Транзистор как работает: простым языком для чайников, схемы

Как работает транзистор

Рассмотрим мы устройство транзисторов на примере МОП-транзисторов, также именуемых «полевыми». 

Принцип их действия прост и элегантен: в кристалле кремния создаются близлежащие зоны с разной проводимостью (если основной кристалл имеет электронную проводимость (n), то у зон создаётся «дырочная» проводимость (p), и наоборот). Одна область принимается за входную и называется истоком, другая служит выходом (сток). 

Между ними наращивается изолирующая подложка из диоксида кремния (или другого подходящего диэлектрика) толщиной около 200 нм. На подложку наносится слой металла, который и будет управляющим электродом (затвором). Вот этот «бутерброд» со структурой «металл-оксид-полупроводник» и есть полевой транзистор.

И как всё это работает? Наша задача — контролировать протекание тока между истоком и стоком через затвор

. Относительно последнего и будем рассматривать функционал транзистора.

Если затвор электрически нейтрален, то электроны не могут преодолеть перемычку между истоком и стоком, даже если приложить к ним достаточно высокое напряжение. Говоря иначе, транзистор будет закрыт, и ток через него не пойдёт. Как его открыть? Очень просто — подать на затвор «плюсовое» напряжение и зарядить электрод, который создаст сильное электрическое поле. Оно притянет электроны к затвору, и под изолирующей подложкой появится зона высокой концентрации носителей заряда — канал, по которому они смогут пройти разделительную область обратной проводимости.

Такой режим работы полевого транзистора называется обогащением. А что же происходит при обеднении? Очевидно, что отрицательный потенциал будет расталкивать электроны в разные стороны, и никакой ток через разделительную зону не пройдёт. Отсюда уже совсем недалеко до ячейки памяти, ведь полевой транзистор пропускает или не пропускает ток в зависимости от того, есть ли потенциал на затворе. А он, как мы выяснили, представляет собой проводник, изолированный со стороны стока-истока. Если же изолировать затвор и со стороны внешней электрической цепи, то проводник сможет сохранять заряд достаточно долго.

То есть полевой транзистор может выступать в роли ячейки памяти, состояние которой сохраняется и при отключении внешнего питания.

На практике затвор представляет собой изолированную пластину конденсатора. Такой тип полевых транзисторов получил название FLOTOX (Floating Gate Tunnel-OXide — плавающий затвор с туннелированием в окисле). Настоящая мистика начинается, когда требуется изменить состояние затвора. Он электрически изолирован, то есть отделён слоем диэлектрика толщиной всего в десяток атомарных слоёв. Если подать повышенное в 2–3 раза напряжение на сток и затвор (на сток «минус», на затвор и исток «плюс»), возникнет канал проводимости. Температура (то есть кинетическая энергия) некоторых электронов превысит среднюю, и часть из них сможет преодолеть слой диэлектрика.

Это явление называется инжекцией «горячих» электронов (CHEI — Channel Hot Electrons Injection). В итоге заряд затвора изменится на отрицательный за счёт избытка электронов, и транзистор сможет реагировать на внешний сигнал, то есть сохранять информацию.

Снятие заряда затвора основано на методе квантово-механического туннелирования, впервые описанного физиками

Ральфом Фаулером и Лотаром Нордхеймом (FNT — Fowler-Nordheim tunneling). Если подать повышенное напряжение на исток и затвор (на исток «плюс», на затвор «минус), то электрическое поле вытолкнет электроны в направлении изолирующей подложки, придав им дополнительную энергию. А дальше они исчезнут, чтобы возникнуть уже с другой стороны диэлектрика! Классическая механика объяснить такой эффект не может, но если учесть волновые свойства элементарных частиц и вероятностный характер их поведения… Вот такие физические сюрпризы спрятаны в самых обычных флешках.

Как работает Транзистор. Схемы включения ОЭ ОК ОБ. Усиление. ТТЛ Логика

Транзистор — это полупроводниковый радиотехнический элемент, который нашел большое применение в радиотехнике. Почему полупроводниковый?Потому что он состоит из p-n или n-p областей (полупроводников), которые — в отличие от чистого проводника — умеют как пропускать ток,так и блокировать его прохождение в зависимости от полярности напряжения (+/-) на концах полупроводника. Сейчас транзисторы входят всостав всех современных радиоустройств. Почему они такие популярные? Дело в том, что они могут выполнять большое количество фукнций: усиливать сигнал,сравнивать сигналы, работать в качестве ключа (пропускать или не пропускать сигнал) и т.д. Подробнее об устройстве транзистора, видах его включения иобластях применения вы узнаете из обучающиего анимационного ролика ниже.

Как работает транзистор? Схемы включения: ОЭ — общий эмиттер, ОК — общий коллектор, ОБ — общая база.

Режимы работы:Усиление / ТТЛ логика

В этом десятиминутном анимационном обучающем ролике я демонстрирую, как устроен транзистор, а также как устроены и работаютобычный p-n переход и более сложные p-n-p и n-p-n переходы.Помимо этого я рассказываю о полярности включения p-n перехода, схемах включения и режимах работы транзистора: усилении и TTL логике.

Привет. Меня зовут Александр Птичкин. Я являюсь основателем первого в России анимационного проекта по обучениюанимации и мультипликации в программе Anime Studio Pro (Moho Pro). На моем счету более 400 уроков по работе в Moho и смежных санимацией программах видеомонтажа.

Обучение радиотехнике — это дочерний проект портала Mult-uroki.ru. Здесь я хочу поделиться с вами знаниями и навыками, которые получил частично во время учебы, но больше -во время работы на заводе по специальности «радиотехник». За 6 лет я успел поработать как телефонистом, так и контролером ОТК, проверяявыходные сигналы со схем на осциллографах, и не разна своей должности сталкивался с работой радиодеталей. Всю информацию я даю в виде упрощенного объяснения на базе анимационныхроликов, которые сделал сам. Иногда в уроках я сильно обобщаю, иногда что-то не успеваю рассказать, поскольку сосредотачиваюсь на главной цели — донести идею работы приборов.Более подробно эти моменты вы изучите в школах и институтах.

Если проект вам понравится и соберет достаточное количество лайков,отзывов под видео и в комментариях, если я услышу от вас пожелания продолжать это направление, то выпущу еще много интересныханимационных обучающих видеоуроков на эту тему.

Мета Теги:

с общим эмиттером, транзистор схема, какой конденсатор, индуктивность катушки колебательного контура, как сделать металлоискатель, два резистора, электрический ток, как сделать металлоискатель, обратный диод, индуктивность катушки колебательного, электроемкость конденсатора, красный диод, полупроводниковый прибор, тесла, переменная катушка индуктивности, транзистор n, как проверить конденсатор тестером, сила тока, однополупериодная схема выпрямления, эдс катушки индуктивности, как обозначается конденсатор на схеме, тиристорный пускатель, электрический ток, 12054

Наши сайты:

All content is Copyright (с) Александр Птичкин 2013 — 2021
Копирование любых материалов с сайта запрещено
Почта: multuroki@gmail. com

усилительный элемент, как он работает

Транзистор является трехэлектродным полупроводниковым прибором. Его основой (базой), как и у полупро-водникового диода, которому был посвящен третий практикум, служит пластинка полупроводника, но в объеме этого полупроводника искусственно созданы две противоположные ему по — электропроводности области (рис. 26).

Пластинка полупроводника и две области в ней образуют два р-n перехода. Если две крайние области обладают электропроводностью R-типа, а пластинка электропроводностью n-типа, такой транзистор имеет структуру р-n-р (рис. 26, а). Если, наоборот, электропроводность крайних областей «-типа, а пластинки — р-типа, такой транзистор имеет структуру n

-р-n (рис. 26, б).

Независимо от структуры транзистора, саму пластинку полупроводника называют базой (б), крайнюю область меньшего объема — эмиттером (э), другую крайнюю область большего объема — коллектором (к). Переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, между коллектором и базой — коллекторным.

Условные изображения на схемах транзисторов разных структур отличаются только тем, что стрелка, обозначающая эмиттер, у транзистора структуры р-n-р обращена в сторону базы, а у транзистора структуры n-р-n от базы. Стрелка эмиттера символизирует направление тока через транзистор.

У начинающих радиолюбителей наибольшей популярностью пользуются транзисторы структуры р-n-р. Такую структуру имеют, например, низкочастотные маломощные транзисторы серий МП39…МП42. Для этого практикума можно использовать любой из транзисторов этих серий.

Переходы транзистора — диоды. Транзистор можно представить себе как два включенных встречно диода, совмещенных в одной пластинке полупроводника и имеющих один общий катод, роль которого выполняет база транзистора. В этом нетрудно убедиться на опыте.

Между коллектором и базой транзистора включи соединенные последовательно батарею 3336Л и лампочку накаливания, рассчитанную на напряжение 2,5 В и ток 0,15 А.

Если плюс источника напряжения соединен базой, а минус с коллектором, то лампочка гореть не будет (рис. 27), При другой полярности напряжения источника питания лампочка должна гореть.

В первом случае постоянное напряжение подается на коллекторный переход в обратном, то есть непропускном направлении. В это время коллекторный р-n переход закрыт, его сопротивление велико и через него, как и через закрытый диод, течет незначительный обратный ток, именуемый в данном случае обратным током коллектора Iкo.

У исправного транзистора серий МП39…МП42 обратный ток коллектора не превышает, как правило, 20…30 мкА. Такой ток не может накалить нить лампочки. При втором включении батареи ее напряжение подано на коллекторный переход в прямом, то есть пропускном, на-правлении переход открыт и через него течет прямой ток коллектора Iк, сила которого определяется в основном сопротивлением нити лампочки и внутренним сопротивлением источника питания.

Проведи аналогичный опыт с эмиттерным р-n переходом. Результат будет таким же: при обратном напряжении переход будет закрыт, при прямом — открыт. Различают два основных режима работы транзистора: режим переключения, именуемый иногда ключевым, и режим усиления.

Транзистор в режиме переключения. Опыт, иллюстрирующий работу транзистора в таком режиме, проводи по схеме, показанной на рис. 28. Между эмиттером и коллектором транзистора V включи последовательно соединенные батарею GB (3336Л), выключатель 5 (тумблер) и ту же лампочку накаливания (2,5 ВХО,15 А).

Они образуют коллекторную цепь транзистора. Положительный электрод батареи должен быть соединен с эмитте-ром, а отрицательный — с коллектором (через выключатель и лампочку). Замкни проволочной перемычкой базу с эмиттером (на схеме рис. 28 показано штриховой линией) и включи питание. Лампочка, включенная в коллекторную цепь транзистора, не горит.

Удали перемычку и на некоторое время включи между этими электродами транзистора последовательно соединенные один гальванический элемент 332 (G) и резистор (Rб) сопротивлением 100. ..200 Ом, но так, чтобы минус элемента был обращен к базе, а плюс к эмиттеру. Лампочка горит, хотя, возможно, неярко.

Поменяй местами полярность элемента. Теперь лампочка не горит. Повтори этот опыт несколько .раз, и ты убедишься в том, что лампочка в коллекторной цепи горит только тогда, когда на базе относительно эмиттера бывает отрицательное напряжение.

В первом из этих опытов, когда ты, соединив перемычкой базу с эмиттером, замкнул накоротко эмиттерный переход, транзистор стал просто диодом, на который подавалось обратное, закрывающее его напряжение. Через него шел лишь незначительный неуправляемый обратный ток коллекторного перехода. Транзистор находился в закрытом состоянии.

Удалив перемычку, ты восстановил эмиттерный переход. Первым включением элемента на базу было подано небольшое постоянное напряжение Uб в прямом для эмиттерного перехода направлении. Эмиттерный переход открылся, через него пошел прямой ток, который открыл второй переход транзистора — коллекторный. Транзистор оказался открытым, и по цепи эмиттер — база — коллектор пошел ток транзистора, который значительно больше тока в цепи эмиттер — база. Он и накалил нить лампочки.

Когда ты изменил полярность включения элемейта на обратную, положительное напряжение Uб закрыло эмиттерный переход, а вместе с ним закрылся и коллекторный переход. При этом ток через транзистор почти прекратился, и лампочка не горела.

В этих опытах транзистор был в одном из двух состояний: открытом или закрытом. Переключение транзистора из одного состояния в другое происходило под действием тока в цепи эмиттер — база, создаваемого напряжением на базе. Это и есть режим переключения. Такой режим работы транзистора широко используют, в частности, в аппаратуре электронной автоматики.

Измерь миллиамперметром токи базовой и коллекторной цепей транзистора. Ток в базовой цепи может быть несколько миллиампер, а в коллекторной достигать 80…100 мА. Значит, можно сделать вывод: относительно небольшой ток базы управляет значительным током коллекторной цепи транзистора. Транзистор, следовательно, усиливает ток.

Усилительные свойства транзистора характеризуются статическим коэффициентом передачи тока базы h31Э (читают так: аш-два-один-Э). Большая буква Э в обозначении говорит о том, что при измерении этого параметра транзистор включают по так называемой схеме с общим эмиттером. Практически можно считать, что коэффициент h21Э равен частному от деления тока коллектора Iк на ток базы Iб, то есть

Если, например, ток коллектора в 50 раз больше тока базы, то можно считать, что статический коэффициент передачи тока этого транзистора равен приблизительно 50. Обычно в радиолюбительских конструкциях усилителей или приемников используют транзисторы с коэффициентом Ii2ia от 30…40 до 80…100. Чем он больше, тем, естественно, транзистор может дать большее усиление сигнала.

Какова в проведенных опытах роль резистора R$? Ограничивать ток базы и тем самым предотвращать тепловой пробой эмиттерного перехода. Вообще же во время этих опытов транзистор работал при базовом и коллекторном токах, превышающих допустимые. Длительное использование маломощного транзистора при таких токах может привести к выходу его из строя.

Транзистор в режиме усиления. Для иллюстрации работы транзистора в этом режиме проведи следующую серию опытов с тем же транзистором. Первый опыт проиллюстрирован на рис. 29. Это простейший одно-транзисторный усилитель низкой частоты (НЧ). Зажимы слева («Вход»), куда подводится усиливаемый низкочастотный сигнал, являются входом, а участок коллекторной цепи транзистора, в которую включена нагрузка — телефоны BI — выходом усилителя НЧ.

Между базой транзистора и минусовым проводником батареи GB, питающей усилитель, включи резистор Re, сопротивление которого подбери опытным путем (что на схемах обозначают звездочкой). Через него на базу должно подаваться небольшое, около 0,1…0,15 В, начальное отрицательное напряжение, именуемое смещением.

Напряжение смещения создает в базовой цепи ток, приоткрывающий транзистор. Резистором Rб устанавливают исходный ток коллектора IК| соответствующий работе транзистора в режиме усиления. Без смещения транзистор будет искажать усиливаемый сигнал.

Конденсатор Сраз на входе усилителя является разделительным элементом: не оказывая заметного сопротивления колебаниям НЧ, то есть электрическим колебаниям звукового диапазона, он в то же время должен препятствовать замыканию постоянной составляющей базовой цепи транзистора на плюсовой проводник батареи питания через источник усиливаемого сигнала. Роль разделительного, или связывающего элемента, может выполнять электролитический конденсатор любого типа (ЭМ, К50-3, К50-6) емкостью 5… 10 мкФ на номинальное напряжение 6…10 В.

Транзистор V, базовый резистор Rб и электролитический конденсатор Сраз смонтируй на пластинке из картона или сухой фанеры (см. рис, 29 внизу) размерами примерно 60X120 мм. На свободном месте этой монтажной платы позже можно будет смонтировать второй каскад усиления колебаний низкой частоты.

Желательно, чтобы головные телефоны В1, включаемые в коллекторную» цепь транзистора, были низкоомны-ми (например, ТА-56), с катушками электромагнитов сопротивлением постоянному току 60…120 Ом. Можно также использовать телефонный капсюль ДЭМ-4М, включив его, как и телефоны, непосредственно в коллекторную цепь транзистора.

Обрати особое внимание на полярность включения электролитического конденсатора Сраз: отрицательной обкладкой он должен быть соединен с базой, где относительно эмиттера действует наибольшее (0,1…0,2 В) отрицательное напряжение смещения, открывающее транзистор, а положительной обкладкой — с эмиттером (через источник усиливаемого сигнала).

Проверь монтаж — нет ли ошибок. Если монтаж выполнен точно по принципиальной схеме усилителя, то включи в коллекторную цепь транзистора миллиамперметр (на схеме эта точка обозначена крестом), подключи батарею и, подбирая резистор Rб, установи в коллекторной цели ток покоя, равный 1. ..2 мА.

Если ток меньше рекомендуемого, то в базовую цепь включай резистор меньшего сопротивления, если, наоборот, больше, — резистор большего сопротивления. Вообще же, чем больше коэффициент h31Э транзистора, тем больше должно быть сопротивление базового резистора.

Затем подай на вход усилителя низкочастотный сигнал, источником которого может быть, например, абонентский громкоговоритель .(на рис. 29 — В2), который можно использовать как электродинамический микрофон.

Если говорить перед таким «микрофоном», то создаваемые им колебания звуковой частоты будут усиливаться транзистором, а телефоны, включенные в коллекторную цепь, преобразовывать их в звук.

Чтобы лучше ощутить эффект усиления, подключи этот источник низкочастотного сигнала сначала непосредственно к телефонам, выключив предварительно питание, а затем вновь ко входу усилителя. Разница в громкости звучания телефонов должна быть значительной.

На вход усилителя можно включить звукосниматель (прибор, преобразующий механические колебания иглы в электрические колебания) и проиграть грампластинку — в телефонах на выходе усилителя будут слышны достаточно громкие звуки мелодии или голос певца, записанные на грампластинку.

Отключи временно резистор Re, от базы или минусового проводника источника питания. Как теперь звучат телефоны? Тише и, кроме того, со значительными искажениями звука.

Так и должно быть, так как транзистор работает без смещения. В этом случае эмиттерный переход транзистора открывается только при отрицательных полупериодах входного сигнала, а при положительных полупериодах он остается закрытым. Отсюда и искажения.

На предыдущем практикуме, посвященном колебательному контуру, ты сделал детекторный приемник. Теперь, пользуясь рис. 30, добавь к нему усилитель низкой частоты. Здесь резистор RH сопротивлением 10…12 кОм, заменивший головные телефоны детекторного приемника, выполняет роль нагрузки детектора VI. Создающиеся на нем колебания низкой частоты через разделительный конденсатор Сраз поступают на вход усилителя.

Обрати внимание на включение диода VI, выполняющего роль детектора: катодом он соединен с колебательным контуром, а анодом — с нагрузочным резистором.

Теперь телефоны звучат значительно громче, чем в детекторном приемнике.

В этих опытах на вход усилителя подавалось переменное напряжение низкой частоты, источником которого были: в первом опыте — электродинамическая головка абонентского громкоговорителя, преобразующая звуковые колебания в электрические, во втором — выходная цепь детекторного приемника.

Эта переменное напряжение Uб (см. графики на рис. 29) создавало в цепи эмиттер — база слабый переменный ток, управляющий значительно большим током коллектора IК: при отрицательных полупериодах на базе коллекторный ток увеличивался, при положительных — уменьшался. Происходило усиление, а усиленный сигнал преобразовывался телефонами в звуковые колебания. Транзистор работал в режиме усиления.

В опытах этого практикума использовался транзистор структуры р-n-р. Аналогичные опыты можно провести и с маломощными транзисторами структуры n-р-n, например, серий МП35. ..МП38, КТ315. В этом случае надо только изменить полярность включения источника питания и электролитического конденсатора. Запомни; коллектор транзистора структуры n-р-n должен соединяться через нагрузку с плюсом, а эмиттер — с минусом источника питания.

В заключение — коротко о способах включения транзистора. Во всех опытах этого практикума, кроме самого первого, транзистор был включен по схеме с общим эмиттером. Усиливаемый сигнал подводился к выводам базы и эмиттера, а усиленный сигнал снимался с участка цепи между выводами эмиттера и коллектора. Эмиттер, таким образом, был общим для входной и выходной цепей транзистооа. Отсюда и название способа включения транзистора: с общим эмиттером, оно особенно распространено в радиолюбительской практике.

Литература:  Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. 1984.

Как устроен транзистор и как он обозначается

Транзистор на пальцах

Жуткая вещь, в детстве все не мог понять как он работает, а оказалось все просто.

В общем, транзистор можно сравнить с управляемым вентилем, где крохотным усилием мы управляем мощнейшим потоком. Чуть повернул рукоятку и тонны дерьма умчались по трубам, открыл посильней и вот уже все вокруг захлебнулось в нечистотах. Т.е. выход пропорционален входу умноженному на какую то величину. Этой величиной является коэффициент усиления.

Делятся эти девайсы на полевые и биполярные.

В биполярном транзисторе есть эмиттер, коллектор и база (смотри рисунок условного обозначения).

На схемах эмиттер — со стрелочкой, а база обозначается как прямая площадка между эмиттером и коллектором.

Между эмиттером и коллектором идет большой ток полезной нагрузки, направление тока определяется стрелочкой на эмиттере. А вот между базой и эмиттером идет маленький управляющий ток. Грубо говоря, величина управляющего тока влияет на сопротивление между коллектором и эмиттером. Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n принципиальная разница только лишь в направлении тока через них.

Полевой транзистор отличается от биполярного тем, что в нем сопротивление канала между истоком и стоком определяется уже не током, а напряжением на затворе. Последнее время полевые транзисторы получили громадную популярность (на них построены все микропроцессоры), т.к. токи в них протекают микроскопические, решающую роль играет напряжение, а значит потери и тепловыделение минимальны.

Обозначение транзисторов или камень преткновения всех студентов. Как запомнить тип биполярного транзистора по его условной схеме? Представь что стрелочка это направление твоего движения на машине… Если едем в стенку то дружный вопль «Писец Нам Писец» (PnP).

Короче, транзистор позволяет слабеньким сигналом, например с ноги микроконтроллера, управлять мощной нагрузкой типа реле, двигателя или лампочки. Если не хватит усиления одного транзистора, то их можно соединять каскадами – один за другим, все мощней и мощней. А порой хватает и одного могучего полевого MOSFET транзистора. Посмотри, например, как в схемах сотовых телефонов управляется виброзвонок. Там выход с процессора идет на затвор силового MOSFET ключа.

Как работает транзистор в режиме переключения? — Радио — Институт

Транзистор, работающий при малых сигналах, остается все время в активной области. Если сигнал достаточно велик, мгновенная рабочая точка транзистора может проходить через три области: отсечки, активную и насыщения. Тогда говорят, что транзистор работает в режиме переключения. Подобные условия работы наблюдаются очень часто в схемах импульсной техники (см. гл. 10) и схемах цифровой техники.
При работе с импульсным сигналом важным практическим вопросом в большинстве случаев является определение скорости, с которой может нарастать выходной ток, когда ко входу подводится сигнал с большой крутизной. Скорость зависит от источника управляющего сигнала (амплитуды и внутреннего сопротивления), цепи между источником и транзистором, управляющей цепи, а также от свойств самого транзистора и выбора его рабочей точки.
С точки зрения свойств транзистора можно показать, что скорость нарастания фронтов выходного сигнала будет тем большей, чем больше предельные частоты транзистора и чем меньше постоянные времени rб’бСб’к и rэ’бСэ’б. В случае работы при больших сигналах дополнительное влияние оказывают явления, происходящие в полупроводнике при переходе из состояния насыщения в состояние отсечки и обратно.
Работа транзистора в режиме переключения представлена на рис.

Работа транзистора в режиме переключения: схема (а) и формы импульса входного напряжения (б), тока базы (в), напряжения эмиттер — база (г), тока коллектора (д), напряжения коллектор — эмиттер (е)

На транзистор, находящийся первоначально в состоянии отсечки, подается управляющий прямоугольный импульс большой амплитуды, который вызывает переход в состояние насыщения перехода эмиттер — база. Ток коллектора нарастает с задержкой, зависящей не только от параметров транзистора, но и от степени управления (глубины насыщения). Крутизна выходного импульса будет тем большей, чем больше возбуждение, т. е. чем больше токи базы. Однако при этом происходит расширение импульса, поскольку выходной импульс еще «длится», несмотря на исчезновение входного импульса. Процесс обусловлен наличием в базе в состоянии насыщения высокой концентрации неосновных носителей, тогда как изменение смещения перехода коллектор — база при переключении из состояния насыщения в активную область требует небольшой концентрации этих носителей.
На это требуется некоторое время, зависящее, в частности, от глубины насыщения и длительности входного сигнала, а также от свойств транзисторов. В справочниках по транзисторам приводятся некоторые данные, определяющие время включения и выключения.
Время включения является суммой времени задержки tз и времени нарастания tн, а время выключения — суммой времени накопления (рассасывания) tр и времени среза tс. Время включения и выключения связано и с другими параметрами транзистора. Например, чем частота fт больше, тем эти времена меньше. Рост емкости С22б увеличивает время включения и выключении. Работа при большом токе коллектора увеличивает время нарастания и спада, но сокращает время накопления. Возрастание тока базы вызывает уменьшение времени включения, но увеличение времени выключения. Работа при малом токе базы, обеспечивающем работу вне области насыщения, связана также с малым коэффициентом передачи транзистора по току.
С точки зрения управления транзистора различают управление током, напряжением и зарядное управление.

Как работают транзисторы — простое объяснение

Транзистор — полезный и практичный компонент, который можно использовать для создания множества интересных проектов. В этом практическом руководстве вы узнаете, как работают транзисторы, и сможете использовать их в своих будущих схемах.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

На самом деле это довольно просто, если вы изучите основы. Мы сосредоточимся на двух наиболее распространенных транзисторах: биполярных и MOSFET.

Транзистор может работать в 2 режимах:

1. ключевой режим
2. режиме усиления

В ключевом режиме транзистор работает как электронный переключатель. Он может включать и выключать ток. Проще всего представить себе транзистор как реле без каких-либо движущихся частей. Транзистор похож на реле в том смысле, что вы можете использовать его для включения и выключения чего-либо.

В режиме усиления транзистор может быть включен частично и это режим работы полезен при усилении слабого сигнала.

Как работают биполярные транзисторы

Начнем с классического биполярного NPN транзистора. У него три вывода:

• База (b — base)
• Коллектор (c — collector)
• Эмиттер (e — emitter)

Когда транзистор включен, то через него может течь ток от коллектора к эмиттеру. Когда он выключен, ток не течет. В приведенном ниже примере транзистор выключен. Это означает, что через него не может протекать ток, поэтому светодиод не светиться.

Чтобы включить транзистор, вам необходимо подать напряжение около 0,7 В на базу относительно эмиттера. Если бы у вас была батарея 0,7 В вы могли бы подключить ее между базой и эмиттером и транзистор бы включился. Поскольку у большинства из нас нет батареи с напряжением 0,7 В, то как мы можем включить транзистор?

Легко! Переход транзистора база-эмиттер работает как диод. Диод имеет прямое напряжение, которое он «берет» из имеющегося напряжения питания. Если вы последовательно подключите резистор, то остальная часть напряжения упадет на резисторе. Таким образом, вы автоматически получите около 0,7 В, добавив всего один резистор.

Это тот же принцип используется для ограничения тока через светодиод, чтобы он не сгорел.

Если вы еще добавите кнопку, то вы можете управлять транзистором и, следовательно, светодиодом, включая и выключая его с помощью кнопки:

Выбор номиналов компонентов схемы

Чтобы выбрать необходимые номиналы компонентов, вам нужно знать еще один важный параметр транзистора — коэффициент усиления.

Когда ток течет от базы к эмиттеру, транзистор включается, так что больший ток может течь от коллектора к эмиттеру.

Между величинами этих двух токов существует связь. Это называется усилением транзистора. Для транзистора общего назначения, такого как BC547 или 2N3904 коэффициент усиления составляет в среднем около 100. Это означает, что если вы подадите ток 0,1 мА на переход база-эмиттер, то по направлению коллектор-эмиттер вы получите ток 10 мА (в 100 раз больше).

Какое должно быть сопротивление резистора R1, чтобы получить ток 0,1 мА?

Если у нас в качестве источника питания батарея 9 В и мы знаем что падение напряжения на переходе база-эмиттер составляет 0,7 В, то на резисторе останется 8,3 В. Чтобы найти сопротивление резистора вы можете использовать закон Ома:

То есть вам необходимо использовать резистор сопротивлением 83 кОм. Это не стандартное значение, поэтому из стандартного номинального ряда возьмем самое близкое значение равное 82 кОм.

Резистор R2 предназначен для ограничения тока, проходящего через светодиод. Сопротивление 1 кОм будет достаточным.

Как подобрать транзистор

NPN-транзистор является наиболее распространенным типом биполярных транзисторов. Но есть еще один тип биполярного транзистора — PNP-транзистор, который работает точно также как и NPN-транзистор, только все токи идут в противоположном направлении.

При выборе транзистора важно учитывать, какой ток транзистор может пропустить через себя без повреждения. Это называется током коллектора (Ic ).

Как работает MOSFET транзистор

MOSFET транзистор (полевой транзистор) — еще один очень распространенный тип транзистора. Он также имеет три вывода:

• Затвор (G — gate )
• Исток (S — source )
• Сток (D — drain )

N-канальный MOSFET работает также как и биполярный NPN-транзистор, но с одним важным отличием:

• В биполярном NPN транзисторе ток, протекающий через переход база-эмиттер определяет силу тока, текущего через переход коллектор-эмиттер.
• В MOSFET транзисторе напряжение между затвором и истоком определяет, какой ток будет течь от стока к истоку.

Вот почему для MOSFET транзистора вам не нужен резистор, включенный последовательно с затвором, как в случае с NPN-транзистором. Вместо этого вам понадобится резистор, подключенный между затвором и минусом питания, чтобы надежно отключить транзистор, когда кнопка не нажата:

Поскольку напряжение на затворе определяет, сколько тока может протекать от стока к истоку, вы можете подумать о добавлении резистора последовательно с кнопкой. Таким образом, у вас получиться делитель напряжения, с помощью которого вы можете выставить точное напряжение на затворе.

Как выбрать MOSFET-транзистор

В приведенном выше примере используется N-канальный полевой транзистор. Полевые транзисторы с P-каналом работают так же, только ток течет в противоположном направлении, а напряжение затвор-исток должно быть отрицательным.

На выбор доступны тысячи различных полевых транзисторов. Но если вы хотите построить схему, приведенную выше, то вы можете применить BS170 или IRF510.

При выборе полевого транзистора следует учитывать две вещи:

1. Пороговое напряжение затвор-исток. Для включения транзистора требуется более высокое напряжение.
2. Непрерывный ток стока. Это максимальный ток, который может протекать через транзистор.

Есть и другие важные параметры, о которых следует помнить, в зависимости от области применения. Но это выходит за рамки данной статьи. Помните об этих двух параметрах, и у вас будет хорошая отправная точка.

Зачем нужен транзистор?

У меня часто возникает вопрос: зачем нам транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к батарее?

Преимущество транзистора заключается в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большим током и напряжением.

Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многое другое при помощи микроконтроллера / Raspberry Pi / Arduino. Выход микроконтроллера может обеспечить всего несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять, например уличным освещением 230 В, вы не можете сделать это напрямую микроконтроллером

Вместо этого вы можете использовать реле. Но даже реле обычно требует большего тока, чем может обеспечить выход микроконтроллера. Поэтому вам понадобится транзистор для управления реле:

 

Транзистор как усилитель

Транзистор также может работать в качестве усилителя слабых сигналов, то есть он может находиться в любом положении между «полностью включено» и «полностью выключено».

Это означает, что слабый сигнал может управлять транзистором и создать более сильную копию этого сигнала на переходе коллектор-эмиттер (или сток-исток). Таким образом, транзистор может усиливать слабые сигналы.

Вот простой усилитель для управления динамиком сигналом прямоугольной формы:

 

Блок питания 0…30 В / 3A

Набор для сборки регулируемого блока питания. ..

IGBT транзисторы. Устройство и работа. Параметры и применение

В настоящее время в электронике имеют большую популярность IGBT транзисторы. Если расшифровать эту аббревиатуру с английского языка, то это биполярный транзистор с изолированным затвором. Он применяется в виде электронного мощного ключа для систем управления приводами механизмов, в источниках питания.

IGBT транзисторы

Этот силовой транзистор сочетает в себе свойства биполярного и полевого транзистора. Он управляется путем подачи напряжения на затвор, изолированный от цепи. Характерным свойством этого транзистора является низкая величина мощности управления, которая применяется для переключений мощных силовых цепей.

Наибольшей популярностью пользуются IGBT в силовых цепях преобразователей частоты и электродвигателей переменного тока мощностью до 1 мегаватта. По вольтамперным свойствам эти транзисторы аналогичны биполярным моделям полупроводников, но качество и чистота коммутации у них намного больше.

Современные технологии изготовления дают возможность оптимизировать транзисторы по функциональным характеристикам. Уже разработаны полупроводники, способные работать при большем напряжении и величине тока.

Основные параметры

• Управляющее напряжение – это разность потенциалов, способная управлять работой затвора.
• Наибольший допустимый ток.
• Напряжение пробоя между эмиттером и коллектором.
• Ток отсечки эмиттер-коллектор.
• Напряжение насыщения эмиттер-коллектор.
• Входная емкость.
• Выходная емкость.
• Паразитная индуктивность.
• Период задержки подключения.
• Период задержки выключения.
• Внутреннее сопротивление.

В регуляторах скорости применяются IGBT транзисторы с рабочей частотой в несколько десятков кГц.

Достоинства

• Простая параллельная схема.
• Отсутствие потерь.
• Повышенная плотность тока.
• Устойчивость к замыканиям.
• Малые потери в открытом виде.
• Возможность функционирования при повышенной температуре (выше 100 градусов).
• Эксплуатация с высоким напряжением (выше 1 кВ) и мощностями (более 5 кВт).

При проектировании схем подключения с транзисторами нужно иметь ввиду, что существует ограничение по наибольшему току. Для этого применяют некоторые способы:

• Правильный подбор тока защиты.
• Выбор сопротивления затвора.
• Использование обходных путей коммутации.

Устройство и работа

Внутреннее устройство IGBT транзисторов включает в себя каскад двух электронных ключей, управляющих конечным выходом.

 

Принцип действия транзистора заключается в двух этапах:

• При подаче напряжения положительного потенциала между истоком и затвором полевой транзистор открывается, появляется n-канал между стоком и истоком.
• Начинается движение заряженных электронов из n-области в р-область, вследствие чего открывается биполярный транзистор. В результате этого от эмиттера к коллектору протекает электрический ток.

 

IGBT транзисторы служат для приближения токов замыкания к безопасному значению. Они ограничивают напряжение затвора следующими методами:

• С помощью привязки к определенному значению напряжения. Это достигается тогда, когда драйвер затвора имеет постоянное напряжение. Главным способом является добавление в схему диода, имеющего малое падение напряжения (диод Шоттки). Значительный эффект получается путем уменьшения индуктивности цепи затвора и питания.
• Ограничение значения напряжения затвора путем использования стабилитрона в схеме затвора и эмиттера. Неплохая эффективность получается за счет установки диодов к дополнительным клеммам модуля. Диоды применяются с малым разбросом и температурной зависимостью.
• Подключение в цепь отрицательной обратной связи эмиттера. Такой способ доступен, когда подключен эмиттер драйвера затвора к клеммам эмиттера модуля.

Сфера использования

IGBT транзисторы чаще всего работают в сетях высокого напряжения до 6,5 киловольт для надежной и безопасной работы электроустановок в аварийном режиме при коротких замыканиях.

Вышеперечисленные свойства транзисторов дают возможность использовать их в частотно-регулируемых приводах, инверторах, импульсных регуляторах тока, а также в сварочных аппаратах.

Также IGBT применяются в системах мощных приводов управления электровозов, троллейбусов. Это повышает КПД и создает повышенную плавность хода.

Силовые транзисторы широко используются в цепях высокого напряжения. Они входят в состав схем посудомоечных машин, бытовых кондиционеров, автомобильного зажигания, блоков питания телекоммуникационного оборудования.

Проверка исправности

IGBT транзисторы проверяются в случаях ревизии при неисправностях электрического устройства. Проверку проводят с помощью мультитестера путем прозвонки электродов эмиттера и коллектора в двух направлениях, чтобы проверить отсутствие замыкания. Емкость входа эмиттер-затвор необходимо зарядить отрицательным напряжением. Это делается кратковременным касанием щупа мультиметра «СОМ» затвора и щупа «V/Ω/f» эмиттера.

Чтобы произвести проверку, нужно убедиться, работает ли в нормальном режиме транзистор. Для этого зарядим емкость на входе эмиттер-затвор положительным полюсом.  Это делается коротким касанием щупа «V/Ω/f» затвора, а щупа «СОМ» эмиттера. Контролируется разность потенциалов эмиттера и коллектора, которая не должна превышать 1,5 вольта. Если напряжения тестера не хватит для открывания транзистора, то входную емкость можно зарядить от питания напряжением до 15 вольт.

Условное обозначение

Транзисторы имеют комбинированную структуру, то и обозначения у них соответствующие:

IGBT модули

Силовые транзисторы производятся не только в виде отдельных полупроводников, но и в виде модулей. Такие модули входят в состав частотных преобразователей для управления электромоторами.

Схема преобразователя частоты имеет технологичность изготовления выше, если в состав входят модули IGBT транзисторов. На изображенном модуле выполнен мост из двух силовых транзисторов.

IGBT транзисторы нормально функционируют при рабочей частоте до 50 кГц. Если частоту повышать, то повышаются и потери. Свои возможности силовые транзисторы проявляют максимально при напряжении выше 400 В. Поэтому такие транзисторы часто встречаются в мощных электрических приборах высокого напряжения, а также в промышленном оборудовании.

Из истории возникновения

Полевые транзисторы стали появляться в 1973 году. Затем разработали составной транзистор, который оснастили управляемым транзистором с помощью полевого полупроводника с затвором.

Первые силовые транзисторы имели недостатки, выражавшиеся в медленном переключении, низкой надежностью. После 90 годов и по настоящее время эти недостатки устранены. Силовые полупроводники имеют повышенное входное сопротивление, малый уровень управляющей мощности, малый показатель остаточного напряжения.

Сейчас существуют модели транзисторов, способных коммутировать ток до нескольких сотен ампер, с рабочим напряжением в тысячи вольт.

Похожие темы:

Описание транзисторов

— как работают транзисторы

Узнайте о транзисторах — одном из самых важных устройств, когда-либо изобретенных. В этой статье мы подробно узнаем, как они работают.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть руководство по YouTube.

Что такое транзистор

Транзисторы

Транзисторы бывают разных форм и размеров. Есть два типа сети: биполярная и с полевым эффектом. В этой статье мы в основном сосредоточимся на биполярной версии.Транзисторы — это небольшие электронные компоненты, выполняющие две основные функции. Он может действовать как переключатель цепей управления, а также они могут усиливать сигналы.

Маленькие транзисторы малой мощности заключены в пластмассовый корпус для защиты внутренних частей. Но транзисторы более высокой мощности будут иметь частично металлический корпус, который используется для отвода выделяемого тепла, так как со временем это приведет к повреждению компонентов. Обычно мы находим эти транзисторы в металлическом корпусе прикрепленными к радиатору, который помогает отводить нежелательное тепло.

Mosfet

Например, внутри этого настольного источника питания постоянного тока у нас есть несколько МОП-транзисторов, которые прикреплены к большим радиаторам. Без радиатора компоненты быстро нагреваются до 45 градусов Цельсия (или 113 ° F) при токе всего 1,2 А. По мере увеличения силы тока они станут намного горячее. Но для электронных схем с небольшими токами мы можем просто использовать транзисторы с полимерным корпусом, которые не требуют радиатора.

Номер детали

На корпусе транзистора мы находим текст, который сообщает нам номер детали, который мы можем использовать, чтобы найти техническое описание производителя.Каждый транзистор рассчитан на работу с определенным напряжением и током, поэтому важно проверять эти таблицы.

3 контакта

Теперь с транзистором у нас есть 3 контакта, обозначенные E, B и C. Это обозначает эмиттер, базу и коллектор. Обычно у этих транзисторов с полимерным корпусом с плоской кромкой левый вывод является эмиттером, средний — базой, а правая сторона — коллектором. Однако не все транзисторы используют эту конфигурацию, поэтому обязательно проверьте данные производителя.

Почему мы используем транзисторы?

Мы знаем, что если мы подключим лампочку к батарее, она загорится.Мы можем установить выключатель в схему и управлять светом, отключив подачу питания. Но для этого требуется, чтобы человек вручную управлял переключателем. Итак, как мы можем это автоматизировать? Для этого мы используем транзистор. Этот транзистор блокирует прохождение тока, поэтому свет не горит. Но если мы подадим небольшое напряжение на базовый вывод посередине, это заставит транзистор запускаться, позволяя току течь в главной цепи, поэтому загорается свет. Затем мы можем поместить переключатель на управляющий штифт, чтобы управлять им удаленно, или мы можем разместить на нем датчик, чтобы автоматизировать управление.

Как правило, нам нужно подать минимум 0,6 — 0,7 В на вывод базы, чтобы транзистор включился. Например, эта простая транзисторная схема имеет красный светодиод с напряжением питания 9 В на главной цепи. Базовый вывод подключается к источнику питания постоянного тока. Принципиальная схема выглядит так.

Когда напряжение питания на выводе базы составляет 0,5 В, транзистор выключен, поэтому светодиод также не горит. При 0,6 В транзистор включен, но не полностью, светодиод тусклый, потому что транзистор еще не пропускает полный ток через главную цепь.Тогда при 0,7 В светодиод становится ярче, потому что транзистор пропускает почти полный ток, а при 0,8 В светодиод имеет полную яркость, транзистор полностью открыт.

Итак, что происходит, мы используем небольшое напряжение и ток для управления большим напряжением и током.

Мы видели, что небольшое изменение напряжения на выводе базы вызывает большое изменение в главной цепи. Следовательно, если мы подаем сигнал на вывод базы, транзистор действует как усилитель. Мы могли бы подключить микрофон, который изменяет сигнал напряжения на базовом выводе, и это усилит громкоговоритель в основной цепи, чтобы сформировать очень простой усилитель.

Обычно в базовом выводе очень небольшой ток, возможно, всего 1 миллиампер или даже меньше. Коллектор имеет гораздо более высокий ток, например 100 миллиампер. Отношение между этими двумя величинами известно как текущий коэффициент усиления и использует символ бета (β). Мы можем найти соотношение в паспорте производителя.

В этом примере ток коллектора составляет 100 миллиампер, а базовый ток — 1 миллиампер, поэтому отношение 100, деленное на 1, дает нам 100.Мы можем изменить эту формулу, чтобы найти токи.

Транзисторы NPN и PNP

У нас есть два основных типа биполярных транзисторов: NPN и PNP. Два транзистора выглядят почти одинаково, поэтому нам нужно проверить номер детали, чтобы узнать, какой из них.

С транзистором NPN у нас есть главная цепь и цепь управления. Оба подключены к плюсу батареи. Основная цепь выключена, пока мы не нажмем переключатель на цепи управления. Мы видим, что ток течет по обоим проводам к транзистору.Мы можем удалить основную цепь, и светодиод схемы управления будет по-прежнему включаться при нажатии переключателя, поскольку ток возвращается к батарее через транзистор.

Пример

В этом упрощенном примере, когда переключатель нажат, на основной штифт течет 5 миллиампер. На коллекторный стержень втекает 20 миллиампер, а на эмиттер — 25 миллиампер. Таким образом, ток объединяется в транзисторе.

С транзистором PNP у нас снова есть главная цепь и цепь управления.Но теперь эмиттер подключен к плюсу батареи. Основная цепь выключена, пока мы не нажмем переключатель на цепи управления. С помощью этого типа мы можем видеть, что часть тока вытекает из базового вывода и возвращается к батарее, остальная часть тока течет через транзистор, через главный светодиод и обратно к батарее. Если мы удалим главную цепь, светодиод цепи управления все равно будет гореть.

В этом примере, когда переключатель нажат, в эмиттер втекает 25 миллиампер, из коллектора выходит 20 миллиампер, а из базы — 5 миллиампер.Таким образом, ток в транзисторе делится.

Транзисторы

показаны на электрических чертежах подобными символами. Стрелка находится на выводе эмиттера. Стрелка указывает в направлении обычного тока, поэтому мы знаем, как подключить их к нашим цепям.

Как работает транзистор

Чтобы понять, как работает транзистор, мы хотим, чтобы вы сначала представили воду, текущую по трубе. Он свободно течет по трубе, пока мы не заблокируем ее диском.Теперь, если мы подключим меньшую трубу к основной и поместим в эту маленькую трубу поворотный затвор, мы сможем перемещать диск с помощью шкива. Чем дальше открывается калитка; тем больше воды может течь в основной трубе. Распашная калитка немного тяжелая, поэтому небольшого количества воды будет недостаточно, чтобы ее открыть. Чтобы ворота открылись, требуется определенное количество воды. Чем больше воды течет в этой маленькой трубе, тем дальше открывается клапан и пропускает все больше и больше воды в основную трубу.По сути, так работает транзистор NPN.

Возможно, вы уже знаете, что при разработке электронных схем мы используем обычный ток. Итак, в этой схеме NPN-транзистора мы предполагаем, что ток течет от положительного полюса батареи к контактам коллектора и базы, а затем выходит из контакта эмиттера. Мы всегда используем это направление для проектирования наших схем.

Однако на самом деле происходит не это. На самом деле электроны текут от отрицательного полюса батареи к положительному.Это было доказано Джозефом Томпсоном, который провел несколько экспериментов по обнаружению электрона, а также доказал, что он движется в противоположном направлении. Таким образом, в действительности электроны перетекают с отрицательного полюса в эмиттер, а затем выходят из коллекторов и выводов базы. Мы называем это электронным потоком.

Помните, мы всегда проектируем схемы, используя традиционный метод измерения тока. Но ученые и инженеры знают, что именно поток электронов работает.

Кстати, мы также подробно рассказали, как работает аккумулятор в нашей предыдущей статье, проверьте ЗДЕСЬ.

Итак, мы знаем, что электричество — это поток электронов по проводу. Медный провод — это проводник, а резина — изолятор. Электроны могут легко проходить через медь, но не через резиновый изолятор.

Если мы посмотрим на базовую модель атома для металлического проводника, у нас есть ядро ​​в центре, и оно окружено множеством орбитальных оболочек, удерживающих электроны. Каждая оболочка содержит максимальное количество электронов, и электрон должен иметь определенное количество энергии, чтобы попасть в каждую оболочку.Электроны, расположенные дальше всего от ядра, обладают наибольшей энергией. Самая внешняя оболочка известна как балансовая оболочка, проводник имеет от 1 до 3 электронов в своей балансовой оболочке. Электроны удерживаются на месте ядром, но есть еще одна оболочка, известная как зона проводимости. Если электрон может достичь этого, он может вырваться из атома и перейти к другим атомам. У атома металла, такого как медь, оболочка и зона проводимости перекрываются, поэтому электронам очень легко перемещаться.

Самая внешняя оболочка упакована изолятором. Для электрона очень мало места, или нет места. Ядро плотно захватывает электроны, а зона проводимости находится далеко, поэтому электроны не могут добраться до нее, чтобы убежать. Следовательно, электричество не может проходить через этот материал.

Однако есть еще один материал, известный как полупроводник. Кремний — это пример полупроводника. В этом материале слишком много электронов в оболочке валанса, чтобы он мог быть проводником, поэтому он действует как изолятор.Но поскольку зона проводимости довольно близка, если мы предоставим некоторую внешнюю энергию, некоторые электроны получат достаточно энергии, чтобы совершить прыжок в зону проводимости и стать свободными. Следовательно, этот материал может действовать как изолятор, так и как проводник.

Чистый кремний почти не имеет свободных электронов, поэтому инженеры добавляют в кремний небольшое количество другого материала, который изменяет его электрические свойства. Мы называем это легированием P-типа и N-типа. Мы объединяем эти материалы, чтобы сформировать соединение P-N.Мы можем соединить их вместе, чтобы сформировать транзистор NPN или PNP.

Внутри транзистора находятся коллекторный вывод и эмиттерный вывод. Между ними в транзисторе NPN есть два слоя материала N-типа и один слой P-типа. Базовый провод подключается к слою типа P. В транзисторе PNP это просто настроено противоположным образом. Вся эта вещь покрыта смолой для защиты внутренних материалов.

Давайте представим, что кремний еще не легирован, так что внутри находится чистый кремний.Каждый атом кремния окружен 4 другими атомами кремния. Каждый атом хочет 8 электронов в своей валентной оболочке. Но атомы кремния имеют только 4 электрона в своей валентной оболочке. Таким образом, они украдкой делятся электроном со своим соседним атомом, чтобы получить желаемую восьмерку. Это известно как ковалентное связывание. Когда мы добавляем материал N-типа, такой как фосфор, он займет положение некоторых атомов кремния. Атомы фосфора имеют в своей валентной оболочке 5 электронов. Итак, поскольку атомы кремния делятся электронами, чтобы получить желаемые 8, им не нужен этот дополнительный, а это означает, что теперь в материале есть дополнительные электроны, и они могут свободно перемещаться.

При легировании P-типа мы добавляем такой материал, как алюминий или алюминий-мин-мкм, у этого атома всего 3 электрона в его валентной оболочке. Следовательно, он не может предоставить своим четырем соседям электрон, которым они могут поделиться, поэтому одному из них придется обойтись без него. Это означает, что была создана дыра, в которой электрон может сидеть и занимать ее.

Теперь у нас есть два легированных куска кремния, в одном слишком много электронов, а в другом их недостаточно. Два материала соединяются, образуя PN-соединение, на этом стыке мы получаем так называемую область истощения. В этой области часть избыточных электронов со стороны n-типа переместится, чтобы занять дырку со стороны p-типа. Эта миграция образует барьер со скоплением электронов и дырок на противоположных сторонах.

Электроны заряжены отрицательно, поэтому дырки считаются заряженными положительно. Таким образом, это накопление приводит к образованию слегка отрицательно заряженной области и слегка положительно заряженной области. Это создает электрическое поле и предотвращает перемещение большего количества электронов.Разность потенциалов в этой области обычно составляет около 0,7 В.

Когда мы подключаем источник напряжения к обоим концам, а положительный вывод соединен с материалом P-типа, это создаст прямое смещение, и электроны начнут течь. Источник напряжения должен быть выше барьера 0,7 В, иначе электроны не смогут совершить прыжок.

Когда мы меняем местами источник питания так, чтобы положительный полюс был подключен к материалу N-типа, электроны, удерживаемые в барьере, будут оттянуты обратно к положительному выводу, а отверстия будут оттянуты обратно к отрицательному выводу. Это вызвало обратную предвзятость.

В транзисторе NPN есть два слоя материала N-типа, поэтому у нас есть два перехода и, следовательно, два барьера. Таким образом, обычно через него не может протекать ток.

Материал эмиттера N-типа сильно легирован, поэтому здесь много лишних электронов. База P-типа слегка легирована, поэтому здесь есть несколько отверстий. Коллектор N-типа умеренно легирован, поэтому здесь есть несколько лишних электронов.

Если мы подключим батарею между базой и эмиттером, с плюсом, подключенным к слою P-типа, это создаст прямое смещение.Прямое смещение вызывает коллапс барьера до тех пор, пока напряжение составляет не менее 0,7 вольт. Таким образом, барьер уменьшается, и электроны устремляются через него, чтобы заполнить пространство внутри материала P-типа. Некоторые из этих электронов займут отверстие и будут притягиваться к положительному выводу батареи. Слой P-типа тонкий и специально слегка легирован, поэтому вероятность попадания электронов в дырку мала. Остальные останутся свободно перемещаться по материалу. Следовательно, только небольшой ток будет вытекать из базового штифта, оставляя избыток электронов в материале P-типа.

Если мы затем подключим другую батарею между эмиттером и коллектором, с плюсом, подключенным к коллектору. Отрицательно заряженные электроны внутри коллектора будут притягиваться к положительному выводу, что вызывает обратное смещение. Если вы помните, при обратном смещении электроны и дырки барьера вытягиваются обратно.

Итак, электроны на стороне P-типа барьера притягиваются к стороне N-типа, а отверстия на стороне N-типа притягиваются обратно к стороне P-типа.В материале типа P уже есть избыточное количество электронов, поэтому они будут двигаться, чтобы занять эти отверстия, и некоторые из них будут перетянуты, потому что напряжение этой батареи больше, поэтому притяжение намного выше. Когда эти электроны протягиваются, они перетекают в батарею, поэтому через переход обратного смещения возникает ток.

Более высокое напряжение на выводе базы полностью открывает транзистор, что означает больший ток и большее количество электронов, перемещающихся в слой P-типа, и, следовательно, большее количество электронов тянется через обратное смещение.Мы также видим, что на стороне эмиттера транзистора течет больше электронов, чем на стороне коллектора.

---

---

Как работают биполярные переходные транзисторы.

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• • Опишите основные операции кремниевого планарного транзистора.
• • Изучите работу переходов база / эмиттер и база / коллектор.
• • Опишите эффекты легирования материалов транзисторов.

Рис. 3.3.1 Как легируется транзистор BJP.

Все дело в допинге

Принцип работы транзистора может быть описан со ссылкой на рис. 3.3.1, на котором показано основное легирование переходного транзистора, и на рис. 3.3.2, показывающий, как работает BJT.

Работа транзистора очень зависит от степени легирования различных частей полупроводникового кристалла.Эмиттер N-типа очень сильно легирован, чтобы обеспечить много свободных электронов в качестве основных носителей заряда. Слаболегированная базовая область P-типа чрезвычайно тонкая, а коллектор N-типа очень сильно легирован, чтобы придать ему низкое удельное сопротивление, за исключением слоя менее сильно легированного материала рядом с базовой областью. Это изменение удельного сопротивления коллектора гарантирует, что в материале коллектора рядом с основанием присутствует большой потенциал. Важность этого станет очевидной из следующего описания.

Рис. 3.3.2. Как транзистор усиливает ток.

Во время нормальной работы на переход база / эмиттер прикладывается потенциал, так что база примерно на 0,6 В положительнее, чем эмиттер, это делает переход база / эмиттер смещенным вперед.

К переходу база / коллектор прикладывается гораздо более высокий потенциал с относительно высоким положительным напряжением, приложенным к коллектору, так что переход база / коллектор сильно смещен в обратном направлении.Это делает слой истощения между базой и коллектором довольно широким после подачи питания.

Как упоминалось выше, коллектор состоит в основном из сильно легированного материала с низким удельным сопротивлением и тонкого слоя легированного материала с высоким сопротивлением рядом с переходом база / коллектор. Это означает, что большая часть напряжения между коллектором и базой вырабатывается через этот тонкий слой с высоким удельным сопротивлением, создавая высокий градиент напряжения около перехода коллектор-база.

Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, в базу будет течь небольшой ток.Поэтому в материале P-типа вводятся отверстия. Эти дырки притягивают электроны через смещенный вперед переход база / эмиттер для объединения с дырками. Однако, поскольку эмиттерная область очень сильно легирована, в базовую область P-типа пересекает гораздо больше электронов, чем может объединиться с доступными дырками. Это означает, что в области базы имеется большая концентрация электронов, и большая часть этих электронов проходит прямо через очень тонкую базу и попадает в обедненный слой база / коллектор.Оказавшись здесь, они попадают под влияние сильного электрического поля на переходе база / коллектор. Это поле настолько сильное из-за большого градиента потенциала в материале коллектора, упомянутого ранее, что электроны перемещаются через обедненный слой в материал коллектора и, таким образом, в сторону вывода коллектора.

Изменение тока, протекающего в базе, влияет на количество электронов, притягиваемых эмиттером. Таким образом, очень небольшие изменения тока базы вызывают очень большие изменения тока, протекающего от эмиттера к коллектору, поэтому происходит усиление тока.

Посмотрите наше видео о том, как делаются биполярные транзисторы и как они работают.

Начало страницы

Как работает транзистор?

Вопрос Как работает транзистор? Спросил: Тони Уилан Ответ Конструкция транзистора позволяет ему работать как усилитель или переключатель.Это достигается за счет использования небольшого количества электричества для управления воротами на гораздо большем подача электричества, очень похожая на поворот клапана для управления подачей воды. Транзисторы состоят из трех частей: базы, коллектора и эмиттера. База это устройство управления затвором для большего источника электроэнергии. Коллекционер — это большее электрическое питание, и эмиттер является выходом для этого источника. Отправив различные уровни тока от базы, количество тока, протекающего через затвор от коллектора может регулироваться.Таким образом, очень небольшое количество тока может быть используется для управления большим током, как в усилителе. Тот же процесс используется для создать двоичный код для цифровых процессоров, но в этом случае порог напряжения для открытия коллекторного затвора необходимо пять вольт. Таким образом, транзистор используется как переключатель с двоичной функцией: пять вольт ВКЛ, менее пяти вольт ВЫКЛ. Полупроводящие материалы — вот что делает возможным создание транзисторов.Большинство людей знакомы с электропроводящими и непроводящими материалами. Металлы обычно считаются как проводящие. Такие материалы, как дерево, пластик, стекло и керамика непроводящие или изоляторы. В конце 1940-х годов группа ученых, работающая в Bell Лаборатории в Нью-Джерси обнаружили, как брать определенные типы кристаллов и использовать их в качестве электронные устройства управления за счет использования их полупроводниковых свойств. неметаллические кристаллические структуры обычно считаются изоляторами.Но по заставляя кристаллы германия или кремния расти с примесями, такими как бор или фосфора кристаллы приобретают совершенно другие электропроводящие свойства. От помещая этот материал между двумя проводящими пластинами (эмиттером и коллектором), транзистор сделан. Подавая ток на полупроводниковый материал (основание), электроны собираться до тех пор, пока не будет сформирован эффективный канал, по которому проходит электричество Учеными, ответственными за изобретение транзистора, были Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли.Их патент назывался: Три Элемент электродной цепи из полупроводниковых материалов. Артикул: Ответил: Стивен Портц, учитель технологий, средняя школа космического побережья, Флорида Существуют два основных типа транзисторов: переходные транзисторы и полевые транзисторы. Каждый работает по-своему. Но полезность любого транзистора заключается в его возможность управления сильным током при слабом напряжении. Например, транзисторы в система громкой связи усиливает (усиливает) слабое напряжение, возникающее, когда человек говорит в микрофон. Электроэнергия, идущая от транзисторов, достаточно сильна, чтобы использовать громкоговоритель, который издает звуки намного громче, чем голос человека. ПЕРЕХОДНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Соединительный транзистор состоит из тонкого кусочка одного типа полупроводниковый материал между двумя более толстыми слоями противоположного типа.Например, если средний слой p-типа, внешние слои должны быть n-типа. Такой транзистор — это Транзистор NPN. Один из внешних слоев называется эмиттером, а другой известен. как коллекционер. Средний слой — это основа. Места присоединения эмиттера к база и база, соединяющая коллектор, называются узлами. Слои NPN-транзистора должны иметь правильное напряжение, подключенное к ним. В Напряжение базы должно быть положительнее, чем у эмиттера.Напряжение коллектор, в свою очередь, должен быть более положительным, чем у цоколя. Напряжения питается от батареи или другого источника постоянного тока. Эмиттер подает электроны. База оттягивает эти электроны от эмиттера, потому что он имеет более положительное напряжение, чем эмиттер. Это движение электронов создает поток электричества через транзистор. Ток проходит от эмиттера к коллектору через базу.Изменения в напряжение, подключенное к базе, изменяет поток тока, изменяя количество электроны в базе. Таким образом, небольшие изменения в базовом напряжении могут вызвать большие изменения тока, вытекающего из коллектора. Производители также производят соединительные транзисторы PNP. В этих устройствах эмиттер и коллектор — это полупроводниковый материал p-типа, а база — n-типа. Соединение PNP Транзистор работает по тому же принципу, что и транзистор NPN.Но он отличается в одном уважать. Основной поток тока в транзисторе PNP регулируется путем изменения количество дырок, а не количество электронов в основании. Также этот тип Транзистор работает правильно только в том случае, если отрицательные и положительные соединения к нему являются обратная сторона транзистора NPN. ТРАНЗИСТОРЫ ПОЛЕВЫХ ЭФФЕКТОВ Полевой транзистор имеет только два слоя полупроводника. материал, один поверх другого.Электричество проходит через один из слоев, называемый канал. Напряжение, подключенное к другому слою, называемому затвором, мешает ток, протекающий в канале. Таким образом, напряжение, подключенное к затвору, управляет сила тока в канале. Существует две основных разновидности полевого эффекта. транзисторы — полевой транзистор на стыке (JFET) и металлооксидный полупроводник полевой транзистор (MOSFET). Большинство транзисторов, содержащихся в сегодняшних интегральные схемы — это МОП-транзисторы. Ответил: Джастин Шорс, ученик старшей школы

Факты о транзисторах для детей

Несколько типов транзисторов в индивидуальной упаковке

Транзистор — это электронный компонент, который может использоваться как часть усилителя или как переключатель. Он изготовлен из полупроводникового материала. Транзисторы встречаются в большинстве электронных устройств. Транзистор был большим достижением после лампового триода, с использованием гораздо меньшего количества электроэнергии и продолжительностью на много лет дольше, для переключения или усиления другого электронного тока.

Транзистор может использоваться для множества различных вещей, включая усилители и цифровые переключатели для компьютерных микропроцессоров. В цифровой работе в основном используются полевые МОП-транзисторы. Некоторые транзисторы имеют индивидуальную упаковку, в основном для того, чтобы они могли работать с большой мощностью. Большинство транзисторов находится внутри интегральных схем.

Как они работают

Когда на центральный штифт подается питание, мощность может течь. Транзисторы

имеют три вывода: затвор, сток и исток (на биполярном транзисторе провода можно назвать эмиттером, коллектором и базой).Когда источник (или эмиттер) подключен к отрицательной клемме батареи, а сток (или коллектор) — к положительной клемме, в цепи не будет течь электричество (если у вас есть только лампа, соединенная последовательно с транзистором). Но когда вы коснетесь затвора и стока вместе, транзистор пропустит электричество. Это связано с тем, что, когда затвор положительно заряжен, положительные электроны будут подталкивать другие положительные электроны в транзисторе, позволяя отрицательным электронам проходить через него.Транзистор также может работать, когда затвор просто положительно заряжен, поэтому ему не нужно касаться стока.

Визуализация

Легко представить, как работает транзистор, — это шланг с крутым изгибом, не позволяющий воде проходить через него. Вода — это электроны, и когда вы заряжаете затвор положительно, он разгибает шланг, позволяя воде течь.

Обозначение схемы транзистора Дарлингтона. «B» обозначает базу, «C» обозначает коллектор, а «E» обозначает эмиттер.

Базовая схема транзистора Дарлингтона состоит из двух биполярных транзисторов, связанных эмиттером и базой, поэтому они действуют как один транзистор. Один из транзисторов подключен так, что контролирует ток на базе другого транзистора. Это означает, что вы можете контролировать такое же количество тока с очень небольшим током, идущим в базу.

использует

Когда затвор P-канального MOSFET заряжен положительно, через него проходит электричество, это полезно для электроники, которая требует включения переключателя, что делает его электронным переключателем.Это конкурирует с механическим переключателем, который требует постоянного нажатия на него.

В полевом МОП-транзисторе, используемом в качестве усилителя, транзисторы принимают поток стока и истока, и поскольку ток истока намного больше, чем ток стока, ток стока обычно возрастает до значения, равного истоку, усиливая Это.

Материалы

Транзисторы изготовлены из полупроводниковых химических элементов, обычно кремния, который относится к современной группе 14 (ранее группа IV) периодической таблицы элементов.Германий, другой элемент группы 14, используется вместе с кремнием в специализированных транзисторах. Исследователи также изучают транзисторы, сделанные из особых форм углерода. Транзисторы также могут быть изготовлены из таких соединений, как арсенид галлия.

История

Транзистор был не первым трех оконечным устройством. Триод служил той же цели, что и транзистор 50 лет назад. Электронные лампы были важны в бытовой технике до транзисторов. К сожалению, лампы были большими и хрупкими, потребляли много энергии и прослужили недолго.Транзистор решил эти проблемы.

Трем физикам приписывают изобретение транзистора в 1947 году: Уолтеру Х. Браттейну, Джону Бардину и Уильяму Шокли, которые внесли наибольший вклад.

Важность

Транзистор сегодня является очень важным компонентом. Если бы не транзистор, такие устройства, как сотовые телефоны и компьютеры, были бы совсем другими, или они могли бы вообще не быть изобретены. Транзисторы были сделаны очень маленькими (в десятки атомов в ширину), так что миллиарды их можно поместить в небольшой компьютерный чип.

Галерея

• Периодическая таблица элементов

• Реплика первого транзистора

• Изобретатели транзистора

Картинки для детей

• Разные дискретные транзисторы. Пакеты по порядку сверху вниз: ТО-3, ТО-126, ТО-92, СОТ-23.

• Юлиус Эдгар Лилиенфельд предложил концепцию полевого транзистора в 1925 году.

• Герберт Матаре в 1950 году. Он независимо изобрел точечный транзистор в июне 1948 года.

• Поверхностно-барьерный транзистор Philco, разработанный и произведенный в 1953 году

• Транзистор Дарлингтона открылся, так что внутри виден сам транзисторный чип (маленький квадрат). Транзистор Дарлингтона — это фактически два транзистора на одной микросхеме. Один транзистор намного больше другого, но оба они больше по сравнению с транзисторами в крупномасштабной интеграции, потому что этот конкретный пример предназначен для силовых приложений.

• Работа полевого транзистора и его кривая Id-Vg. Сначала, когда напряжение на затвор не подается, в канале нет инверсионных электронов, поэтому устройство выключено. По мере увеличения напряжения затвора плотность инверсионных электронов в канале увеличивается, ток увеличивается, и, таким образом, устройство включается.

• Символ транзистора создан на португальском асфальте в университете Авейру.

• Разные дискретные транзисторы

Что такое транзистор? Как работает транзистор?

Транзистор — одно из двух важнейших изобретений прошлого века.Другой, конечно же, кресло. Появление транзистора спровоцировало то, что сейчас называют электронной революцией. Без изобретения транзистора большинство электронных устройств, от которых вы так безнадежно зависимы, не существовало бы. Самые незаменимые технологические чудеса современности основаны на транзисторах — персональные компьютеры, телевизоры, смартфоны, планшеты, фаблеты, ноутбуки, маршрутизаторы и массажеры для ног. Переполненные миллиардами транзисторов для электронных устройств, это то же самое, что клетки для нашего тела.Но как инструменту тоньше человеческого волоса удается поднять на своих слабых плечах целые отрасли?

Полупроводники

Во-первых, мы должны узнать, из чего сделаны транзисторы. Знание его анатомии позволит нам с большей легкостью понять его работу. Полупроводники — это в основном амбиверты материального мира. Они не слишком общительны, когда дело касается дружбы с электронами, как проводники, и не молчаливы и не реагируют на них, как интровертные изоляторы.Их проводимость находится между проводниками и изоляторами. Наиболее часто используемые полупроводники — это кремний и германий.

Полупроводники проводят ток, только когда они нагреваются до более высоких температур. Тепловая энергия преодолевает слабую энергию, которая слабо связывает его электроны с их атомами, тем самым освобождая их, и тем самым делая материал проводящим. Однако более удобной альтернативой является изменение атомной структуры материала и повышение его проводимости путем введения в него примесей. Этот процесс известен как легирование.Эти материалы только полу -проводящие, потому что объем высвободившихся электронов намного меньше, чем объем свободных электронов, роящихся на поверхности проводников.

Однако частичная проводимость делает его выходной ток чувствительным к манипулированию или «контролю». Там, где электроны вырываются из проводника в огромных объемах, как вода течет по плотине, электроны в полупроводнике ведут себя больше как вода, вытягиваемая из крана. Смеситель можно затянуть или ослабить, чтобы регулировать количество воды, протекающей через него.Это и есть принцип работы транзистора.

Что такое транзистор?

Давайте продолжим нашу аналогию с краном. Работа крана состоит из трех частей: резервуара с водой, трубы, по которой вода выходит, и ручки, которая позволяет нам контролировать выходящий объем. Точно так же транзистор состоит из трех полупроводников: резервуара электронов, заполненного чрезмерным легированием, трубки с умеренным легированием и ручки, на которой — можно сделать разумный вывод — вообще нет электронов.Ток из резервуара течет по трубе при вращении ручки. Степень вращения определяет количество тока, протекающего по трубе. Здесь вращение означало бы подачу на ручку небольшого напряжения или тока.

(Фото: Inductiveload / Wikimedia Commons)

Транзисторы в основном можно разделить на две категории: переходные транзисторы и полевые транзисторы. Резервуар, труба и ручка в переходных транзисторах называются эмиттером, коллектором и базой соответственно.Коллектор обозначен буквой «n +», что подчеркивает избыток отрицательно заряженных частиц (электронов). Точно так же эмиттер обозначается буквой «n», что подчеркивает умеренную плотность электронов, тогда как основание обозначается буквой «p», подчеркивая отсутствие электронов или избыток положительно заряженных частиц, называемых дырками. Термин «соединение» относится к соединениям, образованным между этими тремя блоками.

Напротив, полевые транзисторы устроены иначе.Он состоит не из трех, а из двух слоев, зажатых друг над другом. Электроны проходят через внутренности одного слоя, называемого каналом, в то время как другой слой, называемый затвором, выполняет функцию ручки. Напряжение затвора контролирует силу тока, протекающего по каналу. Различная архитектура дает им совершенно разные резистивные свойства, но основная функция этих двух категорий транзисторов, по сути, одинакова — управление сильным током при слабом напряжении.

Транзистор может выполнять две основные функции. Он может действовать как переключатель или как усилитель. Работая в качестве переключателя, кран позволяет току течь по своей трубе только тогда, когда на его ручку подается определенное напряжение. Если напряжение ниже этого порога, кран подавляет любой ток, который может протекать через него. Так генерируются двоичные числа. Каждый бит «1» или «0» является либо открытым краном, величина тока которого стандартизована как «1», либо закрытым краном, который переводится в «0».Последовательность битов затем обрабатывается микропроцессорами для выполнения множества операций.

Биты «0» и «1» согласно нашей аналогии с краном.

Согласно закону Мура количество транзисторов в микропроцессоре должно удваиваться каждый год. При создании процессоров сначала на них застрял миллион транзисторов, и теперь их количество, в соответствии с законом Мура, выросло до триллионов! Этот невероятный подвиг был бы невозможен, если бы полупроводники не продемонстрировали склонность к такому масштабированию.Их огромная масштабируемость позволила нам сжать компьютер, телефон, радио, GPS, игровую консоль и многое другое в одном устройстве — устройстве, на котором вы, вероятно, читаете это прямо сейчас.

Невероятная масштабируемость полупроводников позволила нам сжать компьютер, телефон, радио, GPS, игровую консоль и множество других инструментов в одном устройстве — смартфоне. (Фото: GaudiLab / Fotolia)

Статьи по теме

Статьи по теме

При работе в качестве усилителя он потребляет большой ток из резервуара по мере того, как ручка постепенно отпускается, так что небольшое количество тока контролирует большое количество тока — выходной ток прямо пропорционален входному току.Усилители часто используются в залах, где микрофоны усиливают голос говорящего. Усилители повсеместно используются в коммуникационных технологиях, где сигналы, ослабленные из-за перемещения на большие расстояния, постоянно захватываются и усиливаются для обеспечения их целостности. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о полупроводниках и найти изящное визуальное объяснение того, как здесь работают транзисторы, в то время как я наслаждаюсь массажем ступней в кресле, случайно просматривая Как перестать быть ленивым.

Как работает транзисторная схема

Хотя транзистор — очень старое устройство.И в настоящее время мы часто предпочитаем использовать вместо этого IC.

Но транзистор по-прежнему играет важную роль в общих электронных схемах. Почему? Потому что транзистор большой, прочный и может пропускать большой ток.

И для многих людей, привыкших к использованию транзисторов в общих схемах, я тоже.

Есть ли у вас повод. Позвольте мне просто объяснить вам, как работает транзисторная схема. Кроме того, я узнаю это вместе с вами.

Вы готовы?

Транзистор является активным устройством.Он усиливается. Существует много типов транзисторов, более 20 000 различных типов от сотен производителей.

Тип транзистора

Мы можем поместить их в два типа стандартных транзисторов, NPN и PNP. Которые у них разные символы.

Знак показывает класс полупроводниковых материалов, из которых изготовлен транзистор.

В настоящее время используются в основном транзисторы типа NPN.

Так как он легко изготавливается из кремниевых материалов.

Итак, в большей части этой статьи упоминается транзистор типа NPN.

А если мы новичок в электронике. Хорошо начать с обучения. Сначала об использовании транзисторов.

Вывод транзистора состоит из базы (B), коллектора (C) и эмиттера (E).

Слово, которое называет эту ногу. Представляет функцию внутри транзистора. Но это не помогает понять, как использовать транзисторы. Следовательно, он знает только, что это вывод транзистора.

Помимо стандартных транзисторов (биполярных), есть полевой транзистор.Которые часто обозначаются аббревиатурами FET. Символы и свойства разные. Но пока не обсуждали подробности в этой статье.

Рекомендуется: Транзисторы — сделайте усилитель или схему переключения

Изучите основной ток транзистора

Тип, который мы будем изучать, также называется малосигнальным транзистором. Мы можем называть их именно моделью ТО-92. Посмотрите на рисунок. Мы часто используем транзисторы из 3-х числовой группы.

Какие ножки используются по-разному.Следует соблюдать осторожность при использовании.

• BC547: Для NPN вы можете использовать BC546, BC547, BC549, BC550 и т. Д. Если вам нужен более высокий ток Ic, используйте BC337 (Ic = 0,8 А). Для типов PNP используйте BC556, BC557, BC558, BC559, BC560 и т. Д. И более высокий ток — BC327 (Ic = 0,8A)
• C9013 : Для NPN вы можете использовать 2N3904. Если вам нужен более высокий ток коллектора (Ic), используйте C9013 (Ic = 0,8A). Для типов PNP используйте 2N3906 и C9012 (более высокий ток)
• C1815: Для NPN — 2SC1815, эквиваленты: C945, C829.Для PNP это A561

. Посмотрите на часто используемые силовые транзисторы ниже. Мы узнаем их позже.

Читать дальше: Символы транзисторов

Что еще? мы будем ток в базовой транзисторной схеме.

Посмотрите на рисунок. Транзистор NPN в простой схеме.

Когда мы подаем небольшой ток на базу транзистора. Затем через нагрузку к выводам коллектор-эмиттер протекает большой ток.

Мы часто называем нагрузку на коллекторном проводе резистором нагрузки.Иногда в нагрузку выступает динамик.

Меня беспокоит, как вы понимаете простые транзисторы. Раньше мне было трудно это понять. Прочитал текст много раз, но ничего не понял.

Эквивалентный транзистор

Аналогичный список для MPS9682 — BC557. Но распиновка другая. Так что будь осторожен. Сначала проверьте это!

Транзистор работает как водяной клапан

Сравниваем транзисторы как водяные клапаны. Мы можем контролировать высокую мощность воды на входе и выходе при низком уровне воды.

• Начало водопровода (Вход) похоже на Коллектор.
• Конец водопровода (Вход) похож на Эмиттер.
• Контрольная (малая) труба похожа на Основание.

Сначала паводок поступает на клапан входной стороны. Затем низкий уровень воды приближается к контрольному значению. Получается главное значение. Далее паводок может течь по трубе к выходу.

Во-вторых, напротив, нет низкого уровня воды в регулирующем клапане. Он не поворачивает клапан для контроля паводка.Значит, воды на выходе нет.

Основные принципы

В общем, мы можем разделить рабочий диапазон транзистора на 3 диапазона:

1. Cut off (останов транзистора).

Отсутствует ток, как базовый (IB), так и коллекторный (IC), протекающий через транзистор. Но будут некоторые токи утечки, очень низкие.

2. Насыщенный диапазон.

Через транзистор полностью проходит электричество, пока он не станет насыщенным. И ток больше этого не увеличится.Что мы можем ограничить этот ток подключением резисторов.

3. Активный диапазон

Это период, в течение которого транзистор работает или проводит ток. Управляя током коллектора (IC), пропорциональным току базы (IB).

Итак, при использовании транзисторного усилителя звука схема работает в активной фазе.

Вы поняли?

Экспериментируйте с транзистором тока

Кроме того, я систематически разбираюсь в транзисторах посредством экспериментов.Может, я тебе нравлюсь. Приступим к эксперименту.

Посмотрите:

Схема простого транзистора тока

Это простая схема. Который мы используем для проверки тока, протекающего через транзистор. В этой схеме мы используем красные светодиоды размером 0,5 мм. И NPN-транзистор с низким энергопотреблением (например, BC108, BC182 или BC548).

Вот пошаговый процесс работы транзисторной схемы.

Малый базовый ток контролирует высокий ток коллектора.

S1 замкнут.Ток протекает через R1, LED1 на базу транзистора.

Это базовый ток. Пока LED1 тоже тускнеет.

Затем транзистор будет усиливать слабый ток, так что ток течет через коллектор (C) к эмиттеру (E).

Коллекторный ток достаточно велик, чтобы сделать светодиод C очень ярким.

Когда выключатель S1 разомкнут. Нет базовых текущих потоков. Таким образом, транзистор отключит ток коллектора. Оба светодиода погаснут.

Часто мы используем транзистор для усиления тока и переключений.

Схема с эмиттером (E) в токе базы и токе коллектора. Мы назвали эмиттер синфазным режимом. Схема транзистора работает так, как это широко используется. Итак, мы должны сначала изучить это.

Рабочая модель и структура транзистора NPN

Я расстроен, потому что не могу легко объяснить вам внутреннюю структуру транзистора NPN.

Впрочем, попробую сравнить с диодом и переменным резистором. Это может помочь вам легче понять.

Посмотрите на ниже.

Вот пошаговый процесс.

• Соединение база-эмиттер похоже на диод.
• Базовый ток IB протекает только тогда, когда напряжение VBE между базой-эмиттером составляет 0,7 В или более.
• Крошечный базовый ток (IB) контролирует высокие токи коллектора.
• IC = hFE × IB (если транзистор полностью не активен и не насыщен)

• hFE — это коэффициент усиления по току (в коэффициенте усиления по постоянному току). Нормальное значение hFE — 100 (единицы измерения нет, потому что это соотношение).
• Сопротивление между коллектором-эмиттером (RCE) регулируется током базы (IB) по формуле:
  • IB = 0 RCE = бесконечное значение. Транзистор (выключен)
  • Меньше IB, меньше RCE, транзистор включается только частично
  • IB добавлен. RCE = 0. Транзистор работает (включен) полностью (насыщен)

Дополнительные примечания:

• Необходимо подключить последовательный резистор к базе. Для ограничения тока базы IB и предотвращения повреждения транзистора.
• Транзистор имеет самый высокий ток коллектора IC.
• Коэффициент усиления по току hFE может иметь разные значения. Хоть он и однотипный.
• Транзистор, который полностью включен (включен) (когда RCE = 0), называется насыщенным.
• Когда транзистор насыщен Напряжение эмиттер-коллектор VCE снижается до 0 В.
• И транзистор насыщен, ток коллектора IC определяется напряжением, питанием и внешним сопротивлением в цепи коллектора.

  Не связано с усилением транзистора по току.

  По этой причине отношение IC / IB для насыщенных транзисторов меньше, чем коэффициент усиления по току hFE.

• Ток эмиттера IE = IC + IB, но IC намного больше, чем IB.

Пара транзисторов Дарлингтона

Два транзистора подключены, как показано.

Он заставляет ток, усиленный первым, усиливаться вторым транзистором.

Текущее усиление равно усилению каждого из них, умноженному вместе:

Текущее усиление пары Дарлингтона hFE = hFE1 × hFE2
(hFE1 и hFE2 — усиление каждого транзистора).

По этой причине пара Дарлингтона имеет очень высокий коэффициент усиления по току, например 10000. Поэтому мы используем только небольшой базовый ток, чтобы позволить паре Дарлингтона переключаться.

Пара Дарлингтона вместо одного транзистора с очень высоким коэффициентом усиления по току. Также имеет три ножки (B, C и E), что эквивалентно ножкам одного транзистора.

Мы можем использовать пару Дарлингтона, работает хорошо.

Путем подачи напряжения 0,7 В между базой-эмиттером (VBE) обоих последовательно соединенных транзисторов.Поэтому для включения им требуется напряжение 1,4 В.

Эксперимент со схемой сенсорного переключателя

Транзисторная схема работает, поскольку пара Дарлингтона весьма чувствительна к небольшим токам, протекающим через нашу кожу. Таким образом, можно использовать для создания схемы сенсорного переключателя, как показано на схеме.

В этой схеме используются два маломощных транзистора общего назначения.

Когда мы касаемся его, загорается светодиод.

Резистор 100 кОм используется для ограничения тока базы.

Также ознакомьтесь с этими статьями (используя Дарлингтона):

Использование транзистора в качестве переключателя

Когда мы используем транзистор в качестве переключателя. Он выключится (ВЫКЛ) или включится (ВКЛ).

При напряжении (ВКЛ) VCE на транзисторе почти равен нулю. и мы называем это насыщенным транзистором. Потому что у него не может быть большего тока коллектора (IC).

Посмотрите на простую схему работы транзистора переключения ниже.

Устройство вывода, которое переключается этим транзистором. Вызывается нагрузка.

Мощность, генерируемая переключающим транзистором, очень мала:

• В выключенном состоянии: мощность = IC × VCE, но IC = 0, поэтому мощность равна нулю.
• В состоянии ON: мощность = IC × VCE, но VCE = 0 (большая часть), поэтому мощность очень мала.

Это означает, что используемый транзистор не нагревается. Итак, не учитывайте максимальную мощность.

Но важным показателем в схеме переключения является максимальный ток коллектора IC (макс.). И минимальный коэффициент усиления по току hFE (мин).

Напряжение транзистора не учитывается. За исключением случаев, когда используется источник питания выше 15 В.

Читайте также: Схема переключения транзисторов в цифровых схемах

Защищенный диод

Если нагрузкой является двигатель, реле или соленоид (или другие устройства, представляющие собой катушку).Подключим диод к нагрузке. Для защиты работы транзисторной схемы (и микросхемы) повреждение при отключении нагрузки.

Посмотрите на электрическую схему.

На схеме показано подключение диода с обратным смещением. Которая обычно не проводит токи.

Он будет проводить ток только при отключении нагрузки.

В это время ток, который собирает энергию в катушке, будет пытаться протекать через катушку.

А, потому что транзистор в отключенном состоянии.Таким образом, ток протекает через диод.

Если нет диода, ток не будет течь. Эта катушка будет производить выбросы высокого напряжения. Это опасно и пытается течь.

Когда следует использовать реле

Мы не можем использовать транзистор для переключения переменного напряжения или высокого напряжения (например, сети переменного тока). И не подходит для переключения слишком большого тока (> 5А). ใน กรณี นี้ нам нужно использовать реле.

Но нам также необходимо использовать транзистор малой мощности для подачи тока на катушку реле.

Преимущества реле:

• Реле может переключать питание постоянного и переменного тока, транзистор может переключать только питание постоянного тока.
• Может включать высоковольтную мощность, транзистор — нет.
• Реле — лучший вариант для переключения на большой ток (> 5 А).
• Реле может переключать несколько контактов одновременно.

Недостатки реле:

• Реле слишком большое по сравнению с транзистором в малотоковом переключателе.
• Реле не может переключаться со скоростью, транзистор может переключаться много раз в секунду.
• Реле требует большей мощности Посмотрите на ток, протекающий через катушку.
• Реле требует больше тока, чем может управлять ИС. Поэтому нам нужно использовать маломощный транзистор для переключения тока катушки реле.

Cr: Фото DC 12V Катушка 5 контактов Mini SPST Power Relay PCB

Кредит: https://electronicsclub.info Большое спасибо. Этот контент помогает мне понять.

Соединение транзистора с выходом микросхемы

Большинство выходов микросхемы не могут передавать большие токи. Значит, необходимо использовать транзистор. Для переключения токов, достаточно высоких для выходных устройств. Например, лампочки, двигатели, реле и т. Д.

За исключением таймера 555 IC, он обычно может обеспечивать ток до 200 мА.

Этого достаточно для устройств вывода, которым требуется небольшой ток. Как фонарик, зуммер или реле. Без помощи транзистора.

Посмотрите на принципиальную схему. Подключите транзистор к выходу микросхемы.

Резистор R1 предназначен для ограничения тока, протекающего через базу транзистора. И предотвратить повреждение.

Однако R1 должен быть достаточно низким, чтобы обеспечить насыщение транзистора, предотвращая перегрев.

Это важно, если переключаются транзисторы с большим током (> 100 мА). Самый безопасный способ — ток базы (IB) должен быть в 5 раз выше, чем ток, насыщающий транзистор.

Вы поняли? Прочитав больше, вы почувствуете себя более ясным.

Выбор подходящего NPN-транзистора

На принципиальной схеме показано подключение NPN-транзистора. Эта схема переключится на нагрузку, когда на выходе IC будет высокий уровень (+ V).

С другой стороны, если вы хотите продолжить загрузку, когда выход IC низкий (0 В), посмотрите на схему транзистора PNP ниже.

Следующие шаги объясняют, как выбрать подходящий переключающий транзистор.

• Максимальный ток коллектора (IC max) транзистора должен превышать ток нагрузки.

  Мы можем найти ток нагрузки (LC) = напряжение питания (VS) / сопротивление нагрузки. или

  Например, мы используем лампочку 12В 3Вт. Он использует ток
  = 1 Вт / 12 В = 0,083 А. Таким образом, мы используем IC макс более 0,1 А или 100 мА.

• Минимальный ток усиления, hFE (min) транзистора, должен быть как минимум в 5 раз больше тока нагрузки IC, деленного на максимальный выходной ток IC (микросхемы).
• Рассчитайте приблизительное значение для резистора базы:
  R1 = 0.2 × RL × hFE или
  R1 = (Vs × hFE) (5 × IC)

Выбор правильного транзистора PNP

Посмотрите на принципиальную схему, показывающую подключение транзистора PNP.

Эта схема будет переключаться в сторону нагрузки, когда выход IC низкий (0 В).

Процедура выбора подходящего транзистора PNP аналогична выбору транзистора NPN, описанному выше.

Кроме того, мы можем использовать транзисторы разными способами. Узнать больше:

Вот несколько связанных сообщений, которые вы, возможно, захотите прочитать:

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Символ, конструкция, работа, характеристики и применение

Транзисторы — один из очень важных компонентов, используемых в конструкциях электронных схем. Эти скромные компоненты можно найти почти повсюду; Транзисторы доказывают свое присутствие от простых схем релейных драйверов до сложных схем материнской платы. Фактически, ваши микроконтроллеры и микропроцессоры представляют собой не что иное, как набор большого количества транзисторов, синтезированных для выполнения коллективной операции.Помните, что многие переключающие устройства, такие как BJT, MOSFET, IGBT, SCR, TRIAC, DIAC и т. Д., Могут вместе называться транзисторами. Но самым основным (самым старым) транзистором является транзистор BJT, поэтому в этой статье мы подробно рассмотрим это, вы можете использовать ссылки, чтобы узнать больше о других переключателях питания.

BJT — это короткая форма Bipolar Junction Transistor , это твердотельное устройство с управлением током, которое можно использовать для электронного переключения цепи, вы можете думать об этом как о своем обычном переключателе вентилятора или света, но вместо вас включив его вручную, можно управлять электронным управлением.С технической точки зрения, BJT — это трехконтактное устройство с эмиттером, коллектором и выводом базы, ток, протекающий через эмиттер и коллектор, регулируется величиной тока, приложенного к базе. Опять же, вы можете рассматривать эмиттер и коллектор как два конца вашего переключателя, и вместо нажатия переключателя у нас есть базовый штифт, который может принимать управляющий сигнал. Но как именно это работает? А как с помощью транзистора построить интересные схемы? Это именно то, на что мы ответим в этом уроке.

Символ биполярных транзисторов

Начнем с символа транзисторов , чтобы вы могли идентифицировать их в цепи. На приведенной ниже схеме показаны обозначения двух транзисторов типа . Слева — это символ для транзистора PNP , а справа — символ для NPN-транзистора . Как я уже сказал, вы сможете увидеть три клеммы: эмиттер, коллектор и базу для обоих типов транзисторов.

Разница между транзисторами PNP и NPN заключается в том, что стрелка на конце эмиттера, если вы заметили, стрелка в транзисторе PNP упоминается как движущаяся от эмиттера к базе, тогда как в транзисторе NPN стрелка будет переход от базы к эмиттеру. Направление стрелки представляет направление тока в транзисторе, в PNP ток будет течь от эмиттера к базе, аналогично в транзисторе NPN ток будет течь от базы к эмиттеру.

Еще одно важное отличие состоит в том, что транзистор NPN остается открытым до тех пор, пока он не получит сигнал на выводе базы, в то время как транзистор PNP остается закрытым до тех пор, пока на вывод базы не будет подан управляющий сигнал, как показано в приведенном выше файле GIF.

Конструкция биполярного переходного транзистора

BJT образован тремя слоями полупроводниковых материалов, если это транзистор PNP, он будет иметь две области P-типа и одну область N-типа, аналогично, если это транзистор NPN, он будет иметь две области N-типа. области и одна область P-типа.Два внешних слоя — это места, где фиксируются выводы коллектора и эмиттера, а вывод базы фиксируется на центральном слое.

Конструкция может быть просто объяснена аналогией с двумя диодами для транзистора , как показано на изображении выше. Если вы хотите узнать больше о диодах, вы можете прочитать его статью. Рассмотрим два диода, соединенных друг с другом с помощью катода, тогда точка встречи может быть расширена, чтобы сформировать базовый вывод, а два конца анода действуют как коллектор и эмиттер PNP-транзистора.Точно так же, если вы подключаете анодные концы диода, то точка встречи анодов может быть расширена до клеммы базы, а два катодных конца действуют как коллектор и эмиттер NPN-транзистора.

Работа транзистора (BJT)

Практически транзистор работает очень просто, он может использоваться как переключатель или как усилитель. Но для базового понимания давайте начнем с того, как транзистор в качестве переключателя работает в цепи.

Когда управляющее напряжение подается на базовый вывод, требуемый базовый ток (I _B ) протекает на базовый вывод, который управляется базовым резистором . Этот ток включает транзистор (переключатель закрыт) и позволяет току течь от коллектора к эмиттеру. Этот ток называется током коллектора (I _C ) , а напряжение на коллекторе и эмиттере называется V _BE . Как вы можете видеть на изображении, мы используем напряжение низкого уровня, например 5 В, для управления нагрузкой с более высоким напряжением 12 В с помощью этого транзистора.

Теперь для теории, рассмотрим транзистор NPN, соединение BE — с прямым смещением , а переход CB — с обратным смещением . Ширина области истощения в соединении CB больше по сравнению с областью истощения в соединении BE. Когда BE-переход смещен вперед, он уменьшает барьерный потенциал, следовательно, электроны начинают течь от эмиттера к базе. Базовая область очень тонкая и слабо легирована по сравнению с другими областями, следовательно, она состоит из очень небольшого количества дырок, электроны, которые текут из эмиттера, будут рекомбинировать с дырками, присутствующими в базовой области, и начнут течь. вне базовой области в виде базового тока.Большое количество оставшихся электронов будет перемещаться через коллекторный переход обратного смещения в виде коллекторного тока.

На основании закона Кирхгофа , мы можем сформулировать текущее уравнение как

  I  E  = I  B  + I  C   

Где, I _E , I _B, и I _C — ток эмиттера, базы и коллектора соответственно. Здесь базовый ток будет очень мал по сравнению с током эмиттера и коллектора, поэтому I _E ~ I _C

Точно так же, когда вы рассматриваете транзистор PNP, они работают так же, как транзистор NPN, но в транзисторах NPN основными носителями заряда являются дырки (положительно заряженная частица), но в транзисторе NPN носителями заряда являются электроны (отрицательно заряженные частица).

Характеристики БЮТ

BJT можно подключить в трех различных конфигурациях, оставив одну общую клемму и используя две другие клеммы для входа и выхода. Эти три типа конфигураций по-разному реагируют на входной сигнал, подаваемый на схему, из-за статических характеристик BJT. Три различных конфигурации BJT перечислены ниже.

• Конфигурация Common Base (CB)
• Конфигурация с общим эмиттером (CE)
• Общий коллектор (CC) Конфигурация

Среди них конфигурации с общей базой будут иметь усиление по напряжению, но без усиления по току, тогда как конфигурация с общим коллектором имеет усиление по току, но без усиления по напряжению, а конфигурация с общим эмиттером будет иметь усиление как по току, так и по напряжению.

Конфигурация Common Base (CB)

Конфигурация общей базы также называется конфигурацией с заземленной базой , где база BJT соединена как общая между входным и выходным сигналами. Входной сигнал на BJT подается через клеммы базы и эмиттера, а выходной сигнал от BJT поступает через клеммы базы и коллектора. Входной ток (I _E ), протекающий через эмиттер, будет значительно выше по сравнению с током базы (I _B ) и током коллектора (I _C ), поскольку ток эмиттера является суммой обоих Базовый ток и ток коллектора.Поскольку выходной ток коллектора меньше входного тока эмиттера, коэффициент усиления по току для этой конфигурации будет равен единице (1) или меньше .

Входные характеристики

Вход Характеристическая кривая для конфигураций с общей базой проведена между током эмиттера I _E и напряжением между базой и эмиттером V _EB . Во время конфигурации с общей базой транзистор смещается в прямом направлении, поэтому он будет показывать характеристики, аналогичные характеристикам прямого действия p-n диода, где I _E увеличивается для фиксированного V _EB , когда V _CB увеличивается.

Выходные характеристики

Выходные характеристики конфигурации с общей базой даны между током коллектора I _C и напряжением между коллектором и базой V _CB , здесь ток эмиттера I _E является параметром измерения. В зависимости от операции на кривой есть три разных участка, сначала активная область , , здесь BJT будет работать нормально, а эмиттерный переход смещен в обратном направлении.Затем идет область насыщения , где эмиттерный и коллекторный переходы смещены в прямом направлении. Наконец, область отсечки , где и эмиттерный, и коллекторный переходы смещены в обратном направлении.

Конфигурация с общим эмиттером (CE)

Конфигурация общего эмиттера также называется конфигурацией заземленного эмиттера, где эмиттер действует как общий вывод между входом, применяемым между базой и эмиттером, и выходом, полученным между коллектором и эмиттером.Эта конфигурация обеспечивает максимальный ток и усиление мощности по сравнению с двумя другими типами конфигураций, это связано с тем, что входной импеданс низкий, поскольку он подключен к смещенному в прямом направлении PN-переходу, тогда как выходное сопротивление высокое. как это получается для PN-перехода с обратным смещением.

Входные характеристики

Характеристики входа конфигурации общего эмиттера рисуются между базовым током I _B и напряжением между базой и эмиттером V _BE .Здесь наиболее распространенным параметром является напряжение между коллектором и эмиттером. Если бы вы могли видеть, не будет большой разницы между характеристической кривой предыдущей конфигурации, за исключением изменения параметров.

Выходные характеристики

Выходные характеристики показаны между током коллектора I _C и напряжением между коллектором и эмиттером V _CE . Конфигурация CE также имеет три разные области: в активной области коллекторный переход смещен в обратном направлении, а эмиттерный переход смещен в прямом направлении, в области отсечки , эмиттерный переход слегка смещен в обратном направлении и ток коллектора не отключается полностью, и, наконец, в области насыщения и коллекторный, и эмиттерный переходы смещены в прямом направлении.

Общий коллектор (CC) Конфигурация

Конфигурация общего коллектора также называется конфигурацией заземленного коллектора, в которой клемма коллектора остается общей клеммой между входным сигналом, подаваемым на базу и эмиттер, и выходным сигналом, полученным на коллекторе и эмиттере. Эта конфигурация обычно называется повторителем напряжения или схемой эмиттерного повторителя .Эта конфигурация будет полезна для приложений согласования импеданса , поскольку она имеет очень высокий входной импеданс, порядка сотен тысяч Ом, при относительно низком выходном импедансе.

Применение биполярных переходных транзисторов (BJT)

BJT может использоваться в различных приложениях, таких как логические схемы, схемы усиления, колебательные схемы, схемы с несколькими вибраторами, схемы ограничения, схемы таймера, схемы задержки времени, схемы переключения и т. Д.

Виды упаковки

Для лучшего использования в различных приложениях, BJT доступны в различных пакетах, таких как TO-3, TO-5, TO-8, TO-18, TO-36, TO-39, TO-46, TO-52. , ТО-66, ТО-72, ТО-92, ТО-126, ТО-202, ТО-218, ТО-220, ТО-226, ТО-254, ТО-257, ТО-258, ТО-259, ТО -264 и ТО-267. Вы также можете ознакомиться с нашими статьями о различных типах пакетов IC, чтобы узнать о популярных типах и их названиях.

.