Транзистор прямой и обратной проводимости: Виды, типы, характеристики, принцип работы

Что такое транзисторы, для чего нужны, их виды и характеристики

Главная » Электроника » Что такое транзисторы, для чего нужны, их виды и характеристики

0

Январь 4, 2022 Электроника admin

Транзистором является электронный компонент, способный по специфике своей работы усиливать слабый электрический сигнал. Само по себе понятие транзистор состоит из двух слов: трансфер и резистор. В первом случае трансфер переводится с английского как «передача», а резистор – как «сопротивление». Найти характеристики нужного вам радиоэлемента поможет удобный онлайн справочник транзисторов.

Исходя из вышесказанного следует отметить, что транзистором является некое «сопротивление», способное регулировать интервал напряжения между эмиттером и базой. Это касается транзисторов биполярного типа. В транзисторах полевого типа предел напряжения регулируется в районе истока и затвора.

Виды транзисторов

На сегодняшний день существуют полевые и биполярные транзисторы. Биполярные транзисторы могут быть прямой или обратной проводимости (обозначаются n-p-n или p-n-p).

Полевой транзистор имеет канал типа N или P. Как правило, затворы полевых электрических изделий изолируются. Также каналы поля могут делиться на индуцированные и встроенные.

Основные характеристики изделия

Применяются транзисторы в технике посредством своих технических характеристик.

Как правило, они работают в нескольких режимах: ключевой режим и усилительный режим. Если электрический элемент работает в первом режиме, то он в процессе эксплуатации либо полностью закрыт, либо открыт все время.

Этот фактор позволит качественным образом управлять нагрузками электрической цепи, применяя при этом малые токи. Если транзисторы предусматривается эксплуатировать в усилительном или динамическом режимах, то изделие будет изменять выходные сигналы в момент небольшого изменения входных параметров.

Входными параметрами также называют управляющий сигнал, подающийся на изделие.

Разновидности современных транзисторов

Транзисторы биполярного типа в корпусе ТО3 2Н3055 широко распространены в звуковых каскадах современных усилителей. В данной схеме устройство склонно работать в динамическом режиме.

Данный тип транзистора зачастую применяется в низких частотах усилителей трансформаторного типа. Следует отметить, что при работе на коллекторе и эмиттере в процессе работы достигается напряжение, равное 70 Вольт и ток в пределах 15 А.

Благодаря современному корпусу выполненному в ТО – 3 транзисторы данного типа легко крепятся на охлаждающие радиаторы при необходимости. Транзисторы типа КТ – 315 являются легендой отечественных биполярных транзисторов.

Их применяют в маломощных схемах. Хорошо подходит для ключевого и динамического режима.

Принципиальная Схема Транзистора. Что такое транзистор

 

Типы транзисторов

В настоящее время находят применение транзисторы двух видов — биполярные и полевые. Биполярные транзисторы появились первыми и получили наибольшее распространение. Поэтому обычно их называют просто транзисторами. Полевые транзисторы появились позже и пока используются реже биполярных.

В таблице ниже представлена цветовая маркировка транзисторов:

Цветовая маркировка транзисторов

Биполярные транзисторы

Биполярными транзисторы называют потому, что электрический ток в них образуют электрические заряды положительной и отрицательной полярности. Носители положительных зарядов принято называть дырками, отрицательные заряды переносятся электронами.

В биполярном транзисторе используют кристалл из германия или кремния — основных полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления транзисторов и диодов . Поэтому и транзисторы называют одни кремниевыми, другие — германиевыми. Для обоих разновидностей биполярных транзисторов характерны свои особенности, которые обычно учитывают при проектировании устройств.

Слово “транзистор” составлено из слов TRANSfer и resISTOR – преобразователь сопротивления. Он пришел на смену лампам в начале 1950-х. Это прибор с тремя выводами, используется для усиления и переключения в электронных схемах.

Для изготовления кристалла используют сверхчистый материал, в который добавляют специальные строго дозированные; примеси. Они и определяют появление в кристалле проводимости, обусловленной дырками (р-проводимость) или электронами (n-проводимость).

Таким образом формируют один из электродов транзистора, называемый базой. Если теперь в поверхность кристалла базы ввести тем или иным технологическим способом специальные примеси, изменяющие тип проводимости базы на обратную так, чтобы образовались близколежащие зоны n-р-n или р-n-р, и к каждой зоне подключить выводы, образуется транзистор.

Классификация биполярных транзисторов.

Одну из крайних зон называют эмиттером, т. е. источником носителей заряда, а вторую — коллектором, собирателем этих носителей. Зона между эмиттером и коллектором называется базой. Выводам транзистора обычно присваивают названия, аналогичные его электродам. Усилительные свойства транзистора проявляются в том, что если теперь к эмиттеру и базе приложить малое электрическое напряжение — входной сигнал, то в цепи коллектор — эмиттер потечет ток, по форме повторяющий входной ток входного сигнала между базой и эмиттером, но во много раз больший по значению.

Для нормальной работы транзистора в первую очередь необходимо подать на его электроды напряжение питания. При этом напряжение на базе относительно эмиттера (это напряжение часто называют напряжением смещения) должно быть равно нескольким десятым долям вольта, а на коллекторе относительно эмиттера — несколько вольт.

Включение в цепь n-р-n и р-n-р транзисторов отличается только полярностью напряжения на коллекторе и смещения. Кремниевые и германиевые транзисторы одной и той же структуры отличаются между собой лишь значением напряжения смещения. У кремниевых оно примерно на 0,45 В больше, чем у герма ниевых.

Полевые

Суть этого прибора заключается в управлении параметрами электрического сигнала с помощью электрического поля. Оно появляется при подаче напряжения к какому-либо из выводов:

• Затвор нужен для регулирования параметров сигнала, благодаря подаче напряжения на него.
• Сток — вывод, через который из канала уходят носители заряда (дырки и электроны).
• Исток — вывод, через который в канал приходят электроны и дырки.

Такой транзистор состоит из полупроводника с определённой проводимостью и двух областей, помещённых в него с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор между этими двумя областями появляется пространство, через которое протекает ток. Это пространство называется каналом. Ширина этого канала регулируется напряжением, которое мы подаём на затвор. Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

Транзистор.

Теперь поговорим о приборе с изолированным затвором. Разница в том, что в первом случае этот переход есть всегда, даже когда на затвор не подавалось напряжение. А при его подаче, переход и токопроводящий канал менялись в зависимости от полярности и амплитуды напряжения. Металлический затвор в таких транзисторах изолирован диэлектриком от полупроводниковой области. Их входное сопротивление гораздо больше.

Существует два вида приборов с изолированным затвором:

• со встроенным каналом.
• с индуцированным каналом.

Встроенный канал позволяет протекать электрическому току с определённой амплитудой. При подаче напряжения с определённой амплитудой и полярностью мы можем менять ширину канала и его проводимость. Этот канал встраивается в транзисторы на производственных предприятиях.

Индуцированный канал появляется между двумя областями, о которых мы говорили выше, только при подаче напряжения определённой полярности на затвор. То есть, когда на затвор напряжение не подаётся, ток в нем не протекает.

Все виды полевых транзисторов отличаются друг от друга по следующим параметрам:

• Входное сопротивление.
• Амплитуда напряжения.
• Полярность.

Каждый из этих видов полевых транзисторов необходим для сборки определённых электрических и логических схем. Так как для реализации двух разных устройств необходимо разные электрические параметры.

Что такое полевой транзистор

Полевой транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, в котором управление током между двумя электродами, образованным направленным движением носителей заряда дырок или электронов, осуществляется электрическим полем, создаваемым напряжением на третьем электроде.  Электроды, между которыми протекает управляемый ток, носят название истока и стока, причем истоком считают тот электрод, из которого выходят (истекают) носители заряда. 

Третий, управляющий, электрод называют затвором. Токопроводящий участок полупроводникового материала между истоком и стоком принято называть каналом, отсюда еще одно название этих транзисторов — канальные. Под действием напряжения на затворе» относительно истока меняется сопротивление канала» а значит, и ток через него.

В зависимости от типа носителей заряда различают транзисторы с n-каналом или р-каналом. В n-канальных ток канала обусловлен направленным движением электронов, а р-канальных — дырок. В связи с этой особенностью полевых транзисторов их иногда называют также униполярными.

Это название подчеркивает, что ток в них образуют носители только одного знака, что и отличает полевые транзисторы от биполярных. Для изготовления полевых транзисторов используют главным образом кремний, что связано с особенностями технологии их производства.

Основные параметры полевых транзисторов

Крутизна входной характеристики S или проводимость прямой передачи тока Y21 указывает, на сколько миллиампер изменяется ток канала при изменении входного напряжения между затвором и истоком на 1 В. Поэтому значение крутизны входной характеристики определяется в мА/В, так же как и крутизна характеристики радиоламп. Современные полевые транзисторы имеют крутизну от десятых долей до десятков и даже сотен миллиампер на вольт. Очевидно, что чем больше крутизна, тем большее усиление может дать полевой транзистор. Но большим значениям крутизны соответствует большой ток канала. 

Поэтому-на практике обычно выбирают такой ток канала, при котором, о одной стороны, достигается требуемое усиление, а с другой — обеспечивается необходимая экономичность в расходе тока. Частотные свойства полевого транзистора, так же как и биполярного, характеризуются значением предельной частоты.

Полевые транзисторы тоже делят на низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные, и также для получения большого усиления максимальная частота сигнала должна быть по крайней мере в 10…20 раз меньше предельной частоты транзистора.  Максимальная допустимая постоянная рассеиваемая мощность полевого транзистора определяется точно так же, как и для биполярного. Промышленность выпускает полевые транзисторы малой, средней и большой мощности.

Транзисторы в заводской упаковке.

Применение транзисторов в жизни

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

• Усилительные схемы.
• Генераторы сигналов.
• Электронные ключи.

Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства.

Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы. Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора.

Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем.

На их основе работают компьютеры, телевизоры и другие электрические приборы, без которых в современной жизни не обойтись.
Эволюция транзистора

PNP-транзистор

Впервые биполярный транзистор изготовили, вплавляя в кристалл германия (материал n-типа) капли индия. Индий (In) – трехвалентный металл, материал p-типа. Поэтому такой транзистор назвали диффузным (сплавным), имеющим структуру p-n-p (или pnp). Биполярный транзистор на рисунке ниже изготовлен в 1965 году.

Его корпус обрезан для наглядности. Кристалл германия в центре называется базой, а вплавленные в него капли индия – эмиттером и коллектором. Можно рассматривать переходы ЭБ (эмиттерный) и КБ (коллекторный) как обычные диоды, но переход КЭ (коллектор-эмиттерный) имеет особое свойство. Поэтому невозможно изготовить биполярный транзистор из двух отдельных диодов.

Если в транзисторе типа pnp приложить между коллектором (-) и эмиттером (+) напряжение в несколько вольт, в цепи пойдет очень слабый ток, несколько мкА. Если затем приложить небольшое (открывающее) напряжение между базой (-) и эмиттером (+) – для германия оно составляет около 0,3 В (а для кремния 0,6 В) – то ток некоторой величины потечет из эмиттера в базу.

Но так как база сделана очень тонкой, то она быстро насытится дырками (“растеряет” свой избыток электронов, которые уйдут в эмиттер). Поскольку эмиттер сильно легирован дырочной проводимостью, а в слабо легированной базе рекомбинация электронов немного запаздывает, то существенно большая часть тока пойдет из эмиттера в коллектор.

Коллектор сделан больше эмиттера и слабо легирован, что позволяет иметь на нем большее пробивное напряжение (Uпроб.КЭ > Uпроб.ЭБ). Также, поскольку основная часть дырок рекомбинирует в коллекторе, то он и греется сильнее остальных электродов прибора. Обычно α лежит в пределах 0,85-0,999 и обратно зависит от толщины базы.

Эта величина называется коэффициент передачи тока эмиттера. Это коэффициент передачи тока базы, один из самых важных параметров биполярного транзистора. Он чаще определяет усилительные свойства на практике. Транзистор pnp называют транзистором прямой проводимости. Но бывает и другой тип транзистора, структура которого отлично дополняет pnp в схемотехнике.

Двухполярные транзисторы

NPN-транзистор

Биполярный транзистор может иметь коллектор с эмиттером из материала N-типа. Тогда база делается из материала P-типа. И в этом случае, транзистор npn работает точно, как pnp, за исключением полярности – это транзистор обратной проводимости. Транзисторы на основе кремния подавляют своим числом все остальные типы биполярных транзисторов.

Донорным материалом для коллектора и эмиттера может служить As, имеющий “лишний” электрон. Также изменилась технология изготовления транзисторов. Сейчас они планарные, что дает возможность использовать литографию и делать интегральные схемы. По планарной технологии изготавливаются как pnp, так и npn-транзисторы, в том числе и мощные. Сплавные уже сняты с производства.

Схемы включения транзисторов

Обычно биполярный транзистор всегда используется в прямом включении – обратная полярность на КЭ переходе ничего интересного не дает. Для прямой схемы подключения есть три схемы включения: общий эмиттер (ОЭ), общий коллектор (ОК), и общая база (ОБ). Все три включения показаны ниже.

Они поясняют только сам принцип работы – если предположить, что рабочая точка каким-то образом, с помощью дополнительного источника питания или вспомогательной цепи установлена. Для открывания кремниевого транзистора (Si) необходимо иметь потенциал ~0,6 В между эмиттером и базой, а для германиевого хватит ~0,3 В.

Общий эмиттер

Напряжение U1 вызывает ток Iб, ток коллектора Iк равен базовому току, умноженному на β. При этом напряжение +E должно быть достаточно большим: 5 В-15 В. Эта схема хорошо усиливает ток и напряжение, следовательно, и мощность. Выходной сигнал противоположен по фазе входному (инвертируется). Это используется в цифровой технике как функция НЕ.

Если транзистор работает не в ключевом режиме, а как усилитель малых сигналов (активный или линейный режим), то при помощи подбора базового тока устанавливают напряжение U2 равным E/2, чтобы выходной сигнал не искажался. Такое применение используется, например, при усилении аудиосигналов в усилителях высокого класса, с низкими искажениям и, как следствие, низким КПД.

Общий коллектор

По напряжению схема ОК не усиливает, здесь коэффициент усиления равен α ~ 1. Поэтому эта схема называется эмиттерный повторитель. Ток в цепи эмиттера получается в β+1 раз больше, чем в цепи базы. Эта схема хорошо усиливает ток и имеет низкое выходное и очень высокое входное сопротивление.

Тут самое время вспомнить о том, что транзистор называется трансформатором сопротивления. Эмиттерный повторитель имеет свойства и рабочие параметры, очень подходящие для пробников осциллографов. Здесь используют его огромное входное сопротивление и низкое выходное, что хорошо для согласования с низкоомным кабелем.

Полезный материал: что такое полупроводниковый диод.

Общая база

Эта схема отличается наиболее низким входным сопротивлением, но усиление по току у нее равно α. Схема с общей базой хорошо усиливает по напряжению, но не по мощности. Ее особенностью является устранение влияния обратной связи по емкости (эфф. Миллера). Каскады с ОБ идеально подходят в качестве входных каскадов усилителей в радиочастотных трактах, согласованных на низких сопротивлениях 50 и 75 Ом. Каскады с общей базой очень широко используются в технике СВЧ и их применение в радиоэлектронике с каскадом эмиттерного повторителя очень распространено.

Некоторые параметры биполярных транзисторов

Постоянное/импульсное напряжение коллектор – эмиттер.
Постоянное напряжение коллектор – база.
Постоянное напряжение эмиттер – база.
Предельная частота коэффициента передачи тока базы
Постоянный/импульсный ток коллектора.
Коэффициент передачи по току

Максимально допустимый ток
Входное сопротивление
Рассеиваемая мощность.
Температура p-n перехода.
Температура окружающей среды и пр…

Граничное напряжение Uкэо гр. является максимально допустимым напряжение между коллектором и эмиттером, при разомкнутой цепи базы и токе коллектора. Напряжение на коллекторе, меньше Uкэо гр. свойственны импульсным режимам работы транзистора при токах базы, отличных от нуля и соответствующих им токах базы (для n-p-n транзисторы ток базы >0, а для p-n-p наоборот, Iб

К биполярным транзисторам могут быть отнесены однопереходные транзисторы, таковым является например КТ117. Такой транзистор представляет собой трехэлектродный полупроводниковый прибор с одним р-n переходом. Однопереходный транзистор состоит из двух баз и эмиттера.

В последнее время в схемах часто стали применять составные транзисторы, называют их парой или транзисторами Дарлингтона, они обладают очень высоким коэффициентом передачи тока, состоят они из двух или более биполярных транзисторов, но выпускаются и готовые транзисторы в одном корпусе, таким является например TIP140. Включаются они с общим коллектором, если соединить два транзистора, то они будут работать как один, включение показано на рисунке ниже. Применение нагрузочного резистора R1 позволяет улучшить некоторые характеристики составного транзистора.

Некоторые недостатки составного транзистора: низкое быстродействие, особенно перехода из открытого состояния в закрытое. Прямое падение напряжения на переходе база-эмиттер почти в два раза больше чем в обычном транзисторе. Ну и само собой, потребуется больше места на плате.

Проверка биполярных транзисторов

Поскольку транзистор состоит из двух переходов, причем каждый из них представляет собой полупроводниковый диод, проверить транзистор можно так же, как проверяют диод. Проверка транзистора обычно осуществляется омметром, проверяют оба p-n перехода транзистора: коллектор – база и эмиттер – база. Для проверки прямого сопротивления переходов p-n-p транзистора минусовой вывод омметра подключается к базе, а плюсовой вывод омметра – поочередно к коллектору и эмиттеру. Для проверки обратного сопротивления переходов к базе подключается плюсовой вывод омметра. При проверке n-p-n транзисторов подключение производится наоборот: прямое сопротивление измеряется при соединении с базой плюсового вывода омметра, а обратное сопротивление – при соединении с базой минусового вывода. Транзисторы так же можно прозванивать цифровым мультиметром в режиме прозвонки диодов. Для NPN  красный щуп прибора “+” присоединяем к базе транзистора, и поочередно прикасаемся черным щупом “-” к коллектору и эмиттеру. Прибор должен показывать некоторое сопротивление, примерно от 600 до 1200. Затем меняем полярность подключения щупов, в этом случае прибор ничего не должен показывать. Для структуры PNP порядок проверки будет обратным.

MOSFET транзисторы

Несколько слов хочу сказать про MOSFET транзисторы (metal–oxide–semiconductor field-effect transistor), (Метал Оксид Полупроводник (МОП)) – это  полевые транзисторы, не путать с обычными полевиками! У полевых транзисторов три вывода: G – затвор, D – сток, S – исток. Различают N канальный и Р, в обозначении данных транзисторов имеется диод Шоттки, он пропускает ток от истока к стоку, и ограничивает напряжение сток – исток.

Применяются они в основном для коммутации больших токов, управляются они не током, как биполярные транзисторы, а напряжением, и как правило, имеет очень малое сопротивление открытого канала, сопротивление канала величина постоянная и не зависит от тока. MOSFET транзисторы специально разработаны для ключевых схем, можно сказать как замена реле, но в некоторых случаях можно и усиливать, применяются в мощных усилителях НЧ.

Плюсы у данных транзисторов следующие:
Минимальная мощность управления и большой коэффициент усиления по току
Лучшие характеристики, например большая скорость переключения.
Устойчивость к большим импульсам напряжения.
Схемы, где применяются такие транзисторы, обычно более простые.

Минусы:
Стоят дороже, чем биполярные транзисторы.
Боятся статического электричества.
Наиболее часто для коммутации силовых цепей применяют MOSFET с N-каналом. Напряжение управления должно превышать порог 4 В, вообще, необходимо 10-12 В для надежного включения MOSFET. Напряжение управления – это  напряжение, приложенное между затвором и истоком для включения MOSFET транзистора.

Рекомендации по эксплуатации транзисторов

Значения большинства параметров транзисторов зависят от реального режима работы и температуры, причем с увеличением температуры параметры транзисторов могут меняться. В справочнике приведены, как правило, типовые (усредненные) зависимости параметров транзисторов от тока, напряжения, температуры, частоты и т. п.

Для обеспечения надежной работы транзисторов необходимо принимать меры, исключающие длительные электрические нагрузки, близкие к предельно допустимым, например заменять транзистор на аналогичный но меньшей мощности не стоит, это касается не только мощностей, но и других параметров транзистора. В некоторых случаях для увеличения мощности транзисторы можно включать параллельно, когда эмиттер соединяется с эмиттером, коллектор с коллектором и база – с базой. Перегрузки могут быть вызваны разными причинами, например от перенапряжения, для защиты от перенапряжения часто применяют быстродействующие диоды.

Что касается нагрева и перегрева транзисторов, температурный режим транзисторов не только оказывает влияние на значение параметров, но и определяет надежность их эксплуатации. Следует стремиться к тому, чтобы транзистор при работе не перегревался, в выходных каскадах усилителей транзисторы обязательно нужно ставить на большие радиаторы. Защиту транзисторов от перегрева нужно обеспечивать не только во время эксплуатации, но и во время пайки. При лужении и пайке следует принимать меры, исключающие перегрев транзистора, транзисторы во время пайки желательно держать пинцетом, для защиты от перегрева.

Принципиальная Схема Транзистора

Поэтому без навыка проверки транзисторов, вам в электронику лучше не соваться.

Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

Такая схема может использоваться в качестве запоминающего устройства в компьютерах, так как схема будет хранить информацию до тех пор, пока её не отменят.

Схемы соединения каскадов

Это может быть как обычный широкополосный трансформатор, так и фильтр с различными входным и выходным сопротивлением. Иначе не будет работать схема.

Другие элементы схемы выполняют вспомогательную роль. Электропроводность эмиттера и коллектора всегда одинаковая р или n , базы — противоположная n или р.

Для питания транзистора в схеме с общей базой может подойти любая из рассмотренных нами схем: схема с фиксированным током базы , схема с фиксированным напряжением на базе , схема с коллекторной стабилизацией или схема с эмиттерной стабилизацией.

По ней можно узнать все параметры элемента. Он же справочный лист или техническая документация.

Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах одинаковой структуры.

Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс. Транзистор является первым твёрдотельным устройством, способным усиливать, генерировать и преобразовывать электрический сигнал. Работа транзистора при обратном включении p-n перехода Проведем очередной практический опыт и подключим базу транзистора к плюсу БП. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит.

УГО фототранзистора в этом случае вместе с УГО излучателя обычно светодиода заключают в объединяющий их символ корпуса, а знак фотоэффекта — две наклонные стрелки заменяют стрелками, перпендикулярными символу базы.

С развитием электроники приступили к обработке кристаллов кремния, и изобрели кремниевые приборы, практически полностью отправившие на пенсию германиевые транзисторы.

Чтож друзья, а на этом у меня все.

Поэтому плотность компоновки элементов в МОП- интегральных схемах значительно выше. То есть ток эмиттера больше тока коллектора на небольшую величину тока базы.

Тогда название содержит дополнительные символы в конце, или, реже, в начале маркировки. И если последовательно со стабилитроном рис.

Схеме включения транзистора с общей базой соответствует схема усилительного каскада с общим затвором.

Внешний вид и обозначение транзистора на схемах

Если канал имеет электронную проводимость, то транзистор называют n-канальным.

Проводимость p-n перехода существенно возрастет и через коллекторный переход начнет идти ток коллектора Iк. Так уж случилось, но вначале развития полупроводниковой технологии лидирующее место занял биполярный транзистор. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.

А рост приводит к росту напряжения на резисторе обратной связи.

Лампочка не светится, давайте разберемся почему. Добавим к нашей схеме всего одну перемычку, которой соединим эмиттер и базу, но лампочка все равно не горит. На символ однопереходного транзистора похоже УГО большой группы транзисторов с p-n-переходом, получивших название полевых.

Тот вывод, который со стрелкой — это всегда эмиттер. Полевой транзистор FR на печатной плате прибора.

А если взять и прикрыть одну любую часть транзисто, то у нас получится полупроводник с одним p-n переходом или диод. Ответ может быть да а может и нет. Нелинейность возникает из-за влияния входного напряжения на напряжение перехода эмиттер-база.

Если канал имеет электронную проводимость, то транзистор называют n-канальным. При отсутствии этого конденсатора в цепи источника входного сигнала создавался бы постоянный ток от источника питания Ек.

Ничего не напоминает? Об электропроводности последней судят по символу эмиттера направлению стрелки. Лампочка горит лишь полсекунды, гаснет, потом снова загорается, и так продолжается до тех пор, пока подключена батарея. Стандарт допускает изображать транзисторы и без символа корпуса, например, при изображении бескорпусных транзисторов или когда на схеме необходимо показать транзисторы, входящие в состав сборки транзисторов или интегральной схемы. Установим вместо перемычки сопротивление Rб номиналом — Ом, и еще один источник питания на 1,5 вольта.

Как найти неисправный транзистор в схеме? Поиск битого транзистора на плате. Ремонт платы.

Однокаскадный усилитель ЗЧ

Это может быть полезным для реализации высокочастотных усилителей. И в результате получилась вот такая формула.

Чтобы эксперимент прошёл удачно, надо отрегулировать схему, т. Элементы, представляющие собою полнофункциональные устройства или модули: микросхемы. И свершилось чудо, лампочка засветилась.

Это свойство может использоваться для включения и выключения ламп в зависимости от освещённости. Теперь оголённые концы пропустите через промокательную бумагу на расстоянии примерно 1, см, другие концы присоедините к схеме согласно рис. Ну а обо всем по порядку. Конструкция корпуса а , вольт-амперная характеристика и условное графическое обозначение стабилитрона Существенной особенностью стабилитрона является зависимость его напряжения стабилизации от температуры.

Характеристики транзистора, включенного по схеме об

Это объясняется следующими при чинами. Естественно, это приводит к уменьшению коэффициента усиления, поскольку на вход транзистора из-за влияния обратной связи поступит меньшее значение напряжение, чем в отсутствие обратной связи. Такого рода схемы используются в автоматических устройствах фотопечати. В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся.

В результате в кремнии образуются два p-n перехода. Температурная зависимость вольт-амперной характеристика стабилитрона Для устранения этого недостатка и создания термокомпенсированных стабилитронов последовательно в цепь стабилитрона включают обычные диоды в прямом направлении.

GaN FET с обратной проводимостью (почти диод) В обоих случаях (GaN и кремниевые полевые транзисторы) проводимость обычно возникает, когда напряжение на клемме стока ниже, чем на клемме истока. Другими словами, когда на стоке отрицательное напряжение по отношению к терминалу истока. В случае кремниевого МОП-транзистора действительно присутствует встроенный физический диод, для включения которого требуется около -1 В (Vds = -1 В). Обычно в этом случае гейт будет выключен (Vgs = 0). Поскольку, если напряжение затвора больше нескольких вольт (как правило), МОП-транзистор будет включен, и в этом случае будет трудно создать отрицательное напряжение Vds, равное 1 В. Неотъемлемый диод кремниевого МОП-транзистора, являющийся устройством с неосновными носителями, имеет медленное выключение, поскольку накопленные заряды должны быть выметены из перехода диода, прежде чем он сможет отключиться.

Это называется временем обратного восстановления. Кремниевый МОП-транзистор также имеет медленное включение, которое называется временем прямого восстановления. Медленное включение и выключение, когда диод проводит, приводит к высоким потерям при переключении, поскольку полевой транзистор не полностью включен и не полностью выключен, что приводит к одновременному высокому напряжению и высокому току, вызывая большое рассеивание мощности за этот период времени.

В GaN FET, также называемом транзистором с высокой подвижностью электронов (HEMT), отсутствует встроенный физический обратный диод и, следовательно, отсутствуют неосновные носители, которые замедляют работу или вызывают потери при переключении диодов. GaN FET, однако, будет вести себя как диод кремниевого МОП-транзистора в том смысле, что, когда сток отрицательный (VDS = отрицательное напряжение > Vth), а затвор закрыт (Vgs = 0), GaN FET будет проводить в зависимости от сток и исток эффективно меняются местами, вызывая положительное включение Vgd и GaN FET. Полевой транзистор GaN может хорошо проводить как при положительном смещении (Vds = положительное), так и при отрицательном смещении (Vds = отрицательное) до тех пор, пока напряжение затвора больше порогового напряжения полевого транзистора.

Хотя GaN FET проводит с отрицательным напряжением Vds и поэтому действует как диод, фактического диода нет, эффективное прямое падение напряжения в режиме обратной проводимости будет составлять около 1,7 В или больше, в зависимости от тока и температуры . Кроме того, когда отрицательное напряжение Vds снимается, эффективный диод мгновенно выключается с нулевым временем обратного восстановления, что является реальным преимуществом в схемах преобразователя постоянного тока.

Свойство GaN FET важно в таких схемах, как синхронный выпрямитель в понижающем преобразователе, где Vds нижнего FET становится отрицательным во время простоя. Это время, когда верхний и нижний полевые транзисторы в полумостовой структуре выключены. Коммутационные потери становятся намного меньше с GaN FET из-за свойства нулевого обратного времени восстановления.

Для читателей, которым интересны подробности, вот ссылка на статью EPC Co о характеристиках GaN FET: https://epc-co.com/epc/Portals/0/epc/documents/papers/eGaN%20FET%20Electrical% 20Characteristics.pdf 

Теория транзисторов — биполярные транзисторы

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Вы должны вспомнить из более раннего обсуждения, что PN-переход с прямым смещением сравним с элементом цепи с низким сопротивлением, потому что он пропускает большой ток при заданном напряжении. В свою очередь, PN-переход с обратным смещением сравним с высокоомным элементом цепи. Используя формулу закона Ома для мощности (P = I

2 Ом) и предполагая, что ток поддерживается постоянным, можно сделать вывод, что мощность, развиваемая при высоком сопротивлении, больше, чем мощность, развиваемая при низком сопротивлении. Таким образом, если бы кристалл содержал два PN-перехода (один с прямым смещением, а другой с обратным смещением), сигнал малой мощности можно было бы инжектировать в переход с прямым смещением и получить сигнал большой мощности на переходе с обратным смещением. узел. Таким образом, на кристалле будет получено усиление мощности. Эта концепция является основной теорией усиления транзистора. Имея в памяти эту информацию, давайте перейдем непосредственно к NPN-транзистору.

Работа транзистора NPN

Как и в случае диода с PN-переходом, материал N, из которого состоят две концевые секции транзистора N P N , содержит некоторое количество свободных электронов, тогда как центральная секция P содержит избыточное количество дырок. Действие на каждом соединении между этими секциями такое же, как описано ранее для диода; то есть развиваются области истощения и появляется соединительный барьер. Чтобы использовать транзистор в качестве усилителя, каждый из этих переходов должен быть модифицирован некоторым внешним напряжением смещения. Чтобы транзистор работал в этом качестве, первый PN-переход (переход эмиттер-база) смещен в прямом или низкоомном направлении. В то же время второй PN-переход (переход база-коллектор) смещен в обратном, или высокоомном, направлении. Простой способ запомнить, как правильно смещать транзистор, — это наблюдать за элементами NPN или PNP, из которых состоит транзистор. Буквы этих элементов указывают, напряжение какой полярности использовать для правильного смещения. Например, обратите внимание на транзистор NPN ниже:

1. Эмиттер, который является первой буквой в последовательности N PN, подключается к отрицательной стороне батареи n , а база, которая является второй буквой (N P N), подключается к положительная сторона p .

2. Однако, поскольку второй PN-переход должен быть смещен в обратном направлении для правильной работы транзистора, коллектор должен быть подключен к напряжению полярности, противоположной ( p положительной), чем указанная в его буквенном обозначении (NP 9).0023 N ). Напряжение на коллекторе также должно быть больше положительного, чем на базе, как показано ниже:

Теперь у нас есть правильно смещенный NPN-транзистор.

Таким образом, база транзистора N P N должна быть p положительной по отношению к эмиттеру, а коллектор должен быть более положительным, чем база.

Соединение прямого смещения NPN

Важным моментом, на который следует обратить внимание, который не обязательно упоминался при объяснении диода, является тот факт, что материал N на одной стороне перехода с прямым смещением более сильно легирован, чем материал P. Это приводит к большему току, переносимому через переход электронами большинства носителей из N-материала, чем дырками большинства носителей из P-материала. Следовательно, проводимость через прямосмещенный переход, как показано на рисунке ниже, в основном составляет основные электроны носителей из материала N (эмиттер).

Когда переход эмиттер-база на рисунке смещен в прямом направлении, электроны покидают отрицательную клемму батареи и входят в материал N (эмиттер). Поскольку электроны являются основными носителями тока в материале N, они легко проходят через эмиттер, пересекают переход и объединяются с дырками в материале P (базе). На каждый электрон, заполняющий дырку в P-материале, другой электрон покидает P-материал (создавая новую дырку) и входит в положительный полюс батареи.

Соединение обратного смещения NPN

Второй PN-переход (база-коллектор), или, как его еще называют, переход с обратным смещением (рисунок ниже), блокирует большинство носителей тока от пересечения перехода. Однако через это соединение проходит очень небольшой ток, о котором упоминалось ранее. Этот ток называется ток меньшинства или обратный ток . Как вы помните, этот ток создавался электронно-дырочными парами. Неосновными носителями для PN-перехода с обратным смещением являются электронов в материале P и дырок в материале N. Эти неосновные носители фактически проводят ток для перехода с обратным смещением, когда электроны из материала P входят в материал N, а дырки из материала N входят в материал P. Однако электроны неосновного тока (как вы увидите позже) играют наиболее важную роль в работе NPN-транзистора.

В этот момент вы можете задаться вопросом, почему второй PN-переход (база-коллектор) не смещен в прямом направлении, как первый PN-переход (эмиттер-база). Если бы оба перехода были смещены в прямом направлении, электроны имели бы тенденцию течь из каждой концевой части N P N Транзистор (эмиттер и коллектор) к центральной секции P (база). По сути, у нас будет два переходных диода с общей базой, что устранит любое усиление и сведет на нет назначение транзистора. Слово предостережения в порядке в это время. Если вы по ошибке сместите второй PN-переход в прямом направлении, чрезмерный ток может выделить достаточно тепла, чтобы разрушить переходы, что сделает транзистор бесполезным. Поэтому перед выполнением каких-либо электрических подключений убедитесь, что полярность напряжения смещения верна.

Взаимодействие соединения NPN

Теперь мы готовы посмотреть, что произойдет, если мы задействуем два перехода NPN-транзистора одновременно. Для лучшего понимания того, как эти два соединения работают вместе, обратитесь к рисунку ниже во время обсуждения.

Батареи смещения на этом рисунке обозначены как Vcc для источника напряжения коллектора и Vbb для источника напряжения базы. Также обратите внимание, что базовая батарея питания довольно мала, на что указывает количество ячеек в батарее, обычно 1 вольт или меньше. Однако питание коллектора обычно намного выше, чем питание базы, обычно около 6 вольт. Как вы увидите позже, эта разница в напряжениях питания необходима для того, чтобы ток протекал от эмиттера к коллектору.

Как указывалось ранее, ток во внешней цепи всегда обусловлен движением свободных электронов. Поэтому электроны текут от отрицательных клемм батарей питания к эмиттеру N-типа. Это комбинированное движение электронов известно как эмиттерный ток (Ie). Поскольку электроны являются основными переносчиками в N-материале, они будут двигаться через эмиттер N-материала к переходу эмиттер-база. Когда этот переход смещен вперед, электроны продолжают двигаться в базовую область. Когда электроны находятся в базе, которая представляет собой материал Р-типа, теперь они становятся малыми носителями . Часть электронов, перемещающихся в базу, рекомбинирует с имеющимися дырками. Для каждого электрона, который рекомбинирует, другой электрон перемещается через вывод базы в виде тока базы Ib (создавая новую дырку для возможной комбинации) и возвращается к батарее питания базы Vbb. Электроны, которые рекомбинируют, теряются для коллектора. Поэтому, чтобы сделать транзистор более эффективным, базовая область сделана очень тонкой и слегка легированной. Это снижает вероятность того, что электрон рекомбинирует с дыркой и будет потерян. Таким образом, большая часть электронов, движущихся в область базы, попадает под влияние большого обратного смещения коллектора. Это смещение действует как прямое смещение для неосновных носителей (электронов) в базе и, как таковое, ускоряет их через переход база-коллектор в область коллектора. Поскольку коллектор изготовлен из материала N-типа, электроны, достигающие коллектора снова стали основными операторами связи . Оказавшись в коллекторе, электроны легко проходят через материал N и возвращаются к положительной клемме батареи питания коллектора Vcc в виде тока коллектора (Ic).

Чтобы еще больше повысить эффективность транзистора, коллектор сделан физически больше базы по двум причинам: (1) чтобы увеличить вероятность сбора носителей, которые диффундируют в сторону, а также непосредственно через область базы, и (2) ), чтобы коллектор мог обрабатывать больше тепла без повреждений.

Таким образом, полный ток в транзисторе NPN протекает через вывод эмиттера. Следовательно, в процентном отношении т.е. составляет 100 процентов. С другой стороны, поскольку база очень тонкая и слабо легированная, то в цепи базы будет протекать меньший процент от общего тока (тока эмиттера), чем в цепи коллектора. Обычно не более 2–5 % общего тока составляет ток базы (Ib), а остальные 95–98 % — ток коллектора (Ic). Между этими двумя течениями существует очень простая связь:

То есть = Ib + Ic

Проще говоря, это означает, что ток эмиттера разделяется на ток базы и ток коллектора. Поскольку количество тока, выходящего из эмиттера, является исключительно функцией смещения эмиттер-база, и поскольку коллектор получает большую часть этого тока, то небольшое изменение смещения эмиттер-база окажет гораздо большее влияние на величину тока коллектора. чем он будет иметь на базовом токе. В заключение, относительно небольшое смещение эмиттер-база контролирует относительно большой ток эмиттер-коллектор.

Работа транзистора PNP

Транзистор PNP работает по существу так же, как транзистор NPN. Однако, поскольку эмиттер, база и коллектор в PNP-транзисторе изготовлены из материалов, отличных от материалов, используемых в NPN-транзисторе, в блоке PNP протекают разные носители тока. Основными носителями тока в PNP-транзисторе являются дырки. Это отличается от NPN-транзистора, где основными носителями тока являются электроны. Чтобы поддерживать этот другой тип тока (дырочный поток), батареи смещения для PNP-транзистора перевернуты. Типичная установка смещения для транзистора PNP показана на рисунке ниже. Обратите внимание, что процедура, использованная ранее для надлежащего смещения NPN-транзистора, также применима и здесь к PNP-транзистору. Первая буква (П) в 9Последовательность 0023 P NP указывает на полярность напряжения, необходимого для эмиттера ( p положительная), а вторая буква (N) указывает на полярность базового напряжения ( n отрицательная). Поскольку переход база-коллектор всегда смещен в обратном направлении, то для коллектора необходимо использовать напряжение противоположной полярности ( минус ). Таким образом, база транзистора П Н П должна быть н отрицательной по отношению к эмиттеру, а коллектор – более отрицательной, чем база. Помните, что, как и в случае NPN-транзистора, эта разница в напряжении питания необходима для протекания тока (дырочного тока в случае PNP-транзистора) от эмиттера к коллектору. Хотя поток дырок является преобладающим типом тока в PNP-транзисторе, поток дырок имеет место только внутри самого транзистора, тогда как электроны текут во внешней цепи. Однако именно внутренний поток дырок приводит к потоку электронов во внешних проводах, подключенных к транзистору.

Перекресток прямого смещения PNP

Теперь давайте рассмотрим, что происходит, когда переход эмиттер-база на рисунке ниже смещен в прямом направлении. При показанной настройке смещения положительный вывод батареи отталкивает дырки эмиттера к базе, а отрицательный вывод отталкивает электроны базы к эмиттеру. Когда эмиттерная дырка и базовый электрон встречаются, они объединяются. На каждый электрон, который соединяется с дыркой, другой электрон покидает отрицательную клемму батареи и входит в базу. В то же время электрон покидает эмиттер, создавая новую дырку, и входит в положительный полюс батареи. Это движение электронов в базу и из эмиттера составляет базовый ток (Ib), а путь, по которому эти электроны идут, называется цепью эмиттер-база.

Соединение обратного смещения PNP

В переходе с обратным смещением (рисунок ниже) отрицательное напряжение на коллекторе и положительное напряжение на базе блокируют основных носителей тока от пересечения перехода. Однако это же отрицательное напряжение коллектора действует как прямое смещение для неосновных токовых отверстий в базе, которые пересекают переход и входят в коллектор. неосновных электрона тока в коллекторе также воспринимают прямое смещение — положительное базовое напряжение — и перемещаются в базу. Отверстия в коллекторе заполняются электронами, поступающими с отрицательного полюса батареи. В то же время электроны покидают отрицательную клемму батареи, другие электроны в базе разрывают свои ковалентные связи и входят в положительную клемму батареи. Хотя в переходе с обратным смещением протекает только неосновной ток, он все же очень мал из-за ограниченного числа неосновных носителей тока.

Взаимодействие соединения PNP

Взаимодействие между переходами прямого и обратного смещения в PNP-транзисторе очень похоже на взаимодействие в NPN-транзисторе, за исключением того, что в PNP-транзисторе основными носителями тока являются дырки. В транзисторе PNP, показанном на рисунке ниже, положительное напряжение на эмиттере отталкивает дырки к базе. Оказавшись в базе, дырки объединяются с базовыми электронами. Но опять же, помните, что базовая область сделана очень тонкой, чтобы предотвратить рекомбинацию дырок с электронами. Следовательно, значительно больше 90 процентов отверстий, которые входят в базу, притягиваются к большому отрицательному напряжению коллектора и проходят прямо через базу. Однако для каждого электрона и дырки, которые объединяются в базовой области, другой электрон покидает отрицательную клемму базовой батареи (Vbb) и входит в базу как базовый ток (Ib). В то же время электрон покидает отрицательную клемму батареи, другой электрон покидает эмиттер как Ie (создавая новую дырку) и входит в положительную клемму Vbb. Между тем, в цепи коллектора электроны из коллекторной батареи (Vcc) входят в коллектор как Ic и объединяются с избыточными дырками из базы. На каждую дырку, нейтрализованную в коллекторе электроном, другой электрон покидает эмиттер и начинает свой путь обратно к положительному выводу Vcc.

Хотя ток во внешней цепи PNP-транзистора противоположен по направлению току NPN-транзистора, основные носители всегда текут от эмиттера к коллектору. Этот поток основных носителей также приводит к образованию двух отдельных токовых петель в каждом транзисторе. Один контур представляет собой путь тока базы, а другой контур — путь тока коллектора. Сумма токов в обеих этих петлях (Ib + Ic) дает общий ток транзистора (Ie).