным сопротивлением.

Это приводит к уменьшению проводящей ширины канала. Изменяя величину этого напряжения, можно изменить сечение канала и, следовательно, изменять величину электрического сопротивления канала. Для полевого n-канального транзистора потенциал стока положителен по отношению к потенциалу истока. При заземленном затворе от стока к истоку протекает ток.

Поэтому для прекращения тока на затвор нужно подать обратное напряжение в несколько вольт. Значение напряжения U зи , при котором ток через канал становится практически равен нулю, называется напряжением отсечки U зап. Таким образом, полевой транзистор с затвором в виде p-n-перехода представляет собой сопротивление, величина которого регулируется внешним напряжением.

Здесь зависимости тока стока I с от напряжения при постоянном напряжении на затворе Uзи определяют выходные, или стоковые, характеристики полевого транзистора. Отрицательное напряжение U зи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения U си и тока стока I с.

Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения U си приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

Кроме того, они отличаются малыми шумами и технологичностью изготовления. Практическое применение имеют две основные схемы включения. Схема с общим истоком рис. Термин «МДП-транзистор» используется для обозначения полевых транзисторов, в которых управляющий электрод — затвор — отделен от активной области полевого транзистора диэлектрической прослойкой — изолятором.

Основным элементом для этих транзисторов является структура металл-диэлектрик-полупроводник М-Д-П. Исходный полупроводник, на котором изготовлен МДП-транзистор, называется подложкой вывод П. Область подложки под затвором З называется встроенным каналом n-канал. Физической основой работы полевого транзистора со структурой металл-диэлектрик-полупроводник является эффект поля.

Эффект поля состоит в том, что под действием внешнего электрического поля изменяется концентрация свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника. В полевых приборах со структурой МДП внешнее поле обусловлено приложенным напряжением на металлический электрод-затвор. В зависимости от знака и величины приложенного напряжения могут быть два состояния области пространственного заряда ОПЗ в канале — обогащение, обеднение. Режиму обеднения соответствует отрицательное напряжение U зи , при котором концентрация электронов в канале уменьшается, что приводит к уменьшению тока стока.

Режиму обогащения соответствует положительное напряжение U зи и увеличение тока стока. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое U зи. Изменяя величину напряжения на затворе U зи в области выше порогового U зи.

Источник напряжения в стоковой цепи U си вызовет ток стока I с. Поэтому входное сопротивление таких транзисторов порядка 10 13 …10 15 Ом. Тиристор является полупроводниковым прибором с тремя и более электронно-дырочными p-n-переходами. Они, в основном, применяются в качестве электронных ключей.

Схемы включения биполярных транзисторов. Статические ВАХ

Биполярные транзисторы — электронные полупроводниковые приборы, отличающиеся от полевых способом переноса заряда. В полевых однополярных транзисторах, используемых в основном в цифровых устройствах, заряд переносится или дырками, или электронами. В биполярных же в процессе участвуют и электроны, и дырки. Биполярные транзисторы, как и другие типы транзисторов, в основном используются в качестве усилителей сигнала. Применяются в аналоговых устройствах. Электропроводность коллектора и эмиттера одинакова и противоположна электропроводности базы. В соответствии с видом проводимости областей, различают p-n-p или n-p-n приборы.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор. В момент Таким образом, формируются биполярные транзисторы n-p-n или p-n-p типов. . Минусы применения схем включения с ОБ.

Основные схемы включения транзисторов

Транзисторами называют полупроводниковые приборы, которые располагают не менее чем тремя выводами и в определённых обстоятельствах могут усиливать мощность, преобразовывать сигнал, или генерировать колебания. Различных видов транзисторов много — это полевые униполярные и биполярные транзисторы, биполярные транзисторы с изолированным затвором и однопереходные двухбазовые транзисторы, фототранзисторы и другие. Усилительные каскады, выполненные на транзисторах, требуют небольшого напряжения питания величиной всего в несколько вольт, а КПД может достигать нескольких десятков процентов. Транзисторы по сравнению с электронными лампами обладают большей экономичностью, низким энергопотреблением, длительным временем наработки на отказ, малой массой и габаритами, высокой механической прочностью. Транзисторы классифицируют по материалу полупроводника, подразделяя на германиевые, кремниевые, из арсенида галлия и прочие. Биполярные транзисторы, у которых две из трёх областей имеют дырочный тип проводимости, называют транзисторами с прямой проводимостью, или структуры p-n-p. А биполярные транзисторы, у которых две из трёх областей имеют электронный тип проводимости, называют транзисторами с обратной проводимостью, или структуры n-p-n. Рассматриваемые приборы, которые не способны усиливать сигнал с частотой более 3 МГц, называют низкочастотными транзисторами. Приборы, которые могут усиливать сигнал с частотой более 3 МГц, но менее 30 МГц, называют среднечастотными транзисторами. А транзисторы, которые допускают усиление сигнала с частотой, превышающей 30 МГц, называют высокочастотными, а позволяющие работать на ещё большей частоте выше МГц называют сверхвысокочастотными.

Как работает PNP транзистор

Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые. Каждый из этих типов имеет свой принцип работы и конструктивное исполнение, однако, общим для них является наличие полупроводниковых p-n структур. Определение «биполярный» указывает на то, что работа транзистора связана с процессами, в которых принимают участие носители заряда двух типов — электроны и дырки. Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических сигналов. В транзисторе используются оба типа носителей — основные и неосновные, поэтому его называют биполярным.

Любой усилитель, независимо от частоты, содержит от одного до нескольких каскадов усиления. Для того, чтобы иметь представление по схемотехнике транзисторных усилителей, рассмотрим более подробно их принципиальные схемы.

Биполярные транзисторы и схема их включения

На рис. Так как , тогда коэффициент усиления по току схемы , коэффициент усиления по напряжению. Эту схему называют эмиттерным повторителем и используют для согласования каскадов в схемах усилителей. Анализ трёх схем показывает, что наибольшее применение находит схема с общим эмиттером. На рисунках 7. Линия АВ представляет нагрузочную характеристику транзистора.

Биполярный транзистор

Первым делом давайте вспомним, какой проводимости бывают биполярные транзисторы. Кто читал предыдущие статьи, думаю помнят, что транзисторы бывают NPN проводимости:. Рассмотрим вот такой рисунок:. Здесь мы видим трубу, по которой течет вода снизу вверх под высоким давлением. В данный момент труба закрыта красной заслонкой и поэтому потока воды нет. Но вот мы снова отпускаем зеленый рычажок, и синяя пружина возвращает заслонку в исходное положение и преграждает путь воде. То есть мы чуток притянули заслонку к себе, и вода побежала через трубу бешеным потоком.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор. В момент Таким образом, формируются биполярные транзисторы n-p-n или p-n-p типов. . Минусы применения схем включения с ОБ.

Транзисторы: схема, принцип работы,​ чем отличаются биполярные и полевые

Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических сигналов. В транзисторе используются оба типа носителей — основные и неосновные, поэтому его называют биполярным. Биполярный транзистор состоит из монокристаллического полупроводника с разным типом проводимости: эмиттера, базы и коллектора. РИСУНОК Диаграммы, поясняющие работу биполярных транзисторов: а смещение на переходах отсутствует; б эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторный в обратном.

Транзистор, как полупроводниковый прибор, имеющий три электрода эмиттер, базу, коллектор , можно включить тремя основными способами рис. Как известно, входной сигнал поступает на усилитель по двум проводам; выходной сигнал отводится также по двум проводам. Следовательно, для трех-электродного усилительного прибора при подаче входного и съеме выходного сигнала по двум проводам один из электродов будет непременно общим. Соответственно тому, какой из электродов в схеме включения транзистора будет являться общим, различают три основные схемы включения: с общим эмиттером ОЭ , общим коллектором ОК и общей базой ОБ. Практические варианты схем включения транзисторов структуры п-р-п и р-п-р приведены на рис.

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента например, в схемах ТТЛ. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты [1].

Открытие полупроводников позволило создать не только диоды и тиристоры, но и тоже не менее популярные усилительные устройства — транзисторы. Они активно применяются в электронике и схемотехнике, а также современный прогресс позволил применять их и в силовой электронике. Более подробно мы рассмотрим биполярные транзисторы в этой статье. В отличии от тиристоров и диодов, транзистор имеет двух переходную структуру. Она может быть двух видов — p-n-p проводимость, в которой по средине расположен полупроводник с электронной проводимостью, а по бокам с дырочной.

Существует три основные схемы включения транзисторов. При этом один из электродов транзистора является общей точкой входа и выхода каскада. Надо помнить, что под входом выходом понимают точки, между которыми действует входное выходное переменное напряжение.

схема подключения. Какая разница между PNP и NPN-транзисторами? :: SYL.ru

Содержание:

Что такое транзистор?

В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности.

Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств – от нескольких нанометров (бескорпусные элементы, используемые в микросхемах), до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до 1000 В.

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.

Принцип работы

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.

Триод в режиме ключа

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.

Конструкция прибора

Конструктивная схема транзистора PNP-типа состоит из двух областей полупроводникового материала p-типа по обе стороны от области материала n-типа, как показано на рисунке ниже.

Стрелка определяет эмиттер и общепринятое направление его тока (“внутрь” для транзистора PNP).

PNP-транзистор имеет очень схожие характеристики со своим NPN-биполярным собратом, за исключением того, что направления токов и полярности напряжений в нем обратные для любой из возможных трех схем включения: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором.

Обозначение транзистора PNP

Обозначение транзистора PNP
Где, E = излучатель, B = база, C = коллектор

Средний уровень (N-тип) называется терминалом B-Base. Левосторонний слой P-типа работает как вывод E-Emitter, а правый слой P-типа, известный как вывод C-Collector.
PNP транзистор

При формировании транзистора NPN один полупроводниковый материал P-типа помещается между двумя полупроводниками N-типа, как описано в статье (Транзистор Link NPN). В то время как в транзисторе PNP один полупроводник N-типа помещается между двумя полупроводниковыми материалами P-типа.

В транзисторе PNP используются диоды двух типов. Это соответственно диоды PN и NP. Эти диоды с PN-переходом называются переходом коллектор-база или CB-переходом и переходом база-эмиттер или BE-переходом.

В полупроводниковом материале P-типа носителями заряда в первую очередь являются дырки. Таким образом, в этом транзисторе формирование тока происходит только за счет движения отверстий.

Области эмиттера и коллектора (P-типа) сравнительно легированы больше, чем база N-типа. Области Эмиттерной и Коллекторной областей шире по сравнению с базой.

Обычно в полупроводнике N-типа доступно больше свободных электронов. Но ширина среднего слоя в этом случае уже и слегка легирована.
Подключение транзистора, кредит изображения – С. Бланк, PNP транзистор, CC BY-SA 4.0

Зачем нужен транзистор?

У меня часто возникает вопрос: зачем нам транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к батарее?

Преимущество транзистора заключается в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большим током и напряжением.

Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многое другое при помощи микроконтроллера / Raspberry Pi / Arduino. Выход микроконтроллера может обеспечить всего несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять, например уличным освещением 230 В, вы не можете сделать это напрямую микроконтроллером

Вместо этого вы можете использовать реле. Но даже реле обычно требует большего тока, чем может обеспечить выход микроконтроллера. Поэтому вам понадобится транзистор для управления реле:

Основные отличия двух типов биполярных транзисторов

Главным различием между ними считается то, что дырки являются основными носителями тока для транзисторов PNP, NPN-транзисторы имеют в этом качестве электроны. Поэтому полярности напряжений, питающих транзистор, меняются на обратные, а его входной ток вытекает из базы. В отличие от этого, у NPN-транзистора ток базы втекает в нее, как показано ниже на схеме включения приборов обоих типов с общей базой и общим эмиттером.

Принцип работы транзистора PNP-типа основан на использовании небольшого (как и у NPN-типа) базового тока и отрицательного (в отличие от NPN-типа) базового напряжения смещения для управления гораздо большим эмиттерно-коллекторным током. Другими словами, для транзистора PNP эмиттер является более положительным по отношению к базе, а также по отношению к коллектору.

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы.  Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу  у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу  а уделим внимание каждому, индивидуально.

Принцип работы биполярного транзистора

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

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы  транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

1. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
2. Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
3. Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
4. В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

1. Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате  ток базы  отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
2. Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора.  В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.
3. Режим насыщения транзистора — в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
4. Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Работа транзистора NPN:

Теперь, когда сторона n диода имеет большинство электронов, а сторона p имеет большинство отверстий, все соединения напряжения расположены как прямое и обратное смещение соответственно. Базовый эмиттерный переход настроен как обратное смещение, а коллекторный базовый переход работает как прямое смещение. Область истощения этой области эмиттер-база уже по сравнению с областью истощения на пересечении коллектор-база.

Поскольку переход имеет обратное смещение (эмиттер), отверстия перетекают от источника питания к переходу N. Затем электрон движется в сторону p. Здесь происходит нейтрализация какого-то электрона. Остальные электроны движутся в сторону n. Падение напряжения относительно эмиттера и базы составляет VBE как входная сторона.

В эмиттерах N-типа носителями заряда являются в основном электроны. Следовательно, электроны переносятся через эмиттеры N-типа на базу P-типа. Ток будет проходить через эмиттер-базу или переход EB. Этот ток известен как ток эмиттера (Ie). Здесь ток эмиттера (IE) течет со стороны выхода и течет в двух направлениях; один яB а другое это яC. Итак, мы можем написать:

IE=IB+IC

Однако базовая область относительно тонкая и слегка легированная. Следовательно, большая часть электронов проходит через область базы, и лишь немногие из них рекомбинируют с доступными дырками. Базовый ток минимален по сравнению с током эмиттера. Обычно это до 5% от всего тока эмиттера.

Ток, текущий от остальной части электронов, называется током коллектора (IC). ЯC сравнительно высока по сравнению с базовым (IB).

Режим работы транзистора

Он имеет три режима работы согласно смещению, а именно:

• Активный режим
• Режим отключения
• Режим насыщенности

Режим отключения

• Транзистор работает как разомкнутая цепь.
• В отсечке два перехода имеют обратное смещение.
• Току не будет позволено протекать.

Насыщенный режим

• Транзистор выполнен по замкнутой схеме.
• Оба перехода настроены только на прямое смещение.
• Поскольку напряжение база-эмиттер сравнительно велико, ток проходит от коллектора к эмиттеру.

Активный режим

• В это время транзистор работает как схема усилителя тока.
• В активном режиме транзистора соединение BE имеет прямое смещение, а переход C -B – обратное смещение.
• Ток проходит между эмиттером и коллектором, и величина тока пропорциональна имеющейся приложенной базе.

Проверка биполярного транзистора мультиметром

Это наиболее распространенный компонент, например серии КТ315, КТ361 и т.д.

С тестированием данного типа проблем не возникнет, достаточно представить pn переход в как диод. Тогда структуры pnp и npn будут иметь вид двух встречно или обратно подключенных диодов со средней точкой (см. рис.3).

«Диодные аналоги» переходов pnp и npn

Присоединяем к мультиметру щупы, черный к «СОМ» (это будет минус), а красный к гнезду «VΩmA» (плюс). Включаем тестирующее устройство, переводим его в режим прозвонки или измерения сопротивления (достаточно установить предел 2кОм), и приступаем к тестированию. Начнем с pnp проводимости:

1. Присоединяем черный щуп к выводу «Б», а красный (от гнезда «VΩmA») к ножке «Э». Смотрим на показания мультиметра, он должен отобразить величину сопротивления перехода. Нормальным считается диапазон от 0,6 кОм до 1,3 кОм.
2. Таким же образом проводим измерения между выводами «Б» и «К». Показания должны быть в том же диапазоне.

Если при первом и/или втором измерении мультиметр отобразит минимальное сопротивление, значит в переходе(ах) пробой и деталь требует замены.

1. Меняем полярность (красный и черный щуп) местами и повторяем измерения. Если электронный компонент исправный, отобразится сопротивление, стремящееся к минимальному значению. При показании «1» (измеряемая величина превышает возможности устройства), можно констатировать внутренний обрыв в цепи, следовательно, потребуется замена радиоэлемента.

Тестирование устройства обратной проводимости производится по такому же принципу, с небольшим изменением:

1. Красный щуп подключаем к ножке «Б» и проверяем сопротивление черным щупом (прикасаясь к выводам «К» и «Э», поочередно), оно должно быть минимальным.
2. Меняем полярность и повторяем измерения, мультиметр покажет сопротивление в диапазоне 0,6-1,3 кОм.

Отклонения от этих значений говорят о неисправности компонента.

Зачем проверять

Когда затребована проверка транзистора:

• новые элементы перед сборкой схем крайне рекомендовано перепроверить;
• при поломке электроприбора. Неполадки описываемых запчастей редкие, но их неисправности (чаще всего возникают пробои) не исключены.

Пошаговая инструкция проверки мультимером

Перед началом проверки, прежде всего определяется структура триодного устройства, которая обозначается стрелкой эмиттерного перехода. Когда направление стрелки указывает на базу, то это вариант PNP, направление в сторону, противоположную базе, обозначает NPN проводимость.

Проверка мультимером PNP транзистора состоит из таких последовательных операций:

1. Проверяем обратное сопротивление, для этого присоединяем «плюсовой» щуп прибора к его базе.
2. Тестируется эмиттерный переход, для этого «минусовой» щуп подключаем к эмиттеру.
3. Для проверки коллектора перемещаем на него «минусовой» щуп.

Результаты этих измерений должны показать сопротивление в пределах значения «1».

Для проверки прямого сопротивления меняем щупы местами:

1. «Минусовой» щуп прибора присоединяем к базе.
2. «Плюсовой» щуп поочередно перемещаем от эмиттера к коллектору.
3. На экране мультиметра показатели сопротивления должны составить от 500 до 1200 Ом.

Данные показания свидетельствуют о том, что переходы не нарушены, транзистор технически исправен.

Многие любители имеют сложности с определением базы, и соответственно коллектора или эмиттера. Некоторые советуют начинать определение базы независимо от типа структуры таким способом: попеременно подключая черный щуп мультиметра к первому электроду, а красный – поочередно ко второму и третьему.

База обнаружится тогда, когда на приборе начнет падать напряжение. Это означает, что найдена одна из пар транзистора – «база – эмиттер» или «база – коллектор». Далее необходимо определить расположение второй пары таким же образом. Общий электрод у этих пар и будет база.

Способы проверки

Любой ремонт электроники и электрооборудования начинается с внешнего осмотра, а потом переходят к измерениям. Такой подход позволяет локализовать большую часть неисправностей. Чтобы найти варистор на плате посмотрите на рисунок ниже — так выглядят варисторы. Иногда их можно перепутать с конденсаторами, но можно отличить по маркировке.

Если элемент сгорел и маркировку прочесть невозможно — посмотрите эту информацию на схеме устройства. На плате и в схеме он может обозначаться буквами RU. Условное графическое обозначение выглядит так.

Есть три способа проверить варистор быстро и просто:

1. Визуальный осмотр.
2. Прозвонить. Это можно сделать муьтиметром или любым другим прибором, где есть функция прозвонки цепи.
3. Измерением сопротивления. Это можно сделать омметром с большим пределом измерений, мультиметром или мегомметром.

Варистор выходит из строя, когда через него проходит большой или длительный ток. Тогда энергия рассеивается в виде тепла, и если её количество больше определённого конструкцией — элемент сгорает. Корпус этих компонентов выполняется из твердого диэлектрического материала, типа керамики или эпоксидного покрытия. Поэтому при выходе из строя чаще всего повреждается целостность наружного покрытия.

Можно визуально проверить варистор на работоспособность — на нем не должно быть трещин, как на фото:

Следующий способ — проверка варистора тестером в режиме прозвонки. Сделать это в схеме нельзя, потому что прозвонка может сработать через параллельно подключенные элементы. Поэтому нужно выпаять хотя бы одну его ножку из платы.

Важно: не стоит проверять элементы на исправность не выпаивая из платы – это может дать ложные показания измерительных приборов. Так как в нормальном состоянии (без приложенного к выводам напряжения) сопротивление варистора большое — он не должен прозваниваться. Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра

Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра

Так как в нормальном состоянии (без приложенного к выводам напряжения) сопротивление варистора большое — он не должен прозваниваться. Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра.

На большинстве мультиметров режим прозвонки совмещен с режимом проверки диодов. Его можно найти по значку диода на шкале селектора режимов. Если рядом с ним есть знак звуковой индикации — в нем наверняка есть и прозвонка.

Другой способ проверки варистора на пробой мультиметром является измерение сопротивления. Нужно установить прибор на максимальный предел измерения, в большинстве приборов это 2 МОма (мегаомы, обозначается как 2М или 2000К). Сопротивление должно быть равным бесконечности. На практике оно может быть ниже, в пределах 1-2 МОм.

Интересно! То же самое можно сделать мегаомметром, но он есть далеко не у каждого. Стоит отметить, что напряжение на выводах мегаомметра не должно превышать классификационное напряжение проверяемого компонента.

На этом заканчиваются доступные способы проверки варистора. В этот раз мультиметр поможет радиолюбителю найти неисправный элемент, как и в большом количестве других случаев. Хотя на практике мультиметр в этом деле не всегда нужен, потому что дело редко заходит дальше визуального осмотра. Заменяйте сгоревший элемент новым, рассчитанным на напряжение и диаметром не меньше чем был сгоревший, иначе он сгорит еще быстрее предыдущего.

Советы

1. Существует множество способов определения неисправности, но для начала нужно разобраться в строении самого элемента, и четко понимать конструкционные особенности.
2. Выбор прибора для проверки – это важный момент, касающийся качества результата. Поэтому при недостатке опыта не стоит ограничиваться подручными средствами.
3. Проводя проверку, следует четко понимать причины выхода из строя тестируемой детали, чтобы не вернуться со временем к тому же состоянию неисправности бытовой электротехники.

Преимущества транзистора PNP

• Небольшой по размеру и может использоваться как часть конструкции ИС.
• Сравнительно дешевая, долговечная и более простая схема.
• Доступны спонтанные действия
• Низкое напряжение питания и меньшее выходное сопротивление.
• Производят меньше шума, чем транзисторы NPN.

Недостатки транзистора PNP

• Не подходит для работы в высокочастотном приложении.
• Медленнее по сравнению с NPN.
• Температурная чувствительность и возможность повреждения во время теплового разгона.

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.

Следующая

РазноеЧто такое активная мощность?

Как работает транзистор npn, pnp (полевой n-канальный и p-канальный)

 Нашу сильную зависимость от электроники в современном мире не описать. Если сказать, что без электроники мы не проживем, это не сказать ничего. Она уже сродни самому неотъемлемому, самому нужному и востребованному.  То количество мест и гаджетов, где мы с ней встречаемся, мы даже перечислять не будем, на это хватит фантазии и у вас. Мы же хотели рассказать об одном обязательной составляющей каждого электронного девайса, о транзисторе.
 Именно на транзисторах строятся все аналоговые и цифровые схемы применяемые в современных устройствах. А значит, от его работы зависит то, как эти самые гаджеты будут работать и то, как впоследствии электроника будет работать на нас. Такая неоспоримая цепочка…

Какие бывают транзисторы

 Мы не будем вводить вас в далекий экскурс с чего все начиналось, что электронные лампы были дедушками и бабушками современных транзисторов. Не будем рассказывать об электронной эмиссии. О том, что процесс в этих самых лампах схож с транзисторами. Не будем описывать и различия между ними.  Мы сразу приступим к главному. Надеясь на то, что все мы пропустили хотя и останется темным пятном, но не станет обременяющим обстоятельством препятствующим пониманию того, как же все-таки работает транзистор.
 Итак, транзисторы бывают биполярные и полевые. Суть работы тех и других одинакова, разве что их кристаллы, вернее то как сращены разные типы кристаллов, различны.

В биполярных транзисторах это своеобразный гамбургер, если хотите пирог: p-n-p или n-p-n. То есть кристаллы с различной проводимостью напаяны последовательно друг за друга. Таким образуют они образуют своеобразный «бутерброд».

 В полевых транзисторах есть также n кристалл и p кристалл, но они между спаяны не последовательно, а параллельно. При этом ток не проходит через разные типы проводимости кристаллов, а идет все время по одному типу. А запирается в этом случае проводимый кристалл с помощью электрического поля управляющего затвора. Отсюда и название полевой.

 Еще транзисторы бывают низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные.  А также могут работать  с различными токами, но это все нюансы…

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.

Ключ на биполярном транзисторе. Нагрузочная прямая.

Приветствую всех снова на нашем сайте, сегодня продолжаем активно погружаться в нюансы работы транзисторов и переходим к практическому рассмотрению одной из схем — ключа на биполярном транзисторе.

Суть схемы довольно проста и заключается в том, что как и любой переключатель, транзистор должен находиться в одном из двух состояний — открытом (включенном) или закрытом (выключенном). То есть либо транзистор пропускает ток, либо не пропускает. Приступаем к детальному разбору.

И первым делом рассмотрим непосредственно саму схему:

Здесь у нас используется n-p-n транзистор. А вот вариант для p-n-p:

И по нашей уже устоявшейся традиции будем разбирать все аспекты работы на примере n-p-n транзистора. Суть и основные принципы остаются неизменными и для p-n-p. Так что работаем с этой схемой (здесь мы добавили протекающие по цепи токи):

Как вы уже заметили, схема очень напоминает включение транзистора с общим эмиттером. И действительно именно схема с ОЭ чаще всего используется при построении ключей. Только здесь у нас добавились два резистора (R_б и R_к). Вот с них и начнем.

Зачем нужен резистор в цепи базы?

Итак, нам нужно подать на переход база-эмиттер напряжение прямого смещения. Его величина указывается среди параметров конкретного транзистора и обычно составляет в районе 0.6 В. Также мы знаем, какой управляющий сигнал мы будем подавать на вход для того, чтобы открыть транзистор. Например, при использовании микроконтроллера (возьмем STM32 к примеру) для управления ключом, на входе цепи у нас будет либо 0 В (транзистор в данном случае закрыт), либо 3.3 В (транзистор открыт). В данной схеме сигнал на вход подается не с контроллера, а напрямую с источника напряжения E_{вх} при замыкании переключателя S_1.

Таким образом, получаем, что при 3.3 В на входе напряжение на резисторе R_б составит:

U_{R_б} = E_{вх} \medspace - \medspace U_{бэ}

А теперь вспоминаем, что управление биполярным транзистором осуществляется изменением тока базы — а как его менять? Верно — изменяя сопротивление этого самого резистора. То есть, варьируя сопротивление резистора, мы меняем ток базы и, соответственно, этим самым вносим изменения в работу выходной цепи нашей схемы. Чуть позже мы рассмотрим практический пример для конкретных номиналов и величин и посмотрим на деле, как это работает.

Мы уже несколько раз использовали термины «транзистор открыт» и «закрыт». Понятно, что это означает наличие, либо отсутствие коллекторного тока, но давайте рассмотрим эти понятия применительно к режимам работы транзистора. И тут все достаточно просто:

• для того, чтобы закрыть транзистор, мы стремимся перевести его в режим отсечки
• а чтобы открыть — в режим насыщения

То есть при проектировании ключа на биполярном транзисторе мы преследуем цель переводить транзистор то в режим отсечки, то в режим насыщения в зависимости от управляющего сигнала на входе.

Переходим к рассмотрению коллекторной цепи разбираемой схемы. В данном резистор R_к выполняет роль нагрузки, а также ограничивает ток в цепи во избежания короткого замыкания источника питания E_{вых}. И вот теперь пришло время вспомнить выходные характеристики, которые мы совсем недавно обсуждали:

Но в данном случае выходные параметры схемы определяются помимо всего прочего еще и нагрузкой (то есть резистором R_к). Для коллекторной цепи мы можем записать:

U_{кэ} + I_к R_к = E_{вых}

Или:

I_к = \frac{E_{вых} \medspace - \medspace U_{кэ}}{R_к}

Этим уравнением задается так называемая нагрузочная характеристика цепи. Поскольку резистор — линейный элемент (U_R = I_R R), то характеристика представляет из себя прямую (которую так и называют — нагрузочная прямая). Наносим ее на выходные характеристики транзистора и получаем следующее:

Рабочая точка в данной схеме будем перемещаться по нагрузочной прямой. То есть величины U_{кэ} и I_к могут принимать только те значения, которые соответствуют точкам пересечения выходной характеристики транзистора и нагрузочной прямой. Иначе быть не может.

И по итогу нам нужно обеспечить, чтобы в открытом состоянии рабочая точка оказалась в положении 1. В данном случае падение напряжения U_{кэ} на транзисторе будет минимальным, то есть почти вся полезная мощность от источника окажется на нагрузке. В закрытом же состоянии рабочая точка должна быть в положении 2. Тогда почти все напряжение упадет на транзисторе, а нагрузка будет выключена.

Теперь, когда мы разобрались с теоретическими аспектами работы ключа на транзисторе, давайте рассмотрим как же на практике производятся расчеты и выбор номиналов элементов.

Добавим в схему полезную нагрузку в виде светодиода. Резистор R_к при этом остается на месте, он будет ограничивать ток через нагрузку и обеспечивать необходимый режим работы:

Пусть для включения светодиода нужно подать на него напряжение 3В (U_д). При этом диод будет потреблять ток, равный 50 мА (I_д). Зададим параметры транзистора (в реальных схемах эти значения берутся из документации на используемый транзистор):

• Коэффициент усиления по току h_{21э} = 100…500 (всегда задан именно диапазон, а не конкретное значение)
• Падение напряжения на переходе база-эмиттер, необходимое для открытия этого перехода: U_{бэ} = 0.6 \medspace В.
• Напряжение насыщения: U_{кэ \medspace нас} = 0.1 \medspace В.

Мы берем конкретные значения для расчетов, но на практике все бывает несколько иначе. Как вы помните, параметры транзисторов зависят от многих факторов, в частности, от режима работы, а также от температуры. А температура окружающей среды, естественно, может меняться. Определить четкие значения из характеристик при этом бывает не так просто, поэтому нужно стараться обеспечить небольшой запас. К примеру, коэффициент усиления по току при расчете лучше принять равным минимальному из значений, приведенных в даташите. Если коэффициент в реальности будет больше, то это не нарушит работоспособности схемы, конечно, при этом КПД будет ниже, но тем не менее схема будет работать. А если взять максимальное значение h_{21э}, то при определенных условиях может оказаться, что реальное значение оказалось меньше, и его уже недостаточно для обеспечения требуемого режима работы транзистора.

Итак, возвращаемся к примеру. Входными данными для расчета кроме прочего являются напряжения источников. В данном случае:

• E_{вх} = 3.3\medspace В. Я выбрал типовое значение, которое встречается на практике при разработке схем на контроллерах. В этом примере подача и отключение этого напряжения осуществляется переключателем S_1.
• E_{вых} = 9\medspace В.

Первым делом нам необходимо рассчитать сопротивление резистора в цепи коллектора. Напряжения и ток выходной цепи во включенном состоянии связаны следующим образом:

U_{кэ \medspace нас} + U_{R_к} + U_д = E_{вых}

При этом по закону Ома напряжение на резисторе R_{к} :

U_{R_к} = I_к R_к

А ток у нас задан, поскольку мы знаем, какой ток потребляет нагрузка (в данном случае диод) во включенном состоянии. Тогда:

U_{R_к} = I_д R_к

U_{кэ \medspace нас} + I_д R_к + U_д = E_{вых}

Итак, в этой формуле нам известно все, кроме сопротивления, которое и требуется определить:

R_к = \frac{E_{вых} \medspace - \medspace U_д \medspace - \medspace U_{кэ \medspace нас}}{I_д} \enspace= \frac{9 \medspace В \medspace  - \medspace 3 \medspace В \medspace - \medspace 0.1 \medspace В}{0.05 \medspace А} \medspace\approx 118 \medspace Ом. 

Выбираем доступное значение сопротивления из стандартного ряда номиналов и получаем R_{к} = 120\medspace Ом. Причем важно выбирать именно большее значение. Связано это с тем, что если мы берем значение чуть больше рассчитанного, то ток через нагрузку будет немного меньше. Это не приведет ни к каким сбоям в работе. Если же взять меньшее значение сопротивления, то это приведет к тому, что ток и напряжение на нагрузке будут превышать заданные, что уже хуже.

Пересчитаем величину коллекторного тока для выбранного значения сопротивления:

I_к =  \frac{U_{R_к}}{R_к} \medspace = \frac{9 \medspace В \medspace - \medspace 3 \medspace В \medspace - \medspace 0.1 \medspace В}{120 \medspace Ом} \medspace\approx\medspace 49.17 \medspace мА

Пришло время определить ток базы, для этого используем минимальное значение коэффициента усиления:

I_б =  \frac{I_к}{h_{21э}} = \frac{49.17 \medspace мА}{100} = 491.7 \medspace мкА

А падение напряжения на резисторе R_б:

U_{R_б} = E_{вх} \medspace - \medspace 0. 6 \medspace В = 3.3 \medspace В \medspace - \medspace 0.6 \medspace В = 2.7 \medspace В

Теперь мы можем легко определить величину сопротивления:

R_б = \frac{U_{R_б}}{I_б}\medspace = \frac{2.7 \medspace В}{491.7 \medspace мкА} \approx 5.49 \medspace КОм

Опять обращаемся к ряду допустимых номиналов. Но теперь нам нужно выбрать значение, меньшее рассчитанного. Если сопротивление резистора будет больше расчетного, то ток базы будет, напротив, меньше. А это может привести к тому, что транзистор откроется не до конца, и во включенном состоянии большая часть напряжения упадет на транзисторе (U_{кэ}), что, конечно, нежелательно.

Поэтому выбираем для резистора базы значение 5.1 КОм. И этот этап расчета был последним 👍 Давайте резюмируем, наши рассчитанные номиналы составили:

• R_{б} = 5.1\medspace КОм
• R_{к} = 120\medspace Ом

Кстати в схеме ключа на транзисторе обычно добавляют резистор между базой и эмиттером, номиналом, например, 10 КОм. Он нужен для подтяжки базы при отсутствии сигнала на входе. В нашем примере, когда S1 разомкнут, то вход просто висит в воздухе. И под воздействием наводок транзистор будет хаотично открываться и закрываться. Поэтому добавляется резистор подтяжки, чтобы при отсутствии входного сигнала потенциал базы был равен потенциалу эмиттера. В этом случае транзистор будет гарантированно закрыт.

Сегодня мы прошлись по классической схеме, которой я стараюсь придерживаться, то есть — от теории к практике. Надеюсь, что материал был понятен, а если возникнут какие-либо вопросы, пишите в комментарии, будем разбираться.

Применение биполярных транзисторов с микроконтроллерами / Хабр

В современном цифровом мире микроконтроллерам часто требуется выполнять какие-то действия в физическом мире людей с помощью различных механических, оптических, акустических и других внешних устройств. Транзисторы призваны согласовать микроконтроллер с исполнительными устройствами. В статье рассмотрим применение биполярных транзисторов в ключевых режимах.

Биполярный транзистор является по сути токовым прибором, током управляется и током управляет. По типу проводимости биполярные транзисторы бывают pnp и npn типа.

Наиболее часто используется схема включения с общим эмиттером. В этой схеме управление подается на базу через токоограничивающий резистор относительно эмиттера. Нагрузка подключается в цепь коллектора.

Схема управления светодиодом с рабочим током 50 мА

Светодиодом с рабочим током 50 мА нельзя управлять непосредственно от микроконтроллера, так как допустимый выходной ток с ножки обычно ограничен значением 10 мА – 20 мА.

Например, нам нужно включать/выключать инфракрасный светодиод BL-L513IRBC которым мы планируем управлять кондиционером.

Рисунок 1. Управление светодиодом через эмиттерный повторитель

Резистор R1 задает ток базы транзистора при включении и при выключении. Транзистор BC847C довольно маломощный и при токе 50 мА на коллекторе в режиме насыщения будет падать около 200 мВ. Падение на светодиоде составит 2. 0 В. Резистор R2 нужно выбрать таким, чтобы ток через светодиод был равен 50 мА. При питании 12 В, и суммарном падении напряжения на транзисторе и светодиоде 2.2 В на резисторе будет напряжение 9.8 В. Чтобы получить ток 50 мА сопротивление резистора R2 должно быть 196 Ом.

Если взять более мощный транзистор, например, BC817-25, то напряжение насыщения коллектора у него будет меньше, около 40 мВ при токе коллектора 50 мА, но у более мощных транзисторов, как правило, меньше коэффициент усиления.

При питании коллекторной цепи от 12 В мы можем соединить несколько светодиодов последовательно и управлять ими одновременно (например, чтобы увеличить дальность работы нашего пульта управления) соответственным образом пересчитав токоограничивающий резистор R2.

Как выбрать резистор в базе транзистора? Транзистор BC847C имеет коэффициент передачи по току h_FE = 400 – 800. В линейном режиме это будет означать что ток базы (управляющий ток) во столько раз меньше тока коллектора (управляемый ток). Так как схема у нас работает в ключевом режиме, то ток базы необходимо установить больше. Чем больше ток базы, тем быстрей транзистор включится. Коэффициент во сколько раз ток базы превышает минимальный называется коэффициентом насыщения. Минимальный ток базы (с коэффициентом насыщения единица) который полностью откроет транзистор будет 50 мА / 400 = 0.125 мА. Так как характеристики транзистора меняются со временем, при изменении температуры, при изменении тока коллектора, от партии к партии, у разных производителей, правильным решением будет задавать коэффициент насыщения больше единицы, иначе может возникнуть ситуация при которой транзистор будет открываться не полностью и схема будет работать при этом не верно. Верхнее значение тока базы ограничено либо максимальным током базы по документации на транзистор, либо максимально допустимым током который может выдать выход микроконтроллера. Пусть максимальный ток базы у нас будет 10 мА.

Рассчитаем базовый резистор для схемы на рисунке 1. Напряжение на базе при насыщении принято считать 0.7 В. При питании микроконтроллера 3.3 В на базовом резисторе будет напряжение 2.6 В. Минимальный базовый ток 0.125 мА будет обеспечен сопротивлением 20800 Ом. Максимальный базовый ток 10 мА будет обеспечен сопротивлением 260 Ом. В данном случае у нас довольно широкий диапазон выбора сопротивления, можем взять 1 кОм.

Рассмотрим схему с другой нагрузкой

Рисунок 2. Управление мощной нагрузкой

Нам нужно включать мотор с рабочим током 0.7 А. Для включения нам потребуется более мощный транзистор. Возьмем транзистор SS8050 с максимально допустимым током коллектора 1.5 А. У этого транзистора минимальный коэффициент передачи тока 120. При токе коллектора 0.7 А, нам необходимо обеспечить минимальный ток базы 5.8 мА. С учетом того что необходимо реализовать коэффициент насыщения больше единицы, у нас остается рабочий вариант для тока базы 10 мА. При заданном токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения базы этого транзистора составит около 1. 2 В (по документации на транзистор). Напряжение на базовом резисторе получится 2.1 В, Минимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.010 А = 210 Ом. Максимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.0058 А = 360 Ом. Если мы поставим базовый резистор больше 360 Ом, транзистор заведомо не будет открываться полностью и не обеспечит ток на выходе в 0.7 А.

При токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения коллектора составит около 0.2 В. Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора составит около 0.14 Вт, транзистор при этом будет заметно теплым.

Дополнительно отмечу, что электродвигатель постоянного тока является индуктивной нагрузкой и параллельно ему обязательно нужно ставить защитный диод который защитит транзистор от ЭДС самоиндукции при выключении транзистора. Номинальный ток этого диода должен быть равен или больше рабочего тока индуктивной нагрузки. Рабочее напряжение диода должно быть больше напряжения питания нагрузки.

Нужно указать на важный момент. Чем больше ток базы, тем быстрей включится транзистор, тем больше коэффициент насыщения. Чем больше коэффициент насыщения, там медленней транзистор будет выключаться. Задержка выключения может достигать нескольких сотен наносекунд. На первый взгляд эта величина кажется слишком маленькой чтобы обращать на нее внимание. Фактически, если вы станете управлять током через нагрузку с помощью ШИМ, или постараетесь увеличить скорость передачи данных через инфракрасный канал, вы увидите что задержка выключения транзистора будет очень сильно искажать сигнал.

Например, возьмем ШИМ частотой 20 кГц с разрешением 8 бит. Период ШИМ-а будет 50 микросекунд, разрешение одного шага составит около 200 наносекунд. Задержка выключения транзистора на 400 наносекунд поглотит разрешение двух младших бит и оставит от разрешения 8 бит всего 6 бит динамического диапазона.

Для увеличения скорости выключения транзистора есть способы которые мы рассмотрим позже.

Рассмотрим еще одну схему, которая обладает рядом интересных свойств

Рисунок 3. Схема стабилизации тока

Эта схема также с общим эмиттером. В ней отсутствует резистор в цепи базы, и ток базы задается сопротивлением резистора в цепи эмиттера. Через этот резистор течет ток базы и ток коллектора (ток управления и ток нагрузки). Получается отрицательная обратная связь: при увеличении тока нагрузки, будет увеличиваться ток через эмиттерный резистор и при этом будет увеличиваться падение напряжения на эмиттерном резисторе. Так как напряжение на базе у нас фиксированное, 3.3 В, то при увеличении напряжения на эмиттерном резисторе напряжение на эмиттерном переходе транзистора будет уменьшаться, при этом будет уменьшаться ток базы и транзистор будет закрываться. Таким образом, будет стабилизироваться эмиттерный ток транзистора. Так как базовый ток в коэффициент усиления раз меньше коллекторного, то его влияние на напряжение эмиттерного резистора незначительное и, при первом приближении, его можно не учитывать при расчете и считать что ток эмиттера приблизительно равен току коллектора .

Сопротивление эмиттерного резистора рассчитать довольно просто. При управляющем напряжении 3.3 В, и падении на эмиттерном переходе 0.7 В напряжение на эмиттерном резисторе получается 2.6 В. При целевом токе в нагрузке 50 мА, сопротивление эмиттерного резистора должно быть около 52 Ом.

Эта схема позволяет стабилизировать ток нагрузки, то есть, при изменении напряжения питания нагрузки (или при изменении сопротивления нагрузки) ток через нагрузку останется постоянным. Мы можем поставить один светодиод, два или три при этом эмиттерный резистор менять не придется и ток через светодиоды будет один и тот же. При этом нужно отметить, что в этой схеме избыточное напряжение падает на транзисторе и нужно учитывать мощность рассеиваемую на транзисторе.

Транзистор в этой схеме работает в линейном режиме и не входит в насыщение. Это позволяет транзистору быстро открываться и быстро закрываться.

В этой схеме только один резистор вместо двух, что так же может иметь важное значение в практическом применении.

Важно чтобы напряжение управления базы было стабильным, так как оно является опорным для стабилизации тока.

Для питания коллекторной цепи этой схемы требуется напряжение большее чем напряжение управляющего сигнала.

Способы сократить время выключения транзистора

Если у нас стоит базовый резистор и мы управляем транзистором от вывода микроконтроллера с питанием 3.3 В, то получается что мы включаем транзистор током с 3.3 В , а выключаем транзистор током через тот же резистор, но током с напряжения 0.7 В, то есть ток базы на выключение транзистора получится меньше.

Рисунок 4. Время выключения транзистора 1200 нсек

Это одна из причин почему выключается транзистор медленней. Для увеличения скорости выключения транзистора мы можем применить такую схему.

Рисунок 5. Время выключения транзистора 400 нсек

В схеме на рисунке 5, при выключении, когда выходной сигнал с микроконтроллера становится равным 0 В, получается что оба резистора 300 Ом и 200 Ом соединяются параллельно и суммарное сопротивление становится меньше, что приводит к увеличению тока базы транзистора при выключении. Это увеличивает скорость выключения транзистора.

Еще один способ увеличить скорость выключения транзистора, это сократить глубину насыщения транзистора при включении. Диод подключенный от базы на коллектор уменьшит глубину насыщения. Вначале включения на коллекторе высокое напряжение, диод закрыт и весь ток базового резистора течет через эмиттерный переход транзистора. Когда напряжение на коллекторе станет ниже напряжения базы, этот диод начнет шунтировать эмиттерный переход и часть тока базового резистора потечет через диод при этом ток через эмиттерный переход уменьшится и это сократит глубину насыщения транзистора.

Рисунок 6. Задержка выключения транзистора составляет около 20 нсек

Каскад увеличения выходного тока на биполярных транзисторах.

Эта схема позволяет увеличить ток на выходе. Это полумостовая схема. В ней используется два транзистора различной проводимости, комплементарная пара транзисторов. Оба транзистора, и верхний и нижний, в этой схеме включены по схеме с общим коллектором. Включение с общим коллектором обладает такой особенностью, что выходное напряжение не может быть больше входного напряжения, при этом происходит усиление тока.

Рисунок 7. Схема увеличения выходного тока

При построении полумоста на полевых транзисторах нужно особым образом проектировать схему управления, и если оба транзистора управлять от одного сигнала, то в момент переключения будет течь сквозной ток с питания на землю, так как один транзистор уже включился, а другой еще не успел выключиться.

Сквозной ток плох тем, что он будет увеличивать потребление, сквозной ток будет создавать мощную помеху и может вывести транзисторы из строя. Для устранения этого для управления полумостом полевых транзисторов используют два сигнала, на один транзистор подается сигнал отключения, затем пауза на время отключения транзистора (мертвое время, deadtime), затем подается сигнал на включение второго транзистора. Такой способ заметно усложняет схему управления и требует два различных сигнала управления. Полумостовая схема на биполярных транзисторах включенных с общим эмиттером тоже требует мертвое время при переключении для исключения сквозного тока.

Схема изображенная на рисунке 7 с биполярными транзисторами включенными по схеме с общим коллектором лишена такого недостатка, и полумост может управляться одним сигналом. То есть сквозной ток через оба транзистора при переключении в схеме на рисунке 7 отсутствует.

Дополнительным достоинством этой схемы, является отсутствие резисторов.

Так же, транзисторы в этой схеме работают без насыщения, то есть максимально быстро включаются и отключаются, что позволяет применять эту схему как усилитель ШИМ.

Недостатком этой схемы является падение на транзисторах. На примере нижнего транзистора. Когда мы переводим сигнал управления на базе с 3.3 В на 0 В, нижний транзистор начинает включаться. При этом напряжение на эмиттере транзистора не может стать равным нулю, так как в этом случае через эмиттерный переход будет отсутствовать ток открывающий транзистор. Таким образом минимальное напряжение на выходе этого каскада составит около 0.7 В. Аналогичная ситуация и с верхним транзистором, максимальное напряжение на выходе каскада не может быть больше чем напряжение питания минус 0.7 В.

Как можно использовать каскад усиления тока

Если взять два таких полумоста с питанием равным напряжению питания микроконтроллера, сделать сигнал ШИМ и его инверсию (либо отдельным инвертором, либо конфигурацией выходов в микроконтроллере) и подать каждый сигнал на свой полумост, то получится довольно мощный усилитель, например для генерации звука.

Рисунок 8

При питании усилителя от 3.3 В Размах напряжения на выходе составит 3.3 В — 2 * 0.7 В = 1.9 В. При использовании динамической головки сопротивлением 4 Ом ток через нее составит около 0.4 А и максимальная мощность на нагрузке получится чуть больше половины Ватта. Что довольно таки хорошо для такого простейшего усилителя ШИМ. Питание этой схемы усилителя нужно качественно фильтровать, так как любое изменение напряжения питания будет отражаться на изменении тока через нагрузку.

При применении микроконтроллера с питанием 5 В так же можно увеличить напряжение питания усилителя до 5 В, при этом выходная мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом получится около 3 Вт. При этом нужно взять транзисторы с большим допустимым током коллектора, например комплементарную пару SS8550 (pnp) и SS8050 (npn), они допускают ток коллектора до 1.5 А, транзисторы придется дополнительно охлаждать.

Эту же схему можно использовать для управления коллекторными моторами с применением ШИМ. Схема позволяет менять направление вращения электромотора. При использовании более высокого напряжения питания этого усилителя тока требуется также увеличить напряжение управляющего сигнала.

Рисунок 9. Мост управления коллекторным двигателем

Для приведения уровня управляющего сигнала с 3.3 В до 15 В применен транзистор.

В этой схеме для управления каждым полумостом используется логическая микросхема 4069 (CD4069UB). В этой микросхеме шесть логических инверторов, питание микросхемы может осуществляться от 3 В до 18 В. Для управления мостом необходимо подать питание на эту микросхему от того же напряжения питания что и мост. Эта же микросхема используется для формирования инверсного сигнала для второго полумоста. Для того чтобы на нагрузку можно было подать максимальное напряжение 12 В с учетом падения на транзисторах, увеличено напряжение питания моста до 15 В. В этой схеме реализован режим управления током нагрузки fast decay. Для реализации режима slow decay потребуется отдельное управление для каждого полумоста.

Для упрощения понимания в статье рассматриваются только основные параметры, и характеристики реальных каскадов будут несколько отличаться. Все схемы приведенные в статье промоделированы в LTspice

Раз вы дочитали до этого момента – значит статья вас заинтересовала. Поддержите автора донатом!

https://donate.stream/ya4100117341489066

Транзистор | Электронные печеньки

Транзистор

Транзистор — полупроводниковый прибор позволяющий с помощью слабого сигнала управлять более сильным сигналом. Из-за такого свойства часто говорят о способности транзистора усиливать сигнал. Хотя фактически, он ничего не усиливает, а просто позволяет включать и выключать большой ток гораздо более слабыми токами. Транзисторы весьма распространены в электронике, ведь вывод любого контроллера редко может выдавать ток более 40 мА, поэтому, даже 2-3 маломощных светодиода уже не получится питать напрямую от микроконтроллера. Тут на помощь и приходят транзисторы. В статье рассматриваются основные типы транзисторов, отличия P-N-P от N-P-N биполярных транзисторов, P-channel от N-channel полевых транзисторов, рассматриваются основные тонкости подключения транзисторов и раскрываются сферы их применения.

Не стоит путать транзистор с реле. Реле — простой выключатель. Суть его работы в замыкании и размыкании металлических контактов. Транзистор устроен сложнее и в основе его работы лежит электронно-дырочный переход. Если вам интересно узнать об этом больше, вы можете посмотреть прекрасное видео, которое описывает работу транзистора от простого к сложному. Пусть вас не смущает год производства ролика — законы физики с тех пор не изменились, а более нового видео, в котором так качественно преподносится материал, найти не удалось:

Биполярный транзистор

Биполярный транзисто предназначен для управления слабыми нагрузками (например, маломощные моторы и сервоприводы). У него всегда есть три вывода:

• Коллектор (англ. collector) — подаётся высокое напряжение, которым транзистор управляет

• База (англ. base) — подаётся или отключается ток для открытия или закрытия транзистора

• Эмиттер (англ. emitter) — «выпускной» вывод транзистоа. Через него вытекает ток от коллектора и базы.

Биполярный транзистор управляется током. Чем больший ток подаётся на базу, тем больший ток потечёт от коллектора к эмиттеру. Отношение тока, проходящего от эмиттера к коллектору к току на базе транзистора называется коэффициент усиления. Обозначается как h_fe (в английской литературе называется gain).

Например, если h_fe = 150, и через базу проходит 0.2 мА, то транзистор пропустит через себя максимум 30 мА. Если подключен компонент, который потребляет 25 мА (например, светодиод), ему будет предоставлено 25 мА. Если же подключен компонент, который потребляет 150 мА, ему будут предоставлены только максимальные 30 мА. В документации к контакту указываются предельно допустимые значени токов и напряжений база->эмиттер и коллектор->эмиттер. Превышение этих значений ведёт к перегреву и выходу из строя транзистора.

Весёлые картинки:

Работа биполярного транзистора

NPN и PNP биполярные транзисторы

Различают 2 типа полярных транзисторов: NPN и PNP. Отличаются они чередованием слоёв. N (от negative — отрицательный) — это слой с избытком отрицательных переносчиков заряда (электронов), P (от positive — положительный) — слой с избытком положительных переносчиков заряда (дырок). Подробнее о электронах и дырках рассказано в видео, приведённом выше.

От чередования слоёв зависит поведение транзисторов. На анимации выше представлен NPN транзистор. В PNP управление транзистором устроено наоборот — ток через транзистор течёт, когда база заземлена и блокируется, когда через базу пропускают ток. В отображении на схеме PNP и NPN отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает на переход от N к P:

Обозначение NPN (слева) и PNP (справа) транзисторов на схеме

NPN транзисторы более распространены в электронике, потому что являются более эффективными.

Полевый транзистор

Полевые транзисторы отличаются от биполярных внутренним устройством. Наиболее распространены в любительской электронике МОП транзисторы. МОП — это аббревиатура от металл-оксид-проводник. То-же самое по английски: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor сокращённо MOSFET. МОП транзисторы позволяют управлять большими мощностями при сравнительно небольших размерах самого транзистора. Управление транзистором обеспечивается напряжением, а не током. Поскольку транзистором управляет электрическое поле, транзистор и получил своё название —  полевой.

Полевые транзисторы имеют как минимум 3 вывода:

• Сток (англ. drain) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять

• Затвор (англ. gate) — на него подаётся напряжение для управления транзистором

• Исток (англ. source) — через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт»

Здесь должна быть анимация с полевым транзистором, но она ничем не будет отличаться от биполярного за исключением схематического отображения самих транзисторов, поэтому анимации не будет.

N канальные и P канальные полевые транзисторы

Полевые транзисторы тоже делятся на 2 типа в зависимости от устройства и поведения. N канальный (N channel) открывается, когда на затвор подаётся напряжение и закрывается. когда напряжения нет. P канальный (P channel) работает наоборот: пока напряжения на затворе нет, через транзистор протекает ток. При подаче напряжения на затвор, ток прекращается. На схеме полевые транзисторы изображаются несколько иначе:

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

Обозначение N канальных (слева) и P канальных (справа) транзисторов на схеме

Существует заблуждение, согласно которому полевой транзистор может управлять переменным током. Это не так. Для управления переменным током, используйте реле.

Транзистор Дарлингтона

Транзистора Дарлингтона не совсем корректно относить к отдельному типу транзисторов. Однако, не упомянуть из в этой статье нельзя. Транзистор Дарлингтона чаще всего встречается в виде микросхемы, включающей в себя несколько транзисторов. Например, ULN2003. Транзистора Дарлингтона характеризуется возможность быстро открываться и закрывать (а значит, позволяет работать с ШИМ) и при этом выдерживает большие токи. Он является разновидностью составного транзистора и представляет собой каскадное соединение двух или, редко, более транзисторов, включённых таким образом, что нагрузкой в эмиттере предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора следующего каскада, то есть транзисторы соединяются коллекторами, а эмиттер входного транзистора соединяется с базой выходного. Кроме того, в составе схемы для ускорения закрывания может использоваться резистивная нагрузка эмиттера предыдущего транзистора. Такое соединение в целом рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого, при работе транзисторов в активном режиме, приблизительно равен произведению коэффициентов усиления всех транзисторов.

Схема составного транзистора дарлингтона

Не секрет, что плата Ардуино способна подать на вывод напряжение 5 В с максимальным током до 40 мА. Этого тока не хватит для подключения мощной нагрузки. Например, при попытке подключить к выводу напрямую светодиодную ленту или моторчик, вы гарантированно повредите вывод Ардуино. Не исключено, что выйдет из строя всё плата. Кроме того, некоторые подключаемые компоненты могут требовать напряжения более 5 В для работы. Обе эти проблемы решает транзистор. Он поможет с помощью небольшого тока с вывода Ардуино управлять мощным током от отдельного блока питания или с помощью напряжения в 5 В управлять бОльшим напряжением (даже самые слабые транзисторы редко имеют предельное напряжение ниже 50 В). В качестве примера рассмотрим подключение мотора:

Подключение мощного мотора с помощью транзистора

На приведённой схеме мотор подключается к отдельному источнику питания. Между контактом мотора и источником питания для мотора мы поместили транзистора, который будет управляться с помощью любого цифрового пина Arduino. При подаче на вывод контроллера сигнала HIGH с вывода контроллера мы возьмём совсем небольшой ток для открытия транзистора, а большой ток потечёт через транзистор и не повредит контроллер. Обратите внимание на резистор, установленный между выводом Ардуино и базой транзистора. Он нужен для ограничения тока, протекающего по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля и предотвращения короткого замыкания. Как упоминалось ранее, максимальный ток, который можно взять с вывода Arduino — 40 мА. Поэтому, нам понадобится резистор не менее 125 Ом (5В/0,04А=125Ом). Можно без опаски использовать резистор на 220 Ом. На самом деле, резистор стоит подбирать с учётом тока, который необходимо подать на базу для получения необходимого тока через транзистор. Для правильного подбора резистора нужно учитывать коэффициент усиления (h_fe).

ВАЖНО!! Если вы подключаете мощную нагрузку от отдельного блока питания, то необходимо физически соединить между собой землю («минус») блока питания нагрузки и землю (пин «GND») Ардуино. Иначе управлять транзистором не получится.

При использовании полевого транзистора, токоограничительный резистор на затворе не нужен. Транзистор управляется исключительно напряжением и ток через затвор не течёт.

светодиодов — Низкий ток от транзистора PNP S8550 в качестве схемы переключателя

Выходы RPi обычно имеют размер \$3.3\:\text{V}\$, и они, вероятно, могут справиться с насыщением вашего PNP в качестве переключателя. Но проблема заключается в ограничении \$3.3\:\text{V}\$ (которое предполагает нулевой ток источника). Вывод ввода-вывода может потреблять ток при высоком уровне, но это неуправляемо, так как это только через защитный диод . — на который вообще НЕ стоит полагаться для этих целей.

Если у вас есть только один S8550 BJT (а не два), вы можете попробовать что-то вроде этого:

^{смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab}

Вам нужно будет отрегулировать \$R_3\$, чтобы получить желаемый ток в светодиоде. Значение, которое я предоставил, является диким предположением и, вероятно, должно быть больше, чем я показал. Поэтому, возможно, начните с большего значения и работайте над ним, чтобы получить желаемый ток.

Вам также может понадобиться настроить \$R_1\$. Но вот проблема. Эта схема основана на диодах защиты выводов ввода-вывода и пытается ограничить их ток до значения, достаточно низкого, чтобы избежать защелкивания. Если вы уменьшите \$R_1\$, чтобы увеличить базовый ток (при активном управлении светодиодом), вы рискуете слишком большим током защитного диода и, следовательно, защелкой. Я выбрал значение, которое вы видите, чтобы ограничить ток защитного диода ниже \$1\:\text{мА}\$. Некоторые MCU могут справиться с этим. Некоторые не могут. Так что в этом конкретном дизайне нет ничего гарантированного. Это риск. Но может быть и удовлетворительным. Просто знайте, что это плохо управляется и что вы можете идти на некоторые риски. Но расплата в том, что это может работать нормально.

И последнее замечание по приведенной выше схеме. Там все еще может быть некоторый светодиодный свет, даже когда он выключен (выход ввода / вывода высокий). Это потому, что все еще есть небольшое количество базового тока. Я пытался поддерживать этот базовый ток на уровне около \$1\:\mu\text{A}\$, поэтому светодиодов не должно быть много. Но в темноте я не могу обещать, что вы этого не заметите. Таким образом, даже если предположить, что все остальное работает, все еще возможно, что вы можете увидеть «некоторое» излучение светодиода, когда пытаетесь его выключить.

---

Если у вас под рукой есть два S8550, вы можете попробовать следующее:

^{смоделировать эту схему}

Здесь \$Q_2\$ работает как эмиттерный повторитель, а \$R_3\$ используется для регулировать ток в светодиоде. Я предположил примерно \$1\:\text{V}\$ через \$R_3\$. Учитывая это и предполагая около \$V_{\text{BE}_1}\приблизительно 800\:\text{мВ}\$, это означает, что мы хотим около \$3,2\:\text{V}\$ в основании \$Q_1\$ (когда светодиод на . ) На данный момент есть проблема — я не могу быть уверен, что \$Q_1\$ насыщен. Это может быть не так — это зависит от требуемого напряжения светодиода. Просто чтобы справиться с ситуацией, я решил, что мне нужно не менее \$3\:\text{мА}\$ в \$R_2\$ (это будет гарантировать определенный диапазон эмиттерных токов для \$Q_2\$), поэтому я установил \$R_2=\frac{5\:\text{V}-3.2\:\text{V}}{3\:\text{mA}}\ приблизительно 560\:\Omega\$. \$Q_2\$ будет насыщен дизайном (\$R_4\$ гарантирует это), и поэтому я ожидаю около \$2,5\:\text{V}\$ на основе \$Q_2\$. Если я предполагаю, что базовый ток \$Q_1\$ будет примерно таким же, как я только что установил для \$R_2\$ (это предполагает \$\beta_1\ge 20\$), это означает, что мне нужно иметь возможность сток \$6\:\text{мА}\$ (чего может достичь контакт ввода-вывода RPi). Итак, \$R_1=\frac{2.5\:\text{V}}{6\:\text{мА} }\приблизительно 470\:\Омега\$.

Когда светодиод выключен , контакт ввода-вывода находится в точке \$3. 3\:\text{V}\$ и я хочу, чтобы база в точке \$Q_1\$ была не менее \$4.5\:\ text{V}\$, так что это тоже от . Это означает, что основание \$Q_2\$ будет примерно \$3,8\:\text{V}\$. Таким образом, базовый ток в \$Q_2\$ теперь будет примерно \$1\:\text{мА}\$. Почти весь этот ток будет получен через \$R_2\$, а это означает, что только около \$560\:\text{мВ}\$ через него. Это убедительно свидетельствует о том, что \$Q_1\$ будет равно 9.0030 off , что и нужно.

Чтобы обеспечить полное насыщение \$Q_2\$ в обоих случаях и учитывая, что ток коллектора для \$Q_2\$ не будет большим в любой ситуации, хорошей идеей будет сделать его коллекторный резистор «большим». Приняв близко к сердцу светодиод *от корпуса , я бы хотел, чтобы резистор коллектора был как минимум в \$11\раз\$ больше, чем \$R_2\$, но, учитывая мою неуверенность в состоянии насыщения \$Q_1\$ это должно быть как минимум вдвое больше, опять же. Таким образом, по крайней мере \$22\times\$ больше, чем \$R_2\$. Я выбрал \$R_4=22\:\text{k}\Omega\$. Возможно, вы сможете обойтись меньшим, но я бы предпочел, чтобы вы этого не делали.

Теперь вы можете настроить \$R_3\$, чтобы получить нужный ток светодиода. (Значение, которое я указал, является всего лишь предположением, и существует ряд факторов, таких как температура окружающей среды и рабочая температура, которые будут влиять на ваш фактический выбор.)

---

Я не считаю ни один из них особенно хорошим выбором. Оба могут демонстрировать очень низкий уровень тока светодиода при выключении , что может быть заметно при некоторых обстоятельствах. Оба могут быть скорректированы (например, попробуйте \$R_2=470\:\Omega\$ во 2-м контуре), чтобы помочь в этом. Но ни одна из схем не идеальна.

Будет лучше, если вы подберете несколько различных типов транзисторов, чтобы избежать необходимости использовать неправильные активные устройства, что приведет к некоторым компромиссам в ваших целях.

Определение, конструкция, работа, схема и использование

0

Сохранить

Скачать публикацию в формате PDF

Транзистор — это полупроводниковый прибор. Это основной компонент во многих электрических цепях. Благодаря своей способности регулировать напряжение или ток, протекающий по цепи, он используется в качестве регулятора или переключающего компонента в цепях. Его можно использовать для управления, усиления или генерации электрических сигналов. Большинство транзисторов состоят из полупроводников P- и N-типа. Транзистор PNP использует один слой полупроводника N-типа и два слоя полупроводника P-типа.

Читайте дальше, чтобы узнать больше о транзисторах PNP, их конструкции, принципе работы, использовании и чем они отличаются от транзисторов NPN с ответами на часто задаваемые вопросы.

PNP-транзистор

Как следует из названия, PNP-транзистор состоит из слоя полупроводника N-типа, расположенного между двумя полупроводниками P-типа.

Транзистор PNP, как показано на рисунке выше, включает три вывода:

• Эмиттер
• Коллектор
• База

Излучатель — Излучатель — это секция, поставляющая большинство носителей заряда. Эмиттер всегда смещен вперед по отношению к базе. Эмиттер прижимает отверстия к основанию. Таким образом, обычный ток течет к базе от эмиттера.

Коллектор – Область коллектора, как следует из названия, собирает большую часть заряда. Переход коллектор-база всегда смещен в обратном направлении и слегка легирован.

База – Центральная часть транзистора известна как база. База образует две цепи: входную с эмиттером и выходную с коллектором. Он действует как устройство управления воротами.

Узнайте больше об электрическом сопротивлении здесь

Конструкция PNP-транзистора

Конструкция PNP-транзистора включает слой полупроводников N-типа между двумя слоями полупроводников P-типа.

Области эмиттера и коллектора сильно легированы по сравнению с базовыми областями. Следовательно, обедненная область на обоих стыках проникает в базовую область. Площадь слоя Emitter and Collector больше по сравнению с базовым слоем.

В области полупроводника N-типа базы доступно большое количество свободных электронов. Однако, поскольку ширина среднего слоя очень мала и слабо легирована, в базовой области присутствует значительно меньше свободных электронов.

Также читайте об электроэнергии здесь

Принцип работы транзистора PNP

Положительная клемма источника соединяется с клеммой эмиттера, а отрицательная клемма соединяется с базовой клеммой. Таким образом, переход эмиттер-база включен в прямом смещении. Точно так же положительная клемма второго источника соединяется с базовой клеммой, а отрицательная клемма соединяется с клеммой коллектора. Таким образом, переход Коллектор-База включен в обратном смещении.

Из-за типа смещения область истощения эмиттер-база узкая, а область истощения коллектор-база широкая.

Соединение эмиттер-база находится в прямом смещении, поэтому очень большое количество дырок из эмиттера пересекают область обеднения и входят в базу, но очень мало электронов входят в эмиттер из базы и рекомбинируют с дырками. Потери дырок в эмиттере должны быть равны количеству электронов, присутствующих в базовом слое, но количество электронов в базовом слое очень мало, потому что это очень слабо легированная и тонкая область. Таким образом, почти все дырки пересекают область истощения и входят в область основания. Благодаря этому движению электронов возникает ток. Это ток эмиттера (IE), а дырки составляют большинство носителей заряда в токе эмиттера.

Оставшиеся дырки, которые не рекомбинируют с электронами в Базе, отправляются в Коллектор. Ток коллектора (IC) также протекает из-за наличия отверстий.

Узнайте больше об электрическом потенциале здесь

Разница между NPN и PNP Transistor

964669

NPN Transistor	PNP Transistor	.	Ток течет из области эмиттера в область коллектора.
Слой полупроводника P-типа расположен между двумя слоями полупроводника N-типа.	Слой полупроводника N-типа расположен между двумя слоями полупроводника P-типа.
Транзистор находится во включенном состоянии, когда в области базы имеется большой ток.	Транзистор находится в положении ВКЛ, когда ток в области базы отсутствует.

Вам может быть интересно узнать о токе и электричестве

Использование транзистора PNP

Применение транзистора PNP:

• Они используются в качестве переключателей.
• Используется в схемах тяжелых двигателей
• В схемах усиления.
• В робототехнике.

Надеюсь, что эта статья была полезной для передачи новых знаний. Вы можете ознакомиться с другими статьями по физике для лучшего понимания концепций. Чтобы узнать больше о таких интересных концепциях и их реальном использовании, следите за сайтом Testbook или в приложении Testbook. Загрузите приложение Testbook прямо сейчас!

Часто задаваемые вопросы о PNP-транзисторах

Q. 1 Для чего используется PNP-транзистор?

Ans.1 Транзисторы PNP используются для различных приложений, таких как переключатели, усилительные схемы, тяжелые двигатели и другие схемы повседневного использования.

Q.2 Как PNP-транзистор работает в качестве переключателя?

Ans.2 Для использования PNP-транзистора в качестве переключателя условия работы транзистора: нулевой входной базовый ток (IB), нулевой выходной ток коллектора (IC) и максимальное напряжение коллектора (VCE). привести к большому обедненному слою и отсутствию тока, протекающего через устройство. Поэтому транзистор переключается «Полностью ВЫКЛ».

В.3 Как проверить транзистор PNP?

Ответ 3 Цифровой мультиметр можно использовать для проверки типа транзистора NPN или PNP.

Q.4 Когда транзисторы PNP используются в качестве усилителя?

Ans. 4 Транзисторы PNP используются в качестве усилителей только при необходимости. Транзисторы NPN предпочтительнее транзисторов PNP из-за их превосходных характеристик.

В.5 Каковы характеристики транзисторов PNP?

Ans.5 PNP-транзисторы имеют слабо легированную базу
Сильно легированные области эмиттера и коллектора
Тонкие обедненные области
Прямо смещенный переход эмиттер-база
Обратно смещенный переход коллектор-база.

Скачать публикацию в формате PDF

Дополнительные сведения на testbook.com

Схема LCR: определение, типы, компоненты, значение и применение
Формула лимонной кислоты: определение, структура, название IUPAC и применение
Кривая: определение и типы с изображениями, формулами и примерами
Коммутация цепей: определение, типы, фазы и характеристики Примеры!

Что это такое и как это работает

Транзистор как переключатель

Источник: Wikimedia Commons Но знаете ли вы, что транзисторы могут быть тем, что вам нужно для коммутационных приложений? Да, мы можем заставить транзистор работать как переключатель.

Также транзистор легко использовать в качестве переключателя в любой цепи, и он эффективно работает для замыкания и размыкания ваших ходов. Кроме того, в качестве переключателей можно использовать как транзисторы NPN, так и PNP.

В этой статье вы узнаете все о транзисторных переключателях и о том, как они работают. Даже если это немного сложно, мы разберем его для вас.

Так что держись!

Содержание

Почему мы используем транзисторы в качестве переключателей

У нас есть различные типы переключателей, включая кнопочные переключатели, ползунковые переключатели, тумблеры и т. д. Несмотря на разнообразие элементов управления, почему мы используем транзисторы в качестве переключателей? Поскольку все кнопки имеют одинаковые функции, почему мы предпочитаем транзистор?

Кнопочный переключатель

Источник: Wikimedia Commons

Причина проста. В то время как другие переключатели в основном механические, транзисторные переключатели являются чисто электрическими. Транзисторы не требуют вмешательства человека и могут включаться и выключаться в зависимости от силы тока.

Рабочие зоны

Транзисторные переключатели имеют две рабочие зоны, включая зону отсечки и зону насыщения.

Зона отсечки

Для транзисторных ключей, работающих в области отсечки, рабочие условия: нулевой ток коллектора на выходе (I _C ), нулевой входной ток базы (I _g ) и максимальное собираемое напряжение (V _CE ). В этих рабочих условиях ток через устройство не протекает. Кроме того, на схеме имеется большой обедненный слой, из-за которого транзистор полностью отключается.

Характеристики отсечки

• Напряжение база-эмиттер менее 0,7 В
• Переход база-коллектор остается в режиме обратного смещения
• Кроме того, база и вход остаются заземленными (0 В)
• Переход база-эмиттер также остается в режиме обратного смещения
• V _OUT = V _CE = V _CC = «1»
• Транзисторный ключ полностью выключен
• Здесь транзисторы работают как открытый ключ
• Нет протекания тока коллектора (I _C = 0)

На самом деле у транзисторного ключа, работающего в области отсечки или в режиме OFF, два перехода работают в режимах обратного смещения. Кроме того, если вы используете транзистор PNP, потенциал эмиттера будет вреден для базы.

Область насыщения

Когда ваш транзистор работает в области насыщения, он остается в режиме прямого смещения, позволяя серии результатов генерировать небольшой слой обеднения. Кроме того, это позволит максимальному току протекать через транзистор. Таким образом переводя транзисторный ключ в полностью включенное состояние. Результаты, которые приводят к этому эффекту, включают; применяемый максимальный ток базы = максимальный ток коллектора = минимальное падение напряжения коллектор-эмиттер.

Характеристики насыщения

• Можно подключить вход и базу к V _CC
• Транзисторный переключатель полностью включен
• Напряжение база-эмиттер больше 0,7 В
• Переход база-коллектор остается в режиме прямого смещения
• Переход база-эмиттер остается в режиме прямого смещения
• Идеальная насыщенность V _CE = 0
• Здесь транзистор работает как замкнутый ключ
• Максимальный ток коллектора = I _C = V _CC /R _L )
• В _{ВЫХ =} В _CE = 0

Таким образом, транзистор, работающий в режиме «включено» или в области насыщения, будет иметь два перехода, работающих в режиме прямого смещения. Напротив, у вас должен быть положительный потенциал эмиттера относительно базы, если это PNP-транзистор.

Как работает транзисторный переключатель?

Когда ваш транзистор работает как твердотельный переключатель SPST (однополюсный на одно направление), вы можете подать нулевой сигнал на базу транзистора, чтобы перевести его в режим OFF. Когда он выключен, он служит разомкнутым выключателем и блокирует протекание тока нулевого коллектора.

Когда вы подаете положительный сигнал на базу, он переводит транзистор в режим ON. Затем транзистор становится замкнутым переключателем и позволяет максимальному току течь по цепи.

Кроме того, существует простой способ переключения любой мощности с умеренной на высокую. Все, что вам нужно сделать, это соединить эмиттерную клемму транзистора непосредственно с землей и соединить транзистор с выходом с открытым коллектором.

Если вы используете свой транзисторный ключ таким образом, вы сможете поглотить любое чрезмерное напряжение на землю. Таким образом, вы можете контролировать любую нагрузку, которую вы подключаете к своей цепи.

NPN-транзистор в качестве переключателя

Интересно, что в качестве переключателей можно использовать как PNP-, так и NPN-транзисторы.

Операции переключения могут происходить только при подаче достаточного напряжения на базу выводов транзистора. Кроме того, когда вы прикладываете достаточное напряжение между эмиттером и землей, напряжение между эмиттером и коллектором будет равно 0. По этой причине транзистор будет служить в качестве короткого замыкания.

Кроме того, подача нулевого напряжения на вход заставит транзистор работать в области отсечки, что сделает его разомкнутой цепью. Вы можете использовать контрольную точку для подключения нагрузки к коммутационному выходу для этого коммутационного соединения.

Включение транзистора позволит току течь через нагрузку от источника к земле.

NPN-транзистор в качестве переключателя

 

PNP-транзистор в качестве переключателя

 

Работа PNP-транзистора в качестве переключателя аналогична работе NPN-транзистора. Однако разница заключается в том, что ток течет от базы. Следовательно, вы можете использовать этот тип операции переключения для конфигураций с отрицательным заземлением.

Кроме того, в случае PNP-транзистора вывод базы всегда находится в режиме отрицательного смещения на основе эмиттера.

Ток будет течь только при отрицательном базовом напряжении для операции переключения PNP. Почему? Потому что вы используете точку отсчета для подключения транзистора к коммутационному выходу. Следовательно, при включении транзистора ток будет протекать через транзистор от источника, прежде чем достигнет земли.

 

PNP-транзистор в качестве переключателя Схема

 

Транзистор для переключения светодиода

Кроме того, вы можете использовать транзистор для переключения светодиода. Вот как это работает.

Когда переключатель терминала базы установлен в разомкнутое положение, ток через базу не течет. Таким образом, транзистор будет работать в области отсечки. Следовательно, транзистор будет разомкнут, а светодиод останется выключенным.

В отличие от этого, когда переключатель установлен в замкнутое положение, ток базы будет протекать через транзистор и изменит его работу на область насыщения. Таким образом, светодиод включится.

Кроме того, вы можете использовать резисторы, чтобы ограничить ток, протекающий через базу к светодиоду, чтобы избежать повреждения. Кроме того, вы даже можете регулировать яркость светодиода, изменяя сопротивление на пути базового тока.

Транзистор для переключения светодиодной схемы

Транзистор для управления реле

Интересно, что вы можете управлять работой реле с помощью транзистора. Немного подготовившись, вы запитаете катушку реле транзистором, что позволит вам предотвратить любую дополнительную нагрузку, которую вы подключаете к ней.

Вход, который вы подаете на базу, должен переводить транзистор в режим насыщения, чтобы это работало. Таким образом, вы можете подать питание на катушку и управлять контактами реле.

Внезапное отключение питания от индуктивных нагрузок может привести к сохранению высокого напряжения на катушке реле. Кроме того, постоянное высокое напряжение потенциально может разрушить вашу схему. По этой причине вам необходимо подключить диод параллельно индуктивной нагрузке. К счастью, вы можете использовать это для защиты своего курса от напряжений, генерируемых индуктивной нагрузкой.

Схема цепи транзистора для управления реле

Транзистора для привода двигателей

Наконец, вы можете использовать транзистор для регулирования и контроля скорости двигателя постоянного тока. Кроме того, вы можете сделать это однонаправленным, переключая транзистор через частые промежутки времени.

Имейте в виду, что двигатель постоянного тока также является индуктивной нагрузкой. Поэтому вам нужно соединить его с диодом, если вы хотите защитить свою цепь.

Теперь вы можете включать и выключать двигатель постоянного тока, просто переключая транзистор из области насыщения в область отсечки. Кроме того, вы можете изменить транзистор на переменной частоте, чтобы управлять скоростью двигателя от низкой до полной скорости.

Транзисторы для управления двигателями Принципиальная схема

Применение

Действительно, основным применением транзисторного переключателя является управление потоком энергии от одной части схемы к другой. По сути, работа транзистора в области насыщения или отсечки создаст эффект включения/выключения любого механического переключателя. Другие области применения транзисторного переключателя включают:

• Цифровые логические элементы

Цифровые логические элементы

Источник: Бесплатный SVG

• Схемы Н-моста
• Генераторы

Генератор

Источник: Wikimedia Commons

• Сопряжение высоковольтных устройств, таких как двигатели, светодиоды и реле

Реле

Источник: Wikimedia Commons

Заключительные слова

Короче говоря, транзисторы могут служить электрической версией механических переключателей, которые работают на основе тока, а не физического прикосновения. По правде говоря, транзисторные переключатели могут выполнять широкий спектр приложений, даже больше, чем несколько перечисленных выше.

Хотя использовать транзисторный ключ легко, убедитесь, что вы используете маховик, когда имеете дело с индуктивными нагрузками, чтобы не повредить цепь.

Если вы хотите, чтобы ваш транзистор переключился на простую схему и у вас есть еще вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам, и мы будем рады помочь.

 

 

Что такое PNP-транзистор: как он работает и его применение

Привет, читатели, приветствуем вас в новом посте. В этом посте мы узнаем Введение в ПНП-транзистор. Транзистор — это устройство, которое используется в различных приложениях переключения и усиления. Он имеет 2 основные категории: первая — NPN, а вторая — PNP. Транзистор PNP имеет такую ​​структуру, что на обоих концах имеется три слоя из материала типа P, а в середине расположен полупроводник N.

У него есть три основных вывода: первый — эмиттер, второй — коллектор, а третий — база. Здесь мы рассмотрим различные параметры этих компонентов и узнаем, как их можно использовать в разных проектах, так что давайте начнем.

Знакомство с PNP-транзисторами

• Современные электронные схемы основаны на кремнии, а поскольку кремниевые транзисторы могут выдерживать большие напряжения и большие токи, они считаются очень хорошими транзисторами.

• Однако в процессе производства кремниевые транзисторы иногда вздуваются в определенных точках, что приводит к их деформации. Полупроводники P-типа и N-типа могут быть использованы при создании PNP-транзисторов, поскольку эти два полупроводника могут выдерживать большое напряжение и большой ток.
• На самом деле типичный PNP-транзистор имеет срок службы в тысячи часов и не может плавиться при температуре ниже 7°C.
• Кроме того, транзистор PNP может выдерживать 100 А, тогда как транзистор NPN может выдерживать только 7 А.
• Так зачем же использовать в электронных схемах PNP-транзисторы вместо старых добрых NPN-транзисторов?

Работа PNP-транзистора

• Типичный PNP-транзистор состоит из донорного и акцепторного полупроводников. Полупроводник N-типа содержит один положительный и один отрицательный тип электронов. С другой стороны, полупроводники P-типа содержат дырки или дырки.
• Таким образом, когда электроны проходят через транзистор PNP, они могут быть собраны как значения «включено» или «выключено», тогда как когда они проходят через транзистор PNP, они могут быть собраны как состояния «включено» или «выключено».
• Чтобы построить PNP-транзистор, два полупроводника помещают в противоположные состояния, а затем соединяют последовательно, используя переход посередине. Электрод затвора PNP-транзистора соединен последовательно с коллектором, а электрод затвора PNP-транзистора последовательно соединен с эмиттером.

Распиновка PNP

• Существует 3 основных распиновки, которые объясняются здесь.

• Излучатель: На этом контакте осуществляется вход.
База
• : эта распиновка работает как контроллер и имеет меньшую площадь, чем две другие, управляющие током, протекающим между эмиттером и коллектором.
• Коллектор: Эта часть имеет большую площадь, и вывод берется из этого компонента.

Моделирование проекта транзистора PNP

• Транзистор PNP обычно используется в качестве переключателя и усилителя в различных электронных устройствах и проектах.
• В случае переключателя он управляет всей работой схемы и, как усилитель, увеличивает выходное значение схемы до требуемого значения.
• Здесь я хочу отметить, что если вы работаете над этим модулем и хотите сделать усилитель или коммутатор для своего проекта. Вы должны иметь соответствующие знания об этом.
• Если вы новичок в электронике или у вас меньше опыта в этом, вам необходимо проконсультироваться с производителями, которые могут помочь вам сделать ваш проект.
• Для этого я рекомендую ваш единственный и неповторимый PCBWAY. Он является экспертом в области электроники, а также предлагает различные компоненты, связанные с электроникой, специально предоставленные различные категории печатных плат, которые используются в проектах с высоким качеством и доступными ценами.
• PCBWAY не только помогает делать проекты, но и выполняет все требования, которые вы просили добавить к своим проектам.
• Они также устанавливают связи со своими клиентами от начала до конца проектов и поддерживают уровень для выполнения потребностей проекта.
• Они также предложили спонсорскую программу для студентов, чтобы сделать проекты, вы также должны их предложения. В конце концов, это одно из мест, где вы можете получить все, что вам нужно для ваших электронных проектов.

Типы PNP-транзисторов

• Существуют различные типы PNP-транзисторов, в том числе те, которые работают на PNP-переходе, те, которые работают на NPN-переходе, и некоторые, которые работают по правилу нечетных квантов.
• Существуют следующие типы: Транзисторы с PNP-переходом являются наиболее широко используемыми PNP-транзисторами, поскольку они обеспечивают хорошие характеристики по току при относительно низкой мощности.
Транзисторы с PNP-переходом
• могут плохо работать с легированными полупроводниковыми слоями N-типа, потому что легированные слои имеют тенденцию нагреваться, делая транзистор проводящим и изнашивая его быстрее.

• Использование транзистора с PNP-переходом требует твердого металлического барьера между переходом и базой. Использование легированных полупроводников подвержено эффекту памяти, когда транзистор работает неправильно из-за слишком высокой температуры его базы.

Применение транзисторов PNP

• Схема источника питания Транзистор PNP используется при создании силовых трансформаторов переменного тока и источников питания постоянного тока. Поскольку PNP является разнородным и взаимодополняющим проводником электричества, он также является отличной схемой выпрямителя, такой как диод Зенера.
Выпрямители
• PNP часто используются для подавления высокочастотного шума, возникающего при больших токах, например, в выпрямителе, что позволяет добиться более чистого звучания усилителей и громкоговорителей.

• Радиосхема PNP-транзистор используется при создании радиоприемников, излучающих электромагнитные волны. Он работает, посылая радиоволны между двумя электродами одного из выводов транзистора.
Транзисторы
• из материала PNP также используются в FM-радиоприемниках. Цифровая связь Транзистор PNP полезен в цифровой связи.

Это все о транзисторе PNP. Я объяснил все параметры этого модуля с подробностями, которые все еще имеют какие-либо проблемы, пожалуйста, укажите здесь. Я решу все ваши вопросы. Спасибо за чтение.

Новое поступление алюминиевых плит, всего 2 доллара США

Купоны на 54 доллара также могут применяться к заказам на 3D-печать. Специальное предложение для 3D-печати начинается с 19 долларов. 0033

Автор: Генри

http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер, выпускник известного инженерного университета, также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также являюсь автором технического контента, мое хобби — исследовать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Что такое транзистор PNP? Его конструкция, работа и применение

Транзистор PNP – конструкция транзистора BJT, работа и применение в качестве переключателя и усилителя

Транзисторы меньше электронных ламп и были изобретены Дж. Барденом и У.Х. Браттейн из Bell Laboratories, США. Когда к диоду добавляется третий легированный элемент таким образом, что образуются два PN-перехода, полученное устройство называется транзистором.

Содержание

Что такое транзистор PNP?

Конструкция транзистора PNP, как следует из названия, состоит из полупроводникового материала N-типа, помещенного между двумя полупроводниковыми материалами P-типа. На самом деле материал P-типа обычно намного толще по ширине по сравнению с материалом N-типа.

Эмиттер PNP-транзистора сильно легирован, а его база слабо легирована, а коллектор умеренно легирован. При дифференциации слоев транзистора в зависимости от площади, которую они занимают в устройстве, основание очень тонкое, коллектор большой, потому что он должен рассеивать тепло, а эмиттер имеет умеренную толщину.

Транзистор имеет два PN-перехода, один из которых смещен в прямом направлении, а другой — в обратном. Путь для носителей через прямое смещение имеет низкое сопротивление, а через обратное смещение имеет высокое сопротивление. Слабый сигнал подается в качестве входа в цепь с низким сопротивлением, а выходной сигнал берется из цепи с высоким входом.

Таким образом, транзистор передает сигнал от низкого сопротивления к высокому сопротивлению. Он передает сопротивление из одной цепи в другую, поэтому называется транзистором. Состоит из слов «передача» и «резистор». Основными носителями в этих типах транзисторов являются дырки, а неосновными носителями — электроны.

Конструкция транзистора PNP

Транзистор состоит из трех секций легированных полупроводников. С одной стороны у него эмиттер, а с другой коллектор. Средняя часть называется основанием. Ниже мы описали все три части транзистора.

Излучатель:

Работа излучателя заключается в подаче носителей заряда. Чтобы обеспечить большое количество носителей заряда, эмиттер всегда смещен в прямом направлении по сравнению с базой.

База:

Средняя часть транзистора, образующая два PN-перехода между эмиттером и коллектором, называется базой. Переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, что обеспечивает низкое сопротивление цепи эмиттера. Переход база-коллектор смещен в обратном направлении, что обеспечивает высокое сопротивление в цепи коллектора.

Коллектор:

Секция на другой стороне эмиттера, которая собирает заряды, называется коллектором. Коллектор всегда смещен в обратном направлении.

Поскольку транзистор имеет два PN-перехода, он подобен двум диодам. Переход между эмиттером и базой можно назвать диодом эмиттер-база или эмиттерным диодом. Точно так же соединение между коллектором и базой можно назвать диодом коллектор-база или коллекторным диодом.

Из приведенных выше конфигураций PN-переходов видно, что эмиттерный диод всегда смещен в прямом направлении, а коллекторный диод смещен в обратном направлении. Транзистор PNP представляет собой устройство, управляемое током.

Конфигурация транзистора PNP показана ниже.

На приведенном выше рисунке показана принципиальная схема PNP-транзистора, хотя толщина каждого слоя указана не в масштабе. Символическое представление транзистора PNP такое же, как у транзистора другого типа NPN, за исключением того, что теперь стрелка направлена ​​от эмиттера к базе, тогда как в транзисторе NPN стрелка указывает от базы к эмиттеру.

Напряжение между базой и эмиттером зависит от смещения перехода. Это делает базу отрицательной, а эмиттер положительной. База всегда имеет отрицательное смещение по отношению к эмиттеру . Поскольку напряжение коллектора всегда меньше напряжения базы, а напряжение базы меньше напряжения эмиттера, как правило, в транзисторе PNP напряжение на эмиттере всегда более положительное, чем на двух других выводах.

Два транзистора PNP и NPN могут взаимозаменяемо использоваться в большинстве электронных схем с учетом полярности напряжения и направления тока.

Учитывая, что существует два типа транзисторов, могут возникнуть трудности с идентификацией данного транзистора для правильного использования. Чтобы правильно идентифицировать устройство, нам нужно иметь правильное представление об устройстве, с которым мы работаем. Как мы уже говорили, PNP-транзистор представляет собой устройство, состоящее из двух диодов, соединенных встык.

Мы можем использовать наши знания о диодах, чтобы определить тип транзистора, с которым мы работаем. Кроме того, наряду с однонаправленной проводимостью диодов, мы также можем использовать различное сопротивление, которое транзистор предлагает на разных выводах, чтобы подтвердить наш прогноз устройства. Чтобы идентифицировать устройство, необходимо помнить о следующих моментах:

Клемма эмиттер-база: Между клеммами эмиттер-база установлен диод, поэтому эти две клеммы должны функционировать как обычный диод и проводить только через один направление.

Клемма коллектор-база: Диод аналогичен клеммам коллектор-база. Эти клеммы снова должны действовать как клеммы обычного диода и проводить ток только в одном направлении.

Клеммы эмиттер-коллектор: Клеммы эмиттер-коллектор не соединены внутри и, следовательно, не будут проводить ток ни в одном направлении.

В таблице ниже показаны значения сопротивления выводов для PNP-транзисторов.

Между клеммами транзисторов		Значения резисторов
Коллектор	Излучатель	R_высокий
Коллектор	База	R_низкий
Излучатель	Коллектор	R_высокий
Излучатель	База	R_низкий
Основание	Коллектор	R_высокий
Основание	Излучатель	R_высокий

Можно сказать, что PNP-транзистор обычно находится в состоянии NO (нормально открытый). Чтобы транзистор начал проводить, нам нужно провести небольшой выходной ток и подать сравнительно большее отрицательное напряжение на вывод базы по сравнению с выводом эмиттера .

Короче говоря, транзистор типа PNP будет проводить, когда напряжение на эмиттере намного больше, чем напряжение на коллекторе. В состоянии ВКЛ ток, протекающий через эмиттер-коллектор, намного выше, чем в состоянии ВЫКЛ.

На следующем рисунке показаны транзисторы BC547 NPN и BC557 PNP .

Смещение и работа PNP-транзистора

Как обсуждалось выше, можно сказать, что PNP-транзистор находится в нормально открытом состоянии. Включение PNP-транзистора требует, чтобы напряжение на клемме базы было ниже, чем на клемме эмиттера.

При включении ток, генерируемый основными носителями, в данном случае дырками, начинает течь из части база-эмиттер транзистора. Этот поток тока затем течет к базе и, наконец, к коллектору.

По направлению протекания тока в транзисторе выводы PNP-транзистора можно разделить на входные и выходные порты. Входной терминал является базой, а выход — эмиттером и коллектором.

Базовая область — это часть PNP-транзистора, которая регулирует малые токи, которые, в свою очередь, контролируют большие токи между эмиттером и коллектором в транзисторе. Источник напряжения подключается к клемме эмиттера, а нагрузка подключается к клемме коллектора.

Одним из наиболее заметных применений транзистора PNP является тип усилителей, называемый усилителями класса B. Он используется вместе с транзистором NPN для формирования транзисторной схемы «комплементарной» или «согласованной пары». Комплементарное транзисторное соединение — это просто пара транзисторов NPN и PNP с очень похожими характеристиками друг друга.

В качестве примера комплементарного соединения транзисторов можно использовать два транзистора, TIP3055 (транзистор NPN) и TIP2955 (транзистор PNP). Они имеют хорошую совместимость, так как они оба имеют коэффициент усиления постоянного тока, согласованный в пределах 10% друг от друга, и высокий ток коллектора, почти 15 А, что идеально подходит для приложений управления двигателем.

В следующей таблице показаны точки измерения и результаты для транзистора BC 557 PNP при проверке и измерении значений транзистора PNP с помощью цифрового мультиметра.

БК 557 ПНП	Точки измерения	Результат
	1-2	ОЛ
	1-3	ОЛ
	2-1	0,733 В постоянного тока
	2-3	0,728 В пост. тока
	3-1	ОЛ
	3-2	ОЛ

Следующее уравнение(я) для транзистора можно использовать для расчета токов базы, эмиттера и коллектора PNP-транзистора.

• I _C  = I _E – I _B
• I _B  = I _E – I _C
• I _E  = I _B  + I _C

Общие выражения для отношения между альфа, бета и гамма (α β и γ) в транзисторе приведены ниже:

• α = β / (β + 1)
• β = α / (1-α)
• γ = β +1

Примечание. Мы уже обсуждали коэффициенты α β и γ, коэффициент усиления по току, коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по мощности и т. д. в транзисторе PNP, и они одинаковы для транзисторов PNP и NPN.

Транзистор PNP в качестве переключателя       

Полупроводниковые устройства в целом нашли свое применение во многих электронных приложениях. Их можно использовать для усиления, логических операций, переключения и т. д. Транзистор PNP можно использовать в качестве переключателя, и это одно из его основных применений.

Транзистор PNP, используемый в качестве переключающего устройства, называется биполярным транзистором. Название «биполярный» указывает на то, что оба типа носителей заряда используются в работе транзистора с биполярным переходом.

Схема переключения транзисторов PNP работает так же, как и схема переключения транзисторов NPN, за исключением того, что ток течет от базы. В схеме транзистора PNP база всегда смещена отрицательно по отношению к эмиттеру, и этот тип переключения используется для конфигурации с отрицательным заземлением.

В схеме включения транзистора PNP нагрузка подключается к клемме коллектора как выход переключения транзистора в качестве нагрузки. В этой конфигурации ток течет от источника через транзистор к нагрузке и, наконец, к земле. В этой схеме переключения эмиттер подключен к источнику согласованного напряжения, коллектор подключен к нагрузке (светодиод), а затем к земле, в то время как вход такой же, как PNP, то есть базовая клемма.

Короче говоря,

• Если базовое напряжение отрицательное (земля или низкое) = транзистор включен, как замкнутый переключатель
• Если базовое напряжение положительное (высокое) = транзистор выключен, как открытый ключ

Режимы работы транзисторов и кривые

В зависимости от смещения внутренних диодов транзисторов режимы работы при использовании для коммутации можно разделить на четыре режима. Этими режимами работы являются области отсечки, активности, насыщения и пробоя.

Активный режим

В этом режиме работы транзистор часто используется в качестве усилителя тока. Два диода в транзисторе имеют противоположное смещение, это означает, что один смещен в прямом направлении, а другой — в обратном. В этом режиме ток течет от эмиттера к коллектору.

Режим отсечки

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

Режим насыщения

В этом режиме работы оба диода в транзисторах смещены в прямом направлении. В этом режиме ток течет без каких-либо ограничений от коллектора к эмиттеру. Это происходит, когда напряжение на базе-эмиттере высокое. Этот режим называется включенным состоянием.

Режим пробоя

Когда значение коллекторного напряжения выходит за допустимые пределы, происходит пробой коллекторного диода и ток коллектора резко увеличивается до опасного уровня. По этой причине транзистор не должен работать в области пробоя. Например, В 2Н3904, при увеличении значения коллекторного напряжения более 40В сразу начинается область пробоя, что приводит к повреждению схемы транзистора.

Применение

• В основном используются в качестве переключателей.
• Используются в схемах усиления.
• Используются в парных схемах Дарлингтона (многотранзисторная конфигурация).
• В последнее время они также используются для робототехники.
Транзисторы
• PNP используются для управления потоком тока в электродвигателях.
Транзисторы
• PNP используются для получения спорной и одновременной мощности в цепях с согласованной парой.

Похожие сообщения:

• Что такое транзистор NPN? Строительство, работа и применение
• Тиристорно-кремниевый выпрямитель (SCR)
• Что такое выпрямитель? Типы выпрямителей и их работа
• Схема электронного релейного переключателя с использованием каналов NPN, PNP, N и P
• Транзистор, MOSFET и IGFET Обозначения
• Автоматическая система управления уличным освещением с использованием LDR и транзистора BC 547
• В чем разница между транзистором и тиристором (SCR)?

Транзистор PNP

Когда один n-тип полупроводниковый слой зажат между двумя p-типами полупроводниковых слоев формируется pnp-транзистор.

ПНП условное обозначение транзистора

символ цепи и диод аналогия транзистора pnp показана ниже фигура.

ПНП транзисторная конструкция

pnp-транзистор состоит из трех полупроводниковых слоев: один Слой полупроводника n-типа и два полупроводника p-типа слои.

Слой полупроводника n-типа зажат между двумя слоями p-типа. полупроводниковые слои.

pnp-транзистор имеет три вывода: эмиттер, базу и коллекционер. Клемма эмиттера подключена к левому боковой p-слой. Коллекторная клемма подключается к правый слой p-типа. Базовый терминал подключен на слой n-типа.

транзистор pnp имеет два p-n соединения. Между эмиттером образуется один переход и база. Этот переход называется переходом эмиттер-база. или эмиттерный переход. Другое соединение образуется между база и коллектор. Это соединение называется переход коллектор-база или коллекторный переход.

Работа п-н-п транзистор

Беспристрастный pnp транзистор

Когда нет напряжения применяется к транзистору p-n-p, говорят, что это несмещенный pnp-транзистор. С левой стороны р-область (эмиттер) и правая р-область (коллектор), отверстия являются мажоритарными носителями и бесплатны электроны являются неосновными носителями, тогда как в n-область (база), свободные электроны являются основными носителями а дырки являются неосновными носителями.

Мы известно, что носители заряда (свободные электроны и дырки) всегда старайтесь двигаться из области с более высокой концентрацией в область с более низкой область концентрации.

Для отверстия, p-область является областью более высокой концентрации и n-область — область более низкой концентрации. Точно так же для свободные электроны, n-область — это область с более высокой концентрацией р-область — область более низкой концентрации.

Следовательно, в отверстия на левой стороне p-области (эмиттер) и на правой стороне p-область (коллектор) испытывают силу отталкивания от каждого Другой. В результате отверстия слева и справа боковые p-области (эмиттер и коллектор) переместятся в n-регион (база).

Во время В этом процессе дырки встречаются со свободными электронами в n-области (основания) и рекомбинирует с ними. Как результат, область истощения (положительные и отрицательные ионы) образуется в переходе эмиттер-база и база-коллектор узел.

В переход эмиттера к базе, обедненная область пронизана аналогично ближе к основанию; от базы к коллектору стыка, область обеднения проникает больше в сторону базовая сторона.

Это потому что на переходе эмиттер-база эмиттер сильно легировано, а основание слабо легировано, поэтому истощение область проникает больше в сторону основания и меньше в сторону эмиттера. Аналогично от базы к коллектору переход, коллектор сильно легирован, а база слегка легирован, так что обедненная область проникает больше к со стороны основания и меньше со стороны коллектора.

коллекционер область слабо легирована, чем область эмиттера, поэтому ширина обедненного слоя со стороны коллектора больше ширина обедненного слоя со стороны эмиттера.

Смещенный pnp транзистор

Когда внешний напряжение подается на транзистор p-n-p, говорят, что это смещенный pnp-транзистор. В зависимости от полярности приложенное напряжение, pnp транзистор может работать в трех режимах: активный режим, режим отсечки и режим насыщения.

Транзистор pnp часто работает в активном режиме, потому что в в активном режиме pnp-транзистор усиливает электрический Текущий.

Итак давайте посмотрим, как транзистор pnp работает в активном режиме.

Пусть Рассмотрим pnp-транзистор, как показано на рисунке ниже. На приведенном ниже рисунке переход эмиттер-база направлен вперед. смещено постоянным напряжением В _ЕЕ и база-коллектор переход смещен в обратном направлении постоянным напряжением V _CC .

База излучателя перекресток:

к прямому смещению, большое количество отверстий слева боковая p-область (излучатель) испытывает силу отталкивания от положительная клемма батареи постоянного тока, а также они испытывать силу притяжения от отрицательного терминала батарея. В результате дырки начинают течь из эмиттер к базе. Аналогичным образом свободные электроны в базе испытывать силу отталкивания от отрицательного вывода батареи, а также испытывать силу притяжения от плюсовая клемма аккумулятора. В результате бесплатно электроны начинают течь от базы к эмиттеру.

Отверстия основных носителей переносят большую часть тока от эмиттер к базе. Таким образом, электрический ток течет от эмиттер к базе.

Это электрический протекание тока уменьшает ширину обедненной области при переход эмиттер-база.

База-коллектор перекресток:

к обратному смещению, большое количество отверстий в правом стороны н-области (коллекционеры) испытывают силу притяжения от отрицательной клеммы аккумулятора. Следовательно, дыры отойти от соединения и течь в сторону отрицательного клемма аккумулятора. В результате большое количество нейтральные атомы-коллекторы получает электроны и становится отрицательными ионами. На с другой стороны, свободные электроны в n-области (базе) испытывают сила притяжения от положительной клеммы батарея. Следовательно, свободные электроны удаляются от соединения и потока к положительному выводу батарея. В результате большое количество нейтральных атомов основания теряет электроны и становится положительными ионами.

Таким образом, ширина обедненной области увеличивается в основании-коллекторе узел. Другими словами, количество положительных и количество отрицательных ионов увеличивается на переходе база-коллектор.

Эмиттер-база-коллектор текущий:

дырки, которые текут от эмиттера к базе из-за прямого смещение будет сочетаться со свободными электронами в базе. Однако основа очень тонкая и слабо легированная.