Схема с транзистором. Схемы включения транзистора: обзор основных конфигураций и их характеристик

Какие основные схемы включения транзистора существуют. Чем они отличаются по своим характеристикам. Как выбрать оптимальную схему включения для конкретной задачи. Каковы преимущества и недостатки разных схем включения транзистора.

Три основные схемы включения транзистора

Существует три основные схемы включения биполярного транзистора:

• Схема с общим эмиттером (ОЭ)
• Схема с общей базой (ОБ)
• Схема с общим коллектором (ОК)

Каждая из этих схем имеет свои особенности и области применения. Рассмотрим их основные характеристики и отличия.

Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Схема с общим эмиттером является наиболее распространенной конфигурацией включения транзистора. Ее основные особенности:

• Высокий коэффициент усиления по току и напряжению
• Усиление и инвертирование входного сигнала
• Средние значения входного и выходного сопротивлений
• Склонность к температурной нестабильности

Схема ОЭ обеспечивает наилучшее усиление сигнала, поэтому чаще всего используется в усилительных каскадах. Однако она требует применения цепей температурной стабилизации.

Схема с общей базой (ОБ)

Особенности схемы с общей базой:

• Коэффициент усиления по току меньше единицы
• Высокий коэффициент усиления по напряжению
• Низкое входное и высокое выходное сопротивление
• Отсутствие инверсии сигнала
• Хорошая температурная стабильность

Схема ОБ применяется в высокочастотных усилителях, а также для согласования низкоомной нагрузки с высокоомным источником сигнала.

Схема с общим коллектором (ОК)

Основные характеристики схемы с общим коллектором:

• Коэффициент усиления по напряжению близок к единице
• Высокий коэффициент усиления по току
• Высокое входное и низкое выходное сопротивление
• Отсутствие инверсии сигнала

Схема ОК (эмиттерный повторитель) используется в основном как согласующий каскад для подключения высокоомного источника сигнала к низкоомной нагрузке.

Сравнение схем включения транзистора

Для наглядного сравнения характеристик различных схем включения удобно использовать сравнительную таблицу:

Параметр	ОЭ	ОБ	ОК
Коэффициент усиления по току	Высокий	<1	Высокий
Коэффициент усиления по напряжению	Высокий	Высокий	≈1
Входное сопротивление	Среднее	Низкое	Высокое
Выходное сопротивление	Среднее	Высокое	Низкое
Инверсия сигнала	Да	Нет	Нет

Как выбрать оптимальную схему включения транзистора?

При выборе схемы включения транзистора следует учитывать следующие факторы:

• Требуемый коэффициент усиления
• Рабочий частотный диапазон
• Входное и выходное сопротивление схемы
• Необходимость инверсии сигнала
• Требования к температурной стабильности

Схема ОЭ оптимальна для большинства усилительных каскадов, где требуется высокое усиление. Схема ОБ подходит для высокочастотных применений. Схема ОК (эмиттерный повторитель) чаще всего используется в качестве согласующего каскада.

Динамический режим работы транзистора

В реальных схемах транзистор обычно работает в динамическом режиме, когда токи и напряжения на его электродах изменяются под воздействием входного сигнала. Для анализа работы транзистора в динамическом режиме используют нагрузочную прямую и семейство выходных характеристик.

Нагрузочная прямая строится на семействе выходных характеристик и определяет возможные рабочие точки транзистора. Положение рабочей точки на нагрузочной прямой зависит от входного сигнала и определяет мгновенные значения токов и напряжений на электродах транзистора.

Параметры транзисторов

Для оценки свойств транзисторов и расчета схем используются различные параметры:

• h-параметры (гибридные параметры)
• Y-параметры (параметры проводимости)
• Предельная частота усиления
• Максимально допустимые токи и напряжения
• Коэффициенты усиления по току в схемах ОЭ и ОБ
• Емкости переходов

Выбор конкретных параметров для расчета зависит от схемы включения транзистора и режима его работы.

Применение дискретных транзисторов в современных схемах

Несмотря на широкое распространение интегральных микросхем, дискретные транзисторы по-прежнему находят применение в современной электронике:

• Силовые каскады усилителей
• Схемы коммутации больших токов и напряжений
• Высокочастотные каскады
• Согласующие и буферные каскады
• Источники опорного напряжения и тока
• Дискретные стабилизаторы напряжения

Дискретные транзисторы часто имеют лучшие характеристики по максимальным токам, напряжениям и рассеиваемой мощности по сравнению с интегральными аналогами.

Заключение

Выбор оптимальной схемы включения транзистора зависит от конкретной задачи и требуемых параметров усиления. Понимание особенностей различных схем включения позволяет разработчику создавать эффективные аналоговые устройства на дискретных транзисторах даже в эпоху доминирования интегральных микросхем.

Восемь простых схем на транзисторах для начинающих радиолюбителей

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

Однокаскадный усилитель ЗЧ

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

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

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

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

Рис. 1. Схема однокаскадного усилителя ЗЧ на транзисторе.

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

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

Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах разной структуры

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

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

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

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

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

Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах одинаковой структуры

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

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

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

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

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

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

Двухтактный усилитель мощности ЗЧ на транзисторах

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

Усилитель двухкаскадный первый собран на транзисторе VТ1 второй — на VТ2 и VT3 разной структуры. Первый ка скад усиливает сигнал ЗЧ по напряжению причем обе полуволны одинаково. Второй — усиливает сигнал по току но каскад на транзисторе VТ2 “работает” при положительных полуволнах, а на транзисторе VT3 — при отрицательных.

Рис. 4. Двухтактный усилитель мощности ЗЧ на транзисторах.

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

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

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

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

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

Двухуровневый индикатор напряжения

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

Рис. 5. Схема двухуровневого индикатора напряжения.

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

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

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

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

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

Трехуровневый индикатор напряжения

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

Рис. 6. Трехуровневый индикатор напряжения.

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

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

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

Триггер Шмитта

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

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

Рис. 7. Простой триггер Шмитта на двух транзисторах.

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

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

Ждущий мультивибратор

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

Рис. 8. Принципиальная схема ждущего мультивибратора.

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

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

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

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

И. Бокомчев. Р-06-2000.

Полупроводниковые и оптоэлектронные приборы | Схемы включения транзистора. Характеристики и параметры

Схемы включения транзистора. Для полевого транзис­тора, как и для биполярного, выделяют три схемы вклю­чения. Для полевого транзистора это схемы с общим за­твором (ОЗ), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Наиболее часто используются схемы с общим истоком.

При объяснении влияния напряжения uис на ширину р-n-перехода фактически использовалась схема с общим истоком (см. рис. 1.75). Рассмотрим характеристики, со­ответствующие этой схеме (что общепринято).

Так как в рабочем режиме iз >>0, iи >> iс, входными харак­теристиками обычно не пользуются, изобразим схему с общим истоком (рис. 1.76).

Рис. 1.76

Выходные (стоковые) характеристики.Выходной ха­рактеристикой называют зависимость вида

где f – некоторая функция.

Изобразим выходные характеристики для кремниево­го транзистора типа КП103Л с р-n-переходом и каналом р-типа (рис. 1.77).

Рис. 1.77

Обратимся к характеристике, соответствующей усло­вию uзи = 0. В линейной области (uис<4В) характеристика почти линейна (все характеристики этой области представляют собой почти прямые линии, вееро­образно выходящие из начала координат). Она определя­ется сопротив­лением канала. Транзистор, работающий в линейной области, можно использовать в качестве линей­ного управляемого сопротивления.

При uис >> 3 В канал в области стока перекрывается. Дальнейшее увеличение напряжения приводит к очень незначительному росту тока iс, так как с увеличением на­пряжения область, в которой канал перекрыт (характери­зующаяся очень большим удельным сопротивлением), расширяется. При этом сопротивление на постоянном токе промежутка исток–сток увеличивается, а ток iс прак­тически не изменяется.

Ток стока в области насыщения при uзи = 0 и при за­данном напряжении uис называют начальным током сто­ка и обозначают через Iс нач. Для рассматриваемых характеристик Iс нач = 5 мА при uис = 10 В. При uис>22 В возникает пробой р-n-перехода и начинается быстрый рост тока.

Графический анализ схем с полевыми транзисторами. Проведем графический анализ одной из схем с полевы­ми транзисторами (рис. 1.78). Пусть Ес = 4В; определим, в ка­ких пределах будет изменяться напряжение uис при изме­нении напряжения uзи от 0 до 2В.

Рис. 1.78

При графическом анализе используется тот же подход, который был использован при анализе схем с диодами и биполярными транзисторами. Для рассматриваемой схе­мы, в которой напряжение между затвором и истоком рав­но напряжению источника напряжения uзи, нет необходи­мости строить линию нагрузки для входной цепи. Линия нагрузки для выходной цепи задается выражением Ec = ic · Rс + uис.

Построим линию нагрузки на выходных характеристи­ках транзистора, представленных на рис. 1.79. Из рисун­ка следует, что при указанном выше изменении напряже­ния uзи напряжение uис будет изменяться в пределах от 1 до 2,6 В, что соответствует перемещению начальной рабо­чей точки от точки А до точки В. При этом ток стока бу­дет изменяться от 1,5 до 0,7 мА.

Рис. 1.79

Стокозатворные характеристики (характеристики пе­редачи, передаточные, переходные, проходные характерис­тики). Стокозатворной характеристикой называют зави­симость вида

где f – некоторая функция.

Такие характеристики не дают принципиально новой информации по сравнению с выходными, но иногда бо­лее удобны для использования. Изобразим стокозатворные характеристики для транзистора КП103Л (рис. 1.80).

Рис. 1.80

Для некоторых транзисторов задается максимальное (по модулю) допустимое отрицательное напряжение, например, для транзистора 2П103Д это напряжение не должно быть по модулю больше чем 0,5 В.

Параметры, характеризующие свойства транзистора усиливать напряжение. Крутизна стокозатворной характеристики S (крутизна характеристики полевого транзистора)

Обычно задается uзи = 0. При этом для транзисторов рас­сматриваемого типа крутизна максимальная.

Внутреннее дифференциальное сопротивление Rис.диф (внутреннее сопротивление)

.

Коэффициент усиления

.

Можно заметить, что M = S·Rис.диф.

Инверсное включение транзистора. Полевой транзистор, как и биполярный, может работать в инверсном режиме. При этом роль истока играет сток, а роль стока – исток.

Прямые (нормальные) характеристики могут отличать­ся от инверсных, так как области стока и истока различа­ются конструктивно и технологически.

Частотные (динамические) свойства транзистора. В полевом транзисторе, в отличие от биполярного отсутству­ют инжекция неосновных носителей и их перемещение по каналу и поэтому не эти явления определяют динамичес­кие свойства. Инерционность полевого транзистора опре­деляется в основном процессами перезаряда барьерной емкости р-n-перехода. Свое влияние оказывают также па­разитные емкости между выводами и паразитные индук­тивности выводов.

В справочных данных часто указывают значения сле­дующих дифференциальных емкостей, которые перечис­лим ниже:

· входная емкость Сзи – это емкость между затвором и истоком при коротком замыкании по переменно­му току выходной цепи;

· проходная емкость Сзс – это емкость между затво­ром и стоком при разомкнутой по переменному току входной цепи;

· выходная емкость Сис – это емкость между истоком и стоком при коротком замыкании по переменно­му току входной цепи.

Для транзистора КП103Л Сзи = 20 пФ, Сзс =8 пФ при uис = 10В и uзи = 0.

Сравнительный анализ схем включения транзисторов

~ ЛЕКЦИЯ 4 ~

Сравнительный анализ схем включения транзисторов

Сравнение схем включения транзисторов проводят по пяти основным параметрам, к которым относят коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности, входные и выходные сопротивления транзисторов.

Таблица 1. Сравнение схем включения транзисторов.

Параметр	Схема включения
	ОБ	ОЭ	ОК
КI	£1
К U	>1	>1	£1
Кp= КU·КI	>1	>1	>1
Rвх	Десятки Ом	Сотни Ом – единицы кОм	Сотни кОм
Rвых	Сотни кОм	Единицы и десятки кОм	Десятки Ом

Из анализа данных сравнения видно, что схема включения ОЭ обладает большими коэффициентами усиления по току, напряжению и мощности и сравнимыми сопротивлениями на входе и выходе, что привело к широкому использованию этой схемы для усиления мощности.

Схема включения транзистора ОК (эмиттерный повторитель) в основном применяется для согласования высокоомного выхода усилителя с низкоомной нагрузкой в выходных каскадах усиления мощности, R_вх >> R_вых. Схему ОК можно использовать для усиления тока в каскадах предварительного усиления многокаскадных усилителей.

Преимуществом схемы включения транзистора ОБ является то, что данная схема обладает наименьшими нелинейными и частотными искажениями. В связи с этим, ее применяют в каскадах предварительного усиления для снижения искажений в многокаскадных усилителях при усилении напряжения.

Динамический режим работы транзистора

Режим работы транзистора с нагрузкой называют динамическим.

В этом режиме токи и напряжения на электродах транзистора не остаются постоянными, а непрерывно изменяются под воздействием входного сигнала. При этом усиление электрических колебаний с помощью транзистора основано на зависимости выходного тока от величины напряжения, приложенного к входной цепи.

Рисунок 30. Схема включения транзистора ОБ в динамическом режиме.

Рисунок 31. Схема включения транзистора ОЭ в динамическом режиме.

В динамическом режиме для анализа работы транзистора на выходных статических характеристиках строят динамическую характеристику

, называемую линией нагрузки.

Рассмотрим работу транзистора в динамическом режиме для схемы ОЭ при постоянном токе.

Линия нагрузки – это зависимость напряжения на коллекторе U_кэ от сопротивления в коллекторной цепи R_к:

U_кэ = E_к– I_кR_к

Линию нагрузки строят по двум точкам: короткого замыкания (КЗ) и холостого хода (ХХ). Параметры этих точек определим по уравнению линии нагрузки.

В режиме короткого замыкания падение напряжения в выходной цепи стремится к нулю, а ток в коллекторной цепи к максимальному значению:

I_{к max} = E_к / R_к

В режиме холостого хода сопротивление в выходной цепи стремится к бесконечности, а ток – к нулю, напряжение становится максимальным:

U_кэ = E_к

Исходя из этого, запишем параметры точек:

  т. КЗ → U_кэ = 0, I_{к max} = E_к / R_к;

  т. ХХ → I_к = 0, U_кэ = E_к.

Построим линию нагрузки на выходных статических характеристиках транзистора для схемы ОЭ.

Рисунок 32. Динамическая выходная характеристика.

Точки пересечения линии нагрузки со статическими характеристиками называют рабочими точками. Они определяют токи и напряжения в транзисторе при изменении сопротивления R_к и входного тока I_б. При изменении этих величин транзистор может попадать в один из трех режимов: отсечки, активный, насыщения.

В режиме отсечки токи в транзисторе очень малы (I_к → 0, I_б → I_б0), эмиттерный переход закрыт. На линии нагрузки это – интервал от точки 1 до точки Е_к.

В активном режиме увеличиваются токи (I_б1 £ I_вх £ I_{б max}, I_к1£ I_к £ I_к5) и изменяется напряжение U_кэ (U_{кэ min}£ U_кэ£ Е_к), эмиттерный переход открывается. На линии нагрузки это – интервал точки 1 до точки 5.

В режиме насыщения увеличение входного тока больше I_{б max} приводит к незначительному росту тока I_к (I_{к max}), т.к. практически все свободные носители заряда уже участвуют в образовании тока через эмиттерный переход. На линии нагрузки это – интервал от точки 5 до точки I_{к max}.

Для определения режима, в котором находится транзистор, используют коэффициент насыщения К_s:

где I_б – ток в цепи базы;

I_{б max} – максимально допустимый ток базы для данного типа транзистора (из справочника).

Если К_s → 0 – транзистор находится в режиме отсечки;

0 < К_s£ 1 – в активном режиме;

К_s > 1 – в режиме насыщения.

В активном режиме транзистор находится в рабочем включении, когда эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт.

Кроме рабочего используют инверсное (обратное) включение, при котором транзистор работает с очень малыми токами.

Параметры транзисторов

Для оценки и сравнения транзисторов используют следующие виды параметров:

  — классификационные;

  — постоянного тока;

  — физические;

  — малого сигнала;

  — большого сигнала;

  — предельные.

К классификационным параметрам относят: коэффициент передачи тока a (схема ОБ), предельную частоту усиления f_a, статический коэффициент усиления тока b (схема ОЭ), максимально допустимое обратное напряжение U_{в max}.

Параметры постоянного тока или эксплуатационные применяют для расчета транзистора по постоянному току. К ним относят: обратный ток коллектора I_к0, обратный ток эмиттера I_э0, начальный ток коллектора I_кн.

Физические или первичные параметрытранзистора не зависят от схемы включения.

Ими являются: объемное сопротивление базы r_б, дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода r_э, дифференциальное сопротивление закрытого коллекторного перехода r_к, коэффициент передачи тока a, коэффициент усиления тока b, предельные (граничные) частоты усиления f_aиf_b, емкости эмиттерного С_э и коллекторного С_к переходов.

Параметры малого сигнала зависят от схемы включения транзистора. Малымназывают сигнал, амплитуда которого мала по сравнению с приложенным к транзистору постоянным напряжением, определяющим выбор рабочей точки.

Практическое применение находят три системы малосигнальных параметров: параметры сопротивления или z-параметры, проводимости или y-параметры и гибридные или h-параметры.

Параметры большого сигнала характеризуют работу транзистора в режимах, при которых токи и напряжения на входе и выходе изменяются в широких пределах. Эти параметры применяют для расчета транзистора в предоконечных и выходных каскадах усилителей.

Основными параметрами большого сигнала являются:

  1. Статический коэффициент передачи тока:

.

  2. Статическая крутизна прямой передачи тока:

.

К предельным или максимально допустимым параметрам относят:

  1. Максимальную мощность Р_{к max}, рассеиваемую транзистором:

Рк max = Iк max · Uкэ

  2. Максимальный ток коллектора I_{к max} (до 12 А).

  3. Максимально допустимое обратное напряжение U_{кб доп} или U_{эб доп}.

  4. Предельную частоту передачи тока f_a, f_b.

Transistor Basics — Circuit Cellar

В наши дни и в эпоху высокоинтегрированных микросхем, какова актуальность одиночного дискретного транзистора? Это правда, что большинство потребностей при проектировании встраиваемых систем можно удовлетворить с помощью решений на уровне микросхем. Но поставщики электронных компонентов по-прежнему производят и продают отдельные транзисторы, потому что для них все еще существует рынок. В этой статье Стюарт делает обзор некоторых важных основ транзисторов и того, как их можно использовать при разработке встраиваемых систем.

Что хорошего в транзисторе? Конечно, интегральные схемы (ИС) состоят из тысяч транзисторов. До революции интегральных схем и микропроцессоров произошла революция транзисторов, когда телевизоры, радиоприемники и компьютеры были построены с использованием новых твердотельных устройств. Транзистор был отцом ИС. Но не устарел ли сегодня отдельный транзистор как элемент схемы? Какая польза от скромного транзистора в мире, где нынешние микропроцессоры Intel имеют более миллиарда транзисторов каждый?

Это правда, что почти все, что мы раньше делали с транзисторами, можно сделать дешевле, лучше и эффективнее с помощью ИС, и мы можем делать с ИС то, что невозможно с дискретными транзисторами. Было бы невозможно построить современный микропроцессор с дискретными транзисторами — одни только длины выводов сделали бы скорости невозможными. Но верно и обратное. Дискретный транзистор может быть простым способом решения некоторых проблем. Транзисторы, например, обычно имеют гораздо более высокие пределы рабочего напряжения и мощности в простых схемах, чем у сопоставимых ИС. Производители и дистрибьюторы электроники по-прежнему изготавливают и продают отдельные транзисторы, потому что их детали все еще используются. В этой статье я хочу рассказать о некоторых основных вещах о транзисторах, о том, как они используются и как вы можете включить их в свои приложения.

ОБЗОР
BJT (транзистор с биполярным переходом) был первым общедоступным транзистором, и он способствовал переходу от электронных ламп. BJT бывают двух видов: NPN и PNP. Оба (обычно) кремниевые устройства. Кремний модифицируют (легируют) примесями для получения материала N-типа или P-типа. Транзистор NPN имеет слой P-типа, зажатый между двумя слоями N-типа, а PNP — наоборот.

На рис. 1 показан схематический символ NPN BJT, простая схема структуры и модель диода. Структура N-P-N является просто репрезентативной. В реальном транзисторе область коллектора обычно больше области эмиттера, и ни одна из них не является квадратной, как показано на диаграмме. Представление транзистора диодом указывает, как протекает ток, а не как устроена фактическая часть. Вы не можете построить транзистор из двух диодов, но использование двух диодов помогает объяснить, как работает смещение транзистора.

РИСУНОК 1 – Схематическое обозначение, физическое представление и диодная модель транзистора NPN

Работа транзистора NPN концептуально проста для понимания. Что касается диодной модели, если вы подключите коллектор к положительному напряжению, скажем, 5 В, а эмиттер к земле, вы получите два диода, соединенных спиной к спине, с их анодами, соединенными вместе. Соединение двух анодов представляет собой базу транзистора. Если вы приложите к базе положительное напряжение больше 0,7 В, эмиттерный диод будет смещен в прямом направлении, и ток будет течь от базы через эмиттер к земле. Коллекторный диод будет смещен в обратном направлении, и через него не будет протекать ток.

РЕАЛЬНАЯ РАБОТА ТРАНЗИСТОРА
Теперь отбросьте модель диода и посмотрите на настоящий транзистор. Если коллектор подключен к +5 В, а эмиттер к земле, а напряжение на базе достаточно высокое (0,7 В) для прямого смещения перехода база-эмиттер, ток будет течь от базы к эмиттеру  и . от коллектора к эмиттеру. Если напряжение база-эмиттер ниже 0,7 В, транзистор находится в состоянии «отсечки», и ток через эмиттер или коллектор не течет. Вот и все. Вот как работает BJT.

— РЕКЛАМА—

—Реклама здесь—

Протекание тока коллектор-эмиттер заложено в конструкции транзистора. Вот почему фактический транзистор отличается от модели диода, и именно поэтому вы не можете собрать транзистор из двух диодов. Если на коллекторе +5 В, а эмиттер на земле, доведение базы примерно до 0,7 В приведет к протеканию тока от источника питания 5 В через коллектор к эмиттеру и земле. Если эмиттер находится на +2 В, то вы должны довести базу примерно до 2,7 В, чтобы ток протекал от коллектора к эмиттеру.

Волшебство транзистора заключается в том, чтобы определить, как добиться нужной величины тока, протекающего через коллектор. Если вы просто подключите транзистор, как я описал, без каких-либо ограничений тока, ваш транзистор быстро превратится в дымящийся расплавленный кусок пластика.

Обычно, если транзистор работает в пределах номинальных значений тока, мощности и напряжения, ток в эмиттере будет представлять собой ток, протекающий в базу, плюс ток, протекающий от коллектора к эмиттеру. Очень маленький ток базы контролирует гораздо больший ток коллектора, поэтому ток коллектора примерно равен току эмиттера. Когда ток в коллекторе отсутствует, транзистор находится в «отсечке», как упоминалось ранее. Если протекающий ток достаточен для того, чтобы напряжение коллектор-эмиттер было настолько низким, насколько это возможно (обычно около 0,3 В для транзистора с малым сигналом), транзистор считается «насыщенным». В этом состоянии изменения тока базы больше не влияют на ток коллектора.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Как мы можем использовать этот транзистор? На рис. 2 показана простая схема. В этой схеме мы подключаем коллектор к +5 В, эмиттер к земле через резистор 220 Ом и базу к фиксированному значению 1 В. Прямое напряжение 2N3904 составляет от 0,65 В до 0,85 В при токе коллектора 10 мА. . Условно для расчетов используется 0,7 В. Итак, напряжение на эмиттере (VE) будет 1 В – 0,7 В или 0,3 В. Вот где происходит волшебство: напряжение на эмиттере фиксировано, поэтому ток через резистор 220 Ом составляет 0,3 В/220 Ом, или 1,36 мА. Ток коллектора одинаков. Следовательно, управляя базовым напряжением, мы управляем током эмиттера и, тем самым, током коллектора.

РИСУНОК 2. Простая схема показывает соотношение между напряжением и током база-эмиттер Эта схема идентична схеме на рис. 2, за исключением того, что теперь мы добавили резистор 1,5 кОм, R2, между коллектором и источником питания 5 В. Поскольку ток в эмиттере зафиксирован на уровне 1,36 мА, ток в коллекторе также составляет 1,36 мА. Этот ток протекает через R2, создавая напряжение на R2, равное 1,36 мА x 1,5 кОм, или 2,04 В. Таким образом, напряжение на коллекторе, VC, равно 5 В питания минус напряжение на R2, или 2,9 В.5 В.

РИСУНОК 3. Транзистор, включенный в качестве усилителя путем добавления резистора в коллектор

Что произойдет, если напряжение на базе поднять до 1,1 В? Когда это происходит, напряжение на эмиттере теперь составляет 0,4 В (1,1–0,7 В), в результате чего ток эмиттера составляет 1,8 мА. Ток коллектора также составляет 1,8 мА, поэтому напряжение на R2 теперь составляет 1,8 мА x 1,5 кОм, или 2,7 В. VC теперь составляет 5–2,73 В, или 2,27 В. Таким образом, изменение базового напряжения на 0,1 В вызвало напряжение на коллекторе упало с 2,95 В до 2,27 В, изменение на -0,68 В. Напряжение на коллекторе упало на 6,8 x 0,1 В (изменение входного напряжения).

Вот что интересно: изменение напряжения коллектора равно отрицательному значению изменения входного напряжения, умноженному на отношение резистора коллектора R2 к резистору эмиттера R1, или 1,5 кОм / 220 = 6,8. Если вы работаете с математикой, это имеет смысл, потому что ток коллектора такой же, как ток эмиттера. Но поскольку резистор коллектора R2 в 6,8 раза больше резистора эмиттера, любое изменение тока в резисторе эмиттера приведет к изменению напряжения на коллекторе в 6,8 раз больше.

Если вы проделаете тот же расчет после снижения базового напряжения с 1 В до 0,9 В, вы увидите, что напряжение коллектора возрастет на 0,68 В. Эта схема представляет собой инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления -6,8. Положительное изменение напряжения на входе вызывает отрицательное изменение напряжения на выходе и наоборот.

Эта схема имеет некоторые ограничения. Если вы поместите 1,32 В на базу, вы обнаружите, что напряжение на эмиттере составляет 0,62 В, а напряжение на коллекторе почти равно напряжению на эмиттере. Транзистор не может привести коллектор к напряжению эмиттера, поэтому он насыщается. Таким образом, ограничением этой конкретной схемы является максимальное входное напряжение около 1,3 В. С другой стороны, любое напряжение менее 0,7 В приводит к тому, что транзистор переходит в режим отсечки. Таким образом, полезный диапазон входного напряжения этой схемы составляет от 0,7 В до примерно 1,3 В. Тем не менее, этого будет достаточно для усиления низкоуровневого аудиосигнала до уровня, который можно дополнительно усилить.

— РЕКЛАМА—

—Реклама здесь—

Говоря об аудио, как бы вы подключили аудиосигналы к цепи? Аудиосигналы обычно колеблются между отрицательным и положительным напряжением. Если вы поместите это в базу, транзистор большую часть времени будет в отсечке — все время, если положительные пики сигнала никогда не достигают 0,7 В.

Это приводит нас к смещению. Рисунок 4  представляет собой модификацию рисунка 3 с добавлением к основанию нескольких резисторов смещения. Резисторы R3 и R4 образуют делитель напряжения, который доводит базовое напряжение примерно до 1 В. Это находится посередине между нижним и верхним пределами схемы 0,7 В и 1,3 В. Теперь скажем, что мы подаем на вход сигнал, который колеблется между -0,1 В и +0,1 В. Из-за разделительного конденсатора постоянного тока C1 это станет 0,9V до 1,1 В на базе, а в цепи будет усиливаться на -6,8 В.

РИСУНОК 4. Резисторы смещения позволяют транзистору работать со входами, связанными по переменному току, такими как аудиосигналы.

Существуют и другие способы смещения базы транзистора. Диод опорного напряжения, как показано на рис. 5 , фиксирует базу при известном напряжении. В этой схеме напряжение эмиттера VE будет около 1,3 В, поэтому ток эмиттера и коллектора будет 5,9 мА. Дело не в том, чтобы показать все возможные способы смещения транзистора, просто в том, что есть и другие способы сделать это.

РИСУНОК 5. Зенеровский или опорный диод можно использовать для создания фиксированного смещения.

ОГРАНИЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА
Как и все вещи в физическом мире, транзисторы имеют некоторые ограничения. Мы уже рассмотрели один — значения резисторов базы и эмиттера в схеме усилителя должны быть выбраны таким образом, чтобы транзистор не перешел в режим отсечки или насыщения при любом входном сигнале, который вы пытаетесь усилить.

Транзисторы имеют другие характеристики. Например, 2Н39.04, используемый в этих примерах, имеет максимальное напряжение коллектор-эмиттер 40 В. Если больше, транзистор перегорит. Обратное напряжение база-эмиттер, где база считается отрицательной по отношению к эмиттеру, имеет максимальное значение 6 В. Кроме того, переход эмиттер-база выходит из строя.

Коллектор может работать с максимальным постоянным током 200 мА. Устройство имеет максимальную рассеиваемую мощность около 600 мВт. Так что хотя коллектор-эмиттер выдерживает 40 В и ток коллектора может достигать 200 мА, если вы попытаетесь пропустить через него 200 мА при 40 В, он выйдет из строя. 40 В при 200 мА составляет 8 Вт, что значительно превышает возможности устройства по мощности.

Суть всего этого в том, что, как и любое полупроводниковое устройство, ваша конструкция должна соответствовать всем максимальным параметрам: мощность, напряжение коллектор-эмиттер, ток коллектора, обратное напряжение пробоя эмиттер-база и так далее.

Одной из ключевых характеристик транзистора является коэффициент усиления по току. Это число описывает, насколько изменяется ток эмиттера при заданном изменении тока базы. Коэффициент усиления по току зависит от величины тока, протекающего в коллекторе. Для 2Н3904, минимальный коэффициент усиления по току при токе коллектора 0,1 мА равен 40. При 10 мА минимальный коэффициент усиления равен 50. Максимальный коэффициент усиления по даташиту равен 300. Непосредственно перед написанием этого абзаца я измерил несколько 2N3904. Все они имели коэффициент усиления. превышает 300.

Практическое значение коэффициента усиления заключается в том, чтобы влиять на то, как эмиттер взаимодействует с базой. Если бы коэффициент усиления транзистора в схеме усилителя на рис. 3 составлял всего 10, резистор 220 Ом в эмиттере выглядел бы примерно как 2 кОм на базе, что повлияло бы на смещение и нагрузку, подаваемую на схему возбуждения. В этом случае вы хотели бы, чтобы резисторы смещения имели достаточно низкое значение, чтобы эффект нагрузки эмиттерного резистора изменил напряжение смещения менее чем на 10% или около того. Но если вам приходится использовать резисторы с меньшим номиналом в вашей цепи смещения, это, в свою очередь, увеличивает нагрузку на то, что ею управляет. В случае с усилителем это снижает общее сквозное усиление.

К счастью, для большинства приложений со слабыми сигналами не так уж сложно найти транзистор с достаточно высоким минимальным коэффициентом усиления, чтобы сделать эту проблему незначительной. Трудности возникают, когда вам нужно очень низкое значение сопротивления эмиттера. Даже при коэффициенте усиления 300 эмиттерный резистор сопротивлением около 10 Ом может оказать значительное влияние на нагрузку базы, что необходимо учитывать при расчетах. Поскольку транзистор имеет конечный коэффициент усиления, вы не можете использовать очень большие резисторы, например, в мегаомном диапазоне, для смещения базы. Если вы это сделаете, эмиттер понизит напряжение.

Одним из распространенных дополнений к аудиоусилителям является шунтирование эмиттерного резистора с помощью электролитического конденсатора. Конденсатор имеет очень высокий импеданс (почти бесконечный) на постоянном токе, но импеданс уменьшается с увеличением частоты. Это позволяет работать смещению постоянного тока, но увеличивает усиление для аудиосигналов, делая импеданс эмиттера (сопротивление, параллельное импедансу конденсатора) очень низким значением на звуковых частотах. Это делает отношение сопротивления коллектора к сопротивлению эмиттера намного выше на аудио, чем на постоянном токе, что увеличивает коэффициент усиления. (Помните: коэффициент усиления равен резистору коллектора, деленному на импеданс эмиттера.) Однако это также приводит к значительному снижению входного импеданса схемы на этих звуковых частотах. Другие характеристики транзисторов, влияющие на использование в радиочастотных схемах, например в быстродействующих переключающих схемах, выходят за рамки этой статьи и не будут здесь обсуждаться.

ПРИМЕНЕНИЕ
Вы можете создавать усилители на транзисторах, и многие люди так и делают. Но также легко построить усилитель с операционным усилителем или другой ИС, и здесь я хочу сосредоточиться на приложениях, в которых полезны уникальные характеристики транзистора.

Как вы могли бы использовать транзистор, учитывая то, что мы уже сделали? В Рисунок 6 я изменил Рисунок 5, установив опорное напряжение 2,5 В, сопротивление R1 120 Ом и добавив светодиод в цепь коллектора. Поскольку опорный диод фиксирует напряжение на базе на уровне 2,5 В, напряжение эмиттера составляет 1,8 В, а ток эмиттера составляет 15 мА. Это справедливо до тех пор, пока напряжение питания V+ достаточно велико, чтобы опорный диод и светодиод оставались включенными. Таким образом, светодиод будет иметь ток 15 мА независимо от напряжения питания 5 В или 20 В.

РИСУНОК 6 – 2N3904, подключенный в качестве драйвера светодиодов постоянного тока дым. Я показал схему смещения, запитанную от 5 В. Если бы вы также питали ее от переменного V+, вам также нужно было бы учитывать ограничения R3 и D1. Но если вам нужен постоянный ток через светодиод независимо от напряжения питания (в разумных пределах), эта схема подойдет. Вы можете сделать это, если хотите, чтобы светодиод имел постоянную яркость независимо от приложенного напряжения, или просто чтобы более высокие напряжения не превышали максимальный ток светодиода.

На рис. 7 показан 2N3904, используемый для преобразования логического уровня между двумя разными схемами, работающими при разных напряжениях. Вы можете использовать это для преобразования между выходом 3,3 В микроконтроллера (MCU) и входом схемы, которой требуется 5 В. V + на схеме будет подключен к напряжению питания целевой системы. Что бы ни управляло входом, оно должно иметь достаточный выходной ток, чтобы управлять резистором 2,2 кОм. Эта схема инвертирует сигнал — высокий уровень на входе дает низкий уровень на выходе. В этой схеме транзистор всегда находится либо в состоянии отсечки, либо в состоянии насыщения.

— РЕКЛАМА—

—Реклама—

РИСУНОК 7 — 2N3904, используемый в качестве преобразователя логического уровня

Существует множество ИС, которые могут это делать, например, буферы с открытым коллектором, так зачем использовать транзистор? Транзистор может работать с более высокими напряжениями, чем большинство схем транслятора логического уровня. Например, транзистор может переводить цепь 3,3 В в цепь 12 В.

Для многих схем преобразователя напряжения необходимо знать напряжение питания и, следовательно, управляющее напряжение на входе. Но однажды у меня была ситуация, когда вход мог поступать из разных источников, в диапазоне от менее 2,5 В до 5 В. Транзисторное решение работает для всех логических напряжений, потому что транзистор включается при любом управляющем напряжении выше 0,7 В. Он может даже можно использовать для преобразования входного напряжения 12 В или 24 В в выходное напряжение 3,3 В или 5 В, если входной резистор R2 достаточно большой, чтобы предотвратить чрезмерный ток.

Окончательное приложение NPN показано на рис. 8 . На рисунке 8а 2N3904 управляет реле. Диод D1 защищает транзистор от перенапряжения. Когда реле выключается путем выключения транзистора, создается «обратное» напряжение, поскольку энергия в катушке реле рассеивается. Это напряжение может достигать уровней, достаточных для разрушения транзистора из-за чрезмерного напряжения коллектор-эмиттер — помните раздел о характеристиках транзистора. Диод D1 ограничивает напряжение на 0,7 В выше V+ для защиты транзистора. Но это имеет побочный эффект замедления открытия реле.

РИСУНОК 8 – Управление реле с помощью 2N3904. Базовый диодный зажим (а) и зажим Зенера с более высоким напряжением (б) для более быстрой работы.

На рис. 8b показана та же схема, но со стабилитроном D2 на 12 В, включенным последовательно с D1. Это позволяет напряжению обратного хода достигать 12,7 В выше V+, что позволяет гораздо быстрее рассеивать энергию катушки, ускоряя работу реле. Но с реле на 12 В напряжение коллектора превысит 24 В в период обратного хода. Эта схема использует высокое напряжение пробоя коллектор-эмиттер для повышения скорости. Есть несколько драйверов реле, которые могут это сделать, но они не имеют большого преимущества перед транзистором. Обратите внимание, однако, что базовый резистор R1 должен иметь такой размер, чтобы обеспечить достаточный ток для транзистора, чтобы управлять реле. Для большого сильноточного реле может потребоваться предварительный драйвер и силовой транзистор. В этот момент IC может быть лучшим решением.

ТРАНЗИСТОРЫ PNP
До сих пор я сосредоточился на транзисторах NPN. Функционально PNP является противоположностью NPN. Напряжение коллектора PNP (при нормальном смещении) меньше эмиттерного, а база ниже эмиттерного на 0,7 В для включения транзистора. Нет необходимости использовать отрицательное напряжение. Как и в случае с NPN, важно напряжение относительно эмиттера. Транзистор PNP может быть соединен с NPN в простых аудиоусилителях для создания усилителя для наушников или динамика. Дополнение ПНП к 2Н3904 это 2N3906.

На рис. 9 показано, как можно использовать 2N3906 для создания отрицательного напряжения смещения в системе только с положительным питанием. Вам может понадобиться отрицательное смещение для смещения входного сигнала или для питания операционного усилителя, которому по какой-то причине нужен отрицательный источник питания.

РИСУНОК 9 – Генератор отрицательного напряжения с использованием PNP 2N3906

Вход управляется прямоугольным сигналом, который может поступать с выхода таймера микроконтроллера или двухтранзисторного мультивибратора (погуглите). Я произвольно выбрал значения для компонентов в этом примере. Вы хотели бы использовать значения компонентов, соответствующие входной частоте, выходному току и напряжению, а также другим требованиям вашего приложения. Обратите внимание, что входной сигнал должен колебаться близко к положительной шине питания (5 В в показанной схеме), чтобы полностью закрыть Q1, иначе транзистор никогда не выключится и нагреется. Если вы управляли схемой с выходом логического уровня, вам может понадобиться подтягивающий резистор, чтобы убедиться, что вход качается до положительной шины. Вы также можете использовать эту схему в системе 3,3 В.

Я включил этот пример, чтобы показать, как можно использовать PNP-транзистор. Это не значит, что нет IC, которые могут это сделать. Например, DC/DC-преобразователь TPS6735 производства Texas Instruments может выдавать -5 В на выходе при 200 мА, хотя он не будет работать при 3,3 В.

МОП-транзисторы
но есть еще один класс транзисторов, называемых полевыми МОП-транзисторами (полевые транзисторы с металлическим оксидом и полупроводником). Там, где у BJT есть база, эмиттер и коллектор, эквивалентными выводами MOSFET являются затвор, исток и сток. Работа MOSFET аналогична BJT, но есть некоторые важные отличия.

Ранее MOSFET иногда называли IGFET (полевой транзистор с изолированным затвором). Я не видел, чтобы этот термин использовался много лет, но он носит описательный характер. Затвор MOSFET электрически изолирован от остальной части, а ток от стока к истоку регулируется электрическим полем, создаваемым приложением напряжения к затвору. Изолированный затвор означает, что полевой МОП-транзистор имеет очень высокий входной импеданс, поэтому ток не должен протекать через затвор для управления током сток-исток. На самом деле, если в затвор течет ток, это, вероятно, означает, что какой-то предел был превышен и транзистор вышел из строя.

BJT можно рассматривать как токоуправляемое устройство, в котором небольшое изменение тока базы вызывает большое изменение тока коллектора. МОП-транзистор — это токовый прибор, управляемый напряжением, в котором изменение напряжения на затворе вызывает большое изменение тока стока. На рис. 10 показан полевой МОП-транзистор 2N7000, подключенный в качестве преобразователя логического уровня, аналогично тому, как был подключен биполярный транзистор на рис. 7. Он будет работать так же, как и схема 2N3904, со следующими отличиями:

РИСУНОК 10 – МОП-транзистор 2N7000 в качестве инвертирующего преобразователя логических уровней

1. Высокий импеданс означает, что для ограничения тока в затворе не требуется последовательного резистора. Это также означает, что транзисторный вход не будет нагружать любой выход, который им управляет.
2. Биполярному транзистору требуется 0,7 В и небольшой ток для включения транзистора. МОП-транзистору требуется, чтобы затвор был положительным по отношению к истоку. В случае 2N7000 напряжение включения Vgs может находиться в диапазоне от 0,8 В до 3 В. Это означает, что использование 2N7000 для преобразования входного напряжения 2,5 В или 3,3 В в более высокое выходное напряжение может быть проблематичным, и транзистор может не открыться. Однако при переходе от входного сигнала системы 5 В или выше к выходному напряжению 3,3 В или 2,5 В будет работать так же, как и с биполярной схемой.
3. Насыщенный МОП-транзистор не имеет напряжения насыщения — у него есть сопротивление между истоком и стоком. Для 2N7000 это может быть примерно до 6 Ом, когда V+ составляет 5 В для версии компонента On Semiconductor. Для большинства приложений это значение достаточно мало, чтобы не иметь значения, но об этом следует помнить, особенно при переключении значительных токов.

2N7000 обычно используется в качестве коммутатора. Вы можете смещать его как усилитель, но различное пороговое значение Vgs делает это немного сложнее, чем для биполярного транзистора. Подобно дополнению PNP к транзистору NPN, N-канальные полевые МОП-транзисторы имеют дополнение, которым является P-канальный полевой МОП-транзистор. BS250 от Vishay является приблизительным P-канальным эквивалентом 2N7000. Вы можете использовать такой транзистор вместо PNP для реализации генератора отрицательного напряжения, упомянутого ранее, хотя, конечно, вы должны быть уверены, что управляющее напряжение превышает пороговое напряжение затвора.

ДРУГИЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Я сосредоточился на транзисторах со слабым сигналом, чтобы продемонстрировать основные принципы. Как в биполярных, так и в МОП-транзисторах есть устройства, предназначенные для работы с большими токами и высокими напряжениями, детали, разработанные специально для радиочастотных приложений, и другие варианты. Но основные принципы те же.

Я надеюсь, что мое объяснение того, как работают транзисторы, помогло вам лучше понять их, и что приведенных примеров достаточно, чтобы вы могли экспериментировать с транзисторами в своих приложениях. Иногда транзисторы полезны, даже если они существуют уже давно. И даже в схемах, которые вы можете построить с помощью ИС, транзисторы представляют собой интересные устройства для работы, потому что вы можете перейти на уровень базовых компонентов.

РЕСУРСЫ
Спецификацию On Semiconductor для 2N3904, используемого в качестве примера в этой статье, можно найти по адресу https://www. onsemi.com/pub/Collateral/2N3903-D.PDF

Спецификацию On Semiconductor для 2N3906, дополняющий 2N3904, можно найти по адресу: https://www.onsemi.com/pub/Collateral/2N3906-D.PDF

Спецификация On Semiconductor для 2N7000 находится по адресу: https://www.onsemi .com/pub/Collateral/2N7000-D.PDF

О полупроводниках | www.onsemi.com
Техасские инструменты | www.ti.com
Вишай | www.vishay.com

ПУБЛИКУЕТСЯ В ЖУРНАЛЕ CIRCUIT CELLAR • МАЙ 2019 № 346 – Получите PDF-файл номера

Будьте в курсе наших БЕСПЛАТНЫХ еженедельных информационных бюллетеней!	Не пропустите предстоящие выпуски Circuit Cellar. Подписка на журнал Circuit Cellar Примечание. Мы сделали выпуск Circuit Cellar за май 2020 г. бесплатным образцом. В нем вы найдете большое разнообразие статей и информации, иллюстрирующих типичный номер текущего журнала.
Хотели бы вы написать для Circuit Cellar ? Мы всегда принимаем статьи/сообщения от технического сообщества. Свяжитесь с нами и давайте обсудим ваши идеи.

Спонсор этой статьи

Стюарт Болл

+ сообщения

Стюарт Болл недавно ушел на пенсию после более чем 40-летней карьеры инженера-электрика и инженера-менеджера. Его последней должностью была должность главного инженера в Seagate Technologies.

Как работает транзисторная схема

Давайте узнаем, как работает транзисторная схема. Хотя транзистор очень старый прибор. И в настоящее время мы часто предпочитаем использовать вместо этого IC. Но транзистор по-прежнему играет важную роль в общих электронных схемах. Почему? Потому что транзистор большой, прочный и может пропускать большие токи.

И для многих людей, привыкающих использовать транзисторы в общих схемах, я тоже.

Как работает транзистор

Тип транзистора

Эквивалентный транзистор

Как транзистор работает как водяной клапан

Изучите базовый ток транзистора

Эксперимент с базовой схемой транзистора

Рабочая модель и структура транзистора NPN

Дарлингтон Транзисторная пара

5 Использование пары транзисторов

5 в качестве переключателя

Защищенный диод

Когда следует использовать реле

Соединение транзистора с выходом ИС

10 Пример схемы транзистора

Related Posts

Как работает транзистор

Есть ли у вас какие-либо причины. Позвольте мне объяснить вам, как работает транзисторная схема простым способом. Кроме того, я научусь этому вместе с вами.

Готовы?

Транзистор является активным устройством. Он усиливает. Существует множество типов транзисторов, более 20 000 различных типов от сотен производителей.

Тип транзистора

Мы можем поместить их в два типа стандартных транзисторов, NPN и PNP. Какие у них разные символы транзистора .

Символ показывает класс полупроводниковых материалов, используемых для изготовления транзистора.

В настоящее время в основном используются транзисторы типа NPN. Так как он сделан легко из силиконовых материалов. Итак, большая часть этой статьи так упоминает транзистор NPN-типа.

А если мы новички в электронике. Хорошо начать с обучения. О применении транзисторов сначала.

Вывод транзистора состоит из базы (B), коллектора (C) и эмиттера (E).

Слово, которым называется эта нога. Представляет функцию внутри транзистора. Но это не поможет вам понять, как использовать транзисторы. Следовательно, он знает только, что это вывод транзистора.

В дополнение к стандартным транзисторам (биполярным) имеется полевой транзистор. Они часто представлены акронимами FET. Символы и свойства разные. Но еще не обсуждали детали в этой статье.

Рекомендуется: Транзисторы — для усилителя или коммутационной схемы

Эквивалентный транзистор

Тип, который мы будем изучать, также называется малосигнальным транзистором. Мы можем назвать их моделью ТО-92. Посмотрите на рисунок. Мы часто используем транзистор в группе с 3 номерами.

Какие ножки используются по-разному. Следует быть осторожным при использовании.

• BC547: Для NPN можно использовать BC546, BC547, BC549, BC550 и т. д. Если вам нужен более высокий ток Ic, используйте BC337 (Ic = 0,8 А). Для типов PNP используйте BC556, BC557, BC558, BC559., BC560 и т. д. Более высокий ток BC327 (Ic=0,8A)
• C9013 : Для NPN можно использовать 2N3904. Если вам нужен более высокий ток коллектора (Ic), используйте C9013 (Ic = 0,8 A). Для типов PNP используйте 2N3906 и C9012 (более высокий ток)
• C1815: Для NPN используется 2SC1815, эквиваленты: C945, C829. Для PNP — A561

. Аналогичный список для MPS9682 — BC557. Но распиновка другая. Так что будьте осторожны. Сначала проверьте!

Посмотрите на часто используемые силовые транзисторы ниже. Будем учиться дальше.

Как транзистор работает как водяной клапан

Мы сравниваем транзисторы как водяные клапаны. Мы можем контролировать высокую мощность подачи воды на выходе при низком уровне воды.

• Происхождение водопроводной трубы(Ввод) похоже на Коллектор.
• Конец водопроводной трубы(Вход) похож на Излучатель.
• Контрольная (маленькая) труба похожа на Базу.

Во-первых, Половодье доходит до значения входной стороны. Затем маловодье доходит до контрольного значения. Включает главное значение. Далее паводок может течь по трубе к выходу.

Во-вторых, напротив, нет низкого уровня воды в регулирующем клапане. Он не поворачивает клапан, чтобы контролировать высокий уровень воды. Так что воды на выходе нет.

Узнать базовый ток транзистора

Что еще? мы узнаем ток в базовой схеме транзистора.

Посмотрите на рисунок. Транзистор NPN представляет собой простую схему.

Когда мы подаем небольшой ток на базу транзистора. И тогда большой ток течет через нагрузку на выводы коллектор-эмиттер.

Мы часто называем Нагрузка на коллекторе ведет к нагрузочному резистору. Иногда нагрузкой является динамик.

Меня беспокоит, как вы понимаете простые транзисторы. Раньше мне было трудно это понять. Прочитайте текст много раз, но не поймите его.

Базовый рабочий диапазон

В общем случае рабочий диапазон транзистора можно разделить на 3 диапазона:

1. Отсечка (остановка транзистора).

Отсутствие тока, как тока базы (IB), так и тока коллектора (IC), протекающего через транзистор. Но будут некоторые токи утечки, очень низкие.

2. Насыщенный диапазон.

Через транзистор полностью проходит электричество, пока он не насыщается. И ток больше не увеличится. Что мы можем ограничить этот ток с подключением резисторов.

3. Активный диапазон

Это период, в течение которого транзистор работает или проводит ток. За счет управления током коллектора (IC), пропорциональным току базы (IB).

Итак, при использовании транзисторного усилителя звука схема работает в активной фазе.

Понимаешь?

Эксперимент с базовой схемой транзистора

Кроме того, я систематически понимаю транзисторы посредством экспериментов. Возможно, я тебе нравлюсь. Начнем эксперимент с Простая схема токового транзистора .

Смотрите:

Простая схема на токовом транзисторе

Это простая схема. Который мы используем для проверки тока, протекающего через транзистор. В этой схеме мы используем красные светодиоды размером 0,5 мм. И транзисторы NPN малой мощности (например, BC108, BC182 или BC548).

Здесь шаг за шагом показан процесс работы транзисторной схемы.

Малый ток базы управляет большим током коллектора.

S1 замкнут. Ток течет через R1 и LED1 на базу транзистора.

Базовая валюта. При этом LED1 тоже тускнеет.

Затем транзистор будет усиливать слабый ток, так что ток течет через коллектор (C) к эмиттеру (E).

Ток коллектора достаточно велик, чтобы светодиод C стал очень ярким.

При размыкании переключателя S1. Базовые токи отсутствуют. Таким образом, транзистор отсекает ток коллектора. Оба светодиода погаснут.

Часто мы используем транзистор для усиления тока и переключателей.

Схема с эмиттером (Э) в токе базы и в токе коллектора. Мы назвали эмиттер синфазным. Транзисторная схема работает так и широко используется. Таким образом, мы должны изучить это в первую очередь.

Рабочая модель и структура транзистора NPN

Я расстроен, потому что не могу объяснить вам, как понять внутреннюю структуру NPN-транзистора.

Однако попробую сравнить с диодом и переменным резистором. Это может помочь вам легче понять.

Смотрите ниже.

Вот пошаговый процесс.

• Соединение база-эмиттер похоже на диод.
• Ток базы IB протекает только тогда, когда напряжение VBE между база-эмиттер составляет 0,7 В или более.
• Маленький ток базы (IB) управляет большими токами коллектора.
• IC = hFE × IB (кроме полностью активных и насыщенных транзисторов)

• hFE — коэффициент усиления по току (по постоянному току). Нормальное значение для hFE равно 100 (единицы измерения нет, поскольку это отношение).
• Сопротивление между коллектором и эмиттером (RCE) регулируется током базы (IB) по формуле:
  • IB = 0 RCE = бесконечное значение. Транзистор (выкл.)
  • Меньше IB, RCE ниже, транзистор включается только частично
  • IB добавлен. RCE = 0. Транзистор пройдет (ON) полностью (насыщенные)

Дополнительные примечания:

Узнайте больше о транзисторных цепях здесь

Darling Transistor Pair

Transistor или Darling Pare

Darling Tranistor OR Darling Darling . два биполярных транзистора, соединенных вместе, как показано на рисунке ниже.

Почему транзистор Дарлингтона назвали ? – Потому что эта конфигурация была изобретена Сиднеем Дарлингтоном в Bell Labs в 1953. С этой конфигурацией мы можем добиться более высокого коэффициента усиления, чем у обычного транзистора. Его также можно интегрировать в микросхему, такую ​​как ULN2003

. В большинстве случаев мы предпочитаем использовать ее в виде обычной транзисторной схемы, чем микросхему. Каждая схема может содержать или не содержать более двух транзисторов.

Это приводит к тому, что ток, усиленный первым транзистором, усиливается вторым транзистором.

Текущий коэффициент усиления равен коэффициенту усиления каждого из них, умноженного вместе:

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона hFE = hFE1 × hFE2
(hFE1 и hFE2 — коэффициенты усиления каждого транзистора).

По этой причине пара Дарлингтона имеет очень высокий коэффициент усиления по току, например 10000. Поэтому мы используем только небольшой базовый ток, чтобы позволить паре Дарлингтона переключаться.

Пара Дарлингтона вместо одного транзистора с очень высоким коэффициентом усиления по току. Также имеет три ножки (B, C и E), что эквивалентно ножкам одного транзистора.

Мы можем использовать пару Дарлингтона.

Поставив напряжение 0,7В между базой-эмиттером (VBE) обоих транзисторов последовательно внутр. Поэтому для их включения требуется напряжение 1,4 В.

Эксперимент со схемой сенсорного выключателя

Транзисторная схема работает как пара Дарлингтона и очень чувствительна к малым токам, протекающим через нашу кожу. Таким образом, можно использовать для создания схемы сенсорного переключателя, как показано на схеме.

Для этой схемы используйте два маломощных транзистора общего назначения.

При касании загорается светодиод.

Резистор 100K используется для ограничения тока базы.

Эти схемы на транзисторах Дарлингтона используются во многих схемах.

• Аудиоусилители
• Water Alam: измеряет очень маленькое течение, протекающее через воду.
• Бесконтактный детектор переменного напряжения: это усилитель с высоким коэффициентом усиления, использующий 3 транзистора.
• Сенсорный переключатель: если мы соединим его с куском металла, мы сможем сделать сенсорную кнопку.

Check out these related articles(using Darlington), too:

• 555 PWM LED dimmer circuit diagram
• High impedance small amplifier circuits
• бесконтактный тестер напряжения с использованием транзисторов

Использование транзистора в качестве переключателя

Когда мы используем транзистор в качестве переключателя. Он выключится (OFF) или включится (ON).

При напряжении (ВКЛ) напряжение VCE на транзисторе почти равно нулю. и мы называем его насыщенным транзистором. Потому что он не может иметь больший ток коллектора (IC).

Посмотрите на простую схему переключения транзисторов ниже.

Выходное устройство, которое переключается этим транзистором, называется нагрузкой

Мощность, генерируемая переключающим транзистором, очень мала:

• В выключенном состоянии: мощность = IC × VCE, но IC = 0, поэтому мощность нуль.
• Во включенном состоянии: мощность = IC × VCE, но VCE = 0 (большинство), поэтому мощность очень низкая.

Это означает, что используемый транзистор не нагревается. Так что не учитывайте максимальный показатель мощности.

Но важным показателем в схеме включения является максимальный ток коллектора IC (max). А, минимальный коэффициент усиления по току hFE (мин).

 Напряжение транзистора не должно учитываться. За исключением случаев использования с источником питания выше 15 В.

Читайте также: Схема переключения транзисторов в цифровых схемах

Защищенный диод

Если нагрузкой является двигатель, реле или соленоид (или другие устройства, представляющие собой катушки). Подключим диод через нагрузку. Для защиты схемы работает транзистор (и ИС), поврежденный при отключении нагрузки.

Посмотрите на принципиальную схему.

На схеме показано подключение обратносмещенного диода. Который обычно не проводит токи.

Он будет проводить ток только при отключении нагрузки.

В это время ток, собирающий энергию в катушке, попытается пройти через катушку.

И, Потому что транзистор находится в состоянии отсечки. Таким образом, вместо этого ток течет через диод.

Если нет диода, ток не течет. Эта катушка будет производить высокое пиковое напряжение. Это опасно и пытается течь.

Когда следует использовать реле

Мы не можем использовать транзистор для переключения напряжения переменного тока или высокого напряжения (например, сети переменного тока). И он не подходит для переключения слишком высокого тока (> 5A). ในกรณีนี้ нам нужно использовать реле.

Но нам также нужно использовать маломощный транзистор для подачи тока на катушку реле.

Преимущества реле:

• Реле может переключать питание переменного и постоянного тока, транзистор может переключать только питание постоянного тока.
• Он может включать высоковольтное питание, транзистор — нет.
• Реле лучше подходят для переключения на сильноточный ток (> 5 А).
• Реле может переключать несколько контактов одновременно.

Недостатки реле:

• Реле слишком велико по сравнению с транзистором в переключателе малого тока.
• Реле не может переключаться со скоростью, транзистор может переключаться много раз в секунду.
• Реле требуют большей мощности Посмотрите на ток, протекающий через катушку.
• Реле требуют больше тока, чем может управлять ИС. Поэтому нам нужно использовать маломощный транзистор для переключения тока катушки реле.

Кредит: https://electronicsclub.info Большое спасибо. Этот контент делает меня более понятным.

Соединение транзистора с выходом ИС

Большинство выходов ИС не могут обеспечивать большие токи. Итак, необходимо использовать транзистор. Для переключения токов, достаточно высоких для выходных устройств. Например, лампочки, двигатели, реле и т. д.

За исключением таймера 555 IC, он обычно может подавать ток до 200 мА.

Этого достаточно для выходных устройств, требующих небольшого тока. Например, маленькая лампочка, зуммер или реле. Без помощи транзистора.

Посмотрите на базовую схему. Подключите транзистор к выходу микросхемы.

Резистор R1 предназначен для ограничения тока, протекающего в базу транзистора. И предотвратить повреждение.

Однако сопротивление R1 должно быть достаточно низким, чтобы обеспечить насыщение транзистора и предотвратить перегрев.

Это важно при переключении транзистора с большим током (>100мА). Самый безопасный способ, ток базы (IB) должен быть в 5 раз выше, чем ток, который делает транзистор насыщенным.

Понимаешь? Читайте больше, вы будете чувствовать себя более ясно.

Правильный выбор NPN-транзистора

На принципиальной схеме показано подключение NPN-транзистора. Эта схема переключится на нагрузку, когда на выходе микросхемы будет высокий уровень (+ V).

С другой стороны, если вы хотите продолжить загрузку, когда выходное напряжение микросхемы низкое (0 В), посмотрите на схему PNP-транзистора ниже.

Приведенные ниже шаги объясняют, как выбрать подходящий переключающий транзистор.

• Максимальный ток коллектора (IC max) транзистора должен превышать ток нагрузки.

  Мы можем найти ток нагрузки (LC) = напряжение питания (VS) / сопротивление нагрузки. или

  Например, мы используем лампочку 12V 3W. Он использует ток
  = 1 Вт / 12 В = 0,083 А. Поэтому мы используем IC max более 0,1 А или 100 мА.

• Минимальный ток усиления, hFE (min) транзистора, должен быть как минимум в 5 раз больше тока нагрузки IC, деленного на максимальный выходной ток IC (микросхемы).
• Рассчитайте приблизительное значение базового резистора:
  R1 = 0,2 × RL × hFE или
  R1 = (Vs × hFE) (5 × IC)

Выбор подходящего PNP-транзистора подключение транзистора PNP.

Эта цепь переключается на нагрузку, когда на выходе микросхемы низкий уровень (0 В).

Процедура выбора подходящего транзистора PNP аналогична описанной выше процедуре выбора транзистора NPN.

Кроме того, мы можем использовать транзисторы по-разному. Узнать больше:

• Использование переключающего транзистора с датчиком
• Изучение схемы делителя напряжения
• Транзистор инвертора (НЕ вентиль)

…

10 Пример схемы транзистора

Прочитайте принцип, вы, наверное, начинаете понимать. Далее давайте рассмотрим пример транзисторной схемы. Надеюсь, это будет полезно для вас.

1# Простая схема внутренней связи

См. простую схему внутренней связи, использующую транзисторы и несколько деталей. Так легко построить и дешевле, чем ИС. Для небольшого дома и обучения. Подробнее

2# 4-транзисторная схема усилителя звука

Это схема 4-транзисторного усилителя звука. Это комплементарный двухтактный усилитель с 4 транзисторами, демонстрирующий основы конструкции аудиоусилителя. Подробнее

3# Простой транзистор | полиция | Сирена скорой помощи (звуковая сигнализация) схемы

Я хотел бы представить простой и экономичный простой схемы сирены . Он подходит для начинающих. Мой сын будет постепенно строить эту схему на макете печатной платы.

4# Цепь постоянного тока с использованием транзисторов

Вот схема постоянного тока с использованием транзисторов. Потому что аккумулятор Ni-HM следует заряжать только постоянным током. Нашим друзьям это нужно. Кроме того, я и моя дочь заинтересованы в изучении/опробовании этой схемы.

5# Небольшой удар высокого напряжения с использованием транзистора

Это небольшая цепь высокого напряжения , давление от слабого тока. Он идеально подходит для веселой игры. В схеме есть несколько компонентов, всего два небольших транзистора NPN, 2 резистора и трансформатор. Так легко построить и дешево!

6# Простой транзисторный импульсный источник питания 12 В

Можем ли мы построить импульсный источник питания с 2 транзисторами? Да мы можем! Давайте поэкспериментируем с простой схемой импульсного источника питания на 12 В с использованием транзисторов.

7# Базовая схема драйвера двигателя Н-моста с использованием биполярного транзистора

Контроллер двигателя постоянного тока имеет множество форм. Я собираюсь предложить вам изучить схему драйвера двигателя h-bridge . И что? Это легко сделать с помощью драйверов транзисторов или MOSFET. И у них тоже высокая производительность.

Загрузить это

Все полноразмерные изображения этого поста в формате PDF находятся в электронной книге. Спасибо, ваша поддержка. 🙂

Вот несколько родственных постов, которые вы можете прочитать:

• Простая аудиогарная схема с использованием транзисторов
• 4 Транзисторная схема Audio Amplifier. 0-30.
. PCB

Похожие сообщения

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь, чтобы Электроника Обучалась легко .

10 удивительных транзисторных проектов Схемы для начинающих

Без сомнения, все предпочитают проекты, связанные с транзисторами. Они не только просты в изготовлении, но и экономичны. Многие транзисторные проекты, такие как освещение салона автомобиля, сигнализация дождя и бесшумный источник питания, работают с простыми электрическими платами. Здесь мы создадим десять простых проектов, используя транзисторы, а также другие электронные компоненты, такие как батареи.

Действительно, если вы новичок, это основные схемы, которые вы можете сделать для школьных занятий. Кроме того, вы можете сконструировать их ходом на макетной плате без использования пайки. Тем не менее, вот широкий спектр проектов, которые вы можете построить с помощью выходного транзистора. Каждая подборка в нашем списке — отличный дизайн для начинающих студентов, изучающих электронику.

 

Содержание

1. Что можно сделать с транзистором?

 

Во-первых, транзистор — это полупроводниковое устройство, которое усиливает и коммутирует электрическую энергию и электронные сигналы. Разработка транзисторных схем, по сути, является одним из величайших изобретений 20-го века. Использование прикладных схем с транзисторами многочисленно. Тем не менее, самое важное, что вы можете сделать с транзисторными проектами, — это использовать их в качестве переключающего устройства (контроля уровня напряжения).

Транзисторы позволяют переключать устройства, подавая низкочастотные и высоковольтные частотные сигналы для регулирования терминала. Они служат отличным электронным замком зажигания. Для этой цели они функционируют как базовый ток, когда вы используете их в стандартной конфигурации эмиттера. Кроме того, они также действуют как усилители и датчики для контроля значительного усиления электрического тока.

В настоящее время транзисторы представляют собой обширные проекты, которые являются основополагающими в создании электронных устройств. Несомненно, есть несколько применений основных транзисторных схем, но переключение базового напряжения является наиболее простым.

 

2. 10 простых проектов транзисторов Элементы

 

Ниже приведены десять проектов транзисторов для начинающих.

 

• Аварийный сигнал датчика дождя

 

Вы можете собрать простую схему сигнализации дождя, используя транзистор в качестве основного компонента. Конфигурация часто представляет собой обычный эмиттер Дарлингтона, который значительно увеличивает мощность усиления по току.

После подключения светодиода к практической схеме таймера капли воды, которые соединяются и падают на базу транзистора T1 с положительным питанием, заставят светодиод светиться. Также будет звучать зуммер.

 

(водяной датчик дождя)

 

 

Бесшумный источник питания представляет собой проект бесшумного источника питания для обратного проектирования. К сожалению, в некоторых схемах аудиоусилителей это может стать помехой до такой степени, что правильное заземление также может не решить проблему.

Однако с помощью мощного транзистора и конденсатора можно сконструировать бесшумный источник питания, используя принципиальную схему. Сделав это, вы обойдете шум через регулируемый блок питания. Таким образом, делая его пульсирующим и бесшумным для всей цепи.

Источник: https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:PC-PowerSupply-Principle-Circuit.svg

• Тестер кристаллов

 

Тестовый кристалл — один из пассивных компонентов, работающих с транзисторами. Большинство студентов, изучающих электротехнику, могут найти кристаллы в электронных устройствах необычными. Принципиальная схема представляет собой стандартный кварцевый генератор.

Интегрирует кристалл для запуска колебаний. Если вы используете отличный подключенный кристалл, лампочка загорится сразу. Однако неисправный кристалл не наполнит лампу светом.

 

(кристалл-тестер)

 

 

Уверены ли вы в твердости своей руки? С электронной схемой вы можете проверить себя. Чтобы построить его, вам понадобятся компоненты схемы, такие как провод 5 В, штифт для большого пальца, штифт для ключа и, конечно же, схема контроля напряжения батареи.

Наденьте сжатое металлическое кольцо для ключей на блок питания, не касаясь всей цепи. А жужжащий звук из динамика придаст точности движениям вашей руки и пальцев.

 

 

Если ваш резервуар для воды часто переполняется, вы, безусловно, можете определить уровень воды с помощью схемы датчика тока. Схема имеет светодиодную индикацию, поэтому напоминает вам об экономии воды. Для курса вам особенно понадобится резистор на 100 Ом. Принципиальная схема и ее работа Таймер 555 IC издает чистый звук, когда вода достигает своего уровня.

Основной принцип – два провода зонда касаются воды. Через них начинает течь ток. Следовательно, Тьюринг ВКЛ транзистор. Соедините все компоненты схемы на макетной плате, затем поместите провода датчиков на контейнер. Когда резервуар будет заполнен, контейнер в зуммере издаст звуковой сигнал.

Индикатор уровня воды — это, по сути, один из самых сложных транзисторных проектов. Как и в схеме сигнализации дождя, ее основой является нестабильный мультивибратор. Рабочая частота зависит от переменного резистора и компонентов схемы, таких как конденсаторы.

Источник: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ultrasonic_Wireless_Water_Level_Indicator.jpg

 

• Простой таймер задержки

 

Используя стандартные компоненты схемы, такие как конденсатор, диод и, конечно же, два транзистора, вы можете построить практическую схему таймера включения и выключения с задержкой. На простой принципиальной схеме показано, как должны быть подключены транзисторы вместе с несколькими другими пассивными компонентами, чтобы получить предполагаемые выходы времени задержки.

Цепь более высокого напряжения входит в базу резисторов и включает транзистор, а затем и светодиод однократным нажатием кнопки. Вы также можете следовать курсу отсрочки, показанному для лучшего понимания.

 

• Бомба с часовым механизмом

 

Хотите напугать друга? Почему бы не сделать фальшивую схему бомбы? Простая схема производит звук, похожий на тиканье часов. Отрегулируйте частоту тиков до 220k pot и зарядите внешнюю цепь на 2u2. Затем, когда 0,65 В соединяется с базой транзистора Т1, он начинает включаться и издает тикающий звук.

Включите BC 557, который проталкивает небольшой заряд на 2u2 во вторую базу транзистора, чтобы включить его больше. После того, как оба транзистора быстро отключатся, цикл начинается снова.

 

(бомба замедленного действия)

 

• Цепь мигающего светодиода

 

Схема Blinker — простейшая электронная схема. На принципиальной схеме показаны точные точки крепления макетной платы. Вот как работают компоненты схемы: когда транзистор включен, он позволяет протекать через него току, поэтому светодиод загорается. Затем оба конденсатора C1 и C2 попеременно заряжаются и разряжаются от ключа зажигания, чтобы включать и выключать цепь эмиттерного повторителя.

Источник: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blinking_LEDs.jpg

-сегмент контроллера подсветки лампы. Датчик освещенности (зависимый резистор), внешнее сопротивление которого зависит от интенсивности света, обнаруживает темноту и автоматически включает его. Кроме того, он выключает светодиод в течение дня.

Все, что вам нужно сделать, это подключить компоненты схемы на макетной плате и подать питание на 9v батарея. Вы можете использовать принципиальную схему и таймер ее работы 555 IC в своей гостиной и в охранном освещении. Кроме того, вы можете комбинировать схему автоматического ночного освещения с катушкой реле для экономичной мощности, такой как фонари 220 В.

 

Источник: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wiring_diagram_of_lighting_control_panel_for_dummies.JPG

 

• Недорогой сенсорный переключатель 

 

На схеме показано простое подключение. Как следует из названия, это самая дешевая схема с сенсорным выключателем зажигания. Но вот как это работает: курс определяет сопротивление коллектора кожи пальца и посылает крошечный ток на транзистор Дарлингтона, чтобы включить его.

Цепь высокого напряжения на земном шаре затем подключается к передней части курса через 4M7, чтобы заменить палец и оставить его включенным. Чтобы выключить его, палец на кнопке OFF активирует транзистор, который, в свою очередь, лишит супертранзистор базового напряжения.