Транзисторная схемотехника: основы, схемы включения и применение транзисторов

Что такое транзисторная схемотехника. Как работают основные схемы включения транзисторов. Какие существуют типы транзисторов и их характеристики. Где применяются транзисторы в электронике. Как правильно использовать транзисторы в схемах.

Основы транзисторной схемотехники

Транзисторная схемотехника — это раздел электроники, изучающий принципы построения и работы электронных схем на основе транзисторов. Транзистор является ключевым активным компонентом современной электроники, позволяющим усиливать и коммутировать электрические сигналы.

Основные типы транзисторов:

• Биполярные транзисторы (BJT) — управляются током базы
• Полевые транзисторы (FET) — управляются напряжением на затворе
• IGBT-транзисторы — сочетают свойства биполярных и полевых транзисторов

Транзистор имеет три вывода — эмиттер, база и коллектор у биполярных транзисторов или исток, затвор и сток у полевых. Управляя током или напряжением на управляющем электроде (база/затвор), можно регулировать ток через транзистор.

Основные схемы включения транзисторов

Существует три основные схемы включения биполярных транзисторов:

Схема с общим эмиттером (ОЭ)

В схеме ОЭ входной сигнал подается на базу, а выходной снимается с коллектора. Эмиттер является общим электродом. Эта схема обеспечивает усиление как по току, так и по напряжению.

Схема с общей базой (ОБ)

Входной сигнал подается на эмиттер, выходной снимается с коллектора, база — общий электрод. Схема ОБ имеет высокое входное сопротивление.

Схема с общим коллектором (ОК)

Входной сигнал подается на базу, выходной снимается с эмиттера, коллектор — общий электрод. Схема ОК обеспечивает усиление по току, но не по напряжению.

Каждая из этих схем имеет свои особенности и области применения. Выбор конкретной схемы зависит от требований к усилению, входному/выходному сопротивлению и другим параметрам.

Характеристики и параметры транзисторов

Основные характеристики биполярных транзисторов:

• Статический коэффициент передачи тока (h21э)
• Граничная частота коэффициента передачи тока (fT)
• Максимально допустимый ток коллектора (ICmax)
• Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер (UCEmax)
• Мощность рассеивания (Pmax)

Для полевых транзисторов важными параметрами являются:

• Крутизна характеристики (S)
• Пороговое напряжение (Uth)
• Максимальный ток стока (IDmax)
• Максимальное напряжение сток-исток (UDSmax)

При выборе транзистора для конкретной схемы необходимо учитывать все эти параметры, чтобы обеспечить корректную и надежную работу устройства.

Применение транзисторов в электронных схемах

Транзисторы широко применяются в различных областях электроники:

Усилители

Транзисторы используются для усиления слабых электрических сигналов в аудиотехнике, радиоприемниках, измерительных приборах. Как усилить сигнал с помощью транзистора. Для этого нужно подать входной сигнал на базу транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Усиленный сигнал снимается с коллектора.

Генераторы

На основе транзисторов строятся генераторы различных сигналов — синусоидальных, прямоугольных, пилообразных. Как сделать простой генератор на транзисторе. Нужно создать положительную обратную связь, подав часть выходного сигнала на вход. Это вызовет самовозбуждение схемы и генерацию колебаний.

Ключи и коммутаторы

Транзисторы эффективно используются для коммутации сигналов и нагрузок. Как использовать транзистор в качестве ключа. Нужно подавать управляющий сигнал на базу, который будет переводить транзистор из закрытого состояния в открытое, тем самым коммутируя нагрузку в цепи коллектора.

Стабилизаторы напряжения

Транзисторы применяются в схемах стабилизации напряжения. Как работает транзисторный стабилизатор напряжения. Транзистор выступает в роли регулирующего элемента, изменяя свое сопротивление для поддержания постоянного выходного напряжения при колебаниях входного.

Особенности проектирования транзисторных схем

При разработке транзисторных схем необходимо учитывать ряд важных моментов:

• Выбор рабочей точки транзистора
• Температурная стабилизация режима
• Обеспечение линейности усиления
• Согласование входных и выходных сопротивлений
• Борьба с паразитными обратными связями

Как правильно выбрать рабочую точку транзистора. Нужно обеспечить такой режим по постоянному току, чтобы транзистор работал в активной области своих характеристик. Это достигается подбором резисторов в цепях базы и коллектора.

Для температурной стабилизации применяются различные методы — введение отрицательной обратной связи, использование термозависимых элементов и др.

Современные тенденции в транзисторной схемотехнике

Развитие транзисторной схемотехники не стоит на месте. Основные современные тенденции:

• Уменьшение размеров транзисторов
• Повышение рабочих частот
• Снижение энергопотребления
• Интеграция в сложные системы на кристалле
• Применение новых полупроводниковых материалов

Как транзисторы становятся меньше. Благодаря совершенствованию технологий производства удается создавать транзисторы с размерами в единицы нанометров. Это позволяет повышать плотность их размещения на кристалле.

Новые материалы, такие как нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC), позволяют создавать высокочастотные и высокомощные транзисторы для применения в силовой электронике и СВЧ-технике.

Практические аспекты применения транзисторов

При работе с транзисторными схемами важно соблюдать ряд практических рекомендаций:

• Правильный монтаж и охлаждение мощных транзисторов
• Защита от статического электричества
• Использование развязывающих конденсаторов в цепях питания
• Экранирование чувствительных цепей
• Применение средств защиты от перегрузок

Как правильно охлаждать мощный транзистор. Необходимо использовать радиатор с достаточной площадью поверхности, обеспечить хороший тепловой контакт между транзистором и радиатором с помощью теплопроводящей пасты. При необходимости применять принудительное воздушное или жидкостное охлаждение.

Для защиты от статического электричества важно соблюдать меры предосторожности при работе с МОП-транзисторами — использовать антистатические браслеты, коврики, правильно заземлять оборудование.

Транзисторная схемотехника | paseka24.ru

Транзисторная схемотехника. Вниманию телезрителей предлагаю весьма полезный материал, по применению полупроводниковых транзисторов в электронных схемах. Это азбука транзисторной схемотехники. Более подробно аналогичные сведения можно глянуть в белорусском журнале Радиолюбитель, №№4..12 за 1994 год.

Транзистор это основной элемент, своего рода кирпичик электронной схемотехники. Однако транзистор существенно нелинейный элемент, поэтому к схемотехнике транзисторных устройств, следует относиться максимально внимательно, иначе очень легко вывести проектируемое изделие из строя. Для модификации схем с одиночными транзисторами может понадобиться внести в схему изменения. Поэтому далее рассмотрены различные модификации, обозначенные цифрами в сквозной нумерации. Рядом со схемой приведено описание назначения и краткие характеристики внесённых изменений. Схема 1. Увеличение мощности транзистора. Резисторы в цепях эмиттеров нужны для равномерного распределения нагрузки; В схеме 2 уровень шумов уменьшается пропорционально квадратному корню из количества параллельно включенных транзисторов. Схема 2. Защита от перегрузки по току. Недостаток-снижение КПД из-за наличия датчика тока R.

Другой вариант показан на схеме 3. Благодаря введению германиевого диода или диода Шоттки можно в несколько раз уменьшить номинал резистора R, и на нём будет рассеиваться меньшая мощность. Схема 4. Составной транзистор с высоким выходным сопротивлением. Из-за каскодного включения транзисторов значительно уменьшен эффект Миллера. Другое аналогичное звено показано на схеме 5. За счёт полной развязки второго транзистора от входа и питанию стока первого транзистора напряжением, пропорциональным входному, составной транзистор имеет ещё более высокие динамические характеристики (единственное условие — второй транзистор должен иметь более высокое напряжение отсечки). Входной транзистор можно заменить на биполярный. Схема 6 предназначена для защиты транзистора от глубокого насыщения. Предотвращение прямого смещения перехода база-коллектор достигнуто с помощью диода Шоттки. Более сложный вариант — Бейкера, показан на схеме 7. При достижении напряжением на коллекторе транзистора напряжения базы «лишний» базовый ток сбрасывается через коллекторный переход, предотвращая насыщение.

Делее показан ограничитель насыщения транзисторов в относительно низковольтных ключах. Вначале показано звено с датчиком тока базы — это схема 8. Далее показана схема 9 с датчиком тока коллектора. В качестве датчика использован безреактивный элемент, — резистор небольшого номинала. Для уменьшения времени включения/выключения транзистора в ключевом режиме, применяют форсирующую RC-цепочку, в соответствии с техническим решением, показанным на схеме 10.

Далее идут иллюстрации к очень полезной схеме составного транзистора, широко распространённой в звуковых усилителях. Поскольку транзисторы бывают с двумя типами проводимости, количество скелетных моделей несколько расширяется. Схема 11 это составной транзистор по техническому решению Дарлингтона, вначале на биполярных транзисторах обратной проводимости, а затем улучшенный вариант на полевом транзисторе по входу – схема 12. Следом показаны ещё две схемы составного транзистора, но уже на элементах разной проводимости (это техническое решение Шиклаи), схема 13, а затем с полевым транзистором на входе, схема 14. Далее показаны усиленные варианты составных транзисторов по схемам Дарлингтона (15) и Шиклаи (16) с дополнительными транзисторами, которые нужны для увеличения входного сопротивления второго каскада по переменному току, и соответственно коэффициента передачи. А следом то же самое для схем Дарлингтона (17) и Шиклаи (18) с полевыми транзисторами на входе.

Ниже на схеме 19 показан вариант широкополосного составного транзистора с высоким быстродействием. Повышение быстроходности обеспечено за счёт уменьшения эффекта Миллера. Техническое решение, называемое «Алмазный транзистор», показано на схеме 20. Символом G1 обозначен источник тока. Особенность этой модели транзистора — отсутствие инверсии на коллекторе. Возможные варианты его включения показаны на схеме 21 и 22. А для увеличенной нагрузочной способности вдвое придумали схемотехническое решение, показанное на схеме 23.

Ниже, на схеме 24, показано решение для получения мощного составного транзистора из дискретных элементов разной проводимости. Практическое использование биполярного транзистора в качестве регулирующего элемента или в ключевом режиме показано на схемах далее. Включение нагрузки в цепь коллектора приведено на схемах 25, 26, 27. Следует обратить внимание, что на схеме 27 резистор топологически включен в эмиттер, однако для составного транзистора это коллектор. Включение нагрузки в цепь эмиттера показано на рисунках 28, 29, 30. (показать формулы).

Автором цикла статей обозначен А.Петров. Продолжение следует. По материалам сети публикацию подготовил

               Евгений Бортник, Красноярск, Россия, март 2018

Тема 8. Транзисторная схемотехника.

8.1 Транзистор в линейном режиме.

Рассмотрим три основные схемы включения транзисторов с учетом всех элементов, обеспечивающих режим по постоянному току и гальваническую развязку по переменному току .

При этом ограничимся рассмотрением схем включения биполярных транзисторов: схемы включения полевых (канальных) транзисторов аналогичны схемам включения биполярных транзисторов и, если не учитывать некоторые нюансы, могут быть получены из последних «заменой электродов» — т. е. исток должен быть включен вместо эмиттера, затвор вместо базы, сток — вместо коллектора. В качестве транзисторов выберем приборы n-p-n-типа. В этом случае, как на коллектор, так и на базу следует подавать питающее напряжение положительной полярности и объяснение принципа действия схем становится проще. При этом включение транзисторов р-n-р-типа ничем, кроме полярности питающих напряжений, не отличаются от включений n-p-n-транзисторов.

Включение транзистора по схеме с общим эмиттером.

Схема принципиальная электрическая усилителя на транзисторе, включенном с общим эмиттером (ОЭ), изображена на рис. 2.1.

Входным электродом является база (точнее, входной сигнал приложен к переходу эмиттер-база, т. е. Uвх=U_бЭ=φ_б — φ_Э, где φ_б и φ_Э – соответственно потенциалы базы и эмиттера). Выходным электродом является коллектор, т. е. выходное напряжение Uвых равно падению

напряжения между коллектором и эмиттером Uкз: Uвых=Uкэ=φ_к — φ_э, где φ_к — потенциал коллектора.

Таким образом, эмиттер является «общим электродом» и для Uвх, и для Uвых, чем и объясняется название схемы. На рис. 2.1 эмиттер заземлен и φ_э=0. В большинстве случаев непосредственное соединение эмиттера с землей применяют редко, но здесь мы рассмотрим именно схему с заземленным эмиттером, так как наличие дополнительных элементов не изменяет основной принцип работы схемы с ОЭ, но сильно усложняет объяснение.

Разделительные конденсаторы Ср₁ и Ср₂ будем считать в диапазоне частот сигнала короткими замыканиями, а для постоянных питающих напряжений они, естественно, представляют собой разрывы. Впоследствии вклад Ср₁ и. Ср₂ в характеристики схемы и их назначение будут оговорены.

Для объяснения работы схемы используем известное из физики полупроводников явление: р-n-переход при подаче на р-полупроводник положительного потенциала (относительно потенциалаn-полупроводника) открывается и через переход течет ток; причем в определенных пределах ток прямо пропорционален разности потенциалов на переходе. К базе транзистора приложено постоянное положительное напряжение, определяемое значением напряжения источника питания Е и соотношением сопротивленийR

б1 иR_б2(R_б1 иR_б2называют базовым делителем), поэтому φ_бвсегда превышает φ_эи переход эмиттер-база открыт.

Если теперь учесть, что на базу транзистора кроме постоянного

положительного напряжения (Uвх₌)=Е(R_б2/(R_б1+R_б2)) поступает также переменный сигнал Uвх_≈ (дня простоты примем, что Uвх_≈^— гармонический сигнал), то в моменты, когда Uвх_≈ имеет положительную полярность, р-n-переход открывается еще больше и ток через него возрастает, а в моменты, когда Uвх_≈ имеет отрицательную полярность (но сохраняется Uвх₌ + Uвх_≈>0), переход частично закрывается и ток уменьшается.

Ток через р-п-переход эмиттер-база называют током эмиттера Iэ. Внутри транзистора он разделяется на небольшой ток базы I

б<<Iэ и ток коллектора Iк≈Iэ. В свою очередь, ток коллектора Iк течет через сопротивление Rк и создает на нем напряжение ΔU_RK=IкRк. Отсюда очевидно, что потенциал коллектора

φ_к=Е-ΔU_RK=E-IкRк=E-IэRк

зависит оттого, насколько открыт переход эмиттер-база, т. е. от Uвх.

ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• Нихил де Нихило подходят

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

SparkFun PIR Breakout — 170 мкА (EKMC4607112K)

В наличии SEN-17372

21,50 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

Нагреватель Loomia 5V — 7.

2V

В наличии COM-17858

55,95 $ $53,15

Избранное Любимый 5

Список желаний

МИКРОЭ GSM Click

Осталось всего 3! CEL-18806

49,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

MIKROE Бесколлекторный 14 Click

Нет в наличии РОБ-19184

31,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

Видя глаза в глаза

7 августа 2020 г.

Новая версия популярного OpenMV H7 уже здесь, вместе с новым модулем TFMini LiDAR и набором адресных источников света!

Избранное Любимый 0

ESP32 хорошо смотрится в красном цвете

19 августа 2022 г.

Доступны две новые платы IoT с ESP32-WROOM!

Избранное Любимый 2

Руководство по подключению экрана MicroSD и разъема SD

25 марта 2015 г.

Добавление внешнего хранилища в виде карты SD или microSD может стать отличным дополнением к любому проекту. Узнайте, как это сделать, из этого руководства по подключению экрана microSD и коммутационных плат SD.

Избранное Любимый 1

• Электроника SparkFun®
• 6333 Dry Creek Parkway, Niwot, Colorado 80503
• Настольный сайт

• Ваш счет
• Авторизоваться
• регистр

arduino — В этой транзисторной схеме для чего нужен диод на двигателе?

В качестве небольшого отступления я подумал, что должен дополнить комментарий Тони Стюарта.

Схема, на которую вы смотрите, в принципе исправна, но ее нельзя использовать ни для каких двигателей, кроме самых маленьких.

Скажем так: чтобы получить большой ток (и, следовательно, большой крутящий момент или мощность) от двигателя, вам нужно, чтобы напряжение было как можно ближе к 5 вольтам. Это означает, что напряжение на транзисторе (Vce) должно быть как можно меньше и уж точно меньше 1 вольта. В дополнение к этой очевидной проблеме имейте в виду, что мощность, рассеиваемая на транзисторе, является произведением напряжения (Vce) и тока (в основном тока коллектора).

Это вполне возможно, но есть ограничения. Наиболее важным является то, что когда транзистор работает с очень низким Vce (обычно меньше вольта), его коэффициент усиления значительно падает. Общее эмпирическое правило для этого состояния, называемого насыщением, заключается в усилении от 10 до 20, где у вас есть выбор, насколько оптимистичным вы хотите быть. Консервативное значение равно 10. При этом значении вы можете ожидать Vce около 0,2 вольта или около того, если вы понимаете, что это подразумевает определенный уровень тока.

Теперь посмотрите на свою схему. Если контакт 9 имеет максимальное напряжение 3,3 вольта, напряжение на базовом резисторе будет около 3,3-0,6 вольта или около 2,7 вольта. 0,6 происходит из-за падения напряжения база-эмиттер. 2,7 вольта, деленные на 10 кОм, дают базовый ток около 270 мкА. Управление базой с этим током дает максимальный ток коллектора около 2,7 мА или 5,4 мА с коэффициентом насыщения 20. Если транзистор полностью открыт, Vce будет около 0,2 вольта. Таким образом, максимальная мощность, доступная для двигателя, будет составлять примерно 4,8 В, умноженные на 2,7–5,4 мА, или что-то порядка 13–26 мВт. В качестве ориентира, 1 лошадиная сила составляет около 750 Вт, так что вы говорите о 17-34 микро-лошадиных силах.

Вряд ли это бесполезно; вы можете отлично крутить маленький индикатор с маломощным двигателем. Просто вы не сможете сделать (например) какое-либо транспортное средство, и вы не сможете поднять много груза с помощью шкива.

Если вы действительно хотите построить свою схему, что вам нужно для двигателя? Он должен быть рассчитан на 5 вольт или более, максимально близкий к 5 вольтам.