Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Устройство, принцип работы и различие N-P-N и P-N-P транзисторов | Энергофиксик

Существуют два основных вида транзисторов: полевые и биполярные. Биполярные транзисторы, в свою очередь, также разделяются на тип с P-N-P и N-P-N переходом. В этом материале я вам расскажу об устройстве биполярных транзисторов и мы поговорим о принципе работы и в чем их основное различие. Итак, поехали.

Немного истории

Согласно записям официальной истории дату 16.12.1947 года можно считать официальным днем рожденья одного из главных элементов всей электроники современности. Именно в этот день был представлен общественности первый транзистор, который был собран тремя учеными, а именно: Д. Бардин, У. Шокли и У. Браттейн.

yandex.ru

yandex.ru

Появление биполярного транзистора позволило отказаться от использования электронных ламп. Вся современная электроника была бы невозможна без этого изделия. Вот такое важное открытие было совершено в середине 20-го столетия. Теперь от истории перейдем к нашим биполярным транзисторам.

Как устроен биполярный транзистор

Итак, биполярный транзистор схематически можно представить следующим образом:

Посмотрите внимательно на изображение, вам оно ничего не напоминает? Да, вы правы, если присмотреться и мысленно разделить зону N – перехода, то перед нами два соединенных между собой диода (запомните этот момент, в дальнейшем он нам понадобится).

Для определения какой проводимости перед нами диод, достаточно прочитать направление P-N перехода. На рисунке выше у нас проводимость типа P-N-P. Это означает, что перед нами транзистор прямой проводимости (так как принято считать, что ток проходит от плюса к минусу).

А вот у транзистора N-P-N типа проводимость обратная

Вы заметили, что в обоих вариантах исполнения присутствуют три вывода под названием:

Эмиттер (источник, генератор), База (основа) и Коллектор (сборщик, накопитель).

Схематическое обозначение транзисторов

Из всего выше написанного вы уже наверняка поняли, что есть транзисторы обратной и прямой последовательности, а это значит, что и на схемах такие элементы должны иметь различия. Давайте их рассмотрим.

Итак, обозначение транзистора прямой проводимости на схемах будет следующее:

А вот транзистор обратной проводимости обозначается уже так:

В старых советских мануалах транзисторы маркировались буквой «Т», а теперь обозначение сменили на «VT».

Как по схеме определить N-P-N или P-N-P транзистор перед вами

На самом деле определить по схеме тип биполярного транзистора довольно просто, достаточно помнить следующее правило:

Как известно в N – полупроводнике имеется большое количество свободных электронов, а в полупроводнике P–типа расположены «дырки» – положительно заряженные частицы. А по общепринятой теории ток протекает от «плюса» к «минусу».

Если вы посмотрите на схему, то увидите, что эмиттер изображен со стрелкой, которая либо направлена к базе либо от нее. Так вот если транзистор N-P-N типа, то есть база выполнена из P– полупроводника, то ток течет от базы (стрелка эмиттера от базы). Если же база выполнена из N – полупроводника, то ток (стрелка) втекает в базу.

Как работает P-N-P транзистор

С обозначением и устройством вроде все понятно, а вот как он работает давайте разбираться:

Давайте представим биполярный транзистор в виде водяной трубы с задвижкой с пружинным механизмом.

Как видно из рисунка сверху беспрепятственному протеканию воды по трубе мешает задвижка с пружинным механизмом, если мы приложим небольшое усилие (откроем задвижку сжав пружину), то вода беспрепятственно потечет по трубе. Если же мы отпустим пружину, то она распрямится и вернет задвижку на место, тем самым перекрыв трубу и поток воды будет остановлен.

Теперь вообразите, что данная труба – это транзистор P-N-P типа, значит его выводы можно представить следующим образом:

Получается, чтобы ток протекал от эмиттера к коллектору (напоминаю, что направление тока совпадает с направлением стрелки на эмиттере) нужно сделать так, чтобы ток выходил из базы, или говоря по простому: подать на базу минус.

Давайте наглядно проверим работу такого транзистора. Для этого возьмем КТ814Б и соберем простенькую схему с двумя источниками питания.

Для того, чтобы правильно подключить транзистор необходимо знать какой вывод является эмиттером, базой и коллектором. Для этого находим техническую документацию и определяем:

Лампочку я буду использовать самую обычную автомобильную, рассчитанную на 12 Вольт. Собранная схема будет выглядеть так:

Итак, чтобы наша схема заработала выставляем на источнике питания №2 12 Вольт. А на первом источнике питания начинаем очень плавно (с нуля) поднимать напряжение ровно до того момента, пока не загорится наша лампа.

Схема заработала при напряжении 0,66 Вольт на первом источнике.

То есть произошло “открытие” транзистора и через цепь эмиттер-коллектор начал проходить ток.

Иначе говоря, напряжение, которое открыло наш транзистор – это ни что иное как падение напряжения на P-N переходе база-эмиттер, которое как раз и находится в пределах от 0,5 до 0,7 В для кремниевых транзисторов.

А как дела обстоят с транзисторами, где используется N-P-N переход.

Принцип работы N-P-N транзистора

Если внимательно посмотреть на техническую документацию к транзистору КТ814Б, то можно найти запись о том, что комплиментарной парой к этому транзистору является КТ815Б, а он различается лишь тем что здесь используется N-P-N переход.

yandex.ru

yandex.ru

И схема подключения будет выглядеть так:

Посмотрите внимательно на эту схему и схему включения КТ814Б, вы ничего не заметили? Все верно, единственное различие между этими двумя транзисторами заключено в том, что транзистор с P-N-P переходом открывается “минусом” (так как на базу подается отрицательный потенциал), а вот транзистор N-P-N открывается “плюсом”.

Заключение

В этом материале мы с вами познакомились с устройством биполярных транзисторов, их устройстве и принципе работы, а также с тем как они обозначаются на схемах. Если статья оказалась вам интересна или полезна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Как работает PNP-транзистор на примере: поясняю простым языком | ASUTPP

Транзистор PNP для многих загадка. Но так не должно быть. Если вы хотите проектировать схемы с транзисторами, то безусловно нужно знать об этом типе транзисторов.

Пример: Хотите автоматически включить свет, когда стемнеет транзистор PNP сделает это легко для вас.

Если вы понимаете работу NPN – транзистора, то это облегчит понимание PNP-транзистора. Они работают примерно так же, с одним существенным отличием: токи в транзисторе PNP протекают в противоположных направлениях, если сравнивать с протеканием токов в транзисторе NPN.

Как работают транзисторы PNP?

Транзистор PNP имеет те же выводы, что и NPN:

  • База
  • Эмиттер
  • Коллектор

Транзистор PNP «включится», когда у вас будет небольшой ток, протекающий от эмиттера к базе. Когда я говорю «включится», я имею в виду, что транзистор откроет канал между эмиттером и коллектором. И через этот канал сможет протекать уже гораздо больший ток.

Чтобы ток протекал от эмиттера к базе, вам нужно напряжение около 0,7 В. Поскольку ток идет от эмиттера к базе, база должна иметь напряжение на 0,7 В ниже, чем напряжение на эмиттере.

Установив напряжение на базе PNP-транзистора на 0,7 В ниже, чем на эмиттере, вы «включаете транзистор» и позволяете току течь от эмиттера к коллектору.

Я знаю, что это может звучать немного запутанно, поэтому читайте дальше, чтобы увидеть, как можно спроектировать схему с транзистором PNP.

Пример: транзисторная схема PNP

Давайте посмотрим, как создать простую схему с транзистором PNP. С помощью этой схемы вы можете “зажечь” светодиод, когда стемнеет.

Шаг 1: Эмиттер

Прежде всего, чтобы включить PNP-транзистор, нужно, чтобы напряжение на базе было ниже, чем на эмиттере. Для этого подключите эмиттер к плюсу вашего источника питания. Таким образом, вы знаете, какое у вас напряжение на эмиттере.

Шаг 2: что вы хотите контролировать

Когда транзистор включается, ток течет от эмиттера к коллектору. Итак, давайте подключим то, что мы хотим контролировать: а именно светодиод.

Поскольку у светодиода всегда должен быть последовательно установлен резистор , давайте добавим и резистор.

Шаг 3: Транзисторный вход

Для включения светодиода необходимо включить транзистор, чтобы канал от эмиттера к коллектору открылся. Чтобы включить транзистор, необходимо, чтобы напряжение на базе было на 0,7 В ниже, чем на эмиттере, что составляет 9 В – 0,7 В = 8,3 В.

Например, теперь вы можете включить светодиод, когда стемнеет, используя фоторезистор и стандартный резистор, настроенный в качестве делителя напряжения.

Напряжение на базе не будет вести себя точно так, как говорит формула делителя напряжения. Это потому, что транзистор тоже влияет на напряжение.

Но в целом, когда значение сопротивления фоторезистора велико (нет света), напряжение будет близко к 8,3 В, и транзистор включен (что включает светодиод). Когда значение фоторезистора низкое (много света присутствует), напряжение будет близко к 9 В и отключит транзистор (который выключит светодиод).

Я использовал такие компоненты:

  • Транзистор PNP- BC557.
  • Фоторезистор – 10 кОм, когда светло, и 1 мОм, когда темно.
  • Резистор на базе транзистора – 100 кОм.
  • Резистор, который последовательно подключен светодиодом – 470 Ом.

Транзистор биполярный, описание транзисторов, функция транзистора, npn-транзистор, pnp-транзистор, типы транзисторов


Описание транзисторов

Описание транзисторов удобно начать с описания функции, которую они выполняют. Основная функция биполярного транзистора – усиливать ток и напряжение. Например, они могут усиливать слаботочные выходные сигналы интегральных микросхем таким образом, чтобы ими можно было управлять лампой, реле и т.д. Во многих схемах транзистор служит для преобразования изменяющегося тока в изменяющееся напряжение. Т.е. транзистор работает как усилитель напряжения.

Транзистор может работать как ключ (либо полностью открыт и через него может течь максимально возожный ток, либо полностью закрыт и ток через него не течёт) или как усилитель (всегда частично открыт)

npn-транзистор, pnp-транзистор

Существуют следующие типы транзисторов: npn и pnp с различным обозначением на схемах. Буквы, обозначающие выводы транзистора, относятся к слоям полупроводника, из которого сделан транзистор. Большинство биполярных транзисторов, используемых сегодня, являются

npn-транзисторами потому, что они самые простые в производстве из кремния. Если Вы новичок в электронике, лучше всего начинать изучение с npn-транзисторов.

Пожалуй, одним из самых известных отечественных транзисторов структуры npn является транзистор КТ315, а структуры pnp – транзистор КТ361.

Выводы биполярного транзистора обозначаются следующими буквами: B – (база), C – (коллектор), E – (эмиттер), в русском варианте, соответсвенно Б, К и Э. Эти термины относятся к внутренней организации транзистора, но не помогают понять, как транзистор работает. Поэтому, просто запомните их.

В добавление к pnp-транзисторам и npn-транзисторам (имеющим общее название – транзисторы биполярные) существуют полевые транзисторы, часто называемые FETs. Они имеют другое схематическое обозначение и характеристики.

Транзистор 2N3904, NPN, 60V, 0.2A, корпус TO-92

Описание товара Транзистор 2N3904, NPN, 60V, 0.2A, корпус TO-92

Транзистор 2N3904, NPN, 60V, 0.2A, корпус TO-92 от интернет-магазина Electronoff — уникальный, качественный радиокомпонент. Биполярные транзисторы применяются в различных современных цифровых и аналоговых устройствах. Наиболее часто биполярные транзисторы применяют в радиоприемниках, телевизорах и передающих устройствах. А все благодаря уникальным свойствам этих радиокомпонентов.

Технические характеристики

  • Тип транзистора: NPN
  • Рабочее напряжение: 60V
  • Рабочий ток: 0.2A
  • Тип корпуса: TO-92

Особенности транзисторов 2N3904, NPN, 60V, 0.2A, корпус TO-92
Современные биполярные транзисторы являются отличными, функциональными и качественными радиокомпонентами. Биполярные транзисторы применяются в современных аналоговых и цифровых устройствах.

Довольно часто их можно встретить схемах современных радиоприемников, а также в телевизорах, различных усилителях сигнала, в радиопередатчиках и прочих устройствах.

Устройство современных транзисторов
Биполярные транзисторы имеют довольно простое устройство — практически все транзисторы производят из кремниевых кристаллов. Транзистор состоит из трех слоев полупроводника, к каждому из которых подключен электрод. Как правило средний электрод является базой, а два остальных — эмиттером и коллектором.
Свойства транзистора зависят от свойств полупроводниковых слоев, материала, формы и прочих факторов. Собственно от этого зависит и размер транзисторов и тип их корпуса.

Режимы работы биполярных транзисторов
Биполярные транзисторы имеют несколько режимов работы:

  • В нормальном режиме работы переход транзистора эмиттер-база открыт, а вот переход коллектор-база закрыт.
  • Если же переходы транзистора будут открыты в обратном порядке — эмиттер-база закрыт, а коллектор-база открыт, то получим инверсный активный режим.
  • Если оба перехода открыты и направлены к базе, такой режим называют режимом насыщения. При этом, токи насыщения эмиттера и коллектора направлены к базе.
  • Существует так называемый режим отсечки, при котором переход коллектора смещается обратно, а на переход эмиттера будет подаваться как прямое, так и обратное смещение напряжения.
  • В барьерном режиме транзистор будет работать как своеобразный диод. Чтобы активировать такой режим работы транзистора, перед эмиттером или коллектором устанавливают резистор.

Правила безопасности при работе с биполярными резисторами

Биполярные транзисторы могут работать в цепях с довольно высоким напряжением, поэтому необходимо соблюдать элементарные правила безопасности. Не прикасайтесь к контактам транзистора включенного в высоковольтную сеть.

Если вы меняете испорченный транзистор на новый, внимательно проследите за тем, чтобы параметры нового компонента были аналогичны таковым у старого. Особенно если вы берете не такой же компонент, а его аналог.

Ну и конечно всегда нужно учитывать как параметры электросети, так и самого транзистора. Если через цепь будет протекать 100 вольт, а транзистор будет рассчитан максимум на 90, он может просто сгореть.

Реле и транзисторы: как они работают в качестве электронных переключателей | hardware

Меня часто спрашивают, как управлять с помощью микроконтроллера мощными потребителями тока – лампами, питающимися от сети 220 В, мощными тенами. В этой статье собран материал по работе электронных ключей – как они устроены, как работают, как их можно применить в радиолюбительской практике (перевод [1]).

Сначала стоит разобраться в том, что же такое электронный ключ? В сущности это просто выключатель (или переключатель) который замыкает/размыкает сильноточную цепь по внешнему электрическому сигналу (тоже входной ток, но намного меньшей мощности). Обычно, когда на вход электронного ключа подается слабый ток управления, ключ замыкается и пропускает через себя мощный ток в силовой цепи. Когда ток управления пропадает, то ключ размыкается и мощный потребитель тока отключается. На фото представлены основные представители электронных ключей – реле и транзисторы.

1 – мощный транзистор IRFP450 MOSFET, который можно применять в ключевых источниках питания, в генераторах развертки ЭЛТ-мониторов.

2IRF840B, тоже довольно мощный транзистор, собрат IRFP450. Может безопасно, продолжительное время, без использования радиатора (или охлаждающего вентилятора) коммутировать токи до 8A при напряжении 500V.

UPD140601: как верно прокомментировал Ross, на самом деле без радиатора IRF840 долго в таких рабочих условиях не протянет, потому что рассеиваемая мощность превысит 50 Вт. Если взять транзистор с сопротивлением канала на 2 порядка меньше, тогда другое дело.

3 – два простых, дешевых транзистора. Слева транзистор структуры PNP, а справа NPN. Эти транзисторы могут управлять током до 0.15A при напряжении 50 .. 90V.

Обычно транзисторы могут коммутировать ток от 0.15A до 14A при напряжении от 50V до 500V (см. даташит на каждый конкретный транзистор), так что транзистор может переключить мощность до 7 киловатт, если на вход транзистора приложить совсем маленькую мощность – несколько милливатт.

Приведенные на фото реле могут коммутировать токи от 5A до 15A при напряжении до 240V. Не очень правильно будет сравнивать реле с транзисторами MOSFET, но они почти не генерируют тепло и не нуждаются в радиаторах.

4 – самое простое реле, подходящее для большинства случаев. У этого реле 5 ножек, две подключены к обмотке, а еще три – к контактам на переключение.

5 – мощное реле на 20A, вытащенное из микроволновой печи.

6 – два реле, установленные на приемный радиомодуль (может обучаться на срабатывание от нужного приходящего по радио кода). Сам приемник потребляет меньше 5mA, но может при этом переключить ток до 12A при напряжении 36V, что составит 360 ватт!

7 – два мощных 135-ваттных транзистора 2N3055 от старого усилителя звука, со своим родным радиатором. Это устаревшие биполярные транзисторы, и они не настолько эффективны, как современные транзисторы MOSFET. Однако два таких транзистора в некоторых случаях могут заменить один IRFP450, чтобы коммутировать больше 75 ватт мощности.

8 – приемник кода RC от большой детской радиоуправляемой игрушки – автомобиля. Использует два одинаковых реле для прямого и обратного хода двигателя машинки. Странно, что эти реле системы SPDT, что означает, что у них не используются контакты N/C.

9 – два реле системы DPDT, которые эквивалентны 4 отдельным реле (в каждом из этих реле по 2 контактные группы).

Электронные ключи применяются в тех случаях, когда использование простых кнопок и выключателей неудобно или невозможно – например, для запуска автомобильного стартера, или для выключения ядерного реактора, или в электронных проектах, которые по радиосигналу могут управлять включением/выключением освещения или приводом гаражной двери. В этом руководстве будет сделана попытка объяснить самым простым языком, как работают такие электронные ключи. И начнем с самого простого – реле.

[Что такое электронное реле]

Если коротко, то реле представляет из себя электромагнит, который управляет замыканием контактов. Работает это точно так же, как если бы контакты замыкались механическим нажатием кнопки, но в случае реле усилие для замыкания берется от магнитного поля обмотки реле. Выходные контакты реле могут управлять очень большой электрической мощностью – на порядки большей, чем прикладываемая мощность к обмотке электромагнита реле. При этом входная цепь обмотки (где действует слабый управляющий ток) полностью изолирована от выходной мощной цепи, что очень важно для безопасного управления высоковольтными нагрузками (220, 380 V и выше).

Чаще всего у реле есть 5 контактов – вход 1 (на анимационном рисунке помечен +), вход 2 (на рисунке помечен как -), COM (COMmon, общий контакт), N/O (Normally Open, по умолчанию разомкнуто, когда обмотка не получает питание), N/C (Normally Closed, по умолчанию замкнуто, когда обмотка не получает питание).

Чтобы лучше понять работу реле, вспомним, что эти контакты означают и для чего нужны:

Вход 1: один из концов обмотки электромагнита реле, в нашем примере это вход для положительного полюса входного тока для обмотки. Когда на этот контакт приложен плюс напряжения (достаточного, чтобы реле сработало) относительно контакта Вход 2, то реле переключает контакты в активное состояние. Почти все реле нечувствительны к полярности входного тока, поэтому можно на Вход 1 подать +, а на Вход 2 подать минус, и наоборот, на Вход 1 подать -, а на Вход 2 подать +, и в любом случае реле нормально сработает. Некоторые реле, которые имеют массивный инерционный якорь, могут даже срабатывать от переменного входного напряжения (подробности см. в паспорте на реле).
Вход 2: другой конец обмотки электромагнита реле. Все то же самое, что и для Вход 1, только полюс в нашем примере отрицательный.
COM: это общий электрод выходных контактов переключателя. При срабатывании или отпускании реле этот контакт перекидывается на контакт N/O или N/C (контакты N/O и N/C работают в противофазе, т. е. COM может быть замкнут либо на N/O, либо на N/C). Контакт COM (как и контакты N/O и N/C) можете использовать по своему усмотрению для коммутации электрической нагрузки.
N/C: контакт, который нормально замкнут на COM. Т. е. контакт N/C замкнут на COM, когда обмотка реле обесточена. Когда на обмотку реле подано рабочее напряжение, то контакты N/C и COM размыкаются.
N/O: контакт, который нормально разомкнут с COM. Т. е. когда обмотка реле обесточена, то контакты N/O и COM разомкнуты. Когда на обмотку реле подано рабочее напряжение, то контакты N/O и COM замыкаются.

Для улучшения токопроводимости и уменьшения искрения поверхности контактов часто покрывают специальными металлами и сплавами на основе серебра, никеля, ванадия, а иногда для покрытия контактов применяется даже золото или платина (если это реле для коммутации сигналов в качественной аудиоаппаратуре или высокочастотной радиотехнике).

Если у Вас есть 9V батарейка (например “Крона”) и обычное реле, то попробуйте подключить обмотку реле к + и – батарейки. При подключении Вы услышите щелчок, который происходит из-за притягивания якоря реле к сердечнику электромагнита и переключения контактов. При отключении обмотки от батарейки произойдет также щелчок, но слабее. При отключении контакта обмотки от батареи Вы также увидите искру, которая возникает от ЭДС самоиндукции обмотки реле.

Если принцип переключения контактов все еще непонятен для Вас, то его можно представить к виде псевдокода и иллюстрирующей процесс анимационной картинки:

Если input = on (Power ON, через обмотку течет ток)
   COM + N/O (COM замкнут на N/O)
Иначе (Power OFF, обмотка обесточена)
   COM + N/C (COM замкнут на N/C)

[Как использовать реле]

Как было уже упомянуто, реле используется для того, чтобы маломощные устройства (электронные компоненты, устройства) могли включать и выключать устройства, которые потребляют намного больше энергии. Самый распространенный пример применения – автомобиль. Теперь Вас не должно удивлять, почему Вы слышите щелчки при включении индикаторной лампочки, потому что Вы знаете – это срабатывает электромагнит реле. Мигания лампочки может создавать маленькая микросхема таймера, например 555 timer (NE555, LM555).

Таймер 555 часто используется для создания импульсов (для простого включения и выключения) на любую нужную длительность, однако эта микросхема 555 сгорит, если будет пропускать через себя ток больше 200 ма. Так что невозможно просто так, без реле, подключить индикаторные лампочки к таймеру 555, потому что даже самые маломощные лампочки потребляют 700 ма и более. Теперь, если мы будем использовать таймер 555 для включения реле, то контактами реле можно запитывать мощные индикаторные лампочки. В этом случае через микросхему таймера будет течь ток около 50 .. 100 ма, что вполне безопасно, а в силовой цепи, питающей индикаторные лампочки, могут течь токи до 5А.

Если у Вас дорогая, новая машина, то мало шансов, что Вы услышите щелчки при мигании индикаторных ламп, поскольку современная тенденция – применять везде, где можно, мощные транзисторы MOSFET, а в качестве индикаторных ламп ставить экономичные светодиоды.

На интерактивной flash-анимации показан простой сценарий, в котором используются оба контакта N/O и N/C, чтобы включать либо красную, либо зеленую лампу (в зависимости от того, запитана обмотка реле, или нет). Наведите курсор мыши на серый выключатель, и нажмите левую кнопку мыши. При этом красная лампа погаснет, а зеленая загорится.

На следующем рисунке показан пример использования реле вместе с таймером NE555.

Кратковременное замыкание кнопки S1 запускает формирование длительной выдержки времени, в течение которого реле включено, и замыкает контакты NO и C. По окончании времени выдержки схема возвращается в исходное состояние, реле обесточивается, и становятся замкнутыми контакты NC и C. Такое устройство можно использовать для включения освещения на лестнице – по истечении заданного времени свет автоматически выключится. RC-цепочка, подключенная к выводам 6 и 7 таймера NE555, определяет выдержку времени. Диод, подключенный параллельно обмотке реле, защищает микросхему таймера NE555 от опасного выброса ЭДС самоиндукции, которое возникает при обесточивании обмотки реле (обмотка обладает значительной индуктивностью). Чтобы схема работала нормально, выбирайте подходящее реле – с током срабатывания не более 200mA (это максимум, который позволяет выход микросхемы таймера) при напряжении от 4.5 до 11 вольт. Напряжение питания схемы подберите в соответствии с параметрами реле – от 5 до 12 вольт.

Вместо микросхемы таймера NE555 можно использовать любой микроконтроллер AVR, например ATmega32A или ATtiny85 [4]. Микроконтроллер точно так же, как и таймер 555, может переключать свой выход с 0 на 1. Однако имейте в виду, что выходной допустимый ток у микроконтроллера существенно меньше, а выходное напряжение может меняться только в пределах от 0 до 5V. Например, для ATmega32A выходной ток не может превышать 40mA на один порт. Поэтому в общем случае для усиления порта микроконтроллера используют транзисторные ключи [2]. Вход транзисторного ключа подключен к микроконтроллеру, а выход – к обмотке реле.

[Что такое транзистор]

В предыдущем разделе мы упомянули транзисторы в качестве усилителя / буфера сигналов от микроконтроллера. Но не успели разобраться, как транзисторы выглядят и по какому принципу работают. На фото показан внешний вид транзисторов различного назначения.

Транзистор на сегодняшний день все еще часто используется в электронных схемах, и он является одним из элементарных компонентов радиоэлектроники (наряду с диодами, резисторами и конденсаторами). Несмотря на то, что принцип работы транзистора для новичка трудно понять с первого раза, транзистор по сути очень прост и очень хорошо работает вместе с реле. Как Вы уже наверное заметили, у транзистора 3 ножки, и простые биполярные транзисторы бывают двух типов: PNP и NPN.

Самыми первыми появились транзисторы PNP, и они изготавливались на основе полупроводника германия. Потом освоили изготовление транзисторов из кремния, и более распространенными стали транзисторы структуры NPN. Транзисторы обеих структур (PNP и NPN) работают по одинаковому принципу, отличие только в полярности рабочего напряжения питания, и в некоторых параметрах. В настоящее время чаще используют транзисторы NPN.

В ключевых схемах назначение транзистора то же самое, что и у реле. Когда слабый открывающий ток течет через эмиттерный переход (между базой Б и эмиттером Э), то канал между коллектором (К) и эмиттером (Э) открывается, и может пропускать ток больше базового в десятки и сотни раз. Эмиттер в этом случае играет роль общего электрода, и для транзисторов NPN в ключевом режиме эмиттер часто подключен к общему отрицательному проводу питания, к земле GND.

Транзисторы иногда используют вместо реле, и они переключают большую мощность, как и реле, от слабого сигнала. Но в отличие от реле, скорость переключения транзисторов может быть очень высокой (время перехода из выключенного состояния во включенное и наоборот очень мало), поэтому их применяют для управления звуковыми динамиками и импульсными трансформаторами в ключевых источниках питания. Большинство самых обычных транзисторов могут переключаться со скоростью 1 миллион раз в секунду. Транзисторы также выгодно отличаются от реле малыми габаритами, поэтому они могут использоваться в тех местах, где реле использовать невозможно или непрактично. Однако транзисторы могут быть повреждены сильными электромагнитными полями, статическим электричеством и перегревом, что накладывает определенные ограничения на области применения транзисторов.

[Как работает транзистор]

Транзистор работает усилителем мощности. На вход прикладывается маленькая управляемая мощность, а на выходе снимается в десятки и даже сотни раз бОльшая мощность. Это происходит за счет изменения сопротивления между выводами коллектора и эмиттера в зависимости от тока, который протекает между базой и эмиттером.

К сожалению, расположение выводов базы, эмиттера и коллектора (цоколевка) может меняться от одного типа транзистора к другому, так что для того, чтобы понять, где база, а где эмиттер и где коллектор, обращайтесь к документации на транзистор. Есть способы, позволяющие с помощью тестера определить цоколевку, но это существенно сложнее, чем просто заглянуть в даташит.

Транзисторы, в отличие от реле, могут открываться не полностью (иметь некое сопротивления канала эмиттер – коллектор), что прямо пропорционально току, протекающему через базу. Эту пропорцию называют коэффициент усиления тока транзистора, h21Э. Например, если коэффициент усиления транзистора равен 100, то при токе 1mA, протекающем через базу, ток через канал коллектор – эмиттер может достигать 100mA, что на техническом языке называют усилением. Транзистор, также в отличие от реле, может сильно нагреваться при протекании через него тока. Обычно высокий нагрев получается при большой рассеиваемой мощности на сопротивлении канала коллектор – эмиттер, когда транзистор не полностью открыт. Поэтому нагрев и потери мощности минимальные тогда, когда транзистор либо полностью закрыт, либо полностью открыт.

Все транзисторы имеют некий порог входного напряжения, по превышении которого транзистор начинает открываться. Для большинства обычных кремниевых биполярных транзисторов это напряжение составляет 0.5 .. 0.8V. Для германиевых транзисторов это напряжение меньше, и составляет около 0.2 .. 0.4V. Иногда этот порог называют напряжением отсечки. Если входное напряжение ниже напряжения отсечки, то ток через каналы база – эмиттер и коллектор – эмиттер не течет, транзистор полностью закрыт.

Также все транзисторы имеют максимальный входной ток, после превышения которого эффект усиления перестает проявляться. Т. е. выше этого порога усиление перестает проявляться, выходной ток перестает расти. При этом напряжение между базой и эмиттером близко и даже выше напряжения между коллектором и эмиттером. Такое состояние транзистора называют насыщением, и при этом считается, что транзистор полностью открыт.

В этой статье мы рассматриваем применение транзистора в качестве электронного ключа, поэтому будут использоваться только два состояния транзистора – либо он полностью закрыт (состояние отсечки тока), либо полностью открыт (состояние насыщения). Ниже приведена анимация, упрощенно показывающая общий принцип работы транзистора. Обратите внимание, что ток эмиттера равен сумме токов базы и коллектора, причем ток базы в 100 раз меньше тока коллектора (коэффициент усиления тока равен 100).

По этой картинке можно проще понять, почему малого тока базы достаточно, чтобы открыть силовой канал проводимости коллектор – эмиттер (потому что маленький входной ток как бы открывает вентиль основного канала). Также можно условно понять состояние насыщения – поток воды переполняет трубу, и труба не может пропустить через себя воды больше, чем позволяет диаметр трубы. Конечно же, такое представление является упрощенным, очень приблизительно отражающим реальные процессы, которые происходят в транзисторе.

[Как использовать транзистор]

Очень часто транзистор используется как электронный ключ. Когда управляющий ток течет между базой и эмиттером, открывается силовой канал между эмиттером и коллектором, сопротивление между эмиттером и коллектором резко падает. К примеру, можно включать/выключать светодиоды в зависимости от сигнала тока, приходящего от таймера 555 (как на анимации ниже) или от микроконтроллера. Между управляющим выходом таймера 555 (или выходным портом микроконтроллера) и базой транзистора почти всегда ставят токоограничивающий защитный резистор (на этой анимации для упрощения резистор не показан). Для упрощения также не показаны токоограничительные резисторы, которые должны стоять последовательно с каждым светодиодом.

Ранее уже упоминалась возможность управлять реле с помощью микроконтроллера. Для этого обычно также применяются транзисторы. Ниже приведена простая схема на транзисторе KT315 (его можно заменить аналогом на BC547), предназначенная для коммутации сетевой нагрузки 220V с помощью реле (это может быть лампа, или нагреватель, или асинхронный двигатель).

Диод VD1 нужен для предотвращения повреждения транзистора высоковольтным импульсом ЭДС самоиндукции, который возникает при обесточивании обмотки реле.

[Общие замечания по применению реле и транзисторов]

Реле бывают с самыми разными параметрами, определяющими его назначение и область применения. Чем реле мощнее (то есть чем больше ток и напряжение, которое реле может коммутировать), тем больше размеры реле из-за увеличения размеров электромагнита и контактной группы. Чем реле больше по размеру, тем оно будет требовать бОльшей мощности для управления. Поэтому старайтесь подобрать реле, наиболее подходящее Вам по параметрам.

Важно также подобрать нужное напряжение источника питания для реле. Если напряжение будет слишком низким, то реле не будет надежно срабатывать (или не будет срабатывать вовсе). Если напряжение будет слишком большим, то на обмотке реле будет рассеиваться слишком большая мощность, обмотка будет перегреваться и реле может выйти из строя. Чтобы правильно выбрать напряжение питания обмотки реле, см. параметры реле в его паспорте или даташите.

Для управления реле с помощью микроконтроллера применяйте транзисторы в качестве буферных ключей.

Вы могли бы задаться вопросом – в чем разница между мощными, обычными биполярными транзисторами и транзисторами MOSFET. Мощные транзисторы могут выдержать бОльшие токи и напряжения, и имеют специальные корпуса (обычно максимальные токи порядка 10 .. 20A, и напряжения до 600V и более). Корпус мощного транзистора рассчитан на крепление к теплоотводящей поверхности (например, радиатору). Обычные транзисторы имеют простые пластмассовые миниатюрные корпуса, и могут обычно выдерживать напряжения до 150V и токи до 2A.

Транзистор MOSFET, несмотря на то, что принцип его работы и параметры абсолютно отличаются от традиционных биполярных транзисторов, применяются для тех же целей, что и биполярные транзисторы. Ниже приведен пример схемы для управления реле на транзисторе MOSFET.

Под транзисторами MOSFET часто подразумевают мощные транзисторы. Действительно, параметры у MOSFET значительно превышают параметры биполярных транзисторов по току и напряжению. В закрытом состоянии сопротивление канала сток – исток транзисторов MOSFET близко к бесконечности, а в открытом состоянии падает практически до нуля. Поэтому транзисторы MOSFET могут безопасно работать при переключении очень больших мощностей, выделяя при этом малое количество тепла. Транзисторы MOSFET, как и биполярные, могут плавно изменять сопротивление силового канала, однако это сопротивление зависит от входного напряжения, а не от входного тока. Во многих случаях можно с небольшими модификациями схемы заменить биполярный транзистор на транзистор MOSFET. Обратная замена возможна далеко не всегда.

Меня наверное можно назвать “радиоэлектронным старьевщиком”. Не могу равнодушно мимо любой выброшенной радиоэлектронной железки – хочется забрать домой, починить или хотя бы разобрать на запчасти. В старой аппаратуре можно найти реле и транзисторы, вполне работоспособные и достойные лучшей участи, чем гниение на свалке. Реле могут стоять в микроволновых печах, кондиционерах, телевизорах, холодильниках, источниках бесперебойного электропитания, музыкальных центрах, радиоуправляемых игрушках. Транзисторы встречаются почти в любой электронной аппаратуре, и последнее время все больше встречаются транзисторы с планарным монтажом на плату (SMD), а транзисторы со штыревыми выводами встречаются реже.

[Что обозначают аббревиатуры SPDT, SPST, DPST, DPDT]

Аббревиатура Расшифровка
аббревиатуры
Обозначение в Великобритании Обозначение в США Описание Графический символ
SPST Single pole, single throw One-way Two-way Простой выключатель, имеющий два положения – включено или выключено. Два контакта могут быть либо замкнуты друг с другом, либо разомкнуты. Применяется, например, для включения освещения.
SPDT Single pole, double throw Two-way Three-way Простой переключатель. Общий контакт C (COM, Common) соединяется либо с контактом L1, либо с L2.
SPCO
SPTT
Single pole changeover или Single pole, triple throw     По контактам то же самое, что и SPDT. Некоторые производители реле используют SPCO/SPTT для обозначения переключателей, имеющих выключенное среднее, центральное положение, в котором все контакты разомкнуты.
DPST Double pole, single throw Double pole Double pole То же самое, что и две отдельных контактных группы SPST, управляемые одновременно одним механизмом.
DPDT Double pole, double throw     То же самое, что и две отдельных контактных группы SPDT, управляемые одновременно одним механизмом.
DPCO Double pole changeover или Double pole, centre off     По контактам эквивалентно DPDT. Некоторые производители используют DPCO для обозначения переключателей, имеющих среднее, выключенное положение.
    Intermediate switch Four-way switch Переключатель DPDT, имеющий внутреннее соединение контактов таким образом, что переключение меняет полярность подведенного напряжения. Используется редко.

[Ссылки]

1. How Electronic Switches Work For Noobs: Relays and Transistors site:instructables. com.
2. usb-Relay – маленькое USB-устройство, управляющее включением и выключением реле.
3. Транзистор – это просто. Очень хорошие видеоуроки, объясняющие принцип работы полупроводников.
4. Доступ к портам I/O AVR на языке C (GCC, WinAVR).
5. Как работают транзисторы MOSFET.

Транзисторы для начинающих часть 3 – Транзисторы – Фундаменты электроники – Каталог статей

Месяц назад, наконец, мы получили примерное представление о транзисторе.. Конечно, дрожа от нетерпения, и любопытства, вы ждете, что я объясню как, транзистор усиливает напряжение. Почему так много внимания уделялось усилению тока и почему важны падение напряжения и источник тока.

Подождите еще немного – все вы узнаете в свою очередь. Через месяц я тебе объясню подробно, то, что с таким нетерпением ждете: а именно, как транзистор усиливает напряжение.

Сегодня мы подробно рассмотрим вход транзистора, то есть цепь база-эмиттер. Вы откроете для себя ряд важных практических вопросов. Хотя вы можете считать, что это лишнее я убежден, что это потребуется на практике. Не стоит недооценивать указанный материал, так как он необходим для полного понимания транзистора.

В предыдущем эпизоде мы достаточно просто пришли к выводу, что переход база-эмиттер транзистора ведет себя ни больше, ни меньше, как диод. Это не случайно – это действительно так. Вы можете себе представить, что транзистор состоит из две независимых цепей, или элементов:

•база-эмиттер схема включает в себя самые обычные диоды,
•коллектор-эмиттер схема включает в себя источник тока.

В предыдущем разделе, я объяснил вам принцип действия транзистора на примере карбюратора мы рассматривали транзистор NPN. Конечно, не проблема понять, как он работает. Теперь пора отойти от модели карбюратора, запомните только, что транзистор на самом деле источник тока управляемый током базы. Если вы поймете это определение, вы не будете иметь никаких проблем с и PNP транзистором.

Он работает так же, как транзистор NPN, только с другим направлением тока.

Направления токов в двух транзисторах можете видеть на рисунке 12. Запомните раз и навсегда, стрелка в символе транзистора (эмиттера) указывает направление протекания тока (от положительного к отрицательному полюсу источника питания).

Если вы намерены изобразить PNP транзистор, правильное изображение показано на рисунке 13а, а не так, как показано на рисунке 13b.

Можете ответить, почему на различных схемах не изображают так, как показано на рисунке 13b?

В таком изображении нет ошибки. Я просто хочу, чтобы вы с самого начала, чтобы привыкали к основным правилам. Это всего лишь способ рисования схем. Вы наверняка заметили, что некоторые схемы, нарисованы так здорово, и понятно, что на первый взгляд, можно сказать, какие напряжения будут в различных точках системы.

Другие схемы рисуются запутанно, весьма хитроумно и непонятно, как работает схема, и не возможно сделать какие-либо выводы об напряжениях в разных точках схемы.

А разница только в способе рисования схемы.

Что бы схема была прозрачной и понятной, рассмотрим основные правила:
– “питающий ток схемы” должны течь сверху вниз
– “Сигналы на схеме” должны бежать слева направо.
– Если есть возможность точка, с большим положительным напряжением должна быть выше точки с низким напряжением.


На рисунке 14 показаны два способа рисования схема одной системы. Первый учитывает вышеуказанные принципы, второй нет. Которую легче анализировать?

Вопрос очень актуальный дело в том, что среди схем присылаемых в редакцию читателями, особенно в Школу конструкторов, я часто встречаю «цветочки» подобные изображенному на Рис 14b.

Так что привыкайте к установленным правилам и не игнорируйте их при составлении ваших схем. Тогда вы будете рисовать PNP транзистор, так что как показано на рисунке 13а, но не в соответствии с рисунком 13б.

Это было отступление на полях – так как рисование схем пока не влияет на работу транзистора. Только облегчает анализ системы.

Теперь про переход база-эмиттер транзистора. Вы уже знаете, что PNP и NPN транзисторы отличаются только направлением тока. Следующие разделы в равной степени относятся к обоим типам транзисторов.


Прежде всего, заметим, что переход база-эмиттер имеет свойства обычного полупроводникового диода. Чтобы полностью понять поведение транзистора в цепи, и быть в состоянии самостоятельно выбирать режимы работы транзистора, необходимо хорошее понимание работы и параметров диода.

Итак, позвольте мне напомнить вам свойства диода. Гидравлический аналог диода на рисунке 15. Запорная пружинка очень слабая. Поэтому чтобы открыть клапан «в правильном» направлении необходимо совсем небольшое усилие.

От сюда очень важный вывод: на этом элементе не может возникнуть большого перепада, потому что даже небольшое давление открывает заслонку полностью, позволяя течь потоку практически любого количества воды.

То же самое и с диодом. Диод проводит ток только в одном направлении. Это «правильное» направление называется прямым. Да же относительно не большое напряжение откроет диод, и через него потечет ток. При прямом включении, падение напряжения на нем мало. Обратите внимание, что это напряжение (падение напряжения) не может уменьшаться. Да же на полностью «отрытом» диоде, при большом токе, все равно имеется падение напряжения.

Возможно, вы слышали, что при напряжении ниже 0,6 В. .. 0,7 В кремниевый диод не проводит ток, ток появляется только при напряжении выше 0,6 В. .. 0,7 В.

Так же возможно, вы слышали, что напряжение на диоде пропорционально логарифму тока, протекающего через него. Наверное, не многие из вас знают, что это значить, и мы могли бы опустить это. Но я хочу, ввести вас вглубь дела, поэтому мы рассмотрим этот вопрос более подробно.

Посмотрите на вольт-амперную характеристику диодов (то есть график напряжения и тока). Как правило, он составляется таким образом: горизонтальной ось – напряжение, а по оси ординат – ток. Предлагаю следующий способ его изображения, мы изменяем величину подаваемого напряжения и в зависимости от напряжения откладываем значение тока на графике. Но это возможно только в теории. На практике изменяют значение текущего через диод тока и измеряют падение напряжения на нем. Это напряжение называется прямым напряжением диода. Независимо от подхода, результат всегда один и тот же: значение тока соответствует определенному значению напряжения, и наоборот. Эта зависимость изображена на рисунке – это то, что являются характеристикой диода в прямом направлении.

В настоящий момент нас интересует, изменение напряжения на диоде (на самом деле на переходе база-эмиттер транзистора), в зависимости от тока (тока базы транзистора).


На рисунках 16 а и б показаны характеристики такого диода, нарисованные обоими способами. Обе шкалы на рисунке 16 а линейны, тогда как на рисунке 16 б вертикальная ось тока логарифмическая, а ось напряжения линейная. Посмотрите на рисунок 16 б, что бы узнать, значение тока удобней пользоваться линейной зависимостью, особенно для малого значения тока. Но это логарифмическая зависимость тока от напряжения. Даже если вы не знаете что такое натуральный логарифм. Вам достаточно этого графика, что бы узнать ток. В конце концов, у вас есть выбор каким графиком пользоваться. Обратите внимание, что на логарифмической шкале, следующее значение в десять раз больше предыдущего. Нет необходимости вдаваться в дальнейшие подробности, только помните, и примите к сведению, что специалисты, несмотря на широкое внедрение цифровых схем, продолжать использовать эту четкую зависимость на рисунке 16б для логарифмирования сигналов, а так же аналогового умножения, деления, возведения в степень и извлечение квадратного корня. Может это для вас будет сюрпризом, но диоды (или переход база-эмиттер) хорошо подходят для выполнения математических операций над аналоговыми сигналами. Например, логарифмирование часто используется для определения номинальной мощности усилителей, в цифровых измерителях. Но логарифмирование это очень обширная тема, для нас.

Давайте вернемся к рисунку 16а. Здесь действительно, видна сложная логарифмическая зависимость. Начинается она со значения напряжения 0,7.. 0.6 В а бывает и от 0.6.. 0.8В. В чем тут дело?

В самом деле, нет никакого существенного различая, но дело требует небольшого разъяснения.

Посмотрите на рисунок 17. Он похож на рисунок 16а, однако характеристика здесь до значения в 1мА, а не до 100 мА. Отметим что на рисунке 17, при напряжении до 0.5 В ток диода на самом деле присутствует, но имеет очень малое значение. Как это можно увидеть на рисунке 16 б. Помните, что 1 мкА (микроампер) является одной миллионной Ампера.

Вы видите, что во многих случаях мы можем с уверенностью сказать, что для напряжения ниже 0,5 В, диод практически не проводящий.

Но это выглядит немного по-другому для выпрямительного диода, чем для цепи базы транзистора. Для выпрямительного диод ток порядка 1 или даже 10 мкА, очень мал. А для транзистора?

В транзисторах, ток коллектора при нормальной работе обычно устанавливается в диапазоне от долей миллиампер, и не более сотни миллиампер (если мы опустим мощные транзисторы). Учитывая, что транзистор усиливает ток, то выходит что, ток базы составляет доли миллиампер.

Тогда, в некоторых из ваших схем ток базы может быть порядка 1 или менее микроампера! Таким образом, как показано на рисунке 16b, при таком токе базы, напряжение база-эмиттер транзистора будет иметь значение 0,5 … 0,7 В.

Обратите внимание, что при тысячекратно изменении тока (базы), изменение напряжения составляет лишь около 200 мВ.

Теперь вы, наверное, понимаете, что в менее точных расчетах мы принимаем некоторую среднею, постоянную величину, например, 0,6 В или 0,65 В. И вся тайна!

Просто? Да, но мы рассматривали все упрощенно, пренебрегая токами ниже 1 микроампера, говорят, что они пренебрежимо малы. Вообразить профессиональные схемы, которые логарифмируют в диапазоне токов 100 Па до 1 мА. 100 ПикоАмпер составляет 0,1 микроампер. Не пытайтесь думать о токах в пикоамперах, (и о работе с такими токами), оставьте это профессионалам.

Давайте вернемся к транзистору.

Как видно из анализируемых характеристик, напряжение между базой и эмиттером, обозначается Uбэ, во время нормальной работы транзистора не превышает 0,8 В. Если, в любой реальной схеме будет больше, то транзистор выйдет из строя. Например, как следует из рисунка 16, с напряжением Uбэ равным 1В, ток базы транзистора будет более чем 1 А, транзисторы с таким базовым токов не встречаются в природе.

Поэтому очень важная практическая информация: если напряжение Uбэ больше 0,8 В будьте уверены транзистор не исправен.

В нашей практике обычно мы используем маломощные транзисторы. Дело в том, что во время работы транзистора выделяется энергия в виде тепла – я назвал это потерей мощности. Малый транзисторы могут работать при низких токах, коллектора (до 100… 300 мА), выделяющиеся потери мощности не могут быть больше, чем 0,1 … 0,6 Вт, в зависимости от типа транзистора.

В некоторых случаях, мы должны работать с большими токами, при этом выделяется мощность значительно больше. Тогда мы используем мощные транзисторы. Они имеют больший корпус и предназначены для крепления к радиатору охлаждения.

Проблема потери мощности и тепловыделения будет обсуждаться в будущем. А сейчас только одна маленькая проблема. Для больших токов в цепи коллектора, мы должны работать с достаточно большими токами базы. Ток базы большой, из-за того что мощные транзисторы как правило, имеют меньший коэффициент усиления по току, чем у маломощных транзисторов. Если, например, усиление силового транзистора 50, ток коллектора 10А, базовый ток должен составлять 0,2 А.

Что вы думаете для мощных транзисторов, напряжение база-эмиттер должно быть больше чем в маломощных транзисторах?

Да так выходит из рисунка 16.

Отметим, что данный рисунок относиться к конкретному диоду или переходу база-эмиттер.

Как вы думаете, будет ли зависит падение напряжения от площади поверхности перехода?

Маломощный транзистор имеет маленькую площадь перехода, мощный гораздо больше.

Вы правы, падение напряжения будет определять плотностью тока на единицу площади перехода.

Вывод?

Напряжение база-эмиттер транзисторов высокой мощности, со значительном током базы может быть, даже меньше, чем у маломощных транзисторах.

Эта информация является, пожалуй, самой важной, из того что вы должны знать, когда измеряете, напряжение в цепях силовых транзисторов, не удивляйтесь.

На рисунке 16 указали, в какой степени изменяется напряжения между база-эмиттером при различных токах базы. Это не означает, однако, что зная характеристику конкретного транзистора и, зная ток базы, можно точно определить напряжение между базой и эмиттером.

Вы знаете почему?

Потому что мы не учли влияние температуры.

На рисунке 16 показаны характеристики для любой температуре – как правило, порядка комнатной температуры до 25 ° C. Тем не менее, с повышением температуры прямое напряжение диода и перехода транзистора снижается.

Для конкретного экземпляра транзистора и диода влияние температуры показано на рисунке 18а.

Вы можете быть удивлены, но не игнорируйте тот факт, что изменения напряжение база-эмиттер в результате изменения температуры могут быть значительно больше, чем изменения, вызванные изменениями величины базового тока!

Также помните, о нагреве транзисторов, в том числе малой мощности.

Вывод?

Зная напряжение база-эмиттер можно оценить ток базы. Но если быть честным, то это приблизительная оценка, так как не учитывается влияние температуры. Исключение если оно больше 0.8 В, тогда можно сделать вывод об неисправности транзистора.

Означает ли это, что точное значение напряжение база-эмиттер для нас не столь важно, и не несет никакой определенной информации?

Нет! Это важно, если ток имеет постоянное значение. То изменение напряжения связанное с температурой имеет линейный характер. Т.е. изменение напряжения прямо пропорционально изменению температуры. Кроме того эти изменения всегда постоянны и не меняются с течением времени.

Все это означает, что простой диод или переход база-эмиттер транзистора может быть успешно использован для измерения температуры. При правильном построении системы измерения и соответствующего масштабирования, вы можете получить очень хорошую точность порядка 0,1 … 0,2 ° C.

Этот метод часто используется для измерения температуры в диапазоне -40 .. +125 ° C.

Существует только одна небольшая загвоздка. На практике, в производстве полупроводников не может быть, достигнуто совершенно одинаковые параметры для всех копий диодов и транзисторов, даже из одной партии и одной той же кремниевой пластины.

Существуют определенные допуски параметров. И, наконец, в некоторых каталогах характеристик диодов и переходов напряжение база-эмиттер приводиться, как показано на рисунке 18b. Затемненной областью указывают на ожидаемое значение параметра между копиями.

Из этого видно, что при использовании полупроводникового перехода для измерения температуры, необходима индивидуальная калибровка в каждом случае. В книгах в настоящее время, указывается, что напряжение перехода изменяется на -2.2 mV на один градус Цельсия. Это значение -2,2 мВ следует рассматривать как ориентировочные, а не точное. Кроме того, другие источники говорят, что этот коэффициент -2 мВ / ° C.

Сейчас вас уже не удивит, но существуют схемы для измерения температуры, использующих это же свойства В-Е перехода. Они используется не только для конструирования электронных термометров. Они широко используется в производстве интегральных схем для реализации схемы тепловой защиты.

Вы знаете, как они работают?

Просто установите напряжение база-эмиттер транзистора до величины, скажем, 0,5 В. Как видно из рисунков 16, 17 и 18, при комнатной температуре ток базы будет незначительным. Следовательно, ток коллектора также будет незначительным. Если температура будут расти, это также увеличится ток базы, и, следовательно, ток коллектора. Когда ток коллектора превышает заданное значение, сработает схема тепловой защиты.

Температурная зависимость параметров в некоторых системах является преимуществом, как вы уже могли догадаться, Но в системах точного измерения это проклятье, с которые вы должны бороться всеми силами. Однако, это отдельная, очень широкая тема, к которой мы вернемся. А на данный момент, мы станем еще одна фундаментальная проблема.

Упрощенная эквивалентная схема транзистора на рисунке 12, содержит диод и управляемый источник тока, что не в полной мере отражают свойства транзистора. Большая часть читателей проверяет транзисторы, с помощью омметра зная, что база-эмиттер и база-коллектор вызваниваются как диоды. Действительно, при определенных условиях, транзистор можно рассматривать как комбинацию двух диодов в соответствии с рисунком 19. Но, к сожалению, транзистор не может быть использован как два отдельных диода, например, что бы с помощью одного или двух транзисторов, сделать диодный мост (рис. 20). Транзистор это больше чем в два диода. Запомните это, и даже не пытайтесь проделать подобные трюки.

Рисунок 19 наводит на вопрос. А можно ли в электронных схемах поменять коллектор и эмиттер местами? Другими словами, если бы он мог ли коллектор играть роль эмиттера, и наоборот?

Речь идет о самой серьезной проблеме, а пожилые читатели могут помнить, некоторые советские транзисторы после перестановки эмиттера и коллектора, работали так же или даже лучше.

Это, правда, для старых транзисторов, выполненных по допотопной технологии, это было все равно, какой из электродов эмиттер, а какой коллектор. Но это было очень давно. Однако сейчас транзисторы изготавливаются для конкретной проводимости, и не будут работать после такой замены. Возможно вы так же слышали об «обратной» работе транзистора. Забудьте об этом. Во всех схемах, которые мы будем рассматривать, нормальные биполярные транзисторы работают в обычном режиме.

Так что не думайте менять местами коллектор и эмиттер.

Но это еще не все.

Может ли транзистор может работать при “обратном” напряжение между базой и эмиттером. Что происходит в схеме на рис. 21, напряжение на базе NPN транзистора меньше, чем напряжение на эмиттере?

Рисунки 12 и 19 не указывают на какие-либо ограничения.


Так напряжение на базе транзистора на рисунке 21 может быть сколь угодно большого отрицательного значения? Наверное, нет, мы знаем, что переход, как и любой другой диод, имеет определенное допустимое напряжение (несколько вольт).

Вот у меня есть для тебя сюрприз (если вы не знаете): база-эмиттер поляризованные в обратном направлении ведет себя как диод Зеннера с напряжением стабилизации около 6,2 Вольт (некоторые источники говорят, что 5 .. 7 В). Если вы не знаете что такое диод Зеннера, знайте что это стабилизатор напряжения.

Таким образом, после превышения обратного напряжения на базе, значения пробоя, через переход база эмиттер будет течь ток. Слово “пробой” звучит страшно, но здесь нечего бояться – пока ток не слишком большой (нет тепла для повреждения перехода), с транзистором ничего не происходит. Такой пробой, конечно, не повредить транзистор.

Короче говоря, транзистор может работать как стабилитрон или стабилизатор напряжения. На рисунке 22 показано, четыре примера использования транзисторов в этой роли. Обратите внимание, что в каждом случае всегда используется эмиттерный переход, при этом используются два вывода транзистора, и этот способ работы не имеет ничего общего с нормальным режимом работы транзистора.

Позвольте мне напомнить вам еще раз нормальные условия работы:

Напряжение на базе NPN транзистора (измеряется по отношению к эмиттеру) составляет примерно 0,6 В. .. 0,7 В,

При прямой проводимости ток эмиттера это сума коллекторного и базового токов.

Напряжение на коллекторе UC (также измеряется относительно эмиттера) является положительным и может быть от 0,1 В до полного напряжения U2.

Смотри рисунок 23.

А что сказать о ситуации на рисунке 24, схема в нормальном режиме работы транзистора (NPN) напряжение база-эмиттер отрицательное, и будет в пределах 0-5В? Что произойдет в цепи базы, и что в цепи коллектора?

При отрицательном напряжении на базе значение напряжения база-эмиттер максимально, но при этом упомянутый пробой не происходит. В базовой цепи тока не будет, а следовательно и в цепи коллектора, то же. Транзистор можно рассматривать как разомкнутый ключ.

А что произойдет, если напряжение U1 опуститься ниже 5 В, когда через базу потечет обратный ток (по цепи: батарея, общий провод, эмиттер, база, резистор, батарея)? Будет ли ток в коллекторной цепи?

Это важный вопрос, вопреки видимости, потому, что на практике иногда можно найти такую ситуацию. Я не дам вам ответ – вы можете найти его самостоятельно, собрав схему в соответствии с рисунком 24 и сами увидите, какое значение будет показывать амперметр, при обратном токе в цепи в базы.

Пусть это будет вам домашнее задание.

Так же предлагаем вам самостоятельно измерить напряжение стабилизации по схеме на рисунке 22. Выясните для себя настолько это напряжение зависит от типа транзистора. И как отличается на нескольких экземплярах одного типа.

Сегодня статья была посвящена цепи база-эмиттер биполярного транзистора. В конце статьи мы получили наиболее важные выводы. В следующем месяце мы будем рассматривать цепи коллектора, его характеристики и типичные схемы включения транзистора.


Piotr Górecki

32 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98

Мне все равно, как работает транзистор, как мне заставить его работать?

Я бы предложил начать шаг за шагом с чего-то осязаемого. Жуйте по одному делу за раз.

Вы можете начать с простого случая с переключателем, и я уверен, что вы можете найти очень простые примеры, посмотрев. Не погружайтесь в старую книгу о смещении биполярного усилителя CE с полдюжиной резисторов, компенсацией и параметрами h, пролистанными на первой странице, написанной кем-то, кто не помнит, каково это – не знать все эти вещи в первую очередь. 🙂 Р>

Если вы посмотрите вокруг, должно быть легко найти некоторые учебники с BJT , JFET , MOSFET … Может быть, сначала пропустите устройства P и истощения. В основном P (PNP) выглядит как зеркальное отображение, как только вы поймете, как работает N-часть, вам будет легко отнести ее к P-части. Таким образом, у вас не будет большого шанса быть сбитым с толку отрицательными напряжениями, токами и цепями, проведенными вверх ногами (они действительно все это делают).

Тогда вам действительно нужно взглянуть на параметры таблицы данных, например, на сколько ток и напряжение он может безопасно перенести, каково отношение базового тока (напряжения затвора), необходимого / взятого для данного тока коллектора, общего рассеяния мощности (потери напряжения * текущий) и т. д.

Как только вы закончите с переключателями, вы можете посмотреть на включение / выключение только частично (усилитель, управление током). Все три типа ведут себя немного по-разному. Тогда, возможно, увидите разные типовые схемы: регуляторы, источники тока и зеркала, таймеры, логические вентили, усилители мощности B и AB.

Необходимо немного теории (умножение, закон Ома, диод …), больше поможет вам понять, что происходит, и предсказать вещи. Но вы должны быть в состоянии перейти с приблизительными значениями в первую очередь. Используйте некоторые дешевые детали (с таблицей данных, по крайней мере, для распиновки и типа) и, возможно, симулятор, чтобы испытать вещи.

    

Что такое транзистор NPN? – Определение, строительство и работа

Определение: Транзистор, в котором один материал p-типа помещен между двумя материалами n-типа, известен как NPN-транзистор . NPN-транзистор усиливает слабый сигнал , поступающий в базу, и производит сильные сигналы усиления на конце коллектора. В NPN-транзисторе направление движения электрона – от эмиттера к области коллектора , благодаря чему в транзисторе образуется ток.В схеме чаще всего используются транзисторы такого типа, поскольку их основными носителями заряда являются электроны, обладающие высокой подвижностью по сравнению с дырками.

Конструкция NPN-транзистора

NPN-транзистор имеет два диода, соединенных спиной друг к другу. Диод на левой стороне называется диодом эмиттер-база, а диоды на левой стороне – диодом коллектор-база. Эти имена даны согласно названиям терминалов.

NPN-транзистор имеет три вывода: эмиттер, коллектор и базу.Средняя часть NPN-транзистора слегка легирована, и это наиболее важный фактор работы транзистора. Эмиттер умеренно легирован, а коллектор сильно легирован.

Принципиальная схема NPN-транзистора

Принципиальная схема NPN-транзистора показана на рисунке ниже. Коллектор и база соединены с обратным смещением, в то время как эмиттер и база соединены с прямым смещением. Коллектор всегда подключен к положительному источнику питания, а база – к отрицательному источнику питания для управления состояниями ВКЛ / ВЫКЛ транзистора.

Работа NPN транзистора

Принципиальная схема NPN-транзистора показана на рисунке ниже. Прямое смещение применяется к переходу эмиттер-база, а обратное смещение применяется к переходу коллектор-база. Напряжение прямого смещения V EB мало по сравнению с напряжением обратного смещения V CB .

Эмиттер NPN-транзистора сильно легирован. Когда к эмиттеру прикладывается прямое смещение, основные носители заряда движутся к базе.Это вызывает ток эмиттера I E . Электроны входят в материал P-типа и соединяются с отверстиями.

База NPN-транзистора слегка легирована. Из-за чего только несколько электронов объединяются, а оставшиеся составляют базовый ток I B . Этот базовый ток входит в область коллектора. Обратный потенциал смещения области коллектора прикладывает большую силу притяжения к электронам, достигающим коллекторного перехода. Таким образом притягивают или собирают электроны на коллекторе.

В базу вводится весь ток эмиттера. Таким образом, можно сказать, что ток эмиттера складывается из тока коллектора и базы.

NPN транзистор

NPN транзистор

Когда единственный р-тип полупроводниковый слой зажат между двумя n-типами полупроводниковых слоев формируется npn-транзистор.

NPN символ транзистора

символ цепи и диод Аналог npn-транзистора показан на рисунке ниже.

В На рисунке выше показано, что электрическая ток всегда течет из p-области в n-область.

NPN конструкция транзистора

npn-транзистор состоит из трех полупроводниковых слоев: одного полупроводниковый слой p-типа и два полупроводника n-типа слои.

Полупроводниковый слой p-типа зажат между двумя полупроводниковые слои.

npn-транзистор имеет три вывода: эмиттер, база и коллекционер. Вывод эмиттера подключается к левой стороне слой n-типа. Клемма коллектора подключается справа боковой слой n-типа. Базовый терминал подключается к слой р-типа.

npn-транзистор имеет два p-n переходы. Между эмиттером образуется один стык. и база. Этот переход называется переходом эмиттер-база или эмиттерный переход. Другой стык образуется между база и коллектор. Это соединение называется коллекторно-базовым. переход или коллекторный переход.

Рабочий транзистора npn

Беспристрастный npn транзистор

Когда нет напряжения применяется к транзистору, он называется несмещенным транзистор.Слева n-область (эмиттер) и справа n-регион (коллектор), бесплатно электроны – основные носители, а дырки – неосновные носители, тогда как в p-области (основание) дырки являются основные носители и свободные электроны составляют меньшинство перевозчики.

ср знать, что носители заряда (свободные электроны и дырки) всегда старайтесь перейти от области более высокой концентрации к более низкой область концентрации.

Для свободные электроны, n-область – область более высокой концентрации а p-область – область более низкой концентрации. Аналогично для дырок, p-область – область более высокой концентрации и n-область – область более низкой концентрации.

Следовательно, в свободные электроны в левой n-области (эмиттер) и справа боковая n-область (коллектор) испытывает силу отталкивания от друг с другом.В результате свободные электроны слева а правые боковые n-области (эмиттер и коллектор) переместятся в p-область (основание).

Во время В этом процессе свободные электроны встречаются с дырками в p-область (основание) возле стыка и залейте им. Как результат, истощение область (положительные и отрицательные ионы) формируется на эмиттер к переходу базы и переход от базы к коллектору.

в эмиттер к базовому переходу, область обеднения пронизана аналогично, ближе к основанию; на базе коллекционеру переход, область истощения проникает больше в сторону базовая сторона.

Это потому что на переходе эмиттер-база эмиттер сильно легирован, а основание слегка легировано, поэтому обедненная область проник больше в сторону основания и меньше в сторону сторона эмиттера.Точно так же на переходе от базы к коллектору коллектор сильно легирован, а основание слегка легировано, поэтому область истощения проникает больше к основанию и меньше в сторону коллектора.

коллекционер область слабо легирована, чем область эмиттера, поэтому ширина обедненного слоя на стороне коллектора больше ширина обедненного слоя на стороне эмиттера.

Почему истощение область проникает больше к слаболегированной стороне, чем сильно легированная сторона?

ср знать, что легирование – это процесс добавления примесей в собственный полупроводник для улучшения его электрических проводимость. Электропроводность полупроводника это зависит от добавленного к нему уровня допинга.

Если полупроводниковый материал сильно легирован, его электрические проводимость очень высокая. Это означает, что сильно допированный полупроводниковый материал имеет большое количество носителей заряда которые проводят электрический ток.

Если полупроводниковый материал слегка легирован, его электрические проводимость очень низкая. Это означает, что слегка допированный полупроводниковый материал имеет небольшое количество носителей заряда которые проводят электрический ток.

ср знать, что в полупроводнике n-типа свободные электроны являются основные носители заряда и дырки являются неосновным зарядом перевозчики.

В npn транзистор, левая сторона n-области (эмиттер) сильно допированный. Значит, у эмиттера большое количество свободных электронов.

ср знать, что в полупроводнике p-типа дырки составляют большинство носители заряда и свободные электроны являются неосновным зарядом перевозчики.

p-область (база) слабо легирована. Так что база имеет небольшой количество отверстий.

правая сторона n-области (коллектор) умеренно легирована. Его уровень легирования находится между уровнем эмиттера и базы.

Когда атом теряет или отдает электрон, становится положительным ионом. С другой стороны, когда атом получает или принимает электрон, он становится отрицательным ионом.

атомы, которые отдают электроны, известны как доноры, а атомы которые принимают электроны, известны как акцепторы.

Излучатель-база стыковка:

Пусть Предположим, что в левой n-области (эмиттере) каждый атом имеет три свободных электрона, а в p-области каждый атом имеет одну дырку.

Во время распространение процесса, свободные электроны движутся от эмиттера (n-область) к базе (p-область).Точно так же отверстия перемещаются от основания (p-область) к эмиттеру (n-область).

в эмиттер-база переход, когда атомы n-области (эмиттера) встречаются с p-областью (основные) атомы, каждый атом n-области отдает три свободных электрона к трем атомам p-области. В результате n-область (эмиттер) атом, отдающий три свободных электрона, станет положительным ион и три атома p-области (основания), которые принимают (каждый принять один свободный электрон) три свободных электрона станут отрицательные ионы.Таким образом, каждый положительный ион n-области (эмиттера) производит три отрицательных иона p-области (основания).

Следовательно, в обедненная область на переходе эмиттер-база содержит больше отрицательные ионы, чем положительные. Отрицательные ионы находятся в p-области (основании) вблизи перехода и положительных ионов находятся в n-области (эмиттере) рядом с переходом.

Следовательно, в область истощения проникает больше в p-область (база), чем n-область (эмиттер).

База-коллектор стыковка:

Пусть Предположим, что в правой части n-области (коллектора) каждый атом имеет два свободных электрона, а в p-области каждый атом имеет по одному отверстие.

Во время процесс диффузии, свободные электроны движутся от коллектора (n-область) к основанию (p-область).Точно так же дыры перемещаются из база (p-область) к коллектору (n-область).

в сборщик базы переход, когда атомы n-области (коллектора) встречаются с атомы p-области (основания), каждый атом n-области (коллектор) отдает два свободных электрона на два атома p-области (основания). Как результат, атом n-области (коллектор), отдающий два свободных электрона станет положительным ионом, и два атома p-области (основания) который принимает (каждый принимает один свободный электрон) два свободных электроны станут отрицательными ионами.Таким образом, каждая n-область (коллектор) положительный ион производит две p-области (основание) отрицательных ионы.

Следовательно, в область истощения на стыке база-коллектор содержит больше отрицательные ионы, чем положительные. Отрицательные ионы находятся в p-области (основании) вблизи перехода и положительных ионов находятся в n-области (коллектор) рядом с переходом.

Следовательно, в область истощения проникает больше в p-область (база), чем n-регион (коллектор).

Однако ширина обедненного слоя на стороне коллектора более ширина обедненного слоя на стороне эмиттера. Это потому, что коллекторная область слабо легирована, чем эмиттерная.

предвзято npn транзистор

Когда внешний напряжение подается на транзистор npn, это называется смещенный npn-транзистор.В зависимости от полярности приложенное напряжение, npn Транзистор может работать в трех режимах: активный режим, режим отсечки и режим насыщения.

npn-транзистор часто работает в активном режиме, потому что в В активном режиме npn-транзистор усиливает электрический ток.

Так Давайте посмотрим, как работает npn-транзистор в активном режиме.

Пусть Рассмотрим транзистор npn, как показано на рисунке ниже. В На приведенном ниже рисунке переход эмиттер-база смещен в прямом направлении. постоянным напряжением V EE и переходом база-коллектор имеет обратное смещение постоянным напряжением V CC .

Излучатель-база стыковка:

Срок к прямому смещению большое количество свободных электронов в левая сторона n-области (излучатель) испытывает силу отталкивания от отрицательная клемма батареи постоянного тока, а также они испытать силу притяжения от положительного полюса батарея.В результате свободные электроны начинают течь. от эмиттера к базе. Аналогичным образом отверстия в основании испытать отталкивающую силу от положительного вывода аккумулятор, а также ощутите притягательную силу от отрицательная клемма аккумуляторной батареи. В итоге дыры начинаются течет от базы к эмиттеру.

Срок к приложенному внешнему напряжению каждый атом эмиттера имеет больше чем один или два свободных электрона.Следовательно, каждый атом-эмиттер жертвует более одного или двух свободных электронов более положительным ионы. В результате положительные ионы становятся нейтральными. Точно так же каждый базовый атом принимает большее количество электронов. от большего количества отрицательных ионов. В результате отрицательные ионы становятся нейтральный. Мы знаем, что область истощения – это не что иное, как комбинация положительных и отрицательных ионов.

Таким образом, ширина обеднения на переходе эмиттер-база уменьшается на приложение напряжения прямого смещения.

ср знайте, что электрический ток означает поток носителей заряда. В свободные электроны (отрицательные носители заряда) текут от эмиттера к база, в то время как дырки (носители положительного заряда) текут из базы к эмитенту.Эти носители заряда проводят электрический ток. Однако обычные Текущее направление совпадает с направлением отверстий.

Таким образом, электрический ток течет от базы к эмиттеру.

База-коллектор стыковка:

Срок к обратному смещению большое количество свободных электронов в правая сторона n-области (коллектор) испытывает силу притяжения от положительной клеммы аккумуляторной батареи.Следовательно, бесплатные электроны удаляются от перехода и текут к положительный полюс аккумуляторной батареи. В результате большое количество нейтральных атомов коллектора теряет электроны и становится положительные ионы. С другой стороны, дырки в p-области (основание) испытать силу притяжения с отрицательного полюса батарея. Следовательно, отверстия удаляются от стыка и течь к отрицательной клемме аккумулятора.Как В результате большое количество нейтральных основных атомов приобретает электроны и становится отрицательными ионами.

Таким образом, ширина обедненной области увеличивается у базы-коллектора соединение. Другими словами, количество положительных и отрицательных ионов увеличивается на переходе база-коллектор.

Коллектор-база-эмиттер ток:

свободные электроны, которые текут от эмиттера к базе из-за прямое смещение будет сочетаться с отверстиями в основании.Тем не мение, основа очень тонкая и слегка легированная. Так что только небольшой процент свободных электронов эмиттера объединяется с дырками в базовом регионе. Оставшееся большое количество бесплатных электроны пересекут базовую область и достигнут коллекторский регион. Это связано с положительным напряжением питания. применяется у коллекционера. Следовательно, свободные электроны текут из эмиттера. коллекционеру.На коллекторе оба эмиттера свободные электроны и свободные от коллектора электроны создают ток, протекая к положительной клемме аккумулятора. Следовательно, на выходе вырабатывается усиленный ток.

В npn-транзистор, электрический ток в основном проводится через свободные электроны.

Принципы работы схем и приложений

Транзистор NPN_ Точно так же, как и мозг, компьютеры содержат миллиарды миниатюрных ячеек, называемых транзисторами.Все они представляют собой полупроводниковые устройства, изготовленные из кремния, химического соединения, которое в больших количествах содержится в песке. С момента своего изобретения транзисторы произвели революцию во многих отраслях промышленности, в частности, в электронной промышленности. Транзистор был изобретен Джоном Бардином, Уильямом Шокли и Уолтером Хаузером Браттейном в 1947 году. Это много разных типов транзисторов, которые можно разделить на PNP, NPN, JFET и MOSFET.

Что такое транзистор?

Транзисторы – это электронные компоненты, которые используются в схемах для усиления или переключения электрических сигналов или мощности и позволяют использовать их в большом количестве электронных устройств.Транзистор имеет два соединенных друг с другом PN диода. Кроме того, у него есть три терминала с именами эмиттер, база и коллектор. Фундаментальная идея и физический закон, лежащий в основе транзистора, заключаются в том, что он должен позволять вам управлять потоком тока по одному каналу, изменяя интенсивность гораздо меньшего тока, протекающего через другой канал.

Другими словами, транзистор работает как электронный переключатель, который может включать и выключать ток. Когда он включен, ток течет от коллектора к эмиттеру, который является основным током.Необходимо, чтобы база имела напряжение около 0,7 В, чтобы пропустить основной ток. Это может произойти из-за того, что база-эмиттер транзисторов работает как диод, у которого есть прямое напряжение, которое он «берет» из имеющегося напряжения. Мы автоматически получим около 0,7 В, добавив резистор. Итак, это , как использовать транзисторы как электронные переключатели. Мы собираемся углубиться в NPN-транзисторы и сделать их более понятными. Транзисторы – это полупроводниковые устройства с тремя выводами, которые могут усиливать и выпрямлять.(Ссылка: byjus.com)

Клеммы транзисторов

Как обсуждалось в предыдущем разделе, транзистор состоит из трех выводов: эмиттер , коллектор, и база . В этом разделе мы подробно обсуждаем функциональные возможности каждого терминала.

Основание служит устройством управления затвором для большего источника электроэнергии. Коллектор – это более крупный источник электроэнергии, а выход этого источника – эмиттер. Ток, протекающий через затвор от коллектора, можно регулировать, посылая различные уровни тока от базы.Таким образом, очень небольшое количество тока может использоваться для управления большим током, как в усилителях. Транзистор работает как переключатель или как усилитель. Как обсуждалось ранее, транзистор состоит из трех выводов: эмиттер , , база , и коллектор . В этой части мы подробно обсудим работу каждого терминала.

База работает как контроллер ворот для более высокого напряжения питания. Коллектор – это более высокий источник питания, а выход этого источника – эмиттерная часть.Ток, проходящий через затвор от коллектора, можно нормализовать, посылая переменные уровни тока от базы. В результате небольшое количество тока можно использовать для управления значительным током, как в усилителях. Как упоминалось ранее, транзисторы работают в системах как переключатель или как усилитель.

Физические характеристики клемм можно описать ниже:

Излучатель: t его часть транзистора находится с левой стороны. Он среднего размера и сильно легирован.

База: его сегмент расположен в центре транзистора. Он тонкий и слегка легированный.

Коллектор: этот элемент находится на правой стороне транзисторов. Он больше эмиттера и умеренно легирован.

F или направленное смещенное соединение база-эмиттер

У нас есть поток электронов (дырок) в направлении эмиттера к базе и дырок (электронов) в противоположном направлении от базы к эмиттеру, но поскольку Концентрация эмиттерных электронов (дырок) более значительна, чем базовых дырок (электронов), этот ток в основном состоит из электронов (дырок).

Эти эмиттерные электроны (дырки) выращивают неосновные носители в базе; хотя, поскольку база узкая, в ней происходит очень небольшая рекомбинация электронов и дырок, и эти электроны (дырки) перемещаются к переходу коллектор-база.

Обратно смещенный переход коллектор-база

Когда эти эмиттерные электроны (дырки) касаются перехода коллектор-база, они втягиваются через переход в коллектор электрического поля из-за истощения ионов.

Разновидности транзисторов и их применение

У нас есть много типов транзисторов, и каждый транзистор имеет свою особую конструкцию из-за своего применения. Одна из основных классификаций транзисторов проиллюстрирована на рисунке ниже:

BJT и FET – это два основных типа транзисторов, и каждый тип имеет свой собственный вид. (Ссылка: byjus.com)

Транзистор с биполярным соединением

Транзисторы с биполярным соединением, сокращенно называемые BJT, представляют собой устройство с контролем тока, состоящее из двух PN-переходов для своей функции.Они сконфигурированы в двух системах как транзисторы PNP и NPN. Среди этих двух транзистор NPN является наиболее предпочтительным для удобства. NPN-транзистор построен путем помещения материала с примесью P между двумя материалами с примесью азота. С другой стороны, транзистор PNP состоит из размещения материала с примесью азота между двумя материалами с примесью фосфора.

Полевой транзистор

Полевой транзистор сокращенно называют полевым транзистором, это устройства с управлением напряжением, в отличие от BJT, которые представляют собой устройства с управлением по току.Полевой транзистор является униполярным устройством, и это означает, что все они сделаны с использованием материалов p-типа или n-типа в качестве основной подложки. Одним из многих их преимуществ является то, что все они имеют очень высокий входной импеданс. Импеданс этих типов составляет порядка мегаомов. Кроме того, у них есть много других преимуществ, таких как низкое энергопотребление и низкое тепловыделение.

В чем разница между биполярным переходным транзистором и полевым транзистором?

В этой части мы сравним различные различия между BJT и FET.

  1. Биполярный переходной транзистор – это биполярное устройство, а полевой транзистор – униполярное устройство.
  2. Биполярный переходной транзистор – это устройство, управляемое током, а полевой транзистор – устройство, управляемое напряжением.
  3. Биполярные переходные транзисторы имеют низкое входное сопротивление, тогда как полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление.
  4. Биполярные переходные транзисторы имеют низкий уровень шума, в то время как полевые транзисторы имеют высокий уровень шума.
  5. Биполярные переходные транзисторы имеют меньшую термическую стабильность, в то время как полевые транзисторы обладают хорошей термической стабильностью.

Хотя транзистор работает как усилитель, он служит усилителем энергии. Он входит в состав практичных устройств, таких как слуховые аппараты, поскольку это один из предшествующих устройств, которые мы используем в качестве транзисторов. Слуховые аппараты включают крошечный микрофон, который улавливает звуки для ваших целей и преобразует их в различные электрические токи.Кроме того, микрофоны подключены к транзистору, поддерживающему миниатюрный громкоговоритель, и мы слышим гораздо более громкую версию шума вокруг нас.

Транзисторы также могут работать как переключатель. Электрический ток, протекающий через одну часть транзисторов, может вызвать гораздо больший ток в другой части, и именно так работают все компьютерные микросхемы. Например, микросхема памяти содержит сотни транзисторов, каждый из которых может быть включен или выключен по отдельности. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух разных состояниях, они могут хранить два числа ноль и единицу по отдельности.Чип может использовать миллиарды транзисторов, чтобы хранить миллиарды нулей и единиц, а также столько букв и цифр, сколько нам нужно.

Применение транзистора

Полупроводящие вещества делают возможной работу транзисторов. Большинство из нас могут быть знакомы с электрически непроводящими и проводящими материалами. Металлы обычно считаются проводящими, в то время как пластмассы, дерево, керамика и стекло являются изоляторами или непроводящими веществами. Группа инженеров и ученых открыла, как использовать определенные типы кристаллов и протестировать их в качестве устройств электронного управления, используя их полупроводниковые свойства.

Переключатель с обогревом

Термистор является одним из важнейших компонентов в цепях переключателя с подогревом. Это своего рода резистор, который реагирует на окружающую температуру. Когда температура становится выше, сопротивление уменьшается, и наоборот.

Более высокая доля напряжения питания снижается на R , когда на термистор подается тепло, и сопротивление термистора падает. Базовый ток возрастает и, как следствие, увеличивается ток коллектора.В результате звучит сирена, а лампочка светится. Эти специальные схемы полностью используются в системах пожарной сигнализации.

Интегральные схемы

Интегральные схемы содержат резисторы, диоды, транзисторы и конденсаторы, объединенные с тонким кремниевым кристаллом пластины, известным как микрочипы. Интегральные схемы потребляют меньше электроэнергии и занимают небольшое пространство, что делает схему небольшого размера, так что ее можно построить с низкими затратами.

Что такое транзистор NPN?

NPN-транзистор – это один из типов биполярных переходных транзисторов (BJT).Транзистор NPN состоит из двух полупроводниковых материалов n-типа, и их разделяет тонкий слой полупроводника p-типа. В транзисторах этого типа большинство носителей заряда – электроны. Течение электронов в направлении от эмиттера к коллектору формирует ток в транзисторе NPN. Как правило, NPN-транзистор является наиболее популярным типом биполярных транзисторов и используется гораздо чаще, потому что подвижность электронов выше, чем подвижность дырок. Как обсуждалось ранее, NPN-транзистор имеет три вывода – эмиттер, базу и коллектор, как и другие типы.Транзистор NPN в основном используется для усиления и переключения сигналов.

Схема транзистора NPN

На рисунке ниже показаны символ и структура транзистора NPN. Мы можем наблюдать токи цепи, три вывода транзистора и представления значений напряжения в этой структуре. Теперь поговорим о работе NPN-транзисторов.

Обозначение и структура транзистора NPN в цепи (Ссылка: electronicshub.org)

Транзистор NPN рабочий

На рисунке ниже показана схема транзистора NPN с резистивными нагрузками и напряжениями питания.Клемма коллектора всегда подключена к положительному напряжению. Вывод эмиттера имеет соединение с отрицательным источником питания, а вывод базы управляет состояниями ВКЛ / ВЫКЛ транзистора в зависимости от приложенного к нему напряжения. Транзистор NPN

в цепи с резисторами и источниками напряжения (Ссылка: electronicshub.org)

Транзистор NPN работает очень сложно. Как видно на приведенной выше схеме подключения, напряжение питания V B подключено к клемме базы через нагрузку R B .Вывод коллектора подключен к напряжению V CC через нагрузку R L . Нагрузки R B и R L могут ограничивать ток через соответствующие клеммы. В этой системе клеммы коллектора и клеммы базы всегда имеют положительное напряжение по отношению к клемме эмиттера.

Если напряжение базы эквивалентно напряжению эмиттера, то транзистор выключен. Пока базовое напряжение превышает напряжение эмиттера, транзистор все больше переключается, чтобы быть полностью открытым.Если на клемму базы подается достаточное положительное напряжение, то есть в полностью включенном состоянии, генерируется поток электронов, и ток IC проходит через эмиттер на коллектор. Теперь базовая клемма работает как вход, а область коллектор-эмиттер – как выход.

Для правильного протекания тока между эмиттером и коллектором необходимо иметь положительное напряжение коллектора, превышающее напряжение эмиттера транзистора. Между эмиттером и базой есть некоторое падение напряжения, около 0.7V. В результате требование к базовому напряжению превышает падение напряжения 0,7 В; в противном случае транзистор работать не будет. Уравнение тока базы в биполярном NPN-транзисторе:

I_ {B} = (V_ {B} -V_ {BE}) / R_ {B}

где,

В B = Напряжение смещения базы

I B = Ток базы

R B = Сопротивление базы

В BE = 0,7 В = Входное напряжение база-эмиттер

Вычисляется выходной ток коллектора в обычном эмиттерном NPN-транзисторе с помощью закона напряжения Кирхгофа (KVL).Уравнение для напряжения питания коллектора представлено следующим образом:

V_ {CC} = I_ {C} R_ {L} + V_ {CE}

Из приведенного выше уравнения дается ток коллектора для NPN-транзистора с общим эмиттером. как

I_ {C} = (V_ {CC} – V_ {CE}) / R_ {L}

В обычном NPN-транзисторе соотношение между током эмиттера и током коллектора представлено как:

I_ {C} = \ beta I_ {B}

В активной области NPN-транзистор работает как отличный усилитель.В обычном эмиттере полный ток NPN-транзистора, протекающий в транзисторе, определяется как отношение тока коллектора к току базы как I_ {C} / I_ {B}. Это соотношение также известно как «усиление постоянного тока» и не имеет единиц измерения. Это отношение обычно выражается с помощью β, а максимальное значение β составляет около 200. В базовом транзисторе NPN общий коэффициент усиления по току определяется отношением тока коллектора к току эмиттера как I_ {C} / I_ {E}. Это отношение известно как α, и значение обычно равно единице.

Взаимосвязи α, β и γ в транзисторах NPN

Существует взаимосвязь между двумя параметрами отношения β и α, как будет описано ниже.

α = выходной ток / входной ток = усиление постоянного тока для базовой схемы

В NPN-транзисторе с общей базой ток коллектора (IC) является выходным током, а ток эмиттера – входным током (IE).

\ alpha = I_ {C} / I_ {E}

Значение текущего усиления (α) очень близко к единице и немного меньше единицы.Как мы знаем, ток эмиттера равен величине малого базового тока в дополнение к большому току коллектора:

I_ {E} = I_ {C} + I_ {B}

I_ {B} = I_ {E} – I_ {C}

На основе предыдущего уравнения α коллектор:

I_ {c} = \ alpha I_ {E}

I_ {B} = I_ {E} – \ alpha I_ {E}

I_ {B} = I_ {E} (1- \ alpha)

β = Выходной ток / Входной ток = усиление постоянного тока для цепи эмиттера

Здесь ток коллектора – это выходной ток, а ток базы входной ток.

\ beta = I_ {C} / I_ {B}

\ beta = I_ {C} / I_ {E} (1- \ alpha)

\ beta = \ alpha / (1- \ alpha)

На основе приведенных выше уравнений мы можем представить взаимосвязь между α и β как:

\ alpha = \ beta (1- \ alpha) = \ beta / (\ beta +1)

\ beta = \ alpha (1+ \ beta) = \ alpha / (1- \ alpha)

Значение β может изменяться в диапазоне от 20 до 1000 для маломощных транзисторов, работающих на высоких частотах.Но обычно значение β может иметь значения в диапазоне 50-200.

В коллекторных NPN-транзисторах коэффициент усиления по току известен как отношение тока эмиттера IE к базовому току IB. Этот коэффициент усиления по току определяется как γ.

\ gamma = I_ {E} / I_ {B}

Как известно, ток эмиттера равен:

I_ {E} = I_ {C} + I_ {B}

\ gamma = (I_ {C} + I_ {B}) / I_ {B}

\ gamma = (I_ {C} / I_ {B}) + 1

\ gamma = \ beta +1

Вот отношения между α, β и γ, как показано ниже:

\ alpha = \ beta / (\ beta +1)

\ beta = \ alpha / (1- \ alpha)

\ gamma = \ beta +1

Пример для NPN-транзистора

Здесь мы хотим вычислить базовый ток I B для переключения резистивной нагрузки 4 мА транзистора NPN.{-3}) / 100 = 40 мкА

В другом случае для расчета тока базы NPN-транзистора для напряжения смещения 10 В и сопротивления базы 200 кОм.

I_ {B} = (V_ {B} -V_ {BE}) / R_ {B}

Для значений V B = 10 В, В BE = 0,7 В, В B = 10 В , R B = 200 кОм.

Подставляя эти значения в уравнение, получаем:

I_ {B} = (V_ {B} -V_ {BE}) / R_ {B} = (10-0,7) / 200 кОм = 46,5 мкА.

Конфигурация общего эмиттера NPN-транзистора

Типичные схемы конфигурации эмиттера являются одной из трех конфигураций BJT.Эти стандартные схемы конфигурации эмиттеров используются в качестве усилителей напряжения в системах. Как правило, транзисторы BJT включают в себя три клеммы, но нам нужно взять любую из клемм как общую в схемных соединениях. Следовательно, мы используем одну из этих трех клемм в качестве общей клеммы как для выходных, так и для входных действий. В этой конфигурации, если мы используем вывод эмиттера в качестве общего вывода, это называется конфигурацией с общим эмиттером.

Эта конфигурация принимается как одноступенчатая схема усилителя с общим эмиттером.В этой конфигурации база работает как входная клемма, коллектор является клеммой, а эмиттер – общей клеммой. Функция этой схемы начинается с смещения клеммы базы, а это прямое смещение в переходе база-эмиттер. Небольшой ток управляет током, протекающим в транзисторе и в базе. Эта конфигурация всегда работает в линейной области для усиления сигналов на выходе.

Этот усилитель с общим эмиттером обеспечивает инвертированный выход и может иметь очень высокое усиление.На это значение усиления влияют температура и токи смещения. Схемы усилителя с общим эмиттером являются наиболее часто используемой конфигурацией по сравнению с другими конфигурациями BJT из-за их низкого выходного сопротивления и высокого входного сопротивления, и эта конфигурация усилителя также обеспечивает высокий коэффициент усиления по напряжению и по мощности.

Коэффициент усиления по току в этой конфигурации всегда выше единицы, а обычное значение составляет около 50. Этот усилитель конфигурации в основном используется в приложениях, где нам нужны усилители низкой частоты и радиочастотные схемы.Схема схемы для конфигураций усилителя с общим эмиттером представлена ​​ниже:

Схема конфигурации усилителя с общим эмиттером (Ссылка: electronicshub.org)

Выходные характеристики NPN-транзистора

Кривые выходных характеристик биполярного Семейство транзисторов представлено ниже. Кривые показывают взаимосвязь между напряжением коллектор-эмиттер (VCE) и током коллектора (IC) по отношению к изменяющемуся базовому току (IB).Транзистор находится в состоянии «ВКЛ», когда на его базовый вывод относительно эмиттера подается как минимум небольшой ток и небольшое напряжение; в противном случае транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ».

Кривые зависимости между напряжением коллектор-эмиттер (VCE) и током коллектора (IC) по отношению к изменяющемуся базовому току (IB) (Ссылка: electronicshub.org).

На ток коллектора (IC) в основном влияет коллектор. напряжение (В CE ) на уровне 1,0 В, но это значение IC не сильно зависит от этого значения.Как мы знаем, ток эмиттера является добавлением базовых токов к токам коллектора: I_ {E} = I_ {C} + I_ {B}.

Ток, проходящий через резистивную нагрузку (R L ), такой же, как ток коллектора транзистора. Уравнение для тока коллектора представлено как:

I_ {C} = (V_ {CC} -V_ {CE}) / R_ {L}

Прямая линия показывает «линию динамической нагрузки», которая стыковка точек A (с VCE = 0) и B (с IC = 0). Область вдоль этой линии нагрузки описывает «активную область» транзисторов.

Кривые характеристик конфигурации с общим эмиттером используются для расчета тока коллектора в терминах заданного напряжения коллектора и тока базы. Красная линия нагрузки используется для определения точки Q на графике. Наклон красной линии нагрузки пропорционален сопротивлению обратной нагрузки: -1 / R L .

Применение транзисторов NPN

Здесь перечислены некоторые применения транзисторов NPN:

  • Транзисторы NPN в основном используются в коммутационных приложениях.
  • Транзисторы NPN используются в схемах усиления.
  • NPN-транзисторы используются в парных схемах Дарлингтона для усиления слабых сигналов.
  • Транзисторы NPN используются в приложениях, где нам нужен ток потребления.
  • NPN-транзисторы используются в некоторых классических схемах усилителя, так же как и в двухтактных схемах усилителя.
  • Транзисторы NPN используются в датчиках температуры.
  • Транзисторы NPN используются в высокочастотных приложениях.
  • NPN транзисторы используются в логарифмических преобразователях.

Введение в транзисторы NPN – инженерные проекты

Здравствуйте, друзья! Я надеюсь, что с тобой все в порядке. Сегодня я собираюсь дать вам подробное описание Introduction to NPN-транзистор. В этом руководстве мы рассмотрим транзистор NPN, как он работает, принципиальную схему, кривую выходных характеристик и приложения. Это биполярный транзистор, который в основном используется для усиления и переключения тока.

BJT (биполярный переходный транзистор) делятся на два типа: NPN-транзистор и PNP-транзистор. Оба транзистора различаются по своему электрическому составу и конструкции, однако оба так или иначе используются для усиления и переключения.

Что такое транзистор NPN?

  • Транзистор NPN представляет собой транзистор с биполярным переходом (BJT), состоящий из 3 полупроводниковых слоев таким образом, что один слой с примесью P (основа) помещен между двумя слоями с примесью азота (эмиттер и коллектор) и в основном используется для усиления тока и быстрого переключения.
  • В транзисторах NPN основными носителями заряда являются электрона , и, таким образом, проводимость осуществляется потоком электронов от эмиттера к коллектору.
  • Корпус транзистора
  • NPN имеет три вывода с именами:
    1. Emitter.
    2. База.
    3. Коллектор.
  • Эти клеммы используются для внешнего соединения с цепью, а небольшой ток на клемме базы используется для управления большим током на стороне коллектора и эмиттера.(Мы рассмотрим это подробно в рабочем разделе)

Давайте посмотрим на символ транзистора NPN:

Символ транзистора NPN

  • Поскольку мы используем логотипы для представления компаний, аналогично в электронике, определенные символы используются для представления компонентов. Эти электронные символы оказываются полезными при разработке принципиальных схем, особенно блок-схем электронных моделей.
  • На рисунке ниже показан символ транзистора NPN:

Теперь давайте посмотрим на конструкцию транзистора NPN:

Конструкция транзистора NPN

  • Транзистор NPN состоит из 3 областей, две из которых построены с использованием N- типа полупроводниковый материал, а третий – из полупроводника P-типа.
  • Область P-типа зажата между этими двумя областями N-типа.
  • Итак, гипотетически NPN-транзистор создается путем соединения двух диодов в противоположных направлениях.
  • Эквивалентная схема NPN-транзистора показана на рисунке ниже:

  • NPN-транзистор имеет два P-N-перехода, которые называются:
    1. Соединение эмиттер-база.
    2. Коллекторное соединение с базой.

Концентрация легирования в NPN-транзисторе

  • К внутренним (чистым) полупроводникам добавляются примеси, которые увеличивают их проводимость, и называются внешними (легированными) полупроводниками.
  • В NPN-транзисторах область базы сильно легирована, эмиттер слегка легирован, а легирование коллектора находится между базой и эмиттером.
  • Итак, с точки зрения концентрации легирования от высокой к низкой, мы имеем следующую последовательность:

База> Коллектор> Эмиттер

  • Более того, базовая область построена с использованием полупроводников P-типа, а Эмиттер и Коллектор разработаны с использованием полупроводников N-типа.

Теперь давайте посмотрим на работу транзисторов NPN:

Как работает транзистор NPN?

  • Транзистор NPN имеет два перехода, которые называются:
    1. Переход эмиттер-база.
    2. Переход коллектор-база.
  • NPN-транзистор переходит в рабочее состояние, когда переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении и на выводе базы присутствует достаточный ток. Чтобы сделать переход эмиттер-база смещенным вперед, положительное напряжение прикладывается на стороне базы, а отрицательное – на стороне эмиттера.
  • Аналогичным образом, чтобы сделать переход эмиттер-база обратным смещением, напряжение коллектора должно быть более положительным, чем напряжение базы и коллектора.

Принципиальная схема

На следующем рисунке показана принципиальная схема NPN-транзистора.

  • Как видно из схемы, на выводы транзистора прикладываются напряжение и резистивные нагрузки.
  • Отрицательное напряжение подключено к эмиттеру, а положительное напряжение подключено к клеммам базы.
  • База более положительная по отношению к эмиттеру.
  • Резистивная нагрузка приложена к клемме базы, которая ограничивает ток, производимый на этой клемме.
  • Положительное напряжение подается на вывод коллектора, а сопротивление нагрузки прикладывается к этому выводу, что ограничивает попадание электронов на этот вывод.
Рабочий
  • База отвечает за запуск транзистора. Когда на базу подается напряжение, она смещается и потребляет небольшой ток, который затем используется для управления большим током на стороне коллектора и эмиттера.
  • Базовое действие рассматривается как двухпозиционный клапан, который генерирует ток, когда на эту клемму подается соответствующее напряжение смещения.
  • Небольшое изменение напряжения, приложенного к клемме базы, показывает большое влияние на выходные клеммы. Фактически, база действует как вход, а коллектор действует как выход в транзисторе NPN.
  • В случае, когда переход эмиттер-база кремниевого транзистора потребляет напряжение около 0,7 при отсутствии напряжения на выводе базы, чтобы инициировать действие электронов и перевести транзистор в рабочее состояние, напряжение базы должно быть больше 0,7 напряжения в цепи. корпус кремниевого транзистора и 0.3 в случае германиевого транзистора.
  • На стороне N транзистора, который представляет собой эмиттер, электроны действуют как основные носители заряда, которые затем диффундируют в базу, когда на вывод базы подается подходящее напряжение. Эти электроны действуют как неосновные носители заряда, когда они входят в клемму базы, где они соединяются с дырками, присутствующими в базе. Не все электроны соединяются с дырками на клемме основания. Некоторые из них соединяются с дырками, и образовавшаяся электронно-дырочная пара исчезает.Большинство электронов покидают клемму базы, а затем попадают в область коллектора, где они снова действуют как основные носители заряда.
  • Когда напряжение подается на клемму базы, ток базы определяется выражением;


  • Коллекторный ток напрямую связан с базовым током, умноженным на постоянный коэффициент.
  • Чтобы повысить эффективность NPN-транзистора, основание сделано очень тонким, а коллектор – толстым по двум причинам: i.Коллектор может обрабатывать больше тепла и принимать больше электронов, рассеянных через клемму базы.
Коэффициенты усиления по току и соотношение между ними
  • Коэффициенты усиления по току играют важную роль в процессе усиления. Коэффициент усиления по току общего эмиттера – это соотношение между током коллектора и током базы. Он называется бета и обозначается β. Он также известен как коэффициент усиления, который определяет величину усиливаемого тока.
  • Бета – это соотношение между двумя токами, поэтому в нем нет единицы измерения.Значение бета всегда больше единицы и находится в диапазоне от 20 до 1000–20 для транзисторов большой мощности и 1000 для транзисторов малой мощности, однако в большинстве случаев его значение принимается равным 50.
  • Аналогичным образом, коэффициент усиления по току общей базы является еще одним важным фактором, который представляет собой соотношение между током коллектора и током эмиттера. Он называется альфа и обозначается α. Значение альфа находится в диапазоне от 0,95 до 0,99, однако большую часть времени его значение принимается за единицу.
  • На следующем рисунке показано соотношение между двумя коэффициентами усиления по току.

  • ЕСЛИ альфа = 0,99, то b = 0,99 / 0,01 = 99.
  • Значение альфа не может превышать единицы , потому что это соотношение между током коллектора и током эмиттера, то есть ток эмиттера всегда остается больше, чем ток коллектора, потому что он показывает 100% ток транзистора и равен сумме тока коллектора и базовый ток.
Конфигурации транзистора NPN
  • Этот транзистор NPN может иметь три конфигурации: конфигурация с общим эмиттером, конфигурация с общим коллектором и конфигурация с общей базой.
  • Конфигурация с общим эмиттером в основном используется для целей усиления, где база действует как вход, коллектор действует как выход, а эмиттер действует как общая клемма между входом и выходом.
  • Эта конфигурация общего эмиттера всегда действует в линейной области, где небольшой ток на стороне базы используется для управления большим током на стороне коллектора.
  • Конфигурация общего эмиттера, используемая в электронных схемах, всегда дает инвертированный выходной сигнал, на который сильно влияют напряжение смещения и температура.Эта конфигурация является идеальным выбором для схем усиления, поскольку она имеет высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс и обеспечивает точное напряжение и коэффициент усиления мощности, необходимые для целей усиления.
  • В конфигурации с общим эмиттером транзистор всегда работает между областью насыщения и отсечки, что помогает в усилении отрицательного и положительного циклов входных сигналов. Если на клемму базы не подается соответствующее напряжение, будет усилена только половина сигнала.
Кривая выходных характеристик NPN-транзистора

На следующем рисунке показана выходная характеристическая кривая биполярного NPN-транзистора, которая построена между выходным током коллектора и напряжением коллектор-эмиттер с изменяющимся базовым током.


  • Как описано ранее, выходной ток коллектора не будет, если приложенное напряжение на клемме базы равно нулю. Когда правильное напряжение смещения выше 0,7 В подается на клемму базы, она смещается и потребляет ток, который управляет током выходного коллектора и влияет на него.
  • Мы видим, что Vce напрямую влияет на значение выходного тока коллектора, пока приложенное напряжение равно 1 В. Выше этого значения ток коллектора больше не остается под влиянием значения Vce. В этом случае ток коллектора сильно зависит и контролируется током базы. Небольшое изменение базового тока и напряжения смещения привело бы к большому изменению тока коллектора.
  • Нагрузочный резистор, приложенный к клемме коллектора, регулирует величину тока, поступающего на клеммы коллектора.Принимая во внимание нагрузочный резистор и напряжение, приложенное к выводам коллектор-эмиттер, ток коллектора определяется выражением;

  • Прямая линия нагрузки между точками A и B попадает под активную область, когда переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а транзистор проводит, где электроны являются основными носителями заряда.
  • Точка Q на графике может быть определена линией нагрузки, которая фактически называется рабочей точкой транзистора.
  • Кривая выходных характеристик этого NPN-транзистора используется для описания тока коллектора, когда заданы ток базы и напряжение коллектора.
  • Для обеспечения проводимости напряжение на коллекторе должно быть положительнее, чем на базе и эмиттере.
  • Важно отметить, что, когда переход эмиттер-база не смещен в прямом направлении, Ic будет равен нулю, независимо от того, какое напряжение приложено к клеммам базы. Когда соединение эмиттер-база смещено в прямом направлении и напряжение подается на вывод базы, он потребляет небольшой ток, который затем используется для управления большим током на других выводах.
Разница между транзисторами NPN и PNP
  • Транзисторы NPN и PNP различаются с точки зрения электрической конструкции и легирования слоев. NPN означает «отрицательно-положительно-отрицательно» и также известно как устройство источника . В то время как PNP означает «положительный-отрицательный-положительный» и также известен как , утопляющее устройство .
  • В NPN база транзистора положительна по сравнению с эмиттером, а напряжение коллектора более положительно по сравнению с эмиттером и базой.Точно так же в PNP база транзистора отрицательна по сравнению с эмиттером, а напряжение эмиттера намного больше, чем напряжение коллектора.
  • Полярность напряжения и направления тока в обоих транзисторах поменяны местами.
  • Транзистор NPN проводит и инициирует действие транзистора, когда на клемму базы подается положительное напряжение. Транзистор PNP работает, когда отрицательное напряжение ниже 0,7 В (для кремния), чем напряжение эмиттера, приложено к клемме базы.
  • Транзистор NPN использует электрон в качестве основных носителей заряда для проводимости, в то время как транзистор PNP использует отверстие в качестве основных носителей заряда для процесса проводимости.
  • В транзисторе NPN ток течет от коллектора к эмиттеру, в то время как в случае транзистора PNP ток течет от эмиттера к клемме коллектора.
  • Оба транзистора различаются по способу включения. Транзистор NPN включается, когда на клемме базы присутствует достаточного тока , в то время как транзистор PNP включается, когда на клемме базы нет тока .

Теперь давайте посмотрим на применение транзистора NPN:

Применение транзистора NPN

Транзистор NPN является наиболее часто используемым типом транзистора из-за его широкого диапазона применений.Вот несколько примеров применения транзисторов NPN:

  • Поскольку транзисторы NPN являются устройствами с быстрой коммутацией, они используются для целей переключения, то есть для широтно-импульсной модуляции.
  • Транзисторы
  • NPN также используются в качестве автоматических выключателей в электронной продукции.
  • Из-за высокого коэффициента усиления по току для усиления тока используются NPN-транзисторы, т. Е. Небольшой ток на входе позволяет сильному току проходить на выходе (Ic).
  • Во встроенных компьютерах (например, микроконтроллерах, микропроцессорах и т. Д.)) тысячи транзисторов объединены (в форме SMD), выполняя различные функции, например, переключение контактов.

Реальные применения NPN-транзистора

  • Используется в логарифмических преобразователях и высокочастотных приложениях.
  • В приложениях для обработки сигналов и радиопередачи используются NPN-транзисторы.
  • В парных схемах
  • Дарлингтона этот NPN-транзистор используется для усиления сигналов.
  • Используется в датчике температуры.
  • В усилительных схемах
  • типа «Push-Pull», которые относятся к классической схеме усилителя, используется этот NPN-транзистор.
  • В небольших количествах транзисторы используются для создания логических схем и в схемах, где требуется усиление.

На сегодня все. Надеюсь, вы поняли, что такое транзистор NPN и для чего он используется. Если вы не уверены или у вас есть какие-либо вопросы, вы можете обратиться ко мне в разделе комментариев ниже, я буду рад помочь вам в соответствии с моими знаниями и опытом. Не стесняйтесь держать нас в курсе ваших отзывов и предложений, они помогают нам предоставлять вам качественный контент, соответствующий вашим потребностям и требованиям.Спасибо, что прочитали статью.

Автор: Аднан Акил

Он блоггер и технический писатель, который любит исследовать новые вещи из любопытства. Он верит в упорный труд, честность и энтузиазм, которые являются важными составляющими достижения окончательного успеха. Он не хвастается своими писательскими способностями, но своим мастерством хвастается. [helloworld]

Как транзистор работает как переключатель. Транзистор NPN и PNP рабочий

Как работает транзистор

Транзистор рабочий простой

Транзистор – это 3-контактный электронный полупроводниковый компонент / устройство.

Он имеет три терминала с именами BASE, Emitter и Collector.

Значение названия транзистора заключается в его собственном действии.
Trans + istor = Транзистор
Приставка trans говорит о передаче сигнала от части с низким сопротивлением к части с высоким сопротивлением, а istor означает твердую физическую структуру, обладающую свойством сопротивления.

Транзистор

A состоит из трех слоев легированных полупроводников.

В основном транзисторы бывают 2-х типов.

1.NPN транзистор

2. PNP-транзистор

Транзистор – очень важный компонент в электронной системе. Это основной электронный компонент, который широко используется при создании электронных схем.

В основном для коммутации используются транзисторы. другое использование транзистора в качестве усилителя.

Транзистор выполнен с использованием диода с 2 pn переходом.

NPN = отрицательно-положительно-отрицательно.

Транзистор NPN имеет материал обеих сторон n-типа, а между ними – материал положительного (Hole) типа.Электроны являются основными носителями, а дырки – неосновными носителями.

База NPN-транзистора P-типа, а эмиттер N-типа и должен быть подключен к отрицательному источнику питания.

Требуется небольшой положительный ток на клемме базы для включения транзистора. Посылая переменные уровни тока на базу, можно регулировать количество тока, протекающего через коллектор к эмиттеру.

Когда мы подаем небольшой положительный источник питания на базу, тогда пройдет ток между эмиттером и коллектором, и мы скажем, что транзистор включен.Для управления большим током можно использовать очень небольшое количество тока, это свойство известно как усилитель.

База транзистора используется для коммутации тока через коллектор и эмиттер. Когда база находится между 0 В и 0,7 В, она выключена, а когда выше 0,7 В, она включается и позволяет току течь от коллектора к эмиттеру.

В транзисторе типа PNP нам необходимо отрицательное напряжение на выводе базы для включения транзистора.В случае pnp единственная разница связана с эмиттером p-типа и базой n-типа, дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными носителями.

Когда мы подаем небольшой отрицательный источник питания на базу PNP, ток между коллектором и эмиттером будет проводиться.

PNP = положительный-отрицательный-положительный

На следующей анимации показана основная функция переключения с использованием реле для переключения высокого тока. Если вам нужно переключение небольшого тока, тогда без реле, вы можете напрямую подключить нагрузку с помощью коллектора.

.

Примечание. При использовании реле в любой цепи диод (называемый обратным диодом) должен подключаться параллельно входу реле. Это важно для защиты. Как с PNP, так и с NPN транзисторами, обратный диод должен иметь обратное смещение.

Подача тока между коллектором и эмиттером регулируется сигналом питания клеммы базы. Если сигнал на базе увеличивается, то увеличивается и токопроводимость между эмиттером и коллектором. Вывод базы транзистора работает как регулируемая ручка любого наконечника / чаши для воды. Это контролирует количество воды, проходящей через него.

Токопроводимость в транзисторе общего назначения (NPN и PNP) обеспечивается обеими полярностями, отрицательным и положительным питанием из-за наличия как основной, так и основной несущей. Это называется биполярным транзистором (BJT).

Биполярные переходные транзисторы работают в трех разных регионах

  • Активная область – транзистор работает как усилитель
  • Насыщение – транзистор «полностью включен», работает как переключатель, а
  • Отсечка – транзистор полностью выключен, работает как переключатель

BJT ТЕКУЩЕЕ УПРАВЛЯЕТСЯ

BJT – это устройство с управлением по току, поскольку его выходные характеристики определяются входным током.

, если отклонения на выходе вызваны изменениями входного тока, тогда это устройство управляется током, а если отклонения на выходе вызваны изменениями входного напряжения, тогда устройство управляется напряжением.

BJT – это устройство, управляемое током, но MOSFET – это устройство, управляемое напряжением.

В электронике Транзистор широко используется для переключения.

При проектировании логических вентилей в цифровых схемах также используются транзисторы.

Также читайте

Как сделать цепь мигающего светодиода с помощью 555

Световой выключатель с использованием транзистора

Автоматический ночник с использованием LDR

Схема таймера задержки включения с использованием транзистора

Транзистор

NPN: определение и уравнения – стенограмма видео и урока

Что такое транзистор NPN?

NPN-транзистор представляет собой полупроводниковую деталь, в которой положительно заряженная P-область зажата между двумя отрицательно заряженными N-областями, что дает нам устройство с тремя отдельными областями и двумя PN-переходами:

  • Переход эмиттер-база (EBJ) : В этом типе PN-перехода область очень отрицательно легированного эмиттера встречается с положительно легированным основанием.
  • Переход коллектор-база (CBJ) : В этом типе PN перехода отрицательно легированная коллекторная область встречается с более положительно легированной базой.

Мы можем представить себе NPN-транзистор как комбинацию двух диодов, направленных друг от друга. Другими словами, аноды двух диодов соединены в основании. Отличная мнемоника, чтобы запомнить, в каком направлении обращены диоды в NPN-транзисторе, – это « N ot P ointing i N ».

Как работает транзистор NPN?

Символ транзистора NPN показывает стрелку от базы к эмиттеру. Это означает, что ток течет от коллектора через базу в эмиттер. Чтобы понять, как именно работает NPN-транзистор, давайте проследим за транзистором в активном прямом режиме.

Примечание. В процессе описания помните, что ток определяется как поток положительного заряда. Хотя теперь мы знаем, что движение электронов вызывает протекание тока, исторически считалось, что этот ток вызван движением положительных зарядов.

Напряжения

Начнем с коллектора и разберемся. При использовании внешнего источника напряжения соединение коллектор-база имеет обратное смещение, что означает, что коллектор удерживается под более высоким потенциалом, чем база – (VCB). Напряжение на C больше, если сравнивать с B. Поскольку оно имеет обратное смещение, диффузия электронов не происходит, и между двумя выводами не протекает ток.

Примечание. Простой способ проверить, смещен ли диод в прямом направлении, – это проверить, подключен ли положительный вывод источника напряжения к P-области диода.Если он подключен к N-области, то соединение смещено в обратном направлении.

Переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, поэтому напряжение, приложенное к базе, выше, чем на эмиттере – VBE. Обычно VBE для кремниевого NPN-транзистора составляет 0,7 В, а для германиевого транзистора – 0,3 В.

Токи

Электроны с отрицательной клеммы источника напряжения VBE выталкивают электроны в эмиттер (N-область) вниз по градиенту диффузии в базу. . Поскольку эмиттер сильно легирован, он имеет много электронов, которые диффундируют в базу.

В то же время дырки перетекают из положительного вывода источника напряжения VBE в базу (P-область). Эти отверстия проталкивают отверстия рядом с переходом эмиттер-база, чтобы начать диффузию в эмиттер. Потоки электронов и дырок между переходом база-эмиттер становятся током эмиттера (IE). Очень небольшое количество электронов, которые диффундируют в базу, уходят через вывод базы, вызывая ток базы (IB).

Некоторые электроны, которые диффундировали в базу из эмиттера, рекомбинируют с дырками в базе, но большинство из них проходят через тонкую базу и быстро уносятся в коллектор из-за электрического поля на переходе база-коллектор.Этот поток электронов и есть ток коллектора (IC).

Токи, которые входят в транзистор через коллектор и базу, складываются в ток, уходящий через эмиттер:

IE = IC + IB

Коэффициент усиления по току

Только очень небольшое количество электронов, попадающих в базу из эмиттер выходит через вывод базы как IB, поэтому большая часть электронов достигает коллектора. Напряжение прямого смещения VBE определяет, сколько тока проходит через него. Чем выше напряжение, тем больше электронов течет из эмиттера через базу в коллектор.

Мы можем определить коэффициент усиления транзистора по постоянному току (β), используя уравнение:

β = IC / IB

Мы получаем лучшее β, когда верно следующее:

  • Эмиттер сильно легирован
  • Основа тонкая
  • База слаболегированная

Мы также можем рассчитать коэффициент усиления по току от коллектора к эмиттеру (α), используя уравнение:

α = IC / IE

Объединяя эти два уравнения, мы получаем

β = α / (1-α)

α = β / (β + 1)

Резюме урока

Давайте уделим несколько минут, чтобы рассмотреть, что мы узнали о транзисторах NPN, как их определения, так и уравнения.Транзистор NPN представляет собой полупроводниковое устройство с тремя отдельными областями: P-область, зажатая между двумя N-областями. Мы узнали, что это тип биполярного транзистора (BJT) , который используется для управления силой тока, протекающей через цепи.

Мы также узнали, что существует два типа PN-переходов:

  • Переход эмиттер-база (EBJ) : В этом типе PN перехода область очень отрицательно легированного эмиттера встречается с положительно легированным основанием.
  • Переход коллектор-база (CBJ) : В этом типе PN перехода отрицательно легированная коллекторная область встречается с более положительно легированной базой.

В активном режиме VCB смещает в обратном направлении переход коллектор-база, в то время как VBE смещает в прямом направлении переход эмиттер-база, заставляя электроны в эмиттере диффундировать через базу в эмиттер.

Результирующий поток тока определяется как:

IE = IC + IB

Коэффициент усиления по постоянному току транзистора определяется как:

β = IC / IB

, а коэффициент усиления по току от коллектора к эмиттеру составляет:

α = IC / IE

NPN Транзистор 2N2925 в качестве переключателя

2N2925 Характеристики / параметры

000 000 000

00

00

00

00

00

00

00 9

00

0

235

00
Характеристики компонентов Параметры компонентов
Внешний вид транзистора Тип упаковки КОРПУС: TO-92
Семейство BJT, NPN

00
9115 Полярность NPN
Максимальная рассеиваемая мощность 600 мВт,
Максимальное напряжение между коллектором и базой 6
Максимальное напряжение от коллектора до базы Напряжение itter 25 В
Максимальное базовое напряжение эмиттера 5 В
Максимальный ток коллектора 500mA
Максимум h FE 470
Функция Усиление / переключатель
Corp.
  • New Jercy Semiconductor Products Inc.
  • Три режима работы транзисторов:

    1. Активная область
    2. Область насыщения
    3. Область отсечения
    1-0002

    Характеристики области :

    • В «активной области» транзистор работает как «усилитель»
    • Соединение база-эмиттер смещено в прямом направлении.
    • Соединение коллектор-основание смещено в обратном направлении.

    2- Характеристики области насыщения :

    • В области «насыщения» транзистор работает как «замкнутый переключатель».
    • «Базовый» электрод подключен к питающему напряжению [Vcc]
    • Напряжение перехода база-эмиттер выше 0,6 В , т.е. В BE > 0,6 В.
    • Соединение база-эмиттер смещено в прямом направлении.
    • Соединение коллектор-основание смещено вперед.
    • Максимальный ток коллектора насыщения [Ic] течет, то есть [Ic = Vcc / R L ]
    • Это состояние транзистора действует как «Полностью включен», а это «Область насыщения».
    • Напряжение коллектора-эмиттера CE ] в идеале приблизительно равно нулю. т.е. [V CE = 0 В]

    3- Характеристики области отключения :

    • В области отключения транзистор работает как «открытый переключатель».
    • «Базовый» электрод заземлен на нулевое напряжение [0 В].
    • Напряжение перехода база-эмиттер меньше 0,6 В , т.е. В BE < 0,6 В.
    • Соединение база-эмиттер имеет обратное смещение.
    • Соединение коллектор-основание смещено в обратном направлении.
    • Нет тока коллектора [Ic] Протекает , то есть [Ic = 0 ].

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *