Транзистор схема включения. Транзисторы: виды, принцип работы и применение в электронике — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое транзисторы и как они работают. Какие бывают виды транзисторов. Как устроены полевые и биполярные транзисторы. Где применяются транзисторы в современной электронике.

Содержание

Что такое транзистор и его основные функции

Транзистор — это полупроводниковый прибор, который является основой всей современной цифровой электроники. Основные функции транзистора:

Усиление электрических сигналов
Переключение электрических цепей
Стабилизация напряжения
Генерация электрических колебаний

Транзисторы пришли на смену электронным лампам (вакуумным триодам) и позволили значительно уменьшить размеры электронных устройств.

Принцип работы транзистора

Принцип работы транзистора можно сравнить с водопроводным краном. Малым усилием на ручке крана можно управлять большим потоком воды. Аналогично, небольшим входным сигналом на базе или затворе транзистора можно управлять большим выходным током.

Транзистор имеет три электрода:

Эмиттер (исток) — источник носителей заряда

База (затвор) — управляющий электрод
Коллектор (сток) — принимает носители заряда

Изменяя напряжение или ток на базе/затворе, можно управлять током между эмиттером и коллектором.

Основные виды транзисторов

Существует два основных вида транзисторов:

1. Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы управляются током базы. Они бывают типа NPN и PNP в зависимости от типа полупроводников. Основные характеристики:

Высокий коэффициент усиления по току
Низкое входное сопротивление
Применяются в усилителях тока и напряжения

2. Полевые транзисторы

Полевые транзисторы управляются напряжением на затворе. Бывают с каналом n-типа и p-типа. Основные особенности:

Высокое входное сопротивление
Низкий уровень шумов
Применяются в ключевых схемах и усилителях

Устройство и принцип действия биполярного транзистора

Биполярный транзистор состоит из трех областей полупроводника: эмиттера, базы и коллектора. Принцип его работы основан на инжекции неосновных носителей заряда из эмиттера в базу.

Как работает биполярный транзистор:

При подаче прямого напряжения на переход эмиттер-база происходит инжекция носителей из эмиттера в базу
Большая часть инжектированных носителей проходит через тонкую базу в коллектор
Небольшим током базы управляется большой ток коллектора

Устройство и принцип действия полевого транзистора

Полевой транзистор имеет полупроводниковый канал, по которому протекает ток между истоком и стоком. Проводимость канала регулируется электрическим полем, создаваемым напряжением на затворе.

Принцип работы полевого транзистора:

При отсутствии напряжения на затворе канал проводит ток
При подаче напряжения на затвор изменяется концентрация носителей в канале

Это приводит к изменению проводимости канала и тока исток-сток

Основные параметры и характеристики транзисторов

Ключевые параметры транзисторов:

Коэффициент усиления по току (β) — для биполярных транзисторов
Крутизна характеристики (S) — для полевых транзисторов
Максимально допустимые токи и напряжения
Граничная частота усиления
Входная и выходная емкость
Тепловое сопротивление

Основные характеристики:

Выходные (коллекторные) характеристики
Входные характеристики
Характеристики прямой передачи
Характеристики обратной связи

Схемы включения транзисторов

Существует три основные схемы включения транзисторов:

1. Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Наиболее распространенная схема
Обеспечивает усиление по току и напряжению
Имеет среднее входное и выходное сопротивление

2. Схема с общей базой (ОБ)

Обеспечивает усиление по напряжению, но ослабление по току

Имеет низкое входное и высокое выходное сопротивление
Применяется на высоких частотах

3. Схема с общим коллектором (ОК)

Обеспечивает усиление по току, но не усиливает напряжение
Имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление
Используется как согласующий каскад

Применение транзисторов в электронике

Транзисторы нашли широчайшее применение в современной электронике:

Усилители сигналов (аудио, видео, радиочастотные)
Генераторы электрических колебаний
Стабилизаторы напряжения и тока
Ключевые схемы в цифровой электронике
Логические элементы в микропроцессорах и микросхемах
Силовые ключи в импульсных блоках питания
Датчики температуры, освещенности, магнитного поля

Транзисторы стали основой развития микроэлектроники и позволили создать современные компьютеры, смартфоны и другие цифровые устройства.

Перспективы развития транзисторных технологий

Основные направления совершенствования транзисторов:

Уменьшение размеров до нанометровых масштабов
Снижение энергопотребления
Повышение быстродействия
Создание транзисторов на новых физических принципах (спинтроника, фотоника)
Разработка транзисторов для квантовых вычислений

Развитие транзисторных технологий продолжает оставаться важнейшим фактором прогресса в электронике и вычислительной технике.

Виды, типы, характеристики, принцип работы

Транзистор… По-моему самая сложная и очень любопытная тема во всей электронике. Ничего нигде про них толком не написано. Ну что же, дорогие читатели, попробуем пролить свет истины на самое величайшее изобретение XX века, с которого началась Великая Эра цифровой электрон ики.

Что такое транзистор?

Транзистор (от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление) радиоэлектронный компонент, способный усиливать слабые электрические сигналы. Все, пока на этом хватит… Дальше интереснее.

Из чего состоит транзистор?

Как вы знаете, все мы из чего-то состоим. Люди состоят из мяса, воды и костей. А некоторые состоят вообще из другого материала, поэтому не тонут в воде ))). Так и наш транзистор – он тоже из чего-то состоит. Но из чего?

Как вы все знаете, материалы делятся на проводники и диэле ктрики, а между ними находятся полупроводники. Еще раз напомню вам, что проводники прекрасно проводят электрический ток, диэлектрики не проводят электрический ток, а вот полупроводники проводят электрический ток, но очень плохо.

“И зачем нам нужен этот полупроводниковый материал?” – спросите вы. Сам по себе материал полупроводник с практической точки зрения не представляет никакого интереса, но вот когда в него добавить малюсенькую долю некоторых элементов из таблицы Менделеева, по-научному “пролегировать”, то мы получим полупроводниковый материал, но с очень странными свойствами.

Самым знаменитым полупроводником является кремний

и германий

Как вы видите, они мало чем отличаются.

Кремний составляет почти 30% (!) земной коры, германий 1.5х10^-4% . Может быть поэтому полупроводниковые радиоэлементы очень дешевые, особенно из кремния?

P и N полупроводники

Когда в кремний добавляют мышьяк, получается так, что в кремнии стает очень много свободных электронов. А материалы, в которых очень много свободных электронов, мы уже называем проводниками. Следовательно, кремний, после легирования (смешивания) с мышьяком превращается из полупроводника в очень хороший проводник. Электроны обладают отрицательным зарядом, и их в полупроводнике как песчинок в пустыне, значит такой полупроводник будем называть

полупроводником N-типа. N – от англ. Negative – отрицательный.

А вот если пролегировать кремний с индием, то мы получим очень забавную вещь… В первом случае у нас появились лишние электроны, которые превратили полупроводник в проводник. Но здесь ситуация абсолютно противоположная. Представьте себе, как это бы странно не звучало, электрон с положительным зарядом. Да да, именно так. Но самое-самое интересное знаете что? Его не существует! Он как бы есть, но его как бы нет))).

Это все равно, что магнитное, электрическое или гравитационное поле. Оно существует, но мы его не видим.

Такой “электрон” мы будем называть дыркой. Так как дырка обладает положительным зарядом, то полупроводниковый материал в котором очень-очень много этих дырок, мы будем называть полупроводником P-типа. P – от англ. Positive – положительный.

По отдельности полупроводники P и N типа не представляют никакого интереса. Все самое интересное начинается тогда, когда они спаиваются с друг другом и образуется PN-переход.

PN-переход

В настоящее время PN-переход спаивается по специальной технологии, что, конечно же, увеличивает проводимость для электрического тока. Ширина этой спайки очень мала и достигает одну тысячную миллиметра.

Свойство PN-перехода

Думаю, будет излишним рассказывать как на физическом уровне работает PN переход. Это долго, муторно и непонятно. Да и вам это точно не пригодится). Самое главное свойство P-N перехода – это

односторонняя проводимость! Односторонняя ЧТО? ОДНОСТОРОННЯЯ ПРОВОДИМОСТЬ. Но что означает это словосочетание?

Давайте представим себе воронку, наподобие этой:

С какой стороны нам будет удобней наливать жидкость? Думаю, что сверху, не так ли? Тем самым мы переливаем нашу жидкость далее в какой-либо сосуд.

Ну а что будет, если мы перевернем нашу воронку и будем наливать жидкость через узенькую трубочку таким же напором? Совсем малюсенькая часть жидкости попадет через узкую трубочку и окажется по ту сторону воронки. Остальная же часть тупо прольется мимо воронки.

А давайте теперь на секундочку представим, что вместо жидкости мы будем “наливать” электрический ток. С широкой стороны воронки ток прекрасно зайдет и потечет дальше через узенькую трубочку, а если

перевернуть воронку совсем малюсенькая часть электрического тока протиснется на другой конец воронки, остальная же часть электрического тока “прольется” мимо воронки.

Так вот, дорогие мои читатели, P-N переход работает точно таким же способом, как и эта воронка! P – это широкая часть воронки, N – узкая часть воронки, ну то есть та самая тонкая трубочка.

Таким образом, подавая на “воронку” полупроводника P, плюс от источника питания (это может быть батарейка или блок питания ) , а к N-полупроводнику, к узкой трубочке воронки, минус, то у нас ток течет как ни в чем не бывало. Но как только мы поменяем полярность, то есть подадим на P минус, а на N плюс, то у нас ток никуда не потечет. То есть цепь будет находиться в обрыве.

Диод, как самый простой PN-переход

А вам знаком вот такой радиоэлемент? Да, это самый простой диод.

а вот его схематическое изображение

А знаете ли вы, что диод состоит из самого обычного PN-перехода? Можем даже вот так нарисовать диод:

Проведем опыт. Возьмем простой советский диод марки Д226:

Интересно, что же внутри у него? На наждаке стачиваем одну треть корпуса диода, чтобы не повредить внутренности:

Интересно, где же этот PN-переход? С помощью цифрового микроскопа Prima Expert M100 увеличиваем наш парированный диод и видим кристалл кремния.

Судя по книге Шишкова “Первые шаги в радиоэлектронике”, PN-переход находится где-то здесь:

Хотя я увидел там только одну пластинку кремния. Видать полупроводники P и N сплавлены в один бутербродик.

Итак, классика жанра… Как вы видите на этой картинке, диод имеет анод и катод. Анод – это P полупроводник, катод – это N полупроводник. Все элементарно и просто.

Односторонняя проводимость PN-перехода

Далее проведем классический опыт, который описывается во всех учебниках физики. Собираем цепь из блока питания, лампочки и нашего диода вот по такой схеме (снизу перечеркнутый кружочек – это лампочка).

Теперь собираем эту схемку в реале. Красный щуп – это плюс от блока питания, черный щуп – это минус от блока питания.

Видим, что лампочка загорелась. Это означает, что электрический ток течет через диод как ни в чем не бывало.

Теперь меняем щупы местами и собираем вот по такой схеме:

Лампочка не горит. Ну ладно, не переживайте, ведь мы для себя сейчас открыли важнейшее свойство диода, а следовательно и PN-перехода! Диод пропускает электрический ток, если подать на его анод плюс, а на катод минус. Такое включение называют прямым включением диода. А если подать на анод минус, а на катод плюс – диод не будет пропускать электрический ток.

Как проверить целостность PN-перехода

Как проверить целостность PN-перехода, а соответственно и диода? Для этого ставим крутилку на мультиметре в режим прозвонки вот на этот значок :

В этом режиме измеряется падение напряжения. Прямое падение напряжения для кремниевых диодов составляет значение от 0,5 Вольт и до 0,7 Вольт, а для германиевых 0,3-0,4 Вольта.

Цепляем анод у диода к положительному щупу мультиметра (красный щуп), а катод цепляем к отрицательному щупу (черный щуп):

Итак, на дисплее мультиметра мы видим так называемое прямое падение напряжения PN-перехода. В данном случае оно равно 554 милливольта или 0,55 Вольт.

Если поменять щупы местами, то на дисплее мультиметра высветится единичка. Это значит, что падение напряжения в данном случае не влазит в диапазон измерения мультиметра в функции прозвонки. При функции “прозвонка” можно наблюдать падение напряжения только в диапазоне от 0 и до 1999 милливольт. Мультиметр же выдает 2,8-3 Вольта в этом режиме.

Зависимость падения напряжения на PN-переходе от температуры

Также у PN-перехода есть очень интересное свойство. Его прямое падение напряжения зависит от температуры.

Вот прямое падение напряжения на диоде при обычной комнатной температуре: 554 милливольта.

Начинаем жарить паяльным феном при 200 градусах по Цельсию и смотрим на дисплей мультиметра:

Опа-на, 392 милливольт, а было 554 …

А давайте охладим наш диод. Для этого используем морозильную камеру холодильника:

615 милливольт…

При повышении температуры, прямое падение напряжения на PN-переходе понижается, а при понижении температуры – повышается. Из Закона Ома вы знаете, что чем меньше сопротивление (а следовательно и падение напряжение на нем), тем лучше течет электрический ток. Может быть, именно поэтому вся современная электроника очень плохо работает на холоде, но прекрасно работает в жаре, потому как почти полностью построена на полупроводниках.

Зависимость сопротивления прямого перехода от температуры радиолюбители используют даже в своих схемах, например в схеме умного вентилятора.

Биполярный транзистор

История возникновения

На дворе стоял послевоенный 1947 год. Декабрь. Холодно, голодно, жутко… но только не в лаборатории Bell Labs! Трое ученых: Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн, бились над радиоэлементом, который перевернул весь мир с ног на голову! 16 декабря 1947 года можно назвать днем второго рождения электроники! Да, черт побери! В этот день впервые миру был продемонстрирован биполярный транзистор.

Именно биполярный транзистор сделал революцию в электронике. Обладая усилительными свойствами, он заменил собой электронные лампы, что сделало электронику намного надежнее, мобильнее и компактнее. Без такого изобретения, как транзистор, мы с вами до сих пор бы жили без компьютеров, мобильных телефонов, планшетов и других различных электронных гаджетов.

Внутреннее строение биполярного транзистора

Помните, о чем мы беседовали выше? Да-да, о полупроводниках P и N типа, а также об их совместном воздействии. В итоге у нас получился диод.

А почему бы нам не добавить еще один полупроводник с такой же проводимостью, как слева? Сказано – сделано! Ну что же, прошу любить и жаловать! Получился БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР!

Если читать слева-направо или справа-налево, из каких полупроводников он состоит, то можно узнать какой он проводимости. Значит, транзистор на рисуночке выше у нас проводимости PNP, или, как у нас говорят, прямой проводимости.

А вот у этого транзистора проводимость NPN или обратной проводимости.

Вывод со среднего полупроводникового материала называется базой, а по краям эмиттер и коллектор. Откуда такие названия? Так как транзистор придумали американцы, то и названия они дали соответствующие:

Эмиттер – на буржуйском Emitter – источник, излучатель, генератор. То есть вывод, на который что-то подается. В данном случае электрический ток.

База – Base – основа. Cамый главный вывод.

Коллектор – Collector – сборщик, собиратель, токоприемник. Он как-бы “собирает” электрический ток.

Обозначение на схеме биполярного транзистора

Как же на схемах обозначаются биполярные транзисторы? Мы разобрали, что существуют транзисторы прямой и обратной проводимости, значит и на схемах они будут обозначатся совсем по-другому.

Схемотехническое обозначение P-N-P транзистора, то есть транзистора прямой проводимости

будет выглядеть вот так:

А схемотехническое обозначение транзистора обратной проводимости или N-P-N транзистора

будет выглядеть вот так:

В старинных советских схемах транзисторы обозначались буквой T, в современных схемах они уже обозначаются буквами VT. Как нетрудно догадаться, вывод со стрелочкой – это эмиттер.

Как не путаться в проводимостях транзистора и в их схемотехнических изображениях? Тут все просто. Как вы помните, в полупроводнике P-типа у нас очень много дырок, а дырки обладают положительным зарядом, то есть они со знаком “плюс”.

Полупроводник N-типа содержит большое количество электронов, а электроны – это отрицательные частицы со знаком “минус”. Как вы помните, электрический ток течет от “плюса” к “минусу”. Стрелка эмиттера показывает направление движения электрического тока. То есть, если у нас база состоит из полупроводника P-типа, то значит ток течет от базы, следовательно, стрелка эмиттера направлена от базы, если же база из N-полупроводника, то стрелка эмиттера направлена в базу. Все просто как дважды два.

Как выглядят биполярные транзисторы

Как же в реале выглядят транзисторы? Уууу…. тут фантазиям разработчиков нет предела. Ниже фоты самых распространенных корпусов транзисторов:

Но! Имейте ввиду! Если вам попался радиоэлемент в таком корпусе – это не обязательно транзистор! Это может быть и тиристор, и диодная сборка или даже стабилизатор напряжения, или вообще что угодно. Как же тогда распознать транзистор? Читаем ниже).

Эквивалентная схема биполярного транзистора

Итак, как же нам распознать биполярный транзистор среди кучи радиоэлементов, имеющих схожий корпус? Давайте рассмотрим еще раз его внутреннюю структуру. Для транзистора прямой проводимости она будет выглядеть так:

а для транзистора обратной проводимости вот так:

А знаете что? Давайте-ка резанём серединный слой пополам… Предположим, мы взяли тонкий-тонкий ножик и разделили полупроводник базы на две части.

Итак, рисуночки у нас становятся такими:

для транзистора прямой проводимости

для транзистора обратной проводимости

Вот этот или вот этот участок транзистора вам ничего не напоминает?

Едрить-колотить! Так ведь это же диод!

Так что тогда получается? Что транзистор тупо состоит из двух диодов? Грубо говоря, так оно и есть.

Значит, схематически мы можем транзистор нарисовать как два диода. Итак, что у нас тогда получиться? Для транзистора прямой проводимости:

схема будет выглядеть вот так:

а для транзистора обратной проводимости

вот так:

Все элементарно и просто, господа! Итак, мы с вами узнали, что схематически (не физически) транзистор можно заменить как два диода, которые соединены катодами или анодами. А проверять диоды мы с вами умеем без проблем, не так ли? Кто подзабыл, читаем статью как проверить диод мультиметром.

Как проверить транзистор с помощью мультиметра

У нас имеются два транзистора. Стоп! А с чего мы взяли что это вообще транзисторы?

Внимательно смотрим на них и видим какие то буквы и цифры. КТ815Б и КТ814Б. Блин, снизу еще какие-то цифры. Во дела! Ладно, ничего страшного. Для этого открываем яндекс или гугл и вбиваем первую строчку названия транзистора. Вбиваем “КТ815Б” и рядышком пишем незамысловатое слово “даташит” или на буржуйский манер “datasheet”.

Качаем документацию на этот радиоэлемент и узнаем что это такое и что он из себя представляет. Теперь я знаю, что это транзистор NPN структуры, а также знаю расположение его выводов.

Вон сколько сразу можно узнать!

А вот и вторая страничка даташита:

Здесь мы видим уже тот же самый транзистор, но уже в другом корпусе. У нас на фото транзистор в корпусе КТ-27. Видите цифры на выводах транзистора? Смотрим в табличку и узнаем, где какой вывод. Значит, на фото у нас выводы идут таким образом:

Теперь рассмотрим другой транзистор.

Из даташита транзистора КТ815Б мы узнали, что у него есть комплиментарная пара: транзистор КТ814

Комплиментарная пара для кого-либо транзистора – это транзистор точно с такими же характеристиками и параметрами, НО у него просто-напросто другая проводимость. Это значит, что транзистор КТ815 у нас обратной проводимости, то есть NPN, а КТ814 прямой проводимости, то есть PNP .
Справедливо также и обратное: для транзистора КТ814 комплиментарной парой является транзистор КТ815 ! Короче говоря, зеркальные братья-близнецы. Также самой популярной комплиментарной парой транзисторов в Советском Союзе были транзисторы КТ315 и КТ361.

Проверка NPN-транзистора с помощью мультиметра
Берем наш знаменитый мультиметр, цепляем щупы-крокодилы и ставим на значок “прозвонка”
Будем проверять транзистор КТ815. Так как он структуры NPN, следовательно, его можно схематически заменить вот на такую диодную схему:
Вспоминаем распиновку нашего транзистора:
Как мы помним, диод пропускает постоянный ток только в одном направлении. Проверяем первый диод транзистора. Для этого ставим на базу плюс, на эмиттер – минус.
Видим падение напряжения при прямом включении на PN-переходе в милливольтах.
Меняем щупы местами. То есть на базу подаем минус, а на эмиттер – плюс:
Единичка, значит первый диод транзистора исправен.

Проверяем второй диод транзистора. Ставим на базу плюс, а на коллектор – минус:
Видим падение напряжения на PN-переходе. Все гуд.

Меняем щупы местами:
Мультиметр показывает единичку. Все в порядке. Второй диод тоже в полном здравии. Значит, транзистор в полной боевой готовности!
Проверка PNP-транзистора с помощью мультиметра
Ну что, теперь проверим комплиментарный транзист
Для начинающих. Схемы включения транзистора. / Блог им. Nikolay / Блоги по электронике
Рассмотрим схему включения транзистора с общим эмиттером.
— сам термин названия данного включение уже говорит о специфике данной схемы. Общий эмиттер а в крации это ОЭ, подразумевает тот факт, что у входа данной схемы и выхода общий эмиттер.
Рассмотрим схему:

в этой схеме видим два источника питания, первый 1.5 вольт, использован как входной сигнал для транзистора и всей схемы. Второй источник питания 4.5 вольт, его роль питание транзистора, и всей схемы. Элемент схемы Rн – это нагрузка транзистора или проще говоря потребитель.
Теперь проследим саму работу данной схемы: источник питания 1.5 вольт служит входным сигналом для транзистора, поступая на базу транзистора он открывает его. Если рассматривать полный цикл прохода тока базы, то это будет так: ток проходит от плюса к минусу, то есть исходя от источника питания 1.5 вольт, а именно с клеммы + ток проходит по общему эмиттеру проходя по базе и замыкает свою цепь на клемме – батареи 1.5 вольт. В момент прохождения тока по базе транзистор открыт, тем самым транзистор позволяет второму источнику питания 4.5 вольт запитать Rн. посмотрим прохождение тока от второго источника питания 4.5 вольт. При открывании транзистора входным током базы, с источника питания 4.5 вольт выходит ток по эмиттеру транзистора и выходит из коллектора прям на нагрузку Rн.
Коэффициент усиления равен отношению тока коллектора к току базы и обычно может достигать от десятков до нескольких сотен. Транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, теоретически может дать максимальное усиление сигнала по мощности, относительно других вариантов включения транзистора.
Теперь рассмотрим схему включения транзистора с общим коллектором:

На данной схеме видим, что тут общий по входу и выходу транзистора коллектор. По этому эта схема называется с общим коллектором ОК.
Рассмотрим её работу: как и в предыдущей схеме поступает входной сигнал на базу, (в нашем случае это ток базы) открывает транзистор. При открывании транзистора ток с батареи 4.5 в проходит от клеммы батареи + через нагрузку Rн поступает на эмиттер транзистора проходит по коллектору и заканчивает свой круг. Вход каскада при таком включении ОК обладает высоким сопротивлением, обычно от десятых долей мегаома до нескольких мегаом из-за того, что коллекторный переход транзистора заперт. А выходное сопротивление каскада – напротив, мало, что позволяет использовать такие каскады для согласования предшествующего каскада с нагрузкой. Каскад с транзистором, включённым по схеме с общим коллектором, не усиливает напряжение, но усиливает ток (обычно в 10 … 100 раз). К данным подробностям еще вернемся в следующих статьях, так как не возможно охватить все и всех за один раз.
Рассмотрим схему включения транзистора с общей базой.

Название ОБ это уже нам теперь говорит о многом – значит по включению транзистора общая база относительно входа и выхода транзистора.
В данной схеме входной сигнал подают между базой и эмиттером – чем нам служит батарея с номиналом 1.5 в, ток проходя свой цикл от плюса через эмиттер транзистора по его базе, тем самым открывает транзистор для прохода напряжения с коллектора на нагрузку Rн. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни ом, что относят к недостатку описываемого включения транзистора. Кроме того, для функционирования каскада с транзистором, включённым по схеме с общей базой, необходимо два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы. Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз.
Вот рассмотрели три схемы включения транзистора, для расширения познаний могу добавить следующее:
Чем выше частота сигнала, поступающего на вход транзисторного каскада, тем меньше коэффициент усиления по току.
Коллекторный переход транзистора обладает высоким сопротивлением. Повышение частоты приводит к снижению реактивной ёмкости коллекторного перехода, что приводит к его существенному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада.
Что такое транзисторы и как они работают
Рубрика: Статьи про радиодетали Опубликовано 09.06.2020 · Комментарии: 0 · На чтение: 7 мин · Просмотры:
Post Views: 114
Транзисторы – это основа всей цифровой электроники 21 века. Они выполняют самые разнообразные функции. Это правопреемники и наследники радиоламп, так называемых вакуумных триодов. В этой статье мы на простом примере рассмотрим концепцию, принцип работы и применение транзисторов в электронике.
Концепция транзисторов
Что такое концепция? Это общее представление об объекте или процессе. Например, концепция автомобиля – это четыре колеса, руль, корпус, двигатель и коробка передач. Концепция одна, а выпускаются автомобили с разной конструкцией, устройством и предназначением.
У транзисторов, как и у вакуумных триодов, очень простая концепция и принцип работы.
Триод – это та деталь, у которой три контакта.
Давайте представим бак с водой, в центре которого установлена задвижка.
Что мы можем сделать с потоком воды? Мы можем управлять им за счет задвижки.
Например, если в баке течет вода, и задвижки нет в нем, то вода проходит без препятствия.
В тоже время, если мы полностью перекроем путь задвижкой, то и вода не будет поступать во вторую условную часть бака и поток прекратится.
А еще мы можем полностью управлять потоком воды при помощи регулировки задвижки.
Получается, что при помощи небольшой задвижки можно контролировать огромный поток воды.
Небольшие колебания (перемещения) задвижки позволяют с такой же частотой пропускать большой поток воды.
И именно в этом суть транзисторов и вакуумных триодов. С их помощью можно управлять электрическим током больших значений применяя небольшие усилия.
Но в тоже время, транзисторы могут быть по разному устроены.
Полевые транзисторы
Описанный выше пример – это полевой транзистор. У самого простого полевого транзистора есть сток, исток и затвор.
Транзисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов. Поэтому, у них есть второе название — полупроводниковые триоды.
При помощи полупроводников можно изготовить p-n переход.
Любой транзистор состоит из p-n переходов, которые пропускают электрический ток в одном направлении. И этот переход позволят управлять электрическим током как задвижкой.
Полевые транзисторы управляются при помощи напряжения, которое подается на затвор.
Так выглядит состав полевого транзистора с каналом p – типа.
А вот так с n – типом.
Канал транзистора – это область между истоком и стоком.
Почему транзисторы бывают разными по проводимости? Транзистор с n типом управляется при помощи положительного потенциала, а с p типом наоборот, отрицательным потенциалом. Это позволяет усиливать сигналы с разными потенциалами.
Затворов у полевых транзисторов на самом деле два, но их выводы объединены в один, так как функция у них одинакова. Зачем нужно два затвора? Так транзистором проще управлять.
Подавая напряжение на затвор, мы можем регулировать электрический ток проходящий от истока к стоку.
А самое главное не это. Самое главное, что мы можем таким образом не просто включить или выключить электрический ток по цепи, но и управлять его движением.
Например, можно подать на затвор полевого транзистора переменный сигнал 5 мкВ. И он будет модулировать электрический ток, который проходит через исток и сток транзистора. Так можно получить усиленный сигнал.
Также полевые транзисторы имеют разные схемы включения, которые позволяют согласовывать сопротивления и регулировать усилительные функции.
Обозначение (УГО) полевого транзистора с каналом n типа на принципиальных схемах:
Биполярные транзисторы
Это другой тип транзисторов. Такие транзисторы управляются при помощи электрического тока. И они состоят из чередующихся p-n переходов.
Как и у полевого транзистора, у биполярного тоже три контакта. Это эмиттер, база и коллектор. База всегда по типу противоположна эмиттеру и коллектору.
А также размеры базы транзистора намного меньше, чем у коллектора или эмиттера. База только открывает транзистор. И так как через нее протекает ток, она не должна быть большой, чтобы на нее не тратилось много энергии.
Эмиттер — это большой источник основных носителей заряда. А коллектор — это самый большой контакт из этой троицы. С коллектора снимается усиленный сигнал в классической схеме, чтобы получить максимальную мощность. В транзисторах большой мощности коллектор припаян напрямую к корпусу, чтобы рассеивать тепло.
Бывают биполярные транзисторы n-p-n типа.
и p-n-p типа.
Обозначение (УГО) биполярного n-p-n транзистора на принципиальных схемах:
Отличие биполярных транзисторов от полевых
Полевые транзисторы управляются при помощи электрического поля и благодаря этому они очень энергоэффективны. Именно по этой причине они используются при производстве процессоров.
С другой стороны, у полевых транзисторов есть слабое место. Это их тонкий p-n переход. Он очень чувствителен к статическому электричеству. Кстати, именно из-за статического электричества перестают работать флешки и карты памяти, если вы их вытащили из устройства во время работы.
Схемы защиты от статического электричества не успевают сработать, и статика разрушает полевые транзисторы.
А вот биполярные транзисторы наоборот, лучше переносят статику. Но в тоже время, они потребляют больше мощности, так как для их открытия нужен электрический ток.
Схемы включения
Так как у транзисторов три контакта, то можно чередовать вход и выход. Что это даст? У каждого контакта свои особенности. Например, если мы подадим сигнал на базу и эмиттер биполярного транзистора, а снимать итоговый сигнал будем с эмиттера и коллектора, то такая схема будет называются с общим эмиттером.
Этот тип включения позволяет передать максимум мощности в нагрузку.
Прочитать подробнее про работу схемы с общим эмиттером можно в этой статье.
Аналогичным образом можно подключить схему с общим коллектором и с общей базой. По сути, общий контакт — это такой контакт, который работает и на входе и на выходе одновременно с разными контактами.
Все тоже самое справедливо и для полевых транзисторов. Есть схемы с общим стоком, истоком и затвором.
Другие типы транзисторов
А еще бывают однопереходные, комплементарные и КМОП, МДП (MOSFET) и множество других транзисторов. Они разные по своим характеристикам, выполняют разные задачи и предназначены для конкретных целей. Но в целом, принцип работы у всех одинаков. Это управление электрическим током.
Характеристики
Так как полупроводниковые триоды (транзисторы) выполнены из полупроводника, то и на их работу влияет окружающая среда. Например, при изменении температуры окружающей среды, транзистор может вносить нелинейные искажения в выходной сигнал. С этим борются при помощи термпостабидизционных схем, которые позволяют стабилизировать работу транзистора на высоких температурах.
Также у транзисторов есть ВАХ (вольт-амперные характеристики), которые в отличие от вакуумной техники, быстро переходят в насыщение.
У всех транзисторов есть следующие параметры:
Коэффициент усиления по току;
Коэффициент усиления по напряжению;
Коэффициент усиления по току;
Коэффициент обратной связи;
Коэффициент передачи по току;
Входное сопротивление;
Выходное сопротивление;
Время включения;
Максимально допустимый ток и др.
У биполярных:
Обратный ток коллектор-эмиттер;
Частота коэффициента передачи тока базы;
Обратный ток коллектора;
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером и др.
Режимы работы
В целом, можно выделить несколько режимов работы:
Номинальный режим;
Инверсный;
Насыщения;
Отсечка;
Барьерный.
Функции транзисторов
Транзисторы выполняют следующие функции:
Позволяют усиливать электрические сигналы. Транзисторы усиливают любые электрические сигналы, как высокие так и низкие частоты.
Могут работать как ключ, включать и выключать поступление электрического тока. Благодаря этому простому включению и выключению работают все современные процессоры. Транзисторы – это основа всей современной цифровой техники.
Генерируют электрические сигналы за счет положительной обратной связи. На их основе можно сделать генераторы звука и сигналов.
Могут согласовывать сопротивления электрических цепях за счет различных схем включения и работают как ограничители тока. В блоках питания транзисторы могут ограничивать ток короткого замыкания, а также работать как предохранитель.
Чем транзисторы уступают лампам
Несмотря на неоспоримые преимущества транзисторов перед лампами, ламповые триоды по прежнему имеют ряд преимуществ., среди которых:
Устойчивость к высоким электромагнитным наводкам и помехам. Это не значит, что полупроводниковая техника может выйти из строя от любых помех. Но если случится сильнейшая магнитная буря от Солнца (или мощный ЭМИ удар от ядерных бомб), то все p-n переходы в полупроводниковой технике могут выйти из строя из-за высоких токов наводки. Вакуумная техниках намного устойчивее к таким помехам.
Ламповая техника намного лучше и стабильнее работает на высоких частотах. И это уже особенности конструкции. Так как в транзисторах есть p-n переходы, то у них тоже есть своя емкость. А паразитная емкость на высоких частотах негативно влияет на усиление сигнала. Появляются нелинейные искажения. А в вакуумной технике есть такие лампы, у которых по несколько экранирующих сеток, которые позволяют снизить эффект паразитных емкостей. Пример радиолампы — это клистрон.
Нельзя прямо сказать, что транзисторы полностью искоренили лампы. У каждой детали есть свои преимущества и недостатки в разных областях. Конечно, в цифровой технике транзисторам нет ровни среди ламп. Однако на сверхвысоких частотах транзисторы по-прежнему уступают лампам.
Post Views: 114
Составные транзисторы. Схемы включения. | HomeElectronics
Транзисторы как силовые элементы многих радиоэлектронных устройств для нормальной работы должны выполнять следующие функции:
1. Обеспечивать управление заданным током нагрузки при большом усилении по мощности.
2. Обладать достаточной (с учётом заданной выходной мощности и диапазонов изменения входного и выходного напряжений) рассеиваемой мощностью.
Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.
3. Иметь максимально допустимое напряжение коллектор – эмиттер, позволяющее без опасности пробоя обеспечивать необходимое падение напряжение на переходе коллектор – эмиттер при возможных значениях входного и выходного напряжений.
В некоторых случаях имеющиеся в наличии транзисторы не позволяют выполнить одно или несколько вышеописанных условий, тогда прибегают к помощи так называемых составных транзисторов. Схем составных транзисторов существует великое множество, но основных схем существует всего три.
Тандемное включение транзисторов (схемы Дарлингтона и Шиклаи)
Довольно часто возникает ситуация, когда необходимого коэффициента усиления одного транзистора не хватает. В этом случае транзисторы соединяют тандемно (то есть выходной ток первого транзистора является входным током для второго). Существует две схемы такого включения: схема Дарлингтона и схема Шиклаи. Отличие заключается лишь в том, что в схеме Дарлингтона используются транзисторы одинакового типа проводимости, а в схеме Шиклаи – разного типа проводимости.

Схема Дарлингтона

Схема Шиклаи
Данные пары – это просто два каскада эмиттерного повторителя. Иногда данные составные схемы транзисторов называют «супер-β» пары, так как они функционируют как один транзистор с высоким коэффициентом усиления.
Общий коэффициент передачи тока будет равен:

h_21e(ОБЩ) = h_21e(VT1)h_21e(VT2)
При использовании данных схем вполне возможна такая ситуация, когда нагрузка уменьшится до нуля (или некоторого минимального значения, близкого к нулю) или при повышении температуры базовый ток транзистора VT1 может стать равным нулю или даже переменить направление за счёт неуправляемого обратного тока коллектора. Во избежание запирания транзистора VT2 его режим следует стабилизировать с помощью резистора R1.
Величину сопротивления R1 можно определить по формуле:

R1 ≤ U_{E min}/I_CBO(VT1)
Параллельное включение транзисторов
Современные транзисторы позволяют реализовать электронные схемы расчитаные на широкие диапазоны изменений токов и напряжений, но в отдельных случаях для увеличения допустимой мощности рассеивания применяется параллельное включение транзисторов.

Схема параллельного включения транзисторов
Максимально допустимый ток протекающий через такой составной транзистор равен:

I_Kmax(общ) = I_Kmax(VT1) + I_Kmax(VT2)
При такой схеме включения транзисторов следует учитывать, что вследствие разброса параметров параллельно включённых транзисторов токи между ними распределяются неравномерно. Большая часть тока будет протекать через транзистор, имеющий больший коэффициент усиления. Рассеиваемые транзисторами мощности можно выровнять включением в их эмиттерные цепи дополнительных симметрирующих резисторов с небольшими сопротивлениями. Так как на практике трудно подбирать такие сопротивление для каждого транзистора, в практических схемах в эмиттеры всех транзисторов ставят резисторы одного сопротивления. Сопротивление симметрирующих резисторов R1 и R2 можно определить по формуле

R1 = R2 ≈ 0,5n/I_K,
где n – число параллельно соединенных транзисторов
I_K — ток проходящий через коллектор.
Такой способ связан с ухудшением усилительных свойств транзисторов, однако его достоинством является возможность получения мощного силового элемента при использовании относительно маломощных транзисторов.
Последовательное включение транзисторов
Во время работы силового транзистора на его переходе коллектор – эмиттер падает напряжение, представляющее собой разность входного и выходного напряжений. В отдельных случаях эта разность может превышать максимально допустимое напряжений коллектор – эмиттер транзистора, имеющегося в распоряжении. В этом случае необходимо использовать последовательное соединение нескольких транзисторов.

Схема последовательного включения транзисторов
Эквивалентный транзистор будет иметь следующие параметры:

U_CEmax(общ) = U_CEmax(VT1) + U_CEmax(VT2)
Для симметрирования напряжений, которые будут падать на переходе коллектор – эмиттер транзисторов вводят симметрирующие резисторы R1 и R2 сопротивление, которых можно определить по формуле

R1 = R2 < U_CEmax/2I_B,
где I_B – ток базы составного регулирующего транзистора.
Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.
схема подключения. Какая разница между PNP и NPN-транзисторами? :: SYL.ru
PNP-транзистор является электронным прибором, в определенном смысле обратном NPN-транзистору. В этом типе конструкции транзистора его PN-переходы открываются напряжениями обратной полярности по отношению к NPN-типу. В условном обозначении прибора стрелка, которая также определяет вывод эмиттера, на этот раз указывает внутрь символа транзистора.
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.
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.
Рассмотрим отличия PNP-типа на схеме включения с общей базой
Действительно, из нее можно увидеть, что ток коллектора I_C (в случае транзистора NPN) вытекает из положительного полюса батареи B2, проходит по выводу коллектора, проникает внутрь него и должен далее выйти через вывод базы, чтобы вернуться к отрицательному полюсу батареи. Таким же образом, рассматривая цепь эмиттера, можно увидеть, как его ток от положительного полюса батареи B1 входит в транзистор по выводу базы и далее проникает в эмиттер.
По выводу базы, таким образом, проходит как ток коллектора I_C, так и ток эмиттера I_E. Поскольку они циркулируют по своим контурам в противоположных направлениях, то результирующий ток базы равен их разности и очень мал, так как I_C немного меньше, чем I_E. Но так как последний все же больше, то направление протекания разностного тока (тока базы) совпадает с I_E, и поэтому биполярный транзистор PNP-типа имеет вытекающий из базы ток, а NPN-типа – втекающий.
Отличия PNP-типа на примере схемы включения с общим эмиттером
В этой новой схеме PN-переход база-эмиттер открыт напряжением батареи B1, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении посредством напряжения батареи В2. Вывод эмиттера, таким образом, является общим для цепей базы и коллектора.
Полный ток эмиттера задается суммой двух токов I_C и I_B; проходящих по выводу эмиттера в одном направлении. Таким образом, имеем I_E = I_C + I_B.
В этой схеме ток базы I_Bпросто «ответвляется» от тока эмиттера I_E, также совпадая с ним по направлению. При этом транзистор PNP-типа по-прежнему имеет вытекающий из базы ток I_B, а NPN-типа – втекающий.
В третьей из известных схем включения транзисторов, с общим коллектором, ситуация точно такая же. Поэтому мы ее не приводим в целях экономии места и времени читателей.
PNP-транзистор: подключение источников напряжения
Источник напряжения между базой и эмиттером (V_BE) подключается отрицательным полюсом к базе и положительным к эмиттеру, потому что работа PNP-транзистора происходит при отрицательном смещении базы по отношению к эмиттеру.
Напряжение питания эмиттера также положительно по отношению к коллектору (V_CE). Таким образом, у транзистора PNP-типа вывод эмиттера всегда более положителен по отношению как к базе, так и к коллектору.
Источники напряжения подключаются к PNP-транзистору, как показано на рисунке ниже.
На этот раз коллектор подключен к напряжению питания V_CC через нагрузочный резистор, R_L, который ограничивает максимальный ток, протекающий через прибор. Базовое напряжения V_B, которое смещает ее в отрицательном направлении по отношению к эмиттеру, подано на нее через резистор R_B, который снова используется для ограничения максимального тока базы.
Работа PNP-транзисторного каскада
Итак, чтобы вызвать протекание базового тока в PNP-транзисторе, база должна быть более отрицательной, чем эмиттер (ток должен покинуть базу) примерно на 0,7 вольт для кремниевого прибора или на 0,3 вольта для германиевого. Формулы, используемые для расчета базового резистора, базового тока или тока коллектора такие же, как те, которые используются для эквивалентного NPN-транзистора и представлены ниже.
Мы видим, что фундаментальным различием между NPN и PNP-транзистором является правильное смещение pn-переходов, поскольку направления токов и полярности напряжений в них всегда противоположны. Таким образом, для приведенной выше схеме: I_C = I_E – I_B, так как ток должен вытекать из базы.
Как правило, PNP-транзистор можно заменить на NPN в большинстве электронных схем, разница лишь в полярности напряжения и направлении тока. Такие транзисторы также могут быть использованы в качестве переключающих устройств, и пример ключа на PNP-транзисторе показан ниже.
Характеристики транзистора
Выходные характеристики транзистора PNP-типа очень похожи на соответствующие кривые эквивалентного NPN-транзистора, за исключением того, что они повернуты на 180° с учетом реверса полярности напряжений и токов (токи базы и коллектора, PNP-транзистора отрицательны). Точно также, чтобы найти рабочие точки транзистора PNP-типа, его динамическая линия нагрузки может быть изображена в III-й четверти декартовой системы координат.
Типовые характеристики PNP-транзистора 2N3906 показаны на рисунке ниже.
Транзисторные пары в усилительных каскадах
Вы можете задаться вопросом, что за причина использовать PNP-транзисторы, когда есть много доступных NPN-транзисторов, которые могут быть использованы в качестве усилителей или твердотельных коммутаторов? Однако наличие двух различных типов транзисторов — NPN и PNP — дает большие преимущества при проектировании схем усилителей мощности. Такие усилители используют «комплементарные», или «согласованные” пары транзисторов (представляющие собой один PNP-транзистор и один NPN, соединенные вместе, как показано на рис. ниже) в выходном каскаде.
Два соответствующих NPN и PNP-транзистора с близкими характеристиками, идентичными друг другу, называются комплементарными. Например, TIP3055 (NPN-тип) и TIP2955 (PNP-тип) являются хорошим примером комплементарных кремниевых силовых транзисторов. Они оба имеют коэффициент усиления постоянного тока β=I_C/I_B согласованный в пределах 10% и большой ток коллектора около 15А, что делает их идеальными для устройств управления двигателями или роботизированных приложений.
Кроме того, усилители класса B используют согласованные пары транзисторов и в своих выходной мощных каскадах. В них NPN-транзистор проводит только положительную полуволну сигнала, а PNP-транзистор – только его отрицательную половину.
Это позволяет усилителю проводить требуемую мощность через громкоговоритель в обоих направлениях при заданной номинальной мощности и импедансе. В результате выходной ток, который обычно бывает порядка нескольких ампер, равномерно распределяется между двумя комплементарными транзисторами.
Транзисторные пары в схемах управления электродвигателями
Их применяют также в H-мостовых цепях управления реверсивными двигателями постоянного тока, позволяющих регулировать ток через двигатель равномерно в обоих направлениях его вращения.
H-мостовая цепь выше называется так потому, что базовая конфигурация ее четырех переключателей на транзисторах напоминает букву «H» с двигателем, расположенным на поперечной линии. Транзисторный H-мост, вероятно, является одним из наиболее часто используемых типов схемы управления реверсивным двигателем постоянного тока. Он использует «взаимодополняющие» пары транзисторов NPN- и PNP-типов в каждой ветви, работающих в качестве ключей при управлении двигателем.
Вход управления A обеспечивает работу мотора в одном направлении, в то время как вход B используется для обратного вращения.
Например, когда транзистор TR1 включен, а TR2 выключен, вход A подключен к напряжению питания (+ Vcc), и если транзистор TR3 выключен, а TR4 включен, то вход B подключен к 0 вольт (GND). Поэтому двигатель будет вращаться в одном направлении, соответствующем положительному потенциалу входа A и отрицательному входа B.
Если состояния ключей изменить так, чтобы TR1 был выключен, TR2 включен, TR3 включен, а TR4 выключен, ток двигателя будет протекать в противоположном направлении, что повлечет его реверсирование.
Используя противоположные уровни логической «1» или «0» на входах A и B, можно управлять направлением вращения мотора.
Определение типа транзисторов
Любые биполярные транзисторы можно представить состоящими в основном из двух диодов, соединенных вместе спина к спине.
Мы можем использовать эту аналогию, чтобы определить, относится ли транзистор к типу PNP или NPN путем тестирования его сопротивления между его тремя выводами. Тестируя каждую их пару в обоих направлениях с помощью мультиметра, после шести измерений получим следующий результат:
1. Эмиттер — База.* Эти выводы должны действовать как обычный диод и проводить ток только в одном направлении.
2. Коллектор — База. Эти выводы также должны действовать как обычный диод и проводить ток только в одном направлении.
3. Эмиттер — Коллектор. Эти выводы не должен проводить в любом направлении.
Значения сопротивлений переходов транзисторов обоих типов
Пара выводов транзистора PNP NPN
Коллектор Эмиттер R_{ВЫСОКОЕ} R_{ВЫСОКОЕ}
Коллектор База R_НИЗКОЕ R_{ВЫСОКОЕ}
Эмиттер Коллектор R_{ВЫСОКОЕ} R_{ВЫСОКОЕ}
Эмиттер База R_НИЗКОЕ R_{ВЫСОКОЕ}
База Коллектор R_{ВЫСОКОЕ} R_НИЗКОЕ
База Эмиттер R_{ВЫСОКОЕ} R_НИЗКОЕ
Тогда мы можем определить PNP-транзистор как исправный и закрытый. Небольшой выходной ток и отрицательное напряжение на его базе (B) по отношению к его эмиттеру (E) будет его открывать и позволит протекать значительно большему эмиттер-коллекторному току. Транзисторы PNP проводят при положительном потенциале эмиттера. Иными словами, биполярный PNP-транзистор будет проводить только в том случае, если выводы базы и коллектором являются отрицательным по отношению к эмиттеру.
Схема коммутации транзисторов
и ее теория
Сводка
Схема переключения транзисторов (работающая в состоянии насыщения) является обычным явлением в современных приложениях для проектирования схем. В классических 74LS, 74ALS и других интегральных схемах используются схемы переключения транзисторов, но они имеют только общие возможности управления. Схема переключения транзисторов делится на две категории: одна — это классическая схема переключения транзисторов TTL, а другая — схема переключения MOS-трубки.Эта статья покажет вам знания о схеме переключения транзисторов, включая схему переключения транзисторов TTL; Схема управления зуммером — зуммер пассивный; и др ..

Проектирование схем переключения транзисторов
Каталог

I Схема переключения транзисторов
Схема переключения транзисторов TTL в зависимости от управляющей способности делится на схему переключения с малым сигналом и схему переключения мощности.В соответствии со стилем подключения транзистора делится на эмиттер заземления (эмиттер транзистора PNP, подключенный к источнику питания) и стрелок следуют схеме переключателя.
1.1 Цепь выключателя заземления эмиттера

Базовая схема, приведенная выше, немного дальше от реальной проектной схемы: есть переход от включенного к выключенному из-за накопления основного заряда транзистора (когда транзистор выключен, высвобождение базового заряда замедляется из-за наличие R1, поэтому Ic не будет сразу обращается в ноль).Другими словами, схема заземлителя эмиттера имеет время отключения. Его нельзя напрямую применять к высокочастотному переключателю.

Пояснение: Когда транзистор внезапно включается (внезапный скачок сигнала IN), C1 на мгновение вызывает короткое замыкание, которое быстро обеспечивает транзистор током базы, тем самым увеличивая проводимость транзистора. Когда транзистор внезапно выключается (внезапно срабатывает сигнал IN), C1 мгновенно включается, обеспечивая путь с низким импедансом для разряда основного заряда, тем самым ускоряя транзистор.Значение C обычно составляет от десятков до сотен скин-метода. R2 в схеме должен гарантировать, что транзистор остается в выключенном состоянии, когда нет входа IN с высоким уровнем. R4 должен гарантировать, что транзистор остается выключенным, когда нет входа IN с низким уровнем. R1 и R3 используются для ограничения тока базы.

Пояснение: Так как TVS-диод Vf на 0,2-0,4 В меньше, чем Vbe, большая часть тока базы протекает через диод, а затем через транзистор, и в последнюю очередь на землю, когда транзистор включен, так что ток течет к базе транзистора мала, накапливается меньше заряда.Когда транзистор выключен (внезапно подскакивает сигнал IN), разряженного заряда становится меньше, действие выключения естественно ускоряется.
.jpg» alt=»The actual circuit design—Transistor Switching Circuit Design and its theory» title=»The actual circuit design—Transistor Switching Circuit Design and its theory» />
В реальной конструкции схемы нам необходимо учитывать транзисторы Vceo, Vcbo, чтобы соответствовать давлению, и транзистор, чтобы соответствовать потребляемой мощности коллектора. Используя ток нагрузки и hfe (чтобы вычислить минимальное значение hfe транзистора), вычислите сопротивление базы (ток базы должен оставаться в 0,5–1 раз больше запаса). Обратите внимание, что специальные диоды выдерживают обратное напряжение.
1.2 Схема переключателя эмиттерного повторителя
Эмиттерный повторитель также называется эмиттерным повторителем, который представляет собой типичный усилитель с отрицательной обратной связью. По способу подключения транзистора, это фактически обычный коллекторный усилитель. Сигнал вводится с базы и выводится эмиттером. Резистор Re, подключенный к эмиттеру транзистора, играет важную роль в схеме. Это похоже на зеркало, отражающее следующие характеристики выхода и входа.
Входное напряжение usr = ube + usc. Обычно Usc> Ube, игнорируя Ube, затем usr≈usc. Очевидно, это означает, что коэффициент усиления напряжения ограничителя излучения примерно равен 1, то есть амплитуда входного напряжения примерно равна амплитуде выходного напряжения. Когда Usr увеличивается, увеличивается как ib, так и ie, а также увеличивается напряжение эмиттера ue (usc). И наоборот, когда Usr уменьшается, Usc также уменьшается. Это показывает, что выходное напряжение находится в фазе с входным напряжением именно потому, что не только выходное напряжение равно входному напряжению, но также и фаза.Выходное напряжение близко соответствует входному напряжению и изменяется. Мы называем эту схему со следующими характеристиками «повторителем ограничения излучения».
Эмиттерный повторитель может получать большой выходной ток при небольшом входном токе (т.е. = (1 + β) ib). Следовательно, он имеет функции усиления тока и усиления мощности. Следует отметить, что обычная многокаскадная схема усилителя с общим эмиттером не усиливает ток, а усиливает напряжение, что является противоположностью эмиссии.В телевизионной схеме телевизионное видеоизображение выводится схемой эмиттера, чтобы гарантировать, что выходное изображение изменяется вместе с входным. Следует отметить, что общая амплитуда должна достигать примерно 1,2 В, а RB и RE необходимо регулировать. Отношение регулирует амплитуду выходного сигнала переменного тока.
II Цепь управления зуммером — пассивный зуммер
Когда BUZZ находится на высоком напряжении, транзистор T1 (транзистор N-типа) включается, звучит зуммер. Роль R5 используется для текущего ограничения.
III IO Control Power Switch включен — используйте транзистор и трубку MOS

MOS: одна из трубок FET MOSFET, которая может быть преобразована в усиленный или обедненный, P-канальный или N-канальный типы.Но на практике это только усовершенствованная лампа MOS с N-каналом и MOS-лампа с P-каналом, то есть NMOS и PMOS.

Для этих двух усиленных МОП-трубок обычно используется NMOS, характеризующийся низким сопротивлением при открытии. Обычно применяется для цепных блоков питания и с моторным приводом.

Условия проведения:

NMOS включается, когда Vgs больше определенного значения. PMOS включается, когда Vgs меньше определенного значения.

Потеря переключения:

Независимо от того, является ли это NMOS или PMOS, после проводимости возникает сопротивление в открытом состоянии, что приводит к неизбежным потерям.А теперь сопротивление открытого МОП-транзистора обычно составляет десятки миллиомов.

МОП-трубка AO3401: полевой транзистор с P-каналом в режиме расширения

Условия проводимости: обычно не превышайте -12В, может быть для AO3401. Ниже приведено полное сопротивление для различных перепадов давления:

3.1 Через контакт ввода-вывода для управления питанием

3.2 Две МОП-трубки 3401

Ниже представлены две МОП-трубки 3401 без добавления переключателя. Сразу после включения напряжение VDD равно входному напряжению. На этом этапе вы можете включить питание двумя способами. Если на J5 нет входного напряжения, питание через VBUS, выходное напряжение 5 В через F1. Следующая схема может заменить R10 переключателем, Q201 всегда включен, падение напряжения на внутреннем диоде составляет около 0,5 В.

Примечание: направление двух транзисторов разное, слева Q200 — S, справа — D.Q201 слева — D, справа — s.

Когда J5 имеет напряжение, Q200 включается, Q201 также соответствует условию проводимости, напряжение составляет 0,1 В.

Примечание: правая сторона VBUS отключена.

Каталожный номер	J5 напряжение	R11	R9	VDD	VBUS
J5 и VBUS	5.09	0	0,46	5,07	4,6
Только VBUS	4,21	0	0,38	4,21	4.51
Только J5	5,09	0	0,46	5,09	4,75

3.3 Трубка регулятора напряжения и цепь регулятора напряжения трубки MOS

Описание:

VCC может поступать с левой стороны VDD5V_Control, также может поступать от источника питания Vpc_IN ПК PS2.VCC принимает тот, напряжение которого высокое.

Оригинальная схема:

Левый Vpc_IN питается от источника питания PS2, правый — от VCC.

Когда PS2 питается, а левый — 5 В, правый — около 4,5 В, он может соответствовать требованиям к напряжению машины, когда порт PS2 выключен, машина может работать правильно.

Чтобы уменьшить падение напряжения PS2, я решаю принять следующую схему:

Когда порт PS2 запитан, три лампы Q412 включены, поэтому Q411 включен, а VCC близок к Vpc_IN.В это время машина принимает напряжение порта PS2 (около 5 В). когда PS2 не подключен, ток не может течь от машины к порту PS2.

Тестовая запись с использованием вышеуказанных параметров:

Напряжение на обоих концах регулятора напряжения	А (вход)	Б	К	D (выход)	E	B текущий
3.41	5,14	1,73	0,68	5,13	0	1.05MA
3,25	4,63	1,38	0.67	4,63	0	0,71MA
3,1	4,23	1,13	0,66	4,23	0	0.47 MA
2,9	3,8	0,9	0,64	3,8	0	0,26 MA
2,59	3,32	0.73	0,62	3,32	0	0,09 MA
2,34	2,9	0,56	0,5	2,35	2.25	0,05 MA
2,28	2,73	0,45	0,41	2,16	2,15	0,04 MA

Последние две строки показывают:

Падение напряжения внутреннего диода

МОП-диода составляет около 0.6В.

Ток утечки стабилитрона может сделать транзистор проводящим. PN переход можно включить около 0,6 В.

Выводы:

Входное напряжение на уровне 3,3В, транзистор включен, что говорит о том, что сопротивление R436 слишком велико, нужно уменьшить.

Ток утечки стабилитрона увеличивается с увеличением входного напряжения, но ток должен превышать 1 мА, когда напряжение на обоих концах достигает 3,9 В.

Чтобы обеспечить стабильное входное напряжение около 5 В, необходимо увеличить ток, уменьшить сопротивление, а когда входное напряжение ниже 4.7В необходимо выключить транзистор.

Напряжение на обоих концах регулятора напряжения	А (вход)	Б	К	D (выход)	E	B текущий
3.94	5,15	1,21	0,69	5,15	0	5.2MA
3,85	4,9	1.05	0.65	4,9	0	4MA
3,8	4,76	0,96	0,63	4,76	0	3.3 MA
3,77	4,65	0,88	0,59	4,65	0	2,9 MA
3,76	4,62	0.86	0,58	4,62	0	2,8 MA
3,72	4,48	0,76	0,51	4,03	3.70	2.5MA
3,64	4,25	0,61	0,41	3,67	3,67	2 MA

Последние две строки показывают:

Для соответствия входному напряжению PS2 в [4.6-5V], чтобы удовлетворить эффект регулятора. А затем большая клавиатура, подключенная к машине, когда машина выключена, клавиатура может работать правильно. При работе электроинструмента также можно нормально работать.

Обнаружено проблем:

Проверка качества показывает, что терминал нельзя выключить. Было обнаружено, что когда терминал выключен, все еще остается напряжение на Vpc_In. VCC (4,84 В) проходит через Q411, что дает напряжение 4,8 В на уровне Vpc_In. А падение напряжения D405 равно 0.3В или около того. Когда Vpc_IN внезапно отключается, источник питания VCC находится в момент отключения питания, транзистор включен, весь VCC вливается в клемму, транзистор всегда включен.

Диапазон напряжения блока питания PS2 определить непросто. То есть, когда напряжение на клеммах велико, схема имеет прямую проводимость. При этом напряжение Vpc_IN должно быть меньше определенного значения, чтобы транзистор Q412 не включился.

Например:

Характеристики

IRF530:, Общий VGS принимает 12-15 В, плавающий между плюс или минус 20 В

Схема выше неправильная.Vgs слишком мал.

Для одночипового ШИМ-привода высоковольтного МОП (VGS близко к 10 В в состоянии включения насыщения), мы должны рассмотреть следующие вопросы:

Преобразование уровня, выход микроконтроллера высокого уровня не превышает 5 В, обычно 12-15 В, поэтому схема привода должна иметь возможность преобразования уровня.

Преобразование фазы, МОП, упомянутый выше, является инвертором, поэтому в соответствии с фазой нагрузки и преобразованием фазы выходного микроконтроллера. Например, запрос MOS выхода MOS включения, схема возбуждения требуется синфазно.

Частота переключения, разные схемы привода имеют разную частотную характеристику, для частоты переключения до 1,5 м, с простым триодом простая схема самоуправления трудно удовлетворить требованиям, основная потребность в выборе выделенного драйвера IC. Кроме того, общий оптопара не работает на частоте в десятки K выше состояния переключателя, если вы хотите изолировать, лучше 6N137, есть специальные с оптической изоляцией и приводом оптопары, до 1,5M все равно не дотянуться.

Управляющий ток.Хотя МОП не потребляет движущую силу в статике, его вход является емкостным. Чтобы включить переключатель как можно скорее и уменьшить потери переключения, необходимо заряжать Cgs с максимальной скоростью, поэтому схема управления имеет очень важный параметр Пиковый ток возбуждения, такой как 200 мА, 600 мА, 1 А, 2А, 4А, 6А.

Рабочее напряжение схемы привода, общий максимальный VGS не может превышать 20 В, поэтому рабочее напряжение схемы привода также не должно превышать 18 В, к приведенной выше схеме вам, конечно же, необходимо добавить напряжение 15 В. может понижать от 40В.

Проблема DV / DT, электромагнитные помехи увеличиваются, потому что MOS легко повреждается при высоком DV / DT. Чтобы решить эти проблемы, иногда необходимо увеличить время нарастания / спада выходного сигнала схемы драйвера. Самый простой способ — добавить небольшое сопротивление между выходом драйвера и G-полюсом.

Преобразование уровня сигнала VI

4.1 Базовый транзисторный переключатель для улучшения схемы

Иногда установленный нами низкий уровень напряжения может не привести к выключению транзистора, особенно когда входной уровень близок к 0.6 вольт. Чтобы преодолеть это критическое состояние, мы должны предпринять корректирующие действия, чтобы убедиться, что транзистор должен быть закрыт. На рисунке 1 показана улучшенная схема, разработанная для двух ситуаций.

Рисунок 1 обеспечивает действие транзисторного переключателя, правильные две модифицированные схемы

Схема на Рисунке 1 (а) имеет диод, включенный последовательно между базой и эмиттером, так что значение входного напряжения, которое позволяет току базы включиться, увеличивается на 0.6 вольт, так что даже если значение Vin приближается к значению из-за неисправности источника сигнала 0,6 вольт, транзистор не приведет к проводимости, поэтому переключатель все еще может быть в выключенном состоянии.

Схема на Рисунке 1 (b) включает вторичный запорный резистор R2, разработанный с соответствующими значениями R1, R2 и Vin, чтобы гарантировать отключение переключателя при критическом входном напряжении. Как показано на рис. 1 (b), R1 и R2 образуют схему последовательного делителя напряжения до того, как переход база-эмиттер станет непроводящим (IB0), поэтому R1 должен проходить фиксированное (изменяющееся в зависимости от Vin) напряжение.И базовое напряжение должно быть ниже значения Vin. Даже если Vin приближается к пороговому значению (Vin = 0,6 вольт), базовое напряжение все равно будет снижено вспомогательным сопротивлением отключения, подключенным к отрицательному источнику питания, до уровня ниже 0,6 вольт. Из-за преднамеренной разработки значений R1, R2 и VBB, пока Vin находится в верхнем диапазоне, база все еще будет иметь достаточное напряжение для включения транзистора, не подвергаясь влиянию вспомогательного сопротивления в выключенном состоянии.

4.2 Конденсатор ускорения

В приложениях, требующих быстрых переключений, скорость переключения триодного переключателя должна быть увеличена.Рисунок 2 — это распространенный метод, этот метод только параллельно с резистором RB на конденсаторе ускорения, поэтому, когда Vin возрастает с нуля и начинает посылать ток на базу, конденсатор не может заряжаться мгновенно, поэтому такое же короткое замыкание. , в этот момент от конденсатора к базе протекает мгновенный сильный ток, что ускоряет срабатывание переключателя. Позже, пока заряд не завершится, емкость такая же, как у разомкнутой цепи, не влияя на нормальную работу транзистора.

Рисунок 2 Схема с конденсатором ускорения

Когда входное напряжение падает с высокого уровня до нулевого уровня, конденсатор за очень короткий период времени переводит переход база-эмиттер в обратное смещение, в результате чего триодный переключатель быстро выключается из-за того, что левый конец конденсатора имеет был заряжен до положительного напряжения, поэтому в момент падения входного напряжения, напряжение на конденсаторе не может быть мгновенно изменено, останется на фиксированном значении, поэтому входное напряжение сразу же падает, чтобы уменьшить базовое напряжение, так что базовый эмиттер Переход станет обратным смещением, и транзистор быстро выключится.Правильный выбор ускоряющего конденсатора сокращает время переключения триодного переключателя ниже нескольких десятых микросекунд, а большинство ускоряющих конденсаторов имеют порядок сотен пФ.

Иногда нагрузка триодного переключателя не прикладывается напрямую между коллектором и источником питания, а затем подключается, как показано на рисунке 3. Это соединение и схема усилителя малого сигнала очень близки, но отсутствует только один выходной конденсатор связи. Это соединение и нормальное соединение с точностью до наоборот.Когда транзистор выключен, нагрузка включена. Когда транзистор включен, нагрузка отключается. Форма этих двух цепей является общей, у нас должна быть четкая разрешающая способность.

Рисунок 3 Улучшенная схема подключения нагрузки к транзисторной схеме

Одним из наиболее распространенных применений транзисторного переключателя является включение контрольной лампы, которая может указывать на рабочие условия в конкретной точке цепи, на то, находится ли контроллер двигателя под напряжением, или работает ли определенный концевой выключатель или цифровая схема. находится в хорошем состоянии.

Например, на рис. 4 (а) показано состояние выхода цифрового триггера, использующего транзисторный ключ. Если выход триггера высокий (обычно 5 вольт), транзисторный переключатель включается, оставляя световой индикатор, поэтому оператор, просто взглянув на свет, вы можете узнать условия работы триггера по току, без необходимости использовать глюкометр для обнаружения.

Иногда мощность выходного тока источника сигнала (например, триггера) слишком мала, недостаточна для управления транзисторным переключателем, на этот раз, чтобы избежать перегрузки и неисправности источника сигнала, мы должны использовать улучшенную схему, показанную на рисунке 4 (b ) Когда выход высокий, сначала нужно сделать усиление тока эмиттера драйвера с транзистором Q1, а затем включить Q2 и управлять светом, потому что эмиттер с входным каскадом входного сопротивления довольно высок, поэтому триггер Должен быть обеспечен небольшой входной ток, можно получить удовлетворительную работу.

Схема цифрового дисплея, показанная на рисунке 4 (а), часто используется на цифровых дисплеях.

Рисунок 4 (а) Принципиальная схема

(б) Улучшенная принципиальная схема

Анализ: Если FREOF имеет высокое значение 5 В, выходной сигнал FREOUT должен быть прямоугольным с частотой около 1,3 кГц,

Формы сигналов следующие: Левая сторона C39 и правая сторона C41 представляют собой прямоугольную волну около 1,3K, а также одну высокую и одну низкую.

Об экспериментах по заряду и разрядке RC:

На следующем рисунке при входном сигнале прямоугольной формы с частотой 1 Гц перехват левой части сигнала C3 выглядит следующим образом. Полная зарядка занимает около 4 мс.

Теоретические расчеты: зарядка и разрядка основаны на одном принципе. Сначала вычислите постоянную заряда и разряда TC = RC, единица измерения — Ом и F.

Следующая схема TC = 1K * 1uf = 1ms 3TC обычно может достигать 0,95E, а 4.75 В, поэтому 3 мс могут достигать 4,75 В, что соответствует форме волны.

На рисунке представлена простая схема управления:

Когда KSEL высокий, KCLK1 и KCLK0 — через, KDAT1 и KDAT0 — через.

Пока он на низком уровне, схема блокируется.

— основы, характеристики, схема переключения и приложения

IGBT — это сокращенная форма биполярного транзистора с изолированным затвором , комбинация биполярного переходного транзистора (BJT) и Металлооксидный полевой транзистор (MOS-FET) . Это полупроводниковое устройство, используемое для переключения приложений.

Поскольку IGBT представляет собой комбинацию полевого МОП-транзистора и транзистора , он имеет преимущества обоих транзисторов и полевого МОП-транзистора.MOSFET имеет преимущества высокой скорости переключения с высоким импедансом, а с другой стороны, BJT имеет преимущество в виде высокого усиления и низкого напряжения насыщения, оба присутствуют в транзисторе IGBT. IGBT — это полупроводник с регулируемым напряжением , который обеспечивает большие токи коллектора-эмиттера с почти нулевым током затвора.

Как уже говорилось, IGBT имеет преимущества как MOSFET, так и BJT, IGBT имеет такой же изолированный затвор, как и типичные MOSFET, и такие же выходные характеристики передачи. Хотя BJT — это устройство с управлением по току, но для IGBT управление зависит от MOSFET, поэтому это устройство с управлением по напряжению, эквивалентное стандартным MOSFET.

Эквивалентная схема IGBT и символ

На изображении выше показана эквивалентная схема IGBT. Такая же структура схемы используется в транзисторе Дарлингтона, где два транзистора соединены одинаковым образом. Как мы можем видеть на изображении выше, IGBT объединяет два устройства, N-канальный MOSFET и PNP-транзистор . N-канальный MOSFET управляет PNP-транзистором. Выводы стандартного BJT включают коллектор, эмиттер, базу, а стандартный вывод MOSFET включает затвор, сток и исток.Но в случае контактов IGBT-транзистора , это Gate , который поступает от N-канального MOSFET, а Collector и Emitter исходят от PNP-транзистора.

В транзисторе PNP коллектор и эмиттер являются проводящими путями, а когда IGBT включен, они проводят ток через него. Этот путь контролируется N-канальным MOSFET.

В случае BJT, мы вычисляем коэффициент усиления, который обозначается как Beta ( ), путем деления выходного тока на входной.

  β = выходной ток / входной ток

Но, как мы знаем, полевой МОП-транзистор не является устройством, управляемым током; это устройство, управляемое напряжением, входной ток через затвор полевого МОП-транзистора отсутствует. Таким образом, та же формула, которая применяется для расчета коэффициента усиления BJT, не применима для технологии MOSFET. Затвор полевого МОП-транзистора изолирован от пути прохождения тока. Напряжение затвора полевого МОП-транзистора изменило проводимость выходного тока. Таким образом, коэффициент усиления — это отношение изменений выходного напряжения к изменениям входного напряжения.Это верно для IGBT. Коэффициент усиления IGBT — это отношение изменений выходного тока к изменениям входного напряжения затвора .

Из-за возможности высокого тока высокий ток BJT контролируется напряжением затвора MOSFET.

На приведенном выше изображении показан символ IGBT . Как мы видим, символ включает часть коллектора-эмиттера транзистора и часть затвора полевого МОП-транзистора. Эти три терминала показаны как Gate, Collector и Emitter.

В проводящем или включенном режиме « ON » ток течет от коллектора к эмиттеру . То же самое происходит с транзистором BJT. Но в случае с IGBT вместо базы стоит Gate. Разница между напряжением затвора и эмиттера называется Vge , а разница напряжений между коллектором и эмиттером называется Vce .

Ток эмиттера (Ie) почти такой же, как ток коллектора (Ic) , Ie = Ic .Поскольку ток в коллекторе и эмиттере относительно одинаков, у Vce очень низкий ток.

Узнайте больше о BJT и MOSFET здесь.

Приложения IGBT:

IGBT в основном используется в приложениях, связанных с питанием. Стандартные силовые BJT имеют очень медленный отклик, тогда как MOSFET подходит для приложений с быстрым переключением, но MOSFET является дорогостоящим выбором, когда требуется более высокий номинальный ток. IGBT подходит для замены силовых BJT и силовых MOSFET .

Кроме того, IGBT предлагает более низкое сопротивление включения по сравнению с BJT, и благодаря этому свойству IGBT является термически эффективным в приложениях, связанных с высокой мощностью.

IGBT широко применяются в области электроники. Из-за низкого сопротивления , очень высокого номинального тока, высокой скорости переключения, привода с нулевым затвором, IGBT используются в системах управления двигателями большой мощности, инверторах, импульсных источниках питания с областями высокочастотного преобразования.

На приведенном выше изображении показано базовое приложение переключения, использующее IGBT. RL представляет собой резистивную нагрузку, подключенную через эмиттер IGBT к земле. Разница напряжений на нагрузке обозначается как VRL . Нагрузка также может быть индуктивной. А справа показана другая схема. Нагрузка подключена к коллектору, а резистор для защиты по току подключен к эмиттеру. В обоих случаях ток будет течь от коллектора к эмиттеру.

В случае BJT нам необходимо обеспечить постоянный ток через базу BJT.Но в случае IGBT, как и в случае с MOSFET, нам необходимо обеспечить постоянное напряжение на затворе, и насыщение поддерживается в постоянном состоянии.

В левом случае разность напряжений VIN , которая представляет собой разность потенциалов входа (затвора) с землей / VSS, управляет выходным током, протекающим от коллектора к эмиттеру. Разница напряжений между VCC и GND практически одинакова на нагрузке.

В правой цепи ток, протекающий через нагрузку, зависит от напряжения, деленного на значение RS .

  I _RL2 = V _IN / R _S

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) можно переключить « на » и « на », активировав затвор. Если мы сделаем затвор более положительным, подав напряжение на затвор, эмиттер IGBT будет поддерживать IGBT в состоянии « ON », и если мы сделаем затвор отрицательным или нулевым нажатием, IGBT останется в состоянии « OFF ». Это то же самое, что и переключение BJT и MOSFET.

Кривая I-V IGBT и передаточные характеристики

На приведенном выше изображении показаны ВАХ в зависимости от другого напряжения затвора или Вge . Ось X обозначает напряжение коллектора-эмиттера или Vce , а ось Y обозначает ток коллектора . В выключенном состоянии ток, протекающий через коллектор и напряжение затвора, составляет ноль .Когда мы меняем Vge или напряжение затвора, устройство переходит в активную область. Стабильное и постоянное напряжение на затворе обеспечивает непрерывный и стабильный ток через коллектор. Увеличение на Vge пропорционально увеличивает ток коллектора, Vge3> Vge2> Vge3 . BV — напряжение пробоя IGBT.

Эта кривая почти идентична кривой передачи I-V BJT, но здесь показано Vge , поскольку IGBT — это устройство, управляемое напряжением.

На изображении выше показана передаточная характеристика IGBT. Он практически идентичен PMOSFET . IGBT перейдет в состояние « ON » после того, как Vge превысит пороговое значение в зависимости от спецификации IGBT.

Вот сравнительная таблица, которая даст нам четкое представление о разнице между IGBT и POWER BJT и Power MOSFET .

*Характеристики устройства*	*IGBT*	*МОП-транзистор питания*	*ПИТАНИЕ BJT*
Номинальное напряжение	Более 1 кВ (очень высокое)	Менее 1 кВ (высокое)	Менее 1 кВ (высокое)
Текущий рейтинг	Более 500 А (высокий)	Менее 200 А (высокий)	Менее 500 А (высокий)
Устройство ввода	Напряжение, Вге, 4-8В	Напряжение, Вгс, 3-10В	Ток, hfe, 20-200
Входное сопротивление	Высокая	Высокая	Низкий
Выходное сопротивление	Низкий	Средний	Низкий
Скорость переключения	Средний	Быстро (нС)	Медленная (США)
Стоимость	ВЫСОКИЙ	Средний	Низкий

В следующем видео мы увидим схему переключения транзистора IGBT .

.
Работа транзисторов в качестве переключателя и усилителя
Первый транзистор с биполярным переходом был изобретен в 1947 году в лабораториях Bell. «Две полярности» сокращенно обозначают как биполярный, отсюда и название Транзистор с биполярным соединением . BJT — трехконтактное устройство с коллектором (C), базой (B) и эмиттером (E). Для идентификации выводов транзистора требуется схема выводов конкретной части BJT, она будет доступна в таблице данных. Есть два типа BJT — NPN и PNP транзисторы.В этом уроке мы поговорим о транзисторах NPN. Давайте рассмотрим два примера NPN-транзисторов — BC547A и PN2222A, показанных на изображениях выше.
В зависимости от процесса изготовления конфигурация выводов будет изменяться, а подробности будут доступны в соответствующем техническом описании. По мере увеличения номинальной мощности транзистора к корпусу транзистора необходимо прикрепить необходимый радиатор. Несмещенный транзистор или транзистор без потенциала, приложенного к клеммам, аналогичен двум диодам, соединенным задними сторонами , как показано на рисунке ниже.

Диод D1 имеет свойство обратной проводимости на основе прямой проводимости диода D2. Когда ток протекает через диод D2, диод D1 определяет ток, и пропорциональный ток может течь в обратном направлении от вывода коллектора к выводу эмиттера при условии, что на выводе коллектора приложен более высокий потенциал. Постоянная пропорциональности — это усиление (β).
Работа NPN транзисторов:
Как обсуждалось выше, транзистор представляет собой устройство с регулируемым током, которое имеет два обедненных слоя с определенным барьерным потенциалом, необходимым для диффузии обедненного слоя.Потенциал барьера для кремниевого транзистора составляет 0,7 В при 25 ° C и 0,3 В при 25 ° C для германиевого транзистора. В основном используются транзисторы кремниевого типа, поскольку кремний является самым распространенным элементом на Земле после кислорода.
Внутренний оператор:
Конструкция npn-транзистора заключается в том, что области коллектора и эмиттера легированы материалом n-типа, а базовая область легирована небольшим слоем материала p-типа.Область эмиттера сильно легирована по сравнению с областью коллектора. Эти три области образуют два стыка. Это переход коллектор-база (CB) и переход база-эмиттер.
Когда к переходу база-эмиттер прикладывается потенциал VBE, увеличивающийся от 0 В, электроны и дырки начинают накапливаться в области обеднения. Когда потенциал увеличивается выше 0,7 В, достигается барьерное напряжение и происходит диффузия. Следовательно, электроны текут к положительному выводу, и ток базы (IB) противоположен потоку электронов.Кроме того, ток от коллектора к эмиттеру начинает течь, если на выводе коллектора подано напряжение VCE. Транзистор может действовать как переключатель и усилитель.
Рабочий регион в зависимости от режима работы:
1. Активная область, IC = β × IB — работа усилителя
2. Область насыщения, IC = ток насыщения — переключение (полностью включено)
3. Область отключения, IC = 0 — переключение (полностью выключено)
Транзистор как переключатель:
Для объяснения с PSPICE была выбрана модель BC547A.Первое, что нужно иметь в виду — использовать в базе резистор, ограничивающий ток. Более высокие базовые токи повредят BJT. Из таблицы данных максимальный ток коллектора составляет 100 мА, и указано соответствующее усиление (hFE или β).

Шаги по выбору компонентов,
1. Найдите ток коллектора — это ток, потребляемый вашей нагрузкой. В этом случае это будет 60 мА (катушка реле или параллельные светодиоды) и резистор = 200 Ом.
2. Для приведения транзистора в состояние насыщения должен быть подан достаточный базовый ток, чтобы транзистор был полностью открыт.Расчет тока базы и соответствующего резистора, который будет использоваться.

Для полного насыщения базовый ток составляет примерно 0,6 мА (не слишком высокий или слишком низкий). Таким образом, ниже приведена схема с 0 В на базе, во время которой переключатель находится в выключенном состоянии.

a) Имитация PSPICE BJT в качестве коммутатора и b) эквивалентное состояние переключения
Теоретически переключатель полностью разомкнут, но практически может наблюдаться протекание тока утечки.Этим током можно пренебречь, поскольку они находятся в пА или нА. Для лучшего понимания управления током транзистор можно рассматривать как переменный резистор на коллекторе (C) и эмиттере (E), сопротивление которого изменяется в зависимости от тока через базу (B).
Первоначально, когда ток не течет через базу, сопротивление через CE очень велико, и ток через него не течет. Когда к базовому выводу прикладывается потенциал 0,7 В и выше, переход BE диффундирует и вызывает диффузию перехода CB.Теперь ток течет от коллектора к эмиттеру в зависимости от коэффициента усиления.

a) Имитация PSPICE BJT в качестве коммутатора и b) эквивалентное состояние переключения
Теперь давайте посмотрим, как контролировать выходной ток, управляя базовым током. Учитывая IC = 42 мА и следуя той же формуле выше, мы получаем IB = 0,35 мА; RB = 14,28кОм ≈ 15кОм.

a) Имитация PSPICE BJT в качестве коммутатора и b) эквивалентное состояние переключения
Разница между практическим значением и расчетным значением связана с падением напряжения на транзисторе и используемой резистивной нагрузкой.
Транзистор как усилитель:
Усиление — это преобразование слабого сигнала в пригодную для использования форму. Процесс усиления был важным шагом во многих приложениях, таких как беспроводные передаваемые сигналы, беспроводные принимаемые сигналы, Mp3-плееры, мобильные телефоны и т. Д. Транзистор может усиливать мощность, напряжение и ток в различных конфигурациях.
Некоторые из конфигураций, используемых в схемах усилителя:
Усилитель с общим эмиттером
Усилитель с общим коллектором
Усилитель с общей базой
Из вышеперечисленных типов наиболее распространенной и наиболее часто используемой конфигурацией является тип эмиттера.Работа происходит в активной области. Примером может служить схема одноступенчатого усилителя с общим эмиттером. Стабильная точка смещения постоянного тока и стабильное усиление по переменному току важны при разработке усилителя. Назовите одноступенчатый усилитель, когда используется только один транзистор.

Выше представлена схема одноступенчатого усилителя , где слабый сигнал, подаваемый на вывод базы, преобразуется в β, умноженный на фактический сигнал на выводе коллектора.

Назначение детали:
CIN — это конденсатор связи, который передает входной сигнал на базу транзистора.Таким образом, этот конденсатор изолирует источник от транзистора и пропускает только сигнал переменного тока. CE — это байпасный конденсатор, который действует как путь с низким сопротивлением для усиленного сигнала. COUT — это конденсатор связи, который передает выходной сигнал с коллектора транзистора. Таким образом, этот конденсатор изолирует выход от транзистора и пропускает только сигнал переменного тока. R2 и RE обеспечивают стабильность усилителя, тогда как R1 и R2 вместе обеспечивают стабильность в точке смещения постоянного тока, действуя как делитель потенциала.
Операция:
Схема работает мгновенно для каждого временного интервала. Чтобы просто понять, когда напряжение переменного тока на клемме базы увеличивается, соответствующее увеличение тока протекает через резистор эмиттера. Таким образом, это увеличение тока эмиттера увеличивает ток коллектора, протекающий через транзистор, что снижает падение напряжения коллектора-эмиттера VCE. Аналогично, когда входное переменное напряжение экспоненциально уменьшается, напряжение VCE начинает расти из-за уменьшения тока эмиттера.Все эти изменения напряжения мгновенно отражаются на выходе, который будет инвертированной формой волны входа, но усиленной.
Характеристики
Общая база
Общий эмиттер
Общий коллектор
Коэффициент усиления по напряжению
Высокая
Средний
Низкий
Текущее усиление
Низкий
Средний
Высокая
Прирост мощности
Низкий
Очень высокий
Средний
Таблица: Таблица сравнения коэффициентов усиления
На основании приведенной выше таблицы можно использовать соответствующую конфигурацию.
.

Что такое транзистор и его основные функции

Принцип работы транзистора

Основные виды транзисторов

1. Биполярные транзисторы

2. Полевые транзисторы

Устройство и принцип действия биполярного транзистора

Устройство и принцип действия полевого транзистора

Основные параметры и характеристики транзисторов

Схемы включения транзисторов

1. Схема с общим эмиттером (ОЭ)

2. Схема с общей базой (ОБ)

3. Схема с общим коллектором (ОК)

Применение транзисторов в электронике

Перспективы развития транзисторных технологий

Виды, типы, характеристики, принцип работы

Что такое транзистор?

Из чего состоит транзистор?

P и N полупроводники

PN-переход

Свойство PN-перехода

Диод, как самый простой PN-переход

Односторонняя проводимость PN-перехода

Как проверить целостность PN-перехода

Зависимость падения напряжения на PN-переходе от температуры

Биполярный транзистор

История возникновения

Внутреннее строение биполярного транзистора

Обозначение на схеме биполярного транзистора

Как выглядят биполярные транзисторы

Эквивалентная схема биполярного транзистора

Как проверить транзистор с помощью мультиметра

Проверка NPN-транзистора с помощью мультиметра

Проверка PNP-транзистора с помощью мультиметра

Для начинающих. Схемы включения транзистора. / Блог им. Nikolay / Блоги по электронике

Что такое транзисторы и как они работают

Концепция транзисторов

Полевые транзисторы

Биполярные транзисторы

Отличие биполярных транзисторов от полевых

Схемы включения

Другие типы транзисторов

Характеристики

Режимы работы

Функции транзисторов

Чем транзисторы уступают лампам

Составные транзисторы. Схемы включения. | HomeElectronics

Тандемное включение транзисторов (схемы Дарлингтона и Шиклаи)

Параллельное включение транзисторов

Последовательное включение транзисторов

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

Конструкция прибора

Основные отличия двух типов биполярных транзисторов

Рассмотрим отличия PNP-типа на схеме включения с общей базой

Отличия PNP-типа на примере схемы включения с общим эмиттером

PNP-транзистор: подключение источников напряжения

Работа PNP-транзисторного каскада

Характеристики транзистора

Транзисторные пары в усилительных каскадах

Транзисторные пары в схемах управления электродвигателями

Определение типа транзисторов

и ее теория

Сводка

Каталог

I Схема переключения транзисторов

1.1 Цепь выключателя заземления эмиттера

1.2 Схема переключателя эмиттерного повторителя

II Цепь управления зуммером — пассивный зуммер

3.2 Две МОП-трубки 3401

3.3 Трубка регулятора напряжения и цепь регулятора напряжения трубки MOS

Преобразование уровня сигнала VI

4.1 Базовый транзисторный переключатель для улучшения схемы

4.2 Конденсатор ускорения

Рекомендация книги

— основы, характеристики, схема переключения и приложения

Эквивалентная схема IGBT и символ

Приложения IGBT:

Кривая I-V IGBT и передаточные характеристики

Работа транзисторов в качестве переключателя и усилителя

Работа NPN транзисторов:

Транзистор как переключатель: