виды и различия — Техника на vc.ru
Транзистор — это полупроводниковый прибор с тремя и более электродами. Его сопротивление основного перехода нелинейно зависит от действующего на управляющем электроде напряжения.
454 просмотров
Приборы делятся на полевые и биполярные (позже появилось еще несколько видов). На данное время транзисторы выполняют практически все основные усилительные генераторные, а также коммутационные функции.
Из истории применения
Первые транзисторы могли работать лишь на невысоких напряжениях в десятки вольт и частоте до сотен МГц. Позже появились маломощные экземпляры — более 1 ГГц. При первом полете в космос корабля «Восток-1», на его борту находилось более 600 транзисторов. Все же, основные функции выполняли электронные радиолампы. Промышленность выпускала их вплоть до 80-х — 90-х годов. Но вакуумные лампы окончательно были вытеснены появлением сверхвысокочастотных, мощных высоковольтных, IGBT, mosfet и других транзисторов.
Классификация
На данное время существует уже десятки видов транзисторов и число их растет. Давайте рассмотрим некоторые из них.
Биполярные транзисторы
Это самые распространенные усилительные приборы, имеющие 3 электрода:
• коллектор;
• эмиттер;
• база.
При экранировке кристалла иногда применяется 4-й электрод — корпус. Для включения в схему транзистора с двумя цепями (управляющей и управляемой), необходимо общее соединение одного из выводов. Существуют схемы с:
• ОК — усиливается только по току;
• ОЭ — усиливается ток и напряжение;
• ОБ — усиливается напряжение.
Кристалл биполярных приборов изготавливают из кремния, реже германия. У последнего напряжение смещения меньше, примерно на 0,45 В. Оно подается на базу для нормальной работы прибора.
В структурах полупроводников на эмиттер подают p-n-p — плюс и n-p-n — минус. Существуют и другие типы, которые относятся к биполярным транзисторам.
Однопереходные транзисторы с одной стороны перехода имеют эмиттер, со второй — 2 базы, прикрепленные по разным сторонам второго перехода. У этих устройств дифференциальное сопротивление имеет отрицательный участок на вольт-амперной характеристике.
Многоэмиттерные транзисторы используются, в основном, в качестве интегральных компонентов в логических элементах. Однако есть сборки, содержащие биполярные транзисторы с несколькими эмиттерами для реализации эффективной развязки некоторого количества входных либо выходных цепей.
Сверхвысокочастотные транзисторы также используются в составе интегральных микросхем. Однако существуют дискретные элементы, усилительные свойства которых прекращаются, приближаясь к частоте в 100 ГГц.
Полевые транзисторы
Выводы полевого транзистора:
• сток;
• исток;
• затвор.
Как и биполярные, так и полевые транзисторы имеют 3 типа включения, в которых схема:
• с ОС (общим стоком) усиливает лишь ток;
• ОИ — ток и напряжение;
• ОЗ — напряжение.
Работа полевого транзистора основана на сужении/расширении токопроводящего участка, воздействием электрического поля, образованного подачей на управляющий электрод (затвор) определенного напряжения.
Приборы такого класса могут иметь затвор в виде p-n-перехода, а сам его электрод крепится к n-каналу (— на стоке) или p-каналу (+ на стоке). Разработаны также полевые транзисторы с изолированным затвором, которые бывают со встроенным или индукционным каналом. Причем все они разделяются по полярности, имея канал n или p-типа.
Mosfet-транзисторы содержат усложненную, так называемую, МОП-структуру. Благодаря этому, устройства имеют сопротивление основного перехода в пределах от единиц Ом, до нескольких в мОМ. Ток может составлять десятки или даже сотни ампер.
IGBT-транзисторы являются составными приборами, у которых на входе мощного биполярного транзистора, установлен полевой. При этом составное устройство обладает высоким усилением и входным сопротивлением.
IGBT-структура может быть образована мощным высоковольтным биполярным транзистором, маломощным биполярным, полевым. Такое устройство используется в выходных каскадах мощных преобразователей напряжения, импульсных источников питания.
В современной электронике транзисторы играют важную роль, используются почти во всех ее каскадах. В каталоге компании «ЗУМ-СМД» есть практически все применяемые в электронике транзисторы от известных брендов.
его виды, назначение и принципы работы
Что такое транзистор? Наверняка каждый человек хотя бы раз в жизни слышал это слово. Однако далеко не каждый знаком с его значением, а тем более с устройством и назначением транзистора. Это понятие подробно изучают студенты технических ВУЗов. При этом довольно часто технические знания пригождаются в жизни людям, не имеющим ничего общего с инженерной деятельностью. В этой статье мы рассмотрим в каких областях они применяются.
- Принцип работы прибора
- Виды транзисторов
- Полевые
- Биполярные
- Применение транзисторов в жизни
- Литература по электронике
Принцип работы прибора
Транзистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления электрического сигнала.
Благодаря особому строению кристаллических решёток и полупроводниковым свойствам, этот прибор способен увеличивать амплитуду протекающего тока
Полупроводники — вещества, которые способны проводить ток, а также препятствовать его прохождению. Самыми яркими их представителями являются кремний и германий. Существует два вида полупроводников:
- Электронные.
- Дырочные.
В полупроводниках электрический ток возникает из-за недостатка или переизбытка свободных электронов. Например, кристаллическая решётка атома состоит из трёх электронов. Однако если ввести в это вещество атом, состоящий из четырёх электронов, один будет лишним. Он является свободным электроном. Соответственно, чем больше таких электронов, тем ближе это вещество по своим свойствам к металлу. А значит, и проводимость тока больше. Такие полупроводники называются электронными.
Теперь поговорим о дырочных. Для их создания в вещество вводятся атомы другого вещества, кристаллическая решётка которого содержит больше атомов.
Электроны постоянно стремятся занять дырку и, начиная движение, образуют новую дырку. Таким поведением обладают абсолютно все электроны. В полупроводнике происходит их движение, а значит, начинает проводиться ток. Такие полупроводники называются дырочными.
Таким образом, вводя недостаток или избыток электронов в кремний или германий, мы способствуем их движению. Получается ток. Транзисторы состоят из соединений этих полупроводников по определённому принципу. С их помощью можно управлять протекающими токами и другими параметрами электрических сигналов.
Виды транзисторов
Существует несколько видов транзисторов. Их около четырёх. Однако основные из них это:
- Полевые.
- Биполярные.
Остальные виды собираются из полевых и биполярных.
Рассмотрим более подробно каждый вид.
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.
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, которое необходимо подать на затвор.
- 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.
Биполярные
Слово «биполярные» означает две полярности. То есть, такие приборы имеют две полярности, благодаря особенностям своего строения. Особенность их строения заключается в том, что они состоят из трёх полупроводниковых областей. Типы проводимости бывают следующими:
- Электронная, далее n.
- Дырочная, далее p.
Соответственно, можно сделать вывод, что существует два вида биполярных транзисторов:
- pnp;
- npn.
Разница между ними заключается в том, что для корректной работы необходимо подавать напряжение разной полярности.
К каждой из трёх полупроводниковых областей подключено по одному выводу. Всего их три:
- База — центральный слой. Он является самым тонким. На выводе базы находится управляющий ток с небольшой амплитудой.
- Коллектор — один из крайних слоёв. Он является самым широким. На него подаётся ток с большой амплитудой.
- Эмиттер — вывод, на который подаётся ток с коллектора. На его выходе амплитуда тока немного больше, чем на входе.
Существует три схемы подключения биполярных транзисторов:
- С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора.
- С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера.
- С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора.
Благодаря нескольким электронно-дырочным переходам, образующимся в биполярном транзисторе, можно управлять параметрами электрического сигнала.
Полярность и амплитуда подаваемого напряжения зависят от типа биполярного транзистора.
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.
Литература по электронике
Наука, которая изучает транзисторы и другие приборы, называется электроника. Целый ее раздел посвящён полупроводниковым приборам. Если вам интересно получить больше информации о работе транзисторов, можно почитать следующие книги по этой тематике:
- Цифровая схемотехника и архитектура компьютера — Дэвид М.
- Операционные системы. Разработка и реализация — Эндрю Т.
- Силовая электроника для любителей и профессионалов — Б. Ю. Семенов .
В этих книгах описываются различные средства программируемой электроники. Конечно же, в основе всех программируемых схем, лежат транзисторы. Благодаря этим книгам вы не только получите новые знания о транзисторах, но и навыки, которые, возможно, принесут вам доход.
Теперь вы знаете, как работают транзисторы, и где они применяются в жизни. Если вам интересна эта тема, продолжайте её изучать, ведь прогресс не стоит на месте, и все технические устройства постоянно совершенствуются. В этом деле очень важно идти в ногу со временем. Успехов вам!
Различные типы транзисторов и их работа
Поскольку наш мозг состоит из 100 миллиардов клеток, называемых нейронами, которые используются для мышления и запоминания вещей. Подобно тому, как компьютер также имеет миллиарды крошечных клеток мозга, называемых Транзисторами . Он состоит из экстракта химического элемента из песка под названием кремний. Транзисторы радикально меняют теорию электроники, поскольку они были разработаны более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли.
Итак, мы расскажем вам, как они работают или что они собой представляют?
Что такое транзисторы?
Эти устройства изготовлены из полупроводникового материала, который обычно используется для усиления или переключения, его также можно использовать для управления потоками напряжения и тока.
Он также используется для усиления входных сигналов в выходной сигнал экстента. Транзистор обычно представляет собой твердотельное электронное устройство, состоящее из полупроводниковых материалов. Циркуляция электронного тока может быть изменена добавлением электронов. Этот процесс вызывает изменения напряжения, которые пропорционально влияют на многие изменения выходного тока, создавая усиление. Не все, но большинство электронных устройств содержат один или несколько типов транзисторов. Некоторые из транзисторов размещены по отдельности или вообще в интегральных схемах, которые различаются в зависимости от их состояния.
«Транзистор — компонент типа насекомого с тремя ногами, который в некоторых устройствах размещается поодиночке, но в компьютерах он упакован внутри миллионами штук в маленьких микрочипах»
из?
Транзистор состоит из трех слоев полупроводника, способных удерживать ток. Электропроводящие материалы, такие как кремний и германий, обладают способностью проводить электричество между проводниками и изолятором, окруженным пластиковыми проводами.
Полупроводниковые материалы обрабатываются с помощью некоторой химической процедуры, называемой легированием полупроводника. Если кремний легировать мышьяком, фосфором и сурьмой, он получит дополнительные носители заряда, то есть электроны, известные как 9.0003 N-типа или отрицательного полупроводника , тогда как, если кремний легирован другими примесями, такими как бор, галлий, алюминий, он получит меньше носителей заряда, то есть дырок, известен как P-тип или положительный полупроводник .
Как работает транзистор?
Рабочая концепция является основной частью для понимания того, как использовать транзистор или как он работает? В транзисторе есть три вывода:
• Основание: Подает базу на электроды транзистора.
• Излучатель : Излучаемые им носители заряда.
• Коллектор : Носители заряда, собранные этим.
Если транзистор является NPN-типом , нам нужно подать напряжение 0,7 В, чтобы запустить его, и когда напряжение, подаваемое на базовый вывод, транзистор включается, что является условием прямого смещения , и ток начинает течь через коллектор к эмиттеру (также называемая областью насыщения).
Когда транзистор в Состояние обратного смещения или базовый вывод заземлен или на нем нет напряжения, транзистор остается в выключенном состоянии и не позволяет току течь от коллектора к эмиттеру (также называемая областью отсечки).
Если транзистор относится к типу PNP , он обычно находится в состоянии ON, но нельзя сказать, что он идеально заземлен до тех пор, пока не будет заземлен. После заземления базы транзистор будет в Состояние обратного смещения или включено. Поскольку питание подается на базовый контакт, оно прекращает проводить ток от коллектора к эмиттеру, и транзистор, как говорят, находится в выключенном состоянии или в состоянии прямого смещения .
Для защиты транзистора последовательно с ним подключаем сопротивление, для нахождения значения этого сопротивления используем следующую формулу:
7R B 0088 / I B
Различные типы транзисторов:В основном мы можем разделить транзистор на две категории Биполярный переходной транзистор (BJT) и Полевой транзистор 90 (FET 4) Транзистор 90 (FET) Далее мы можем разделить его, как показано ниже:
Транзистор с биполярным переходом (BJT)
Транзистор с биполярным переходом состоит из легированного полупроводника с тремя выводами, т.
е. базой, эмиттером и коллектором. В этой процедуре участвуют и дырки, и электроны. Большое количество тока, проходящего от коллектора к эмиттеру, переключается путем изменения небольшого тока от базы к выводам эмиттера. Их также называют устройства, управляемые током . NPN и PNP являются двумя основными частями BJT, как мы обсуждали ранее. BJT включается, подавая вход на базу, потому что он имеет самый низкий импеданс для всех транзисторов. Усиление также самое высокое для всех транзисторов.
Типы BJT следующие:
1. Транзистор NPN :
коллекторы n-типа.
В прямом активном режиме NPN-транзистор смещен. При источнике постоянного тока Vbb переход база-эмиттер будет смещен в прямом направлении. Следовательно, на этом стыке область обеднения будет уменьшаться. Переход коллектор-база имеет обратное смещение, область истощения перехода коллектор-база будет увеличена.
Основными носителями заряда являются электроны для эмиттера n-типа. Переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, поэтому электроны движутся в сторону базы. Следовательно, это вызывает ток эмиттера Ie . Базовая область тонкая и слабо легирована дырками, образовалась электронно-дырочная комбинация, и часть электронов остается в базовой области. Это вызывает очень маленький базовый ток Ib . Переход база-коллектор смещен в обратном направлении к дыркам в базовой области и электронам в области коллектора, но смещен в прямом направлении к электронам в базовой области. Оставшиеся электроны базовой области, притянутые выводом коллектора, вызывают ток коллектора Ic. Узнайте больше о транзисторе NPN здесь.
2. PNP-транзистор :
Как мы обсуждали выше в NPN транзисторе, он также работает в активном режиме.
Большинство носителей заряда являются дырками для эмиттера p-типа. Для этих отверстий переход база-эмиттер будет смещен в прямом направлении и перемещается в область базы. Это вызывает ток эмиттера Ie . Базовая область тонкая и слабо легирована электронами, образовалась электронно-дырочная комбинация, и в базовой области осталось некоторое количество дырок. Это вызывает очень маленький базовый ток Ib . Переход база-коллектор смещен в обратном направлении к отверстиям в базовой области и отверстиям в области коллектора, но смещен в прямом направлении к отверстиям в базовой области. Оставшиеся отверстия базовой области, притягиваемые выводом коллектора, вызывают ток коллектора Ic. Узнайте больше о транзисторе PNP здесь.
Что такое конфигурации транзисторов?
Обычно существует три типа конфигураций, и их описания в отношении усиления следующие:
Конфигурация с общей базой (CB) : Нет усиления по току, но есть усиление по напряжению.
Конфигурация с общим коллектором (CC) : Имеет усиление по току, но не усиление по напряжению.
Конфигурация с общим эмиттером (CE) : Имеет усиление по току и по напряжению.
Общая база транзисторов (CB) Конфигурация:
В этой схеме база размещена как на входе, так и на выходе. Он имеет низкое входное сопротивление (50-500 Ом). Он имеет высокое выходное сопротивление (1-10 МОм). Напряжение измеряется относительно базовых клемм. Таким образом, входное напряжение и ток будут равны Vbe и Ie, а выходное напряжение и ток будут равны Vcb и Ic.
- Коэффициент усиления по току будет меньше единицы, т. е. alpha(dc)= Ic/Ie
- Коэффициент усиления по напряжению будет высоким.
- Прирост мощности будет средним.
Транзистор с общим эмиттером (CE) Конфигурация:
В этой схеме эмиттер размещен как на входе, так и на выходе.
Входной сигнал подается между базой и эмиттером, а выходной сигнал подается между коллектором и эмиттером. Vbb и Vcc – напряжения. Он имеет высокое входное сопротивление (500-5000 Ом). Он имеет низкое выходное сопротивление (50-500 кОм).
- Коэффициент усиления по току будет высоким (98), т. е. бета (пост. ток) = Ic/Ie
- Прирост мощности до 37 дБ.
- Выходной сигнал будет сдвинут по фазе на 180 градусов.
Конфигурация общего коллектора транзистора:
В этой схеме коллектор размещен как на входе, так и на выходе. Это также известно как эмиттерный повторитель. Имеет высокое входное сопротивление (150-600 кОм). Низкое выходное сопротивление (100-1000 Ом).
- Коэффициент усиления по току будет высоким (99).
- Коэффициент усиления по напряжению будет меньше единицы.
- Прирост мощности будет средним.
Полевой транзистор (FET):
Полевой транзистор содержит три области, такие как сток, исток, затвор.
Их называют устройствами, управляемыми напряжением , поскольку они контролируют уровень напряжения. Для управления электрическим поведением можно выбрать электрическое поле, приложенное извне, поэтому оно называется 9.0003 полевые транзисторы . При этом ток течет за счет большинства носителей заряда, то есть электронов, поэтому он также известен как однополярный транзистор . Он имеет в основном высокое входное сопротивление в мегаомах с низкочастотной проводимостью между стоком и истоком, управляемой электрическим полем. Полевые транзисторы очень эффективны, энергичны и менее затратны.
Полевые транзисторы бывают двух типов: Полевые транзисторы с переходом (JFET) и Полевые транзисторы на основе оксида металла (MOSFET). Ток проходит между двумя каналами с именами n-канал и p-канал .
Полевой транзистор с переходом (JFET)
Полевой транзистор с переходом не имеет PN-перехода, но вместо полупроводниковых материалов с высоким удельным сопротивлением они образуют кремниевые каналы типа n&p для протекания основных носителей заряда с двумя выводами либо сток или терминал истока.
В n-канале поток тока отрицателен, тогда как в p-канале поток тока положителен.
. мы должны обсудить принцип работы n-канального JFET для двух следующих условий:
Во-первых, когда Vgs=0,
Подайте небольшое положительное напряжение на клемму стока, где Vds положительный. Из-за этого приложенного напряжения Vds электроны текут от истока к стоку, вызывая ток стока Id . Канал между стоком и истоком действует как сопротивление. Пусть n-канал однороден. Различные уровни напряжения задаются током стока Id и перемещаются от истока к стоку. Напряжения самые высокие на клемме стока и самые низкие на клемме истока. Дренаж имеет обратное смещение, поэтому обедненный слой здесь шире.
Vds увеличивается, Vgs=0 В
Слой истощения увеличивается, ширина канала уменьшается. Vds увеличивается на уровне, где соприкасаются две обедненные области, это состояние известно как процесс отсечки и вызывает напряжение отсечки Впик.
Здесь Id отсечения падает до 0 MA, а Id достигает уровня насыщения. Id с Vgs=0 известен как ток насыщения сток-исток (Idss). Vds увеличился до Vp , где ток Id остается прежним, а JFET действует как источник постоянного тока.
Во-вторых, когда Vgs не равно 0,
Применить отрицательные значения Vgs и Vds варьируются. Ширина области обеднения увеличивается, канал сужается, а сопротивление увеличивается. Меньший ток стока течет и достигает уровня насыщения. Из-за отрицательных Vgs снижается уровень насыщения, уменьшается Id. Напряжение отсечки постоянно падает. Поэтому его называют устройством, управляемым напряжением.
Характеристики полевого транзистора JFET:
Характеристики показывают различные области:
Омическая область : Vgs=0, обедненный слой мал.
Область отсечки : Также известна как область отсечки, так как сопротивление канала максимально.
Насыщение или активная область : Управляется напряжением затвор-исток, где напряжение сток-исток меньше.
Область пробоя : Высокое напряжение между стоком и истоком вызывает пробой в резистивном канале.
P-канальный JFET:
p-канальный JFET работает так же, как n-канальный JFET, но существуют некоторые исключения
Ток слив в активной области:
ID = IDSS [1-VGS/VP]
Сопротивление канала источника канала дренажа: RDS = Delta VDS/Delta ID
Полевой транзистор на основе оксида металла (MOSFET):
Полевой транзистор на основе оксида металла также известен как полевой транзистор, управляемый напряжением. Здесь электроны затвора оксида металла электрически изолированы от n-канала и p-канала тонким слоем диоксида кремния, называемым стеклом.
Ток между стоком и истоком прямо пропорционален входному напряжению .
Это устройство с тремя выводами, т. е. затвор, сток и исток. Существует два типа полевых МОП-транзисторов по функционированию каналов, т. Е. p-канальный полевой МОП-транзистор и n-канальный полевой МОП-транзистор.
Существует две формы полевых транзисторов на основе оксида металла, т. е. типа истощения и типа улучшения.
Тип истощения: Требуется Vgs, т. е. напряжение затвор-исток для выключения, а режим истощения соответствует нормально замкнутому переключателю.
Vgs=0, если Vgs положителен, электронов больше, а если Vgs отрицателен, электронов меньше.
Тип расширения : Для включения требуется Vgs, т. е. напряжение источника затвора, а режим расширения равен нормально разомкнутому переключателю.
Здесь дополнительная клемма — это подложка , используемая для заземления.
Напряжение источника затвора (VGS) больше, чем пороговое напряжение (VTH)
Режимы смещения для транзисторов:Biasing может быть сделано по двум методам. прямое и обратное смещение , тогда как в зависимости от смещения существует четыре различных схемы смещения:
Фиксированное смещение базы и смещение фиксированного сопротивления :
На рисунке базовый резистор Rb подключен между базой и Vcc. Переход база-эмиттер смещен в прямом направлении из-за падения напряжения Rb, что приводит к потоку Ib через него. Здесь Ib получается из:
Ib=(Vcc-Vbe)/Rb
Это приводит к коэффициенту стабильности (бета +1), что приводит к низкой термической стабильности. Здесь выражения напряжений и токов, т.е.
Vb=Vbe=Vcc-IbRb Vc=Vcc-IcRc=Vcc-Vce Ic = Бета Ib То есть=Iс
Смещение обратной связи коллектора:
На этом рисунке базовый резистор Rb подключен между коллектором и базой транзистора.
Следовательно, напряжение базы Vb и напряжение коллектора Vc подобны друг другу этим
Vb =Vc-IbRb Где, Vb=Vcc-(Ib+Ic)Rc
По этим уравнениям Ic уменьшается на Vc , что уменьшает Ib , автоматически уменьшая Ic .
Здесь коэффициент (бета +1) будет меньше единицы, а Ib приведет к уменьшению коэффициента усиления усилителя.
Итак, напряжения и токи могут быть представлены как-
Вб=Вбэ Ic = бета Ib То есть почти равно Ib
Двойное смещение обратной связи:
На этом рисунке это модифицированная форма схемы, основанной на обратной связи коллектора. Так как имеет дополнительную цепь R1, повышающую стабильность. Следовательно, увеличение базового сопротивления приводит к изменениям коэффициента бета, т. е. коэффициента усиления.
Сейчас,
I1=0,1Ic Vc= Vcc-(Ic+I(Rb)Rc Vb=Vbe=I1R1=Vc-(I1+Ib)Rb Ic = бета Ib Т.е. почти равно Ic
е. почти равно Ic
Фиксированное смещение с эмиттерным резистором:
На этом рисунке такая же схема с фиксированным смещением, но она имеет дополнительный эмиттерный резистор. Ic увеличивается из-за температуры, Ie также увеличивается, что снова увеличивает падение напряжения на Re. Это приводит к снижению Vc, уменьшает Ib, что возвращает iC к его нормальному значению. Коэффициент усиления по напряжению снижается за счет присутствия Re.
Сейчас,
Ve=Ie Re Vc=Vcc – Ic Rc Vb=Vbe+Ve Ic = бета Ib Т.е. почти равно Ic
Смещение эмиттера:
смещен к переходу базы коллектора.
Сейчас,
Ve=-Vee+Ie Re Vc= Vcc- Ic Rc Vb=Vbe+Ve Ic = бета Ib То есть почти равно Ib Где, Re>>Rb/бета Vee>>Vbe
Обеспечивает стабильную работу.
Смещение обратной связи эмиттера:
На этом рисунке в качестве обратной связи используется как коллектор, так и эмиттер для повышения стабильности.
Из-за протекания эмиттерного тока Ie падение напряжения происходит на эмиттерном резисторе Re, поэтому эмиттерно-базовый переход будет иметь прямое смещение. Здесь температура увеличивается, Ic увеличивается, Ie также увеличивается. Это приводит к падению напряжения на Re, уменьшению напряжения коллектора Vc и Ib. Это приводит к тому, что выходное усиление будет уменьшено. Выражения могут быть даны как:
Iрб=0,1 Iк=Iб+I1 Ve=IeRe=0.1Vcc Vc=Vcc-(Ic+Irb)Rc Vb=Vbe+Ve=I 1 R1=Vc-(I 1 +Ib0Rb) Ic=бета Ib почти равно I c
Смещение делителя напряжения:
На этом рисунке для смещения транзистора используется форма делителя напряжения резисторов R1 и R2. Напряжение на резисторе R2 будет базовым, поскольку оно смещает переход база-эмиттер в прямом направлении. Здесь I2= 10Ib.
Это сделано для того, чтобы пренебречь током делителя напряжения и изменить значение бета.
Ib=Vcc R2/R1+R2 Ve=Ie Re Vb=I2 R2=Vbe+Ve
Ic сопротивляется изменениям бета и Vbe, что приводит к коэффициенту стабильности, равному 1.
При этом Ic увеличивается при повышении температуры, Ie увеличивается при увеличении напряжения эмиттера Ve, что уменьшает базу напряжение Vbe. Это приводит к уменьшению базовых токов ib и ic до их фактических значений.
Применение транзисторов
- Транзисторы для большинства деталей используются в электронных устройствах, таких как усилители напряжения и мощности.
- Используется в качестве переключателей во многих цепях.
- Используется при создании цифровых логических схем, т. е. И, НЕ и т. д.
- Транзисторы вставлены во всё, т.е. от плит до компьютеров.
- Используется в микропроцессоре в качестве микросхем, в которых внутри него интегрированы миллиарды транзисторов.
- Раньше они использовались в радиоприемниках, телефонном оборудовании, слуховых аппаратах и т. д.
- Также они использовались ранее в электронных лампах больших размеров.
- Они также используются в микрофонах для преобразования звуковых сигналов в электрические сигналы.
Транзисторы | Клуб электроники
Транзисторы | Клуб электроникитипа | Подключение | Пайка | Тестирование | Коды | Выбор | Радиаторы
На этой странице рассматриваются практические вопросы, такие как меры предосторожности при пайке и идентификации выводов. Информацию о работе и использовании транзисторов в схемах см. страница транзисторных схем.
Транзисторы усиливают ток , например их можно использовать для усиления небольшого выхода ток от логической ИС, чтобы она могла управлять лампой, реле или другим сильноточным устройством. Во многих цепях для преобразования изменяющегося тока в изменяющееся напряжение используется резистор. поэтому транзистор используется для усилить напряжение .
Транзистор может использоваться как переключатель (либо полностью включенный с максимальным током, либо полностью выключенный с
нет тока) и как усилитель (всегда частично включен).
Величина усиления тока называется усилением тока , символ h FE (один из многих параметров транзисторов, каждый со своим символом).
Rapid Electronics: транзисторы
Типы транзисторов
Существует два типа стандартных (биполярных) транзисторов: NPN и PNP , с различными символами цепи, как показано на рисунке. Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, используемого для изготовления транзистора. Большинство транзисторов, используемых сегодня, являются транзисторами NPN, потому что их легче всего изготовить из кремния. Если вы новичок в электронике, лучше всего начать с изучения того, как использовать транзисторы NPN.
Выводы маркированы база (Б), коллектор (С) и эмиттер (Е).
Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но они не так уж важны.
помогают понять, как используется транзистор, так что просто относитесь к ним как к меткам.
Пара Дарлингтона – это два транзистора, соединенных вместе. чтобы получить очень высокий коэффициент усиления по току.
В дополнение к биполярным транзисторам существуют полевые транзисторы , которые обычно именуемый FET s. У них разные символы и свойства цепей, и они не рассматриваются на этой странице.
Соединительный
Транзисторы имеют три вывода, которые должны быть правильно подключены. Будьте осторожны, потому что неправильно подключенный транзистор может выйти из строя сразу после включения.
Ориентация транзистора может быть ясной из схемы компоновки печатной платы или платы, в противном случае вы необходимо обратиться к каталогу или веб-сайту поставщика, чтобы определить потенциальных клиентов.
На рисунках показаны выводы для некоторых распространенных типов корпусов транзисторов.
Обратите внимание, что схемы выводов транзисторов показывают вид с ниже с
ведет к вам. Это противоположно схемам выводов микросхемы, на которых показан вид сверху.
Пайка
Транзисторы могут быть повреждены нагреванием при пайке, поэтому, если вы не являетесь экспертом, целесообразно использовать радиатор, прикрепленный к проводу между соединением и корпусом транзистора. Можно купить специальный инструмент, а стандартную клипсу-крокодил (без пластиковой крышки) работает так же и дешевле.
Не путайте этот временный радиатор с постоянным радиатором (описан ниже) которые могут потребоваться силовому транзистору для предотвращения его перегрева во время работы.
Проверка транзистора
Транзисторы могут быть повреждены нагреванием при пайке или неправильным использованием в цепи. Если вы подозреваете, что транзистор может быть поврежден, есть два простых способа проверить его :
.1. Проверка мультиметром
Используйте мультиметр или
простой тестер (батарея, резистор и светодиод)
проверить каждую пару отведений на проводимость. Настройте цифровой мультиметр на проверку диодов.
и аналоговый мультиметр для диапазона низкого сопротивления.
Проверка каждой пары выводов в обоих направлениях (всего шесть тестов):
- Соединение база-эмиттер (BE) должно вести себя как диод, а проводить только в одну сторону .
- Переход база-коллектор (BC) должен вести себя как диод, а проводить только в одну сторону .
- коллектор-эмиттер (CE) не должен проводить в любом направлении .
На схеме показано, как ведут себя переходы в транзисторе NPN. Диоды перевернуты в транзисторе PNP, но можно использовать ту же процедуру проверки.
Проверка транзистора NPN
2. Тестирование в простой схеме
Подключите транзистор к показанной простой схеме.
Напряжение питания не критично, подойдет любое от 5В до 12В.
Эту схему можно быстро построить, например, на макетной плате. Позаботьтесь о том, чтобы включить 10k
резистор в соединении с базой, иначе вы разрушите транзистор при проверке!
Если транзистор исправен, светодиод должен загореться при нажатии переключателя и не светится при отпускании переключателя.
Для проверки транзистора PNP используйте ту же схему, но поменяйте местами светодиод и напряжение питания.
Некоторые мультиметры имеют функцию проверки транзисторов, которая обеспечивает известный базовый ток и измеряет ток коллектора, чтобы отобразить коэффициент усиления по постоянному току транзистора h FE .
Простая схема переключения
для проверки транзистора NPN
Коды транзисторов
В Великобритании используются три основных серии кодов транзисторов:
Коды, начинающиеся с B (или A), напр. BC108
Первая буква B для кремния, A для германия (сейчас используется редко).
Вторая буква указывает тип; например, C означает маломощную звуковую частоту;
D означает звуковую частоту высокой мощности; F означает низкую мощность высокой частоты. Остальная часть кода идентифицирует конкретный транзистор.
В системе нумерации нет очевидной логики.
Иногда в конце добавляется буква (например, BC108C) для обозначения специальной версии.
основного типа, например более высокий коэффициент усиления по току или другой стиль корпуса.
Если в проекте указана версия с более высоким коэффициентом усиления (BC108C), ее необходимо использовать.
но если указан общий код (BC108), подойдет любой транзистор с этим кодом.
Коды, начинающиеся с TIP, например. TIP31A
TIP относится к производителю: силовой транзистор Texas Instruments. Буква в конце обозначает версии с другим номинальным напряжением.
Коды, начинающиеся с 2N, напр. 2N3053
Начальная цифра 2N идентифицирует деталь как транзистор, а остальная часть кода идентифицирует конкретный транзистор. В системе нумерации нет очевидной логики.
Выбор транзистора
В большинстве проектов указывается конкретный транзистор, но обычно можно заменить его эквивалентным транзистором. из имеющегося широкого ассортимента. Наиболее важными свойствами, на которые следует обратить внимание, являются максимальный ток коллектора I С и коэффициент усиления по току h FE . Чтобы облегчить выбор, большинство поставщиков группируют свои транзисторы по категориям.
определяется либо их типичным использованием , либо максимальной мощностью рейтингом.
Чтобы сделать окончательный выбор, вам может понадобиться ознакомиться с таблицами технических данных, представленными в каталогах, книгах и в Интернете. Они содержат много полезной информации, но могут быть трудны для понимания, если вы не знакомы с используемые термины и сокращения.
Вот некоторые из терминов, которые вы, вероятно, увидите:
Структура – тип транзистора, NPN или PNP, заменитель должен быть того же типа.
Корпус типа – расположение выводов.
I C макс. – максимальный ток коллектора.
В CE макс. – максимальное напряжение на переходе коллектор-эмиттер, игнорируйте это для низковольтных цепей.
ч ФЭ – коэффициент усиления по току (строго коэффициент усиления по постоянному току).
Гарантированное минимальное значение дано, потому что фактическое значение варьируется от транзистора к транзистору – даже для одного и того же типа!
Обратите внимание, что текущее усиление — это просто число, поэтому оно не имеет единиц измерения. Коэффициент усиления часто указывается при определенном токе коллектора I C который обычно находится в середине диапазона транзистора, например, «100@20 мА» означает усиление не менее 100 при 20 мА.
Иногда указываются минимальные и максимальные значения. Поскольку коэффициент усиления примерно постоянен для различных токов, но изменяется от
транзистор к транзистору эта деталь представляет интерес только для специалистов.
P до макс. – максимальная полная мощность, которую можно развить в транзисторе, обратите внимание, что для достижения максимального рейтинга потребуется радиатор. Этот рейтинг важен для транзисторов, работающих как усилители, мощность примерно равна I C × V CE . Для транзисторов, работающих как ключи, большее значение имеет максимальный ток коллектора (I C макс.).
Категория — типичное применение транзистора, хорошая отправная точка при поиске замены. Для разных категорий могут быть отдельные таблицы.
Возможные заменители – транзисторы с аналогичными электрическими свойствами, которые подойдут заменители в большинстве цепей. Они могут иметь другой стиль корпуса, поэтому будьте осторожны при размещении на печатной плате.
Rapid Electronics: транзисторы
Радиаторы для транзисторов
Радиаторы необходимы для транзисторов, пропускающих большие токи.
Отработанное тепло образуется в транзисторах из-за протекающего через них тока. Если вы обнаружите, что транзистор становится слишком горячим, чтобы до него можно было дотронуться, ему определенно нужен радиатор! Радиатор помогает рассеивать (удалять) тепло, передавая его окружающему воздуху.
Фотография © Rapid Electronics
Скорость производства сбросного тепла называется тепловой мощностью, P. Обычно ток базы I B слишком мал, чтобы выделять много тепла, поэтому мощность определяется коллекторным током I C и напряжением V CE на транзисторе:
| P = I C × V CE |
Нагрев не является проблемой, если I C мал или если транзистор используется в качестве
переключиться, потому что, когда «полный» V CE почти нулевой.
Однако силовые транзисторы, используемые в таких схемах, как аудиоусилитель или регулятор скорости двигателя, будут частично
на большую часть времени V и CE может составлять примерно половину напряжения питания. Эти силовые транзисторы почти
обязательно нужен радиатор, чтобы предотвратить их перегрев.
обычно имеют отверстия под болты для крепления радиаторов, но также доступны радиаторы с клипсами. Убедитесь, что вы используете правильный тип транзистора. Многие транзисторы имеют металлические корпуса, которые соединены с одним из выводов. возможно, потребуется изолировать радиатор от транзистора. Изоляционные комплекты доступны с листом слюды и пластиковой втулкой для болта. Теплопроводящая паста может быть использована для улучшения потока тепла от транзистора к транзистору. теплоотвод, это особенно важно, если используется изоляционный комплект.
Комплект изоляции
Теплопроводная паста
Фотографии © Rapid Electronics
Характеристики радиатора
Радиаторы оцениваются по их тепловому сопротивлению (Rth) в °C/Вт.
Например, 2°C/Вт означает, что теплоотвод (и, следовательно, компонент, прикрепленный к нему) будет иметь температуру 2°C. горячее окружающего воздуха на каждый 1 Вт тепла, который он рассеивает.
Обратите внимание, что более низкое тепловое сопротивление означает лучший теплоотвод .
Расчет необходимой мощности радиатора:
- Сначала найдите рассеиваемую тепловую мощность:
(если сомневаетесь, используйте максимально возможное значение для I C и предположите, что V CE составляет половину напряжения питания).P = I C × V CE
Пример: транзистор проходит 1 А и подключен к источнику питания 12 В, поэтому мощность составляет около 1 × ½ × 12 = 6 Вт. - Найдите максимальную рабочую температуру (Tmax) для транзистора, если это возможно, в противном случае примите Tmax = 100 °C.
- Рассчитать максимальную температуру окружающей среды (окружающего воздуха) (Tair).
Если теплоотвод будет снаружи корпуса, Tair = 25°C разумно,
но внутри она будет выше (возможно, 40°C), что позволит всему прогреться в процессе работы.
- Рассчитайте максимальное тепловое сопротивление (Rth) радиатора, используя:
С примерными значениями, приведенными выше: Rth = (100-25)/6 = 12,5 °C/Вт.Rth = (Tmax – Tair) / P - Выберите радиатор с тепловым сопротивлением меньше , чем значение, рассчитанное выше (помните, что более низкое значение означает лучший отвод тепла), например, 5°C/Вт было бы разумным выбором, чтобы обеспечить запас прочности. Теплоотвод 5 °C/Вт, рассеивающий 6 Вт, будет иметь разность температур 5 × 6 = 30 °C. поэтому температура транзистора повысится до 25 + 30 = 55 °C (безопасно меньше, чем максимум 100 °C).
- Все вышеизложенное предполагает, что транзистор имеет ту же температуру, что и радиатор.
Это разумное предположение, если они прочно скреплены болтами или зажимами.
Однако вам, возможно, придется положить лист слюды или что-то подобное между ними, чтобы обеспечить электрическую изоляцию.
тогда транзистор будет горячее радиатора и расчет усложнится. Для обычных листов слюды вы должны вычесть 2°C/Вт из значения теплового сопротивления (Rth), рассчитанного на шаге 4 выше.
Или используйте метод проб и ошибок!
Если описанные выше шаги кажутся вам слишком сложными, вы можете попробовать подключить радиатор среднего размера и надеяться на лучшее. Осторожно следите пальцем за температурой транзистора, если станет уж больно горячим выключайте немедленно и используйте радиатор большего размера.
Rapid Electronics: радиаторы
Почему термостойкость?
Термин «термическое сопротивление » используется потому, что он аналогичен электрическому сопротивлению:
- Разница температур на радиаторе (между транзистором и воздухом) подобна напряжению (разнице потенциалов) на резисторе.
- Тепловая мощность (скорость нагрева), протекающая через радиатор от транзистора к воздуху, аналогична току, протекающему через резистор.
- Таким образом, R = V/I становится Rth = (Tmax – Tair)/P
- Точно так же, как вам нужна разница напряжений для протекания тока, вам нужна разница температур для протекания тепла.
