Транзистор как выглядит: Как выглядит транзистор фото — Лазерная резка металла от "ТМК" Ярославль (Тутаев)

Содержание

Как выглядит транзистор фото

Внешний вид и обозначение транзистора на схемах

На фото справа вы видите первый работающий транзистор, который был создан в 1947 году тремя учёными – Уолтером Браттейном, Джоном Бардином и Уильямом Шокли.

Несмотря на то, что первый транзистор имел не очень презентабельный вид, это не помешало ему произвести революцию в радиоэлектронике.

Трудно предположить, какой бы была нынешняя цивилизация, если бы транзистор не был изобретён.

Транзистор является первым твёрдотельным устройством, способным усиливать, генерировать и преобразовывать электрический сигнал. Он не имеет подверженных вибрации частей, обладает компактными размерами. Это делает его очень привлекательным для применения в электронике.

Это было маленькое вступление, а теперь давайте разберёмся более подробно в том, что же представляет собой транзистор.

Сперва стоит напомнить о том, что транзисторы делятся на два больших класса. К первому относятся так называемые биполярные, а ко второму – полевые (они же униполярные).

Основой как полевых, так и биполярных транзисторов является полупроводник. Основной же материал для производства полупроводников – это германий и кремний, а также соединение галлия и мышьяка – арсенид галлия (GaAs).

Стоит отметить, что наибольшее распространение получили транзисторы на основе кремния, хотя и этот факт может вскоре пошатнуться, так как развитие технологий идёт непрерывно.

Так уж случилось, но вначале развития полупроводниковой технологии лидирующее место занял биполярный транзистор. Но не многие знают, что первоначально ставка делалась на создание полевого транзистора. Он был доведён до ума уже позднее. О полевых MOSFET-транзисторах читайте здесь.

Не будем вдаваться в подробное описание устройства транзистора на физическом уровне, а сперва узнаем, как же он обозначается на принципиальных схемах. Для новичков в электронике это очень важно.

Для начала, нужно сказать, что биполярные транзисторы могут быть двух разных структур. Это структура P-N-P и N-P-N. Пока не будем вдаваться в теорию, просто запомните, что биполярный транзистор может иметь либо структуру P-N-P, либо N-P-N.

На принципиальных схемах биполярные транзисторы обозначаются вот так.

Как видим, на рисунке изображены два условных графических обозначения. Если стрелка внутри круга направлена к центральной черте, то это транзистор с P-N-P структурой. Если же стрелка направлена наружу – то он имеет структуру N-P-N.

Маленький совет.

Чтобы не запоминать условное обозначение, и сходу определять тип проводимости (p-n-p или n-p-n) биполярного транзистора, можно применять такую аналогию.

Сначала смотрим, куда указывает стрелка на условном изображении. Далее представляем, что мы идём по направлению стрелки, и, если упираемся в «стенку» – вертикальную черту – то, значит, «Прохода Нет»! «Нет» – значит p-n-p (П-Н

-П ).

Ну, а если идём, и не упираемся в «стенку», то на схеме показан транзистор структуры n-p-n. Похожую аналогию можно использовать и в отношении полевых транзисторов при определении типа канала (n или p). Про обозначение разных полевых транзисторов на схеме читайте тут.

Обычно, дискретный, то есть отдельный транзистор имеет три вывода. Раньше его даже называли полупроводниковым триодом. Иногда у него может быть и четыре вывода, но четвёртый служит для подключения металлического корпуса к общему проводу. Он является экранирующим и не связан с другими выводами. Также один из выводов, обычно это коллектор (о нём речь пойдёт далее), может иметь форму фланца для крепления к охлаждающему радиатору или быть частью металлического корпуса.

Вот взгляните. На фото показаны различные транзисторы ещё советского производства, а также начала 90-ых.

А вот это уже современный импорт.

– «собирать»). Вывод базы помечают как B, от слова Base (от англ. Base – «основной»). Это управляющий электрод. Ну, а вывод эмиттера обозначают буквой E, от слова Emitter – «эмитент» или «источник выбросов». В данном случае эмиттер служит источником электронов, так сказать, поставщиком.

В электронную схему выводы транзисторов нужно впаивать, строго соблюдая цоколёвку. То есть вывод коллектора запаивается именно в ту часть схемы, куда он должен быть подключен. Нельзя вместо вывода базы впаять вывод коллектора или эмиттера. Иначе не будет работать схема.

Как узнать, где на принципиальной схеме у транзистора коллектор, а где эмиттер? Всё просто. Тот вывод, который со стрелкой – это всегда эмиттер. Тот, что нарисован перпендикулярно (под углом в 90 0 ) к центральной черте – это вывод базы.

А тот, что остался – это коллектор.

Также на принципиальных схемах транзистор помечается символом VT или Q. В старых советских книгах по электронике можно встретить обозначение в виде буквы V или T. Далее указывается порядковый номер транзистора в схеме, например, Q505 или VT33. Стоит учитывать, что буквами VT и Q обозначаются не только биполярные транзисторы, но и полевые в том числе.

Далее узнаем, как найти транзисторы на печатной плате электронного прибора.

В реальной электронике транзисторы легко спутать с другими электронными компонентами, например, симисторами, тиристорами, интегральными стабилизаторами, так как те имеют такие же корпуса. Особенно легко запутаться, когда на электронном компоненте нанесена неизвестная маркировка.

Это значит, что этот элемент транзистор и его порядковый номер в принципиальной схеме – 305. Также бывает, что рядом с выводами указывается название электрода транзистора. Так, если рядом с выводом есть буква E, то это эмиттерный электрод транзистора. Таким образом, можно чисто визуально определить, что же установлено на плате – транзистор или совсем другой элемент.

Как уже говорилось, это утверждение справедливо не только для биполярных транзисторов, но и для полевых. Поэтому, после определения типа элемента, необходимо уточнять класс транзистора (биполярный или полевой) по маркировке, нанесённой на его корпус.

Полевой транзистор FR5305 на печатной плате прибора. Рядом указан тип элемента – VT

Любой транзистор имеет свой типономинал или маркировку. Пример маркировки: КТ814. По ней можно узнать все параметры элемента. Как правило, они указаны в даташите (datasheet). Он же справочный лист или техническая документация. Также могут быть транзисторы этой же серии, но чуть с другими электрическими параметрами. Тогда название содержит дополнительные символы в конце, или, реже, в начале маркировки. (например, букву А или Г).

Зачем так заморачиваться со всякими дополнительными обозначениями? Дело в том, что в процессе производства очень сложно достичь одинаковых характеристик у всех транзисторов. Всегда есть определённое, пусть и, небольшое, но отличие в параметрах. Поэтому их делят на группы (или модификации).

Строго говоря, параметры транзисторов разных партий могут довольно существенно различаться. Особенно это было заметно ранее, когда технология их массового производства только оттачивалась.

Внешний вид и обозначение транзистора на схемах

Трудно предположить, какой бы была нынешняя цивилизация, если бы транзистор не был изобретён.

Сперва стоит напомнить о том, что транзисторы делятся на два больших класса. К первому относятся так называемые биполярные, а ко второму – полевые (они же униполярные). Основой как полевых, так и биполярных транзисторов является полупроводник. Основной же материал для производства полупроводников – это германий и кремний, а также соединение галлия и мышьяка – арсенид галлия (

GaAs).

На принципиальных схемах биполярные транзисторы обозначаются вот так.

Маленький совет.

Вот взгляните. На фото показаны различные транзисторы ещё советского производства, а также начала 90-ых.

А вот это уже современный импорт.

Каждый из выводов транзистора имеет своё назначение и название: база, эмиттер и коллектор. Обычно эти названия сокращают и пишут просто Б (База), Э (Эмиттер), К (Коллектор). На зарубежных схемах вывод коллектора помечают буквой C, это от слова Collector – «сборщик» (глагол Collect – «собирать»). Вывод базы помечают как B, от слова Base (от англ. Base – «основной»). Это управляющий электрод. Ну, а вывод эмиттера обозначают буквой E, от слова Emitter – «эмитент» или «источник выбросов». В данном случае эмиттер служит источником электронов, так сказать, поставщиком.

Далее узнаем, как найти транзисторы на печатной плате электронного прибора.

В таком случае нужно знать, что на многих печатных платах производится разметка позиционирования и указывается тип элемента. Это так называемая шелкография. Так на печатной плате рядом с деталью может быть написано Q305. Это значит, что этот элемент транзистор и его порядковый номер в принципиальной схеме – 305. Также бывает, что рядом с выводами указывается название электрода транзистора. Так, если рядом с выводом есть буква E, то это эмиттерный электрод транзистора. Таким образом, можно чисто визуально определить, что же установлено на плате – транзистор или совсем другой элемент.

Полевой транзистор FR5305 на печатной плате прибора. Рядом указан тип элемента – VT

В этой статье мы разберем, чем же примечателен этот маленький кусочек кремния, называемый транзистором.

Транзисторы, как известно, делятся на 2 вида полевые и биполярные. Изготавливаются они из полупроводниковых материалов, в частности германия и кремния. И полевые и биполярные транзисторы имеют по 3 вывода. На приведенном ниже рисунке мы можем видеть устройство советского биполярного низкочастотного транзистора типа МП39-МП42.

Транзистор в разрезе

На следующем рисунке изображены транзисторы, также выпущенные в советское время, слева небольшой мощности, в центре и справа рассчитанные на среднюю и большую мощность:

Внешний вид советских транзисторов

Рассмотрим схематическое изображение биполярного транзистора:

Структура биполярных транзисторов

Транзисторы по своей структуре делятся на два типа, n-p-n и p-n-p. Как нам известно из предыдущей статьи, диод представляет собой полупроводниковый прибор с p-n переходом способным пропускать ток в прямом включении и не пропускающий в обратном. Транзистор же представляет собой, условно говоря, два диода соединенных либо катодами, либо анодами, что мы и можем видеть на рисунке ниже.

Транзистор как два диода

Кстати, многие отечественные транзисторы в советское время выпускали с некоторым содержанием золота, так что эту деталь можно назвать драгоценной в прямом смысле слова! Подробнее о содержании драгметаллов смотрите тут. Но для радиолюбителей ценность данного радиоэлемента заключается прежде всего в его функциях.

Золото в транзисторах СССР

Приведу ещё несколько фотографий распространённых транзисторов:

Малой мощности

На этих фото изображены выводные транзисторы, которые впаивают в отверстия в печатной плате. Но существуют транзисторы и для поверхностного или SMD монтажа, в таком случае отверстия не сверлятся и детали припаиваются со стороны печати, один из таких транзисторов в корпусе sot-23 изображен на фотографии ниже, рядом на рисунке можно видеть его сравнительные размеры:

Фото SMD транзистор

Какие существуют схемы включения биполярных транзисторов? Прежде всего это схема (к слову сказать самая распространенная) включения с общим эмиттером. Такое включение обеспечивает большое усиление по напряжению и току:

Схема включения с общим коллектором, это дает нам усиление только по току:

Схема с общим коллектором

И схема включения с общей базой, усиление только по напряжению:

Схема с общей базой

Далее приведен практический пример схемы усилителя на одном транзисторе собранного по схеме с общим эмиттером. Наушники для этого усилителя нужно брать высокоомные Тон–2 с сопротивлением обмотки приблизительно 2 кОм.

Пример усилителя по схеме с общим эмиттером

Биполярные транзисторы могут использоваться в ключевом и усилительном режимах. Выше на схеме пример работы транзистора в усилительном режиме. На приведенном ниже рисунке изображена схема включения транзистора в ключевом режиме:

Схема транзистора в ключевом режиме

Существуют транзисторы, действие которых основано на фотоэлектрическом эффекте, называются они фототранзисторы. Они могут быть в исполнении как с выводом от базы, так и без него. Его схематическое изображение на рисунке:

Схематическое изображение фототранзисторов

А так выглядит один из фототранзисторов:

Полевые транзисторы

Строение полевого транзистора

Привожу первый вариант схематического обозначения полевого транзистора:

Схематическое изображение полевого транзистора

На следующем рисунке изображено современное схематическое изображение (второй вариант) полевых транзисторов с изолированным затвором, слева с каналом n–типа и справа с каналом p-типа.

Изображение на схемах полевых транзисторов с изолированным затвором

Определяют какого типа канал следующим образом, если стрелка направлена в сторону канала, то такой транзистор с каналом n–типа, если же стрелка направлена в обратную, то p-типа. Транзисторы MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) – это английское название полевых транзисторов МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). Дальше на рисунке приведено обозначение и изображен внешний вид мощного полевого Mosfet транзистора:

Схематическое изображение мощного полевого транзистора

Полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление. Они находят все большее применение в современной технике, особенно приёмо-передатчиках. Полевые транзисторы широко применяются и в аналоговых, и в цифровых схемах. Выпускаются современные полевые транзисторы, как и биполярные, в SMD исполнении:

Фото SMD полевой транзистор

Устройства, созданные на основе КМОП транзисторов (полевых транзисторов) очень экономичны и имеют незначительное потребление питания. Привожу схемы включения полевых транзисторов:

С общим истоком

Применяются полевые транзисторы и в усилителях мощности звука, чаще всего в выходных каскадах.

Однопереходные транзисторы

Схематическое изображение однопереходных транзисторов

Применяются однопереходные транзисторы, в устройствах автоматики и импульсной технике. А также находят применение в измерительных устройствах. Автор статьи – AKV.

Обсудить статью ТРАНЗИСТОРЫ

Простое акустическое реле на пьезоэлементе.

СХЕМА ЖУЧКА ДЛЯ ПРОСЛУШКИ

Простейшая схема радиожучка на одном транзисторе, для работы в паре с ФМ приёмником.

описание, типы, устройство, маркировка, применение.

В этой статье рассказывается об важно элементе радиоэлектронике — транзисторах. Про принцип действия диодов и их характеристики читайте по ссылке — http://www.radioingener.ru/diody-i-ix-primenenie/

Что такое транзистор.

Термин «транзистор» образован из двух английских слов: transfer — преобразователь и resistor — сопротивление.

В большую «семью» полупроводниковых приборов, называемых транзисторами, входят два вида: биполярные и полевые. Первые из них, чтобы как — то отличить их от вторых, часто называют обычными транзисторами.

Биполярный (обычный) транзистор

Биполярные транзисторы используются наиболее широко. Именно с них мы пожалуй и начнем. В упрощенном виде биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис. 1), которые образуют два р — n перехода.

Две крайние области обладают электропроводностью одного типа, средняя — электропроводностью другого типа. У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 1, а), то такой прибор называют транзистором структуры p — n — р. У транзистора структуры n — p — n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними — область с дырочной электропроводностью (рис. 1, б).

Рис. 1 Схематическое устройство и графическое обозначение на схемах транзисторов структуры p — n — p и n — p — n.

Устройство и структура.

Если мысленно прикрыть любую из крайних областей транзисторов, изображенных схематически на (рис.1). Что получилось? Оставшиеся две области есть не что иное, как плоскостной диод. Если прикрыть другую крайнюю область, то тоже получится диод. Значит, транзистор можно представить себе как два плоскостных диода с одной общей областью, включенных навстречу друг другу.

Общую (среднюю) область транзистора называют базой, одну крайнюю область — эмиттером, вторую крайнюю область — коллектором.

Это три электрода транзистора. Во время работы эмиттер вводит (эмитирует) в базу дырки (в структуре p — n — р) или электроны (в структуре n — p — n), коллектор собирает эти электрические заряды, вводимые в базу эмиттером.

Различие в обозначениях транзисторов разных структур на схемах заключается лишь в направлении стрелки эмиттера: в p — n — р транзисторах она обращена в сторону базы, а в n — p — n — от базы.

Электронно — дырочные переходы в транзисторе могут быть получены так же, как в плоскостных диодах. Например, чтобы изготовить транзистор структуры p — n — р, берут тонкую пластину германия с электронной электропроводностью и наплавляют на ее поверхность кусочки индия. Атомы индия диффундируют (проникают) в тело пластины, образуя в ней две области типа р — эмиттер и коллектор, а между ними остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника типа n — база. Транзисторы, изготовляемые по такой технологии, называют сплавными.

Запомни наименования р — n переходов транзистора: между коллектором и базой — коллекторный, между эмиттером и базой — эмиттерный.

Схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора показаны на (рис. 2).

Изготовление транзисторов.

Прибор собран на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу — ее наружный проволочный вывод. Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проволочкам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Цельнометаллический колпак защищает прибор от механических повреждений и влияния света. Так устроены наиболее распространенные маломощные низкочастотные транзисторы серий МП39, МП40, МП41, МП42 и их разновидности. Буква (М) в обозначении говорит о том, что корпус прибора холодносварной, буква (П)- первоначальная буква слов «плоскостной», а цифры — порядковые заводские номера приборов. В конце обозначения могут быть буквы А, Б, В (например, МП39Б), указывающие разницу в параметрах данной серии. Существуют другие способы изготовления, например, диффузионно — сплавной (рис. 3). Коллектором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластина исходного полупроводника. На поверхность пластины наплавляют очень близко один от другого два маленьких шарика примесных элементов. Во время нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластинку полупроводника. При этом один шарик (на рис. 3 — правый) образует в коллекторе тонкую базовую область, а второй (на рис. 3 — левый) эмиттерную область.

Рис. 2 — Устройство и конструкция сплавного слева и диффузионно — сплавного справа транзистора структуры p — n — p.

В результате в пластине исходного полупроводника получаются два р — n перехода, образующие транзистор структуры р — n — р. По такой технологии изготовляют, в частности, наиболее массовые маломощные высокочастотные транзисторы серий П401-П403, П422, П423, ГТ308. В настоящее время действует система обозначения, по которой выпускаемые серийно приборы имеют обозначения, состоящие из четырех элементов, например: ГТ109А, КТ315В, ГТ403И.

Первый элемент этой системы обозначения — буква Г, К или А (или цифра 1, 2 и 3) — характеризует полупроводниковый материал и температурные условия работы прибора. Буква Г (или цифра 1) присваивается германиевым транзисторам, буква К (или цифра 2) — кремниевым, буква А (или цифра 3) — транзисторам, полупроводниковым материалом которых служит арсенид галлия. Цифра, стоящая вместо буквы, указывает на то, что данный транзистор может работать при повышенных температурах (германиевый — выше 4- 60°С, кремниевый — выше +85°С).
Второй элемент — буква Т — начальная буква слова «транзистор».
Третий элемент — трехзначное число от 101 до 999 — указывает порядковый номер разработки и назначение прибора. Это число присваивается транзистору по признакам, приведенным в таблице.
Четвертый элемент обозначения — буква, указывающая разновидность прибора данной серии.

Вот некоторые примеры расшифровки обозначений по этой системе :

ГТ109А — германиевый маломощный низкочастотный транзистор, разновидность А;

ГТ404Г — германиевый средней мощности низкочастотный транзистор, разновидность Г;

КТЗ15В — кремниевый маломощный высокочастотный транзистор, разновидность В.

Применение транзисторов

Наряду с такой системой продолжает действовать и прежняя система обозначения, например П27, П401, П213, МП39 и т.д. Объясняется это тем, что такие или подобные транзисторы были разработаны до введения современной маркировки полупроводниковых приборов. Внешний вид некоторых биполярных транзисторов, наиболее широко используемых радиолюбителями, показан на (рис. 4). Маломощный низкочастотный транзистор ГТ109 (структуры р — n — р) имеет в диаметре всего 3, 4 мм. Транзисторы этой серии предназначены для миниатюрных радиовещательных приемников. Их используют также в слуховых аппаратах, в электронных медицинских приборах т.д.

Диаметр транзисторов ГТ309 (р — n — р) 7,4 мм. Такие транзисторы применяют в различных малогабаритных электронных устройствах для усиления и генерирования колебаний высокой частоты.

Транзисторы КТЗ15 (n — p — n) выпускают в пластмассовых корпусах. Эти маломощные приборы предназначены для усиления и генерирования колебаний высокой частоты. Транзисторы МП39 — МП42 (р — n — р) — самые массовые среди маломощных низкочастотных транзисторов. Точно так выглядят и аналогичные им, но структуры n — p — n, транзисторы МП35 — МП38. Диаметр корпуса любого из этих транзисторов 11,5 мм. Наиболее широко их используют в усилителях звуковой частоты.

Так выглядят и маломощные высокочастотные р — n — р транзисторы серий П401 — П403, П416, П423, используемые для усиления высокочастотных сигналов как в промышленных, так и любительских радиовещательных приемниках. Транзистор ГТ402 (р — n — р) — представитель низкочастотных транзисторов средней мощности. Такую же конструкцию имеет его «близнец» ГТ404, но он структуры (n — p — n). Их, обычно используют в паре, в каскадах усиления мощности колебаний звуковой частоты.

Транзистор П213 (германиевый структуры р — n — р) — один из мощных низкочастотных транзисторов, широко используемых в оконечных каскадах усилителей звуковой частоты. Диаметр этого, а также аналогичных ему транзисторов П214 — П216 и некоторых других, 24 мм. Такие транзисторы крепят на шасси или панелях при помощи фланцев. Во время работы они нагреваются, поэтому их обычно ставят на специальные теплоотводящие радиаторы, увеличивающие поверхности охлаждения.

КТ904 — сверхвысокочастотный кремниевый n — p — n транзистор большой мощности. Корпус металлокерамический с жесткими выводами и винтом М5, с помощью которого транзистор крепят на теплопроводящем радиаторе. Функцию радиатора может выполнять массивная металлическая пластина или металлическое шасси радиотехнического устройства. Высота транзистора вместе с выводами и крепежным винтом чуть больше 20 мм. Транзисторы этой серии предназначаются для генераторов и усилителей мощности радиоаппаратуры, работающей на частотах выше 100 МГц, например диапазона УКВ.

Рис. 4 Внешний вид некоторых транзисторов.

Советую просмотреть обучающий фильм:

Схемы включения и основные параметры биполярных транзисторов

Итак, биполярный транзистор, независимо от его структуры, является трехэлектродным прибором. Его электроды — эмиттер, коллектор и база. Для использования транзистора в качестве усилителя напряжения, тока или мощности входной сигнал, который надо усилить, можно подавать на два каких — либо электрода и с двух электродов снимать усиленный сигнал. При этом один из электродов обязательно будет общим. Он — то и определяет название способа включения транзистора: по схеме общего эмиттера (ОЭ), по схеме общего коллектора (ОК), по схеме общей базы (ОБ).

Включение p-n-р транзистора по схеме ОЭ показано на (рис. 5, а). Напряжение источника питания на коллекторе V подается через резистор Rк, являющийся нагрузкой, на эмиттер — через общий «заземленный» проводник, обозначаемый на схемах специальным знаком. Входной сигнал через конденсатор связи Ссв. подается к выводам базы и эмиттера, т.е. к участку база — эмиттер, а усиленный сигнал снимается с выводов эмиттера и коллектора. Эмиттер, следовательно, при таком включении является общим для входной и выходной цепей. Транзистор, по схеме с ОЭ, в зависимости от его усилительных свойств может дать 10 — 200 — кратное усиление сигнала по напряжению и 20 — 100 — кратное усиление сигнала по току. Такой способ включения по схеме с ОЭ пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью. Существенным недостатком усилительного каскада, включенном по такой схеме, является его сравнительно малое входное сопротивление — всего 500-1000 Ом, что усложняет согласование усилительных каскадов, транзисторы которых включают по такой же схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттерный р — n переход транзистора включен в прямом, т.е. пропускном, направлении. А сопротивление пропускного перехода, зависящее от прикладываемого к нему напряжения, всегда мало. Что же касается выходного сопротивления такого каскада, то оно достаточно большое (2-20 кОм) и зависит от сопротивления нагрузки Rк и усилительных свойств.

Включение прибора схеме ОК показано на (рис. 5, б). Входной сигнал подается на базу и эмиттер через эмиттерный резистор Rэ, который является частью коллекторной цепи. С этого же резистора, выполняющего функцию нагрузки транзистора, снимается и выходной сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи является общим для входной и выходной цепей, поэтому и название способа включения транзистора — ОК. Каскад с полупроводником, включенным по такой схеме, по напряжению дает усиление меньше единицы. Усиление же по току получается примерно такое же, как если бы транзистор был включен по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивление такого каскада может составлять 10 — 500 кОм, что хорошо согласуется с большим выходным сопротивлением каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ. По существу, каскад не дает усиления по напряжению, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транзисторы, включаемые по такой схеме, называют также эмиттерными повторителями. Почему эмиттерными? Потому что выходное напряжение на эмиттере практически полностью повторяет входное напряжение. Почему каскад не усиливает напряжение? Давайте мысленно соединим резистором цепь базы с нижним (по схеме) выводом эмиттерного резистора Rэ, как показано на (рис. 5, б) штриховыми линиями. Этот резистор — эквивалент внутреннего сопротивления источника входного сигнала Rвх., например микрофона или звукоснимателя. Таким образом, эмиттерная цепь оказывается связанной через резистор Rвх. с базой. Когда на вход усилителя подается напряжение сигнала, на резисторе Rэ, являющемся нагрузкой транзистора, выделяется напряжение усиленного сигнала, которое через резистор Rвх. оказывается приложенным к базе в противофазе. При этом между эмиттерной и базовой цепями возникает очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по напряжению. А по току усиления получается такое же, как и при включении транзистора по схеме с ОЭ.
Теперь о включении транзистора по схеме с ОБ (рис. 5, в). В этом случае база через конденсатор Сб по переменному току заземлена, т. е. соединена с общим проводником питания. Входной сигнал через конденсатор Ссв. подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и с заземленной базы. База, таким образом, является общим электродом входной и выходной цепей каскада. Такой каскад дает усиление по току меньше единицы, а по напряжению — такое же, как транзистор, включенный по схеме с ОЭ (10 — 200). Из — за очень малого входного сопротивления, БК превышающего нескольких десятковом (30-100) Ом, включение транзистора по схеме ОБ используют главным образом в генераторах электрических колебаний, в сверхгенеративных каскадах, применяемых, например, в аппаратуре радиоуправления моделями.

Чаще всего как я уже говорил применяются схемы с включением транзистора с ОЭ, реже с ОК. Но это только способы включения. А режим работы транзистора как усилителя определяется напряжениями на его электродах, токами в его цепях и, конечно, параметрами самого транзистора. Качество и усилительные свойства биполярных транзисторов оценивают по нескольким электрическим параметрам, которые измеряют с помощью специальных приборов. Вас же, с практической точки зрения, в первую очередь должны интересовать три основных параметра: обратный ток коллектора Iкбо, статический коэффициент передачи тока h313 (читают так: аш два один э) и граничная частота коэффициента передачи тока Fгр.

Обратный ток коллектора Iкбо — это неуправляемый ток через коллекторный р — n переход, создающийся неосновными носителями тока транзистора. Он характеризует качество транзистора: чем численное значение параметра Iкбо меньше, тем выше качество. У маломощных низкочастотных транзисторов, например, серий МП39 — МП42, Iкбо не должен превышать 30 мкА, а у маломощных высокочастотных 5 мкА. Транзисторы с большими значениями Iкбо в работе неустойчивы.
Статический коэффициент передачи тока h31э характеризует усилительные свойства транзистора. Статическим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неизменных токах в его цепях. Буква «Э» в этом выражении указывает на то, что при измерении полупроводник включают по схеме ОЭ. Коэффициент h31э характеризуется отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор — эмиттер и токе эмиттера. Чем больше численное значение коэффициента h31э, тем большее усиление сигнала может обеспечить данный прибор.
Граничная частота коэффициента передачи тока Fгр, выраженная в килогерцах или мегагерцах, позволяет судить о возможности использования транзистора для усиления колебаний тех или иных частот. Граничная частота Fгр транзистора МП39, например, 500 кГц, а транзисторов П401 — П403 — больше 30 МГц. Практически транзисторы используют для усиления частот значительно меньше граничных, так как с повышением частоты коэффициент h31э уменьшается.

При конструировании радиотехнических устройств надо учитывать и такие параметры, как максимально допустимое напряжение коллектор — эмиттер Uкэ max, максимально допустимый ток коллектора Iк. max а также максимально допустимую рассеиваемую мощность коллектора Рк.max — мощность, превращающуюся в тепло.

Полевой транзистор

В этом полупроводниковом приборе управление рабочим током осуществляется не током во входной (базовой) цепи, как в биполярном транзисторе, а воздействием на носители тока электрического поля. Отсюда и название «полевой». Схематическое устройство и конструкция полевого транзистора с р — n переходом показаны на (рис. 6). Основой такого транзистора служит пластина кремния с электропроводностью типа n, в которой имеется тонкая область с электропроводностью типа р. Пластину прибора называют затвором, а область типа р в ней — каналом. С одной стороны канал заканчивается истоком, с другой стоком — тоже областью типа р, но с повышенной концентрацией дырок. Между затвором и каналом создается р — n переход. От затвора, истока и стока сделаны контактные выводы. Если к истоку подключить положительный, а к стоку — отрицательный полюсы батареи питания (на рис. 6 — батарея GB), то в канале появится ток, создающийся движением дырок от истока к стоку. Этот ток, называемый током стока Iс, зависит не только от напряжения этой батареи, но и от напряжения, действующего между источником и затвором (на рис. 6 — элемент G).

И вот почему. Когда на затворе относительно истока действует положительное закрывающее напряжение, обедненная область р — n перехода расширяется (на рис. 6 показано штриховыми линиями). От этого канал сужается, его сопротивление увеличивается, из — за чего ток стока уменьшается. С уменьшением положительного напряжения на затворе обедненная область р — n перехода, наоборот, сужается, канал расширяется, и ток снова увеличивается. Если на затвор вместе с положительным напряжением смещения подавать низкочастотный или высокочастотный сигнал, в цепи стока возникнет пульсирующий ток, а на нагрузке, включенной в эту цепь, — напряжение усиленного сигнала. Так, в упрощенном виде устроены и работают полевые транзисторы с каналом типа р, например — КП102, КП103 (буквы К и П означают «кремниевый полевой»). Принципиально так же устроен и работает полевой транзистор с каналом типа n. Затвор транзистора такой структуры обладает дырочной электропроводностью, поэтому на него относительно истока должно подаваться отрицательное напряжение смещения, а на сток (тоже относительно истока) — положительное напряжение источника питания. На условном графическом изображении полевого транзистора с каналом типа n стрелка на линии затвора направлена в сторону истока, а не от истока, как в обозначении транзистора с каналом типа р. Полевой транзистор — тоже трехэлектродный прибор. Поэтому его, как и биполярный транзистор, включать в усилительный каскад можно тремя способами: по схеме общего стока (ОС), по схеме общего истока (ОИ) и по схеме общего затвора (ОЗ). В радиолюбительской практике применяют в основном только первые два способа включения, позволяющие с наибольшей эффективностью использовать полевые транзисторы.

Усилительный каскад на полевом транзисторе обладает очень большим, исчисляемым мегаомами, входным сопротивлением.

Это позволяет подавать на его вход высокочастотные и низкочастотные сигналы от источников с большим внутренним сопротивлением, например от пьезокерамическрго звукоснимателя, не опасаясь искажения или ухудшения усиления входного сигнала.

В этом главное преимущество полевых транзисторов по сравнению с биполярными. Усилительные свойства полевого транзистора характеризуют крутизной характеристики S — отношением изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора, включенного по схеме ОИ. Численное значение параметра S выражают в миллиамперах на вольт; для различных транзисторов оно может составлять от 0,1 — 0,2 до 10 — 15 мА/В и больше. Чем больше крутизна, тем большее усиление сигнала может дать транзистор.

Рис. 6 Конструкция и графическое изображение полевого транзистора с каналом типа (p).

Другой параметр полевого транзистора — напряжение отсечки Uзи. отс. — Это обратное напряжение на р — n переходе затвор — канал, при котором ток через этот переход уменьшается до нуля. У различных транзисторов напряжение отсечки может составлять от 0,5 до 10 В. О полевых транзисторах и их уникальных свойствах можно говорить еще много, я попытался рассказать о наиболее существенных.

Кодовая и цветовая маркировка транзисторов

Все картинки кликабельны. Вы можете нажать и сохранить их себе на ПК, чтобы в дальнейшем пользоваться. Или просто сохраните данную страницу нажав в браузере добавить в закладки.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5 — КТ315, КТ361

И так сказать на закуску классификацию корпусов, чтобы при заказе или обозначении на схеме иметь представление о внешнем виде транзистора

Что такое транзистор? (принцип действия, назначение и применение, как выглядит)

Радиоэлектронный элемент из полупроводникового материала с помощью входного сигнала создает, усиливает, изменяет импульсы в интегральных микросхемах и системах для хранения, обработки и передачи информации. Транзистор — это сопротивление, функции которого регулируются напряжением между эмиттером и базой или истоком и затвором в зависимости от типа модуля.

Виды транзисторов

Преобразователи широко применяются в производстве цифровых и аналоговых микросхем для обнуления статического потребительского тока и получения улучшенной линейности. Типы транзисторов различаются тем, что одни управляются изменением напряжения, вторые регулируются отклонением тока.

Полевые модули работают при повышенном сопротивлении постоянного тока, трансформация на высокой частоте не увеличивает энергетические затраты. Если говорить, что такое транзистор простыми словами, то это модуль с высокой границей усиления. Эта характеристика у полевых видов больше, чем у биполярных типов. У первых нет рассасывания носителей заряда , что ускоряет работу.

Полевые полупроводники применяются чаще из-за преимуществ перед биполярными видами:

мощного сопротивления на входе при постоянном токе и высокой частоте, это уменьшает потери энергии на управление;
отсутствия накопления неосновных электронов, из-за чего ускоряется работа транзистора;
переноса подвижных частиц;
стабильности при отклонениях температуры;
небольших шумов из-за отсутствия инжекции;
потребления малой мощности при работе.

Виды транзисторов и их свойства определяют назначение. Нагревание преобразователя биполярного типа увеличивает ток по пути от коллектора к эмиттеру. У них коэффициент сопротивления отрицательный, а подвижные носители текут к собирающему устройству от эмиттера. Тонкая база отделена p-n-переходами, а ток возникает только при накоплении подвижных частиц и их инжекции в базу. Некоторые носители заряда захватываются соседним p-n-переходом и ускоряются, так рассчитаны параметры транзисторов.

Полевые транзисторы имеют еще один вид преимущества, о котором нужно упомянуть для чайников. Их соединяют параллельно без выравнивания сопротивления. Резисторы для этой цели не применяются, так как показатель растет автоматически при изменении нагрузки. Для получения высокого значения коммутационного тока набирается комплекс модулей, что используется в инверторах или других устройствах.

Нельзя соединять параллельно биполярный транзистор, определение функциональных параметров ведет к тому, что выявляется тепловой пробой необратимого характера. Эти свойства связаны с техническими качествами простых p-n каналов. Модули соединяются параллельно с применением резисторов для выравнивания тока в эмиттерных цепях. В зависимости от функциональных черт и индивидуальной специфики в классификации транзисторов выделяют биполярные и полевые виды.

Биполярные транзисторы

Биполярные конструкции производятся в виде полупроводниковых приборов с тремя проводниками. В каждом из электродов предусмотрены слои с дырочной p-проводимостью или примесной n-проводимостью. Выбор комплектации слоев определяет выпуск p-n-p или n-p-n типов приборов. В момент включения устройства разнотипные заряды одновременно переносятся дырками и электронами, задействуется 2 вида частиц.

Носители движутся за счет механизма диффузии. Атомы и молекулы вещества проникают в межмолекулярную решетку соседнего материала, после чего их концентрация выравнивается по всему объему. Перенос совершается из областей с высоким уплотнением в места с низким содержанием.

Электроны распространяются и под действием силового поля вокруг частиц при неравномерном включении легирующих добавок в массе базы. Чтобы ускорить действие прибора, электрод, соединенный со средним слоем, делают тонким. Крайние проводники называют эмиттером и коллектором. Обратное напряжение, характерное для перехода, неважно.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор управляет сопротивлением с помощью электрического поперечного поля, возникающего от приложенного напряжения. Место, из которого электроны движутся в канал, называется истоком, а сток выглядит как конечная точка вхождения зарядов. Управляющее напряжение проходит по проводнику, именуемому затвором. Устройства делят на 2 вида:

с управляющим p-n-переходом;
транзисторы МДП с изолированным затвором.

Приборы первого типа содержат в конструкции полупроводниковую пластину, подключаемую в управляемую схему с помощью электродов на противоположных сторонах (сток и исток). Место с другим видом проводимости возникает после подсоединения пластины к затвору. Вставленный во входной контур источник постоянного смещения продуцирует на переходе запирающее напряжение.

Источник усиливаемого импульса также находится во входной цепи. После перемены напряжения на входе трансформируется соответствующий показатель на p-n-переходе. Модифицируется толщина слоя и площадь поперечного сечения канального перехода в кристалле, пропускающем поток заряженных электронов. Ширина канала зависит от пространства между обедненной областью (под затвором) и подложкой. Управляющий ток в начальной и конечной точках регулируется изменением ширины обедненной области.

Транзистор МДП характеризуется тем, что его затвор отделен изоляцией от канального слоя. В полупроводниковом кристалле, называемом подложкой, создаются легированные места с противоположным знаком. На них установлены проводники — сток и исток, между которыми на расстоянии меньше микрона расположен диэлектрик. На изоляторе нанесен электрод из металла — затвор. Из-за полученной структуры, содержащей металл, диэлектрический слой и полупроводник транзисторам присвоена аббревиатура МДП.

Устройство и принцип работы для начинающих

Технологии оперируют не только зарядом электричества, но и магнитным полем, световыми квантами и фотонами. Принцип действия транзистора заключается в состояниях, между которыми переключается устройство. Противоположный малый и большой сигнал, открытое и закрытое состояние — в этом заключается двойная работа приборов.

Вместе с полупроводниковым материалом в составе, используемого в виде монокристалла, легированного в некоторых местах, транзистор имеет в конструкции:

выводы из металла;
диэлектрические изоляторы;
корпус транзисторов из стекла, металла, пластика, металлокерамики.

До изобретения биполярных или полярных устройств использовались электронные вакуумные лампы в виде активных элементов. Схемы, разработанные для них, после модификации применяются при производстве полупроводниковых устройств. Их можно было подключить как транзистор и применять, т. к. многие функциональные характеристики ламп годятся при описании работы полевых видов.

Преимущества и недостатки замены ламп транзисторами

Изобретение транзисторов является стимулирующим фактором для внедрения инновационных технологий в электронике. В сети используются современные полупроводниковые элементы, по сравнению со старыми ламповыми схемами такие разработки имеют преимущества:

небольшие габариты и малый вес, что важно для миниатюрной электроники;
возможность применить автоматизированные процессы в производстве приборов и сгруппировать этапы, что снижает себестоимость;
использование малогабаритных источников тока из-за потребности в низком напряжении;
мгновенное включение, разогревание катода не требуется;
повышенная энергетическая эффективность из-за снижения рассеиваемой мощности;
прочность и надежность;
слаженное взаимодействие с дополнительными элементами в сети;
стойкость к вибрации и ударам.

Недостатки проявляются в следующих положениях:

кремниевые транзисторы не функционируют при напряжении больше 1 кВт, лампы эффективны при показателях свыше 1-2 кВт;
при использовании транзисторов в мощных сетях радиовещания или передатчиках СВЧ требуется согласование маломощных усилителей, подключенных параллельно;
уязвимость полупроводниковых элементов к воздействию электромагнитного сигнала;
чувствительная реакция на космические лучи и радиацию, требующая разработки стойких в этом плане радиационных микросхем.

Схемы включения

Чтобы работать в единой цепи транзистору требуется 2 вывода на входе и выходе. Почти все виды полупроводниковых приборов имеют только 3 места подсоединения. Чтобы выйти из трудного положения, один из концов назначается общим. Отсюда вытекают 3 распространенные схемы подключения:

для биполярного транзистора;
полярного устройства;
с открытым стоком (коллектором).

Биполярный модуль подключается с общим эмиттером для усиления как по напряжению, так и по току (ОЭ). В других случаях он согласовывает выводы цифровой микросхемы, когда существует большой вольтаж между внешним контуром и внутренним планом подключения. Так работает подсоединение с общим коллектором, и наблюдается только рост тока (ОК). Если нужно повышение напряжения, то элемент вводится с общей базой (ОБ). Вариант хорошо работает в составных каскадных схемах, но в однотранзисторных проектах ставится редко.

Полевые полупроводниковые приборы разновидностей МДП и с использованием p-n-перехода включаются в контур:

с общим эмиттером (ОИ) — соединение, аналогичное ОЭ модуля биполярного типа
с единым выходом (ОС) — план по типу ОК;
с совместным затвором (ОЗ) — похожее описание ОБ.

В планах с открытым стоком транзистор включается с общим эмиттером в составе микросхемы. Коллекторный вывод не подсоединяется к другим деталям модуля, а нагрузка уходит на наружный разъем. Выбор интенсивности вольтажа и силы тока коллектора производится после монтажа проекта. Приборы с открытым стоком работают в контурах с мощными выходными каскадами, шинных драйверах, логических схемах ТТЛ.

Для чего нужны транзисторы?

Область применение разграничена в зависимости от типа прибора — биполярный модуль или полевой. Зачем нужны транзисторы? Если необходима малая сила тока, например, в цифровых планах, используют полевые виды. Аналоговые схемы достигают показателей высокой линейности усиления при различном диапазоне питающего вольтажа и выходных параметров.

Областями установки биполярных транзисторов являются усилители, их сочетания, детекторы, модуляторы, схемы транзисторной логистики и инверторы логического типа.

Места применения транзисторов зависят от их характеристик. Они работают в 2 режимах:

в усилительном порядке, изменяя выходной импульс при небольших отклонениях управляющего сигнала;
в ключевом регламенте, управляя питанием нагрузок при слабом входном токе, транзистор полностью закрыт или открыт.

Вид полупроводникового модуля не изменяет условия его работы. Источник подсоединяется к нагрузке, например, переключатель, усилитель звука, осветительный прибор, это может быть электронный датчик или мощный соседний транзистор. С помощью тока начинается работа нагрузочного прибора, а транзистор подсоединяется в цепь между установкой и источником. Полупроводниковый модуль ограничивает силу энергии, поступающей к агрегату.

Сопротивление на выходе транзистора трансформируется в зависимости от вольтажа на управляющем проводнике. Сила тока и напряжение в начале и конечной точке цепи изменяются и увеличиваются или уменьшаются и зависят от типа транзистора и способа его подсоединения. Контроль управляемого источника питания ведет к усилению тока, импульса мощности или увеличению напряжения.

Транзисторы обоих видов используются в следующих случаях:

В цифровом регламенте. Разработаны экспериментальные проекты цифровых усилительных схем на основе цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).
В генераторах импульсов. В зависимости от типа агрегата транзистор работает в ключевом или линейном порядке для воспроизведения прямоугольных или произвольных сигналов, соответственно.
В электронных аппаратных приборах. Для защиты сведений и программ от воровства, нелегального взлома и использования. Работа проходит в ключевом режиме, сила тока управляется в аналоговом виде и регулируется с помощью ширины импульса. Транзисторы ставят в приводы электрических двигателей, импульсные стабилизаторы напряжения.

Монокристаллические полупроводники и модули для размыкания и замыкания контура увеличивают мощность, но функционируют только как переключатели. В цифровых устройствах применяют транзисторы полевого типа в качестве экономичных модулей. Технологии изготовления в концепции интегральных экспериментов предусматривают производство транзисторов на едином чипе из кремния.

Миниатюризация кристаллов ведет к ускорению действия компьютеров, снижению количества энергии и уменьшению выделения тепла.

Основные параметры и характеристики биполярного транзистора.

Продолжаем разбирать все, что связано с транзисторами и сегодня у нас на очереди одна из наиболее часто используемых схем включения. А именно схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ)! Кроме того, на базе этой схемы мы рассмотрим основные параметры и характеристики биполярного транзистора. Тема важная и интересная, так что без лишних слов переходим к делу!

Название этой схемы во многом объясняет ее основную идею. Поскольку схема с общим эмиттером, то, собственно, эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей. Вот как выглядит схема с ОЭ для n-p-n транзистора:

А вот так – для p-n-p:

Давайте снова разбирать все процессы для случая с использованием n-p-n транзистора. Для p-n-p суть остается той же, меняется только полярность.

Входными величинами являются напряжение база-эмиттер (U_{бэ}) и ток базы (I_{б}), а выходными – напряжение коллектор-эмиттер (U_{кэ}) и ток коллектора (I_{к}). Обратите внимание, что в этих схемах у нас отсутствует нагрузка в цепи коллектора, поэтому все характеристики, которые мы далее рассмотрим носят название статических. Другими словами статические характеристики транзистора – это зависимости между напряжениями и токами на входе и выходе при отсутствии нагрузки.

Характеристики биполярного транзистора.

Выделяют несколько основных характеристик транзистора, которые позволяют понять, как он работает, и как его использовать для решения задач.

И первая на очереди – входная характеристика, которая представляет из себя зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при определенном значении напряжения коллектор-эмиттер:

I_{б} = f(U_{бэ}), \medspace при \medspace U_{кэ} = const

В документации на конкретный транзистор обычно указывают семейство входных характеристик (для разных значений U_{кэ}):

Входная характеристика, в целом, очень похожа на прямую ветвь ВАХ диода. При U_{кэ} = 0 характеристика соответствует зависимости тока от напряжения для двух p-n переходов включенных параллельно (и смещенных в прямом направлении). При увеличении U_{кэ} ветвь будет смещаться вправо.

Переходим ко второй крайне важной характеристике биполярного транзистора – выходной! Выходная характеристика – это зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы.

I_{к} = f(U_{кэ}), \medspace при \medspace I_{б} = const

Для нее также указывается семейство характеристик для разных значений тока базы:

Видим, что при небольших значениях U_{кэ} коллекторный ток увеличивается очень быстро, а при дальнейшем увеличении напряжения – изменение тока очень мало и фактически не зависит от U_{кэ} (зато пропорционально току базы). Эти участки соответствуют разным режимам работы транзистора.

Для наглядности можно изобразить эти режимы на семействе выходных характеристик:

Участок 1 соответствует активному режиму работы транзистора, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. Как вы помните, в данном режиме незначительный ток базы управляет током коллектора, имеющим бОльшую величину.

Для управления током базы мы увеличиваем напряжение U_{бэ}, что в соответствии со входными характеристиками приводит к увеличению тока базы. А это уже в соответствии с выходной характеристикой в активном режиме приводит к росту тока коллектора. Все взаимосвязано 🙂

Небольшое дополнение. На этом участке выходной характеристики ток коллектора все-таки незначительно зависит от напряжения U_{кэ} (возрастает с увеличением напряжения). Это связано с процессами, протекающими в биполярном транзисторе. А именно – при росте напряжения на коллекторном переходе его область расширяется, а соответственно, толщина слоя базы уменьшается. Чем меньше толщина базы, тем меньше вероятность рекомбинации носителей в ней. А это, в свою очередь, приводит к тому, что коэффициент передачи тока \beta, несколько увеличивается. Это и приводит к увеличению тока коллектора, ведь:

I_к = \beta I_б

Двигаемся дальше!

На участке 2 транзистор находится в режиме насыщения. При уменьшении U_{кэ} уменьшается и напряжение на коллекторном переходе U_{кб}. И при определенном значении U_{кэ} = U_{кэ \medspace нас} напряжение на коллекторном переходе меняет знак и переход оказывается смещенным в прямом направлении. То есть в активном режиме у нас была такая картина – эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. В режиме же насыщения оба перехода смещены в прямом направлении.

В этом режиме основные носители заряда начинают двигаться из коллектора в базу – навстречу носителям заряда, которые двигаются из эмиттера в коллектор. Поэтому при дальнейшем уменьшении U_{кэ} ток коллектора уменьшается. Кроме того, в режиме насыщения транзистор теряет свои усилительные свойства, поскольку ток коллектора перестает зависеть от тока базы.

Режим насыщения часто используется в схемах ключей на транзисторе. В одной из следующих статей мы как раз займемся практическими расчетами реальных схем и там используем рассмотренные сегодня характеристики биполярного транзистора!

И, наконец, область 3, лежащая ниже кривой, соответствующей I_{б} = 0. Оба перехода смещены в обратном направлении, протекание тока через транзистор прекращается. Это так называемый режим отсечки.

Все параметры транзисторов довольно-таки сильно зависят как друг от друга, так и от температуры, поэтому в документации приводятся характеристики для разных значений. Вот, например, зависимость коэффициента усиления по току (в зарубежной документации обозначается как h_{FE}) от тока коллектора для биполярного транзистора BC847:

Как видите, коэффициент усиления не просто зависит от тока коллектора, но и от температуры окружающей среды! Разным значениям температуры соответствуют разные кривые.

Основные параметры биполярных транзисторов.

Давайте теперь рассмотрим, какие существуют параметры биполярных транзисторов, и какие предельные значения они могут принимать.

I_{КБО} (I_{CBO}) – обратный ток коллектора – ток через коллекторный переход при определенном обратном напряжении на переходе коллектор-база и разомкнутой цепи эмиттера.

I_{ЭБО} (I_{EBO}) – обратный ток эмиттера – ток через эмиттерный переход при определенном обратном напряжении на переходе эмиттер-база и разомкнутом выводе коллектора.

I_{КЭО} (I_{CEO}) – аналогично, обратный ток коллектор-эмиттер – ток в цепи коллектор-эмиттер при определенном обратном напряжении коллектор-эмиттер и разомкнутом выводе базы.

U_{БЭ} (V_{BE}) – напряжение на переходе база-эмиттер при определенном напряжении коллектор-эмиттер и токе коллектора.

U_{КБ \medspace проб} (V_{(BR) CBO}) – напряжение пробоя перехода коллектор-база при определенном обратном токе коллектора и разомкнутой цепи эмиттера. Например, для все того же BC847:

U_{ЭБ \medspace проб} (V_{(BR) EBO}) – напряжение пробоя эмиттер-база при определенном обратном токе эмиттера и разомкнутой цепи коллектора.

U_{КЭ \medspace проб} (V_{(BR) CES}) – напряжение пробоя коллектор-эмиттер при определенном прямом токе коллектора и разомкнутой цепи базы.

Напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер – U_{КЭ \medspace нас} (V_{CEsat}) и U_{БЭ \medspace нас} (V_{BEsat}).

Конечно же, важнейший параметр – статический коэффициент передачи по току для схемы с общим эмиттером – h_{21э} (h_{FE}). Для этого параметра обычно приводится диапазон возможных значений, то есть минимальное и максимальное значения.

f_{гр} (f_{T}) – граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером. При использовании сигнала более высокой частоты транзистор не может быть использован в качестве усилительного элемента.

И еще один параметр, который следует отнести к важнейшим – I_{К} (I_{C}) – максимально допустимый постоянный ток коллектора.

И на этом заканчиваем нашу сегодняшнюю статью, большое спасибо за внимание! Подписывайтесь на обновления и не пропустите новые статьи 🙂

Проходной ключ на MOSFET транзисторах

Добавлено 1 марта 2020 в 09:36

Сохранить или поделиться

В данном техническом обзоре представлена простая схема на MOSFET транзисторах, которую можно использовать как управляемый напряжением проходной ключ.

Вспомогательная информация

Обычно мы встречаем MOSFET транзисторы с истоками и стоками, подключенными (либо напрямую, либо через, например, резистор или активную нагрузку) к положительной и отрицательной шинам питания, причем затвор действует как входной вывод. Это верно как для аналоговых схем, таких как усилитель с общим истоком, так и для цифровых схем, таких как вездесущий КМОП инвертор. Однако хорошо бы помнить, что использование MOSFET транзисторов не ограничивается подобными схемами.

Канал, созданный достаточно высоким напряжением затвор-исток, позволяет току протекать между выводами истока и стока, и в этом смысле MOSFET транзистор является ключом, управляемым напряжением. Таким образом, не существует закона, который мешает нам использовать исток и сток в качестве входного и выходного выводов и при этом подавать управляющее напряжение на затвор.

Один NMOS (или PMOS) транзистор может использоваться как управляемый напряжением ключ. «Схема» (на самом деле просто один транзистор) выглядит следующим образом:

Рисунок 1 – Ключ, управляемый напряжением

Обратите внимание, что я удалил стрелку, которая обычно идентифицирует исток. Это связано с тем, что вывод истока фактически изменяется в зависимости от того, выше ли V₁, чем V₂, или V₂ выше, чем V₁. Кроме того, использование V₁ и V₂ вместо V_вх и V_вых предназначено для подчеркивания того, что этот единственный NMOS транзистор действительно может проводить ток в обоих направлениях.

Как вы, вероятно, ожидали, эта схема далека от идеального ключа. Одной из проблем является напряжение истока: на ток через MOSFET транзистор влияет напряжение истока, а напряжение истока зависит от того, какой сигнал проходит через ключ. Действительно, если затвор управляется драйвером, напряжение которого не может превышать V_DD, транзистор может передавать сигналы с напряжением только до значения V_DD минус пороговое напряжение. Это ограничение порогового напряжения усугубляется влиянием корпуса, которое проявляется, когда потенциалы на выводах истока и корпуса полевого транзистора не одинаковы.

Когда вы поанализируете и поразмышляете над этим ключом, вы увидите определенную асимметрию. Например, если мы используем этот ключ для проходной транзисторной логики, NMOS транзистор (MOSFET транзистор с каналом N-типа) сможет эффективно передавать сигнал низкого логического уровня, но не сможет передать полный сигнал высокого логического уровня. Можно ли изменить схему таким образом, чтобы устранить эту асимметрию? Если у вас хорошее «CMOS-мышление», ваша интуиция может подсказать вам, что мы могли бы достичь лучшей итоговой производительности за счет добавления PMOS транзистора (MOSFET транзистора с каналом P-типа), чтобы компенсировать недостатки NMOS транзистора. В этом случае ваша интуиция верна.

Рисунок 2 – Ключ, управляемый напряжением, использующий один MOSFET транзистор с каналом N-типа и один MOSFET транзистор с каналом P-типа

Здесь у нас PMOS транзистор стоит параллельно NMOS транзистору; для идентификации PMOS транзистора я использовал круг «инверсии». Обратите внимание, что сигнал управления, подаваемый на PMOS транзистор, является инверсией сигнала управления, подаваемого на NMOS транзистор; это напоминает CMOS инвертор, где высокое логическое напряжение включает NMOS транзистор, а низкое логическое напряжение включает PMOS транзистор.

Этот проходной CMOS ключ является синергетической системой – NMOS транзистор обеспечивает хорошую производительность ключа в условиях, благоприятных для него самого, но не для PMOS транзистора, и PMOS транзистор обеспечивает хорошую производительность ключа в условиях, благоприятных для него самого, но не для NMOS транзистора. Результатом является простой, но эффективный двунаправленный управляемый напряжением ключ, который подходит как для аналоговых, так и для цифровых приложений.

Оригинал статьи:

Транзистор КТ117, цоколевка и параметры.Схема тиристорного регулятора.

Зарубежные аналоги КТ117А(Б,В,Г) — 2N6027, 2N6028.

Принцип работы однопереходного транзистора.

Итак, любой однопереходный транзистор содержит в себе один p-n переход, что и вобщем то и так понятно — из его названия. Если переход один, откуда у него тогда три электрода, и как он вообще работает? На кристалле полупроводника однородной проводимости, на некотором расстоянии друг от друга имеются омические контакты — База1(Б1) и База2(Б2). Между ними находится область p-n перехода — контакт с полупроводником противоположной проводимости, омический контакт которого является — эмиттером.

Обычно, принцип действия однопереходного транзистора рассматривают с помощью несложной эквивалентной схемы.

R1 и R2 здесь — сопротивления между выводами Б1 и Б2, а V1 — эмиттерный p-n переход. Согласно данной схемы через R1 и R2 будет течь ток,причем падение напряжения на R1 будет смещать диод в обратном направлении. Таким образом, диод будет закрыт, пока на эмиттер не будет подано прямое напряжение превышающее величину падения напряжения на R1. Как только такое напряжение подано, диод открывается и начинает пропускать ток в прямом направлении. При этом сопротивление R1 еще более уменьшается — снижается напряжение падения. Происходит лавинообразный процесс открывания транзистора.

Схема тиристорного регулятора на однопереходном транзисторе.

На рисунке ниже — схема тиристорного регулятора, с лампой накаливания в виде нагрузки.

R1 — 100 КОм — переменный, мощностью 0,5 Вт, любого типа.
Резисторы R2 — 3 КОм, R3 — 1 КОм, R4 — 100 Ом, R5 — 30 КОм — МЛТ.
VD1 — стабилитрон Д814В
VD2 — КД105Б
VD3 — КД202Р
VS1 — КУ202Н
Конденсатор С1 — 0,1МФ 400В., любого типа.
Транзистор VT1 — КТ117А
Плавкий предохранитель 0.5 — 1.5 Ампер(в зависимости от мощности лампы.)

На главную страницу

Урок 6 — SMD компоненты

SMD компоненты

Мы уже познакомились с основными радиодеталями: резисторами, конденсаторами, диодами, транзисторами, микросхемами и т. п., а также изучили, как они монтируются на печатную плату. Ещё раз вспомним основные этапы этого процесса: выводы всех компонентов пропускают в отверстия, имеющиеся в печатной плате. После чего выводы обрезаются, и затем с обратной стороны платы производится пайка (см. рис.1).
Этот уже известный нам процесс называется DIP-монтаж. Такой монтаж очень удобен для начинающих радиолюбителей: компоненты крупные, паять их можно даже большим «советским» паяльником без помощи лупы или микроскопа. Именно поэтому все наборы Мастер Кит для самостоятельной пайки подразумевают DIP-монтаж.

Рис. 1. DIP-монтаж

Но DIP-монтаж имеет очень существенные недостатки:

— крупные радиодетали не подходят для создания современных миниатюрных электронных устройств;
— выводные радиодетали дороже в производстве;
— печатная плата для DIP-монтажа также обходится дороже из-за необходимости сверления множества отверстий;
— DIP-монтаж сложно автоматизировать: в большинстве случаях даже на крупных заводах по производству электронику установку и пайку DIP-деталей приходится выполнять вручную. Это очень дорого и долго.

Поэтому DIP-монтаж при производстве современной электроники практически не используется, и на смену ему пришёл так называемый SMD-процесс, являющийся стандартом сегодняшнего дня. Поэтому любой радиолюбитель должен иметь о нём хотя бы общее представление.

SMD монтаж

SMD компоненты (чип-компоненты) — это компоненты электронной схемы, нанесённые на печатную плату с использованием технологии монтирования на поверхность — SMT технологии (англ. surface mount technology).Т.е все электронные элементы, которые «закреплены» на плате таким способом, носят название SMD компонентов (англ. surface mounted device). Процесс монтажа и пайки чип-компонентов правильно называть SMT-процессом. Говорить «SMD-монтаж» не совсем корректно, но в России прижился именно такой вариант названия техпроцесса, поэтому и мы будем говорить так же.

На рис. 2. показан участок платы SMD-монтажа. Такая же плата, выполненная на DIP-элементах, будет иметь в несколько раз большие габариты.

Рис.2. SMD-монтаж

SMD монтаж имеет неоспоримые преимущества:

— радиодетали дешёвы в производстве и могут быть сколь угодно миниатюрны;
— печатные платы также обходятся дешевле из-за отсутствия множественной сверловки;
— монтаж легко автоматизировать: установку и пайку компонентов производят специальные роботы. Также отсутствует такая технологическая операция, как обрезка выводов.

SMD-резисторы

Знакомство с чип-компонентами логичнее всего начать с резисторов, как с самых простых и массовых радиодеталей.
SMD-резистор по своим физическим свойствам аналогичен уже изученному нами «обычному», выводному варианту. Все его физические параметры (сопротивление, точность, мощность) точно такие же, только корпус другой. Это же правило относится и ко всем другим SMD-компонентам.

Рис. 3. ЧИП-резисторы

Типоразмеры SMD-резисторов

Мы уже знаем, что выводные резисторы имеют определённую сетку стандартных типоразмеров, зависящих от их мощности: 0,125W, 0,25W, 0,5W, 1W и т. п.
Стандартная сетка типоразмеров имеется и у чип-резисторов, только в этом случае типоразмер обозначается кодом из четырёх цифр: 0402, 0603, 0805, 1206 и т.п.
Основные типоразмеры резисторов и их технические характеристики приведены на рис.4.

Рис. 4 Основные типоразмеры и параметры чип-резисторов

Маркировка SMD-резисторов

Резисторы маркируются кодом на корпусе.
Если в коде три или четыре цифры, то последняя цифра означает количество нулей, На рис. 5. резистор с кодом «223» имеет такое сопротивление: 22 (и три нуля справа) Ом = 22000 Ом = 22 кОм. Резистор с кодом «8202» имеет сопротивление: 820 (и два нуля справа) Ом = 82000 Ом = 82 кОм.
В некоторых случаях маркировка цифробуквенная. Например, резистор с кодом 4R7 имеет сопротивление 4.7 Ом, а резистор с кодом 0R22 – 0.22 Ом (здесь буква R является знаком-разделителем).
Встречаются и резисторы нулевого сопротивления, или резисторы-перемычки. Часто они используются как предохранители.
Конечно, можно не запоминать систему кодового обозначения, а просто измерить сопротивление резистора мультиметром.

Рис. 5 Маркировка чип-резисторов

Керамические SMD-конденсаторы

Внешне SMD-конденсаторы очень похожи на резисторы (см. рис.6.). Есть только одна проблема: код ёмкости на них не нанесён, поэтому единственный способ ёё определения – измерение с помощью мультиметра, имеющего режим измерения ёмкости.
SMD-конденсаторы также выпускаются в стандартных типоразмерах, как правило, аналогичных типоразмерам резисторов (см. выше).

Рис. 6. Керамические SMD-конденсаторы

Электролитические SMS-конденсаторы

Рис.7. Электролитические SMS-конденсаторы

Эти конденсаторы похожи на своих выводных собратьев, и маркировка на них обычно явная: ёмкость и рабочее напряжение. Полоской на «шляпке» конденсатора маркируется его минусовой вывод.

SMD-транзисторы

Рис. 8. SMD-транзистор

Транзисторы мелкие, поэтому написать на них их полное наименование не получается. Ограничиваются кодовой маркировкой, причём какого-то международного стандарта обозначений нет. Например, код 1E может обозначать тип транзистора BC847A, а может – какого-нибудь другого. Но это обстоятельство абсолютно не беспокоит ни производителей, ни рядовых потребителей электроники. Сложности могут возникнуть только при ремонте. Определить тип транзистора, установленного на печатную плату, без документации производителя на эту плату иногда бывает очень сложно.

SMD-диоды и SMD-светодиоды

Фотографии некоторых диодов приведены на рисунке ниже:

Рис.9. SMD-диоды и SMD-светодиоды

На корпусе диода обязательно указывается полярность в виде полосы ближе к одному из краев. Обычно полосой маркируется вывод катода.

SMD-cветодиод тоже имеет полярность, которая обозначается либо точкой вблизи одного из выводов, либо ещё каким-то образом (подробно об этом можно узнать в документации производителя компонента).

Определить тип SMD-диода или светодиода, как и в случае с транзистором, сложно: на корпусе диода выштамповывается малоинформативный код, а на корпусе светодиода чаще всего вообще нет никаких меток, кроме метки полярности. Разработчики и производители современной электроники мало заботятся о её ремонтопригодности. Подразумевается, что ремонтировать печатную плату будет сервисный инженер, имеющий полную документацию на конкретное изделие. В такой документации чётко описано, на каком месте печатной платы установлен тот или иной компонент.

Установка и пайка SMD-компонентов

SMD-монтаж оптимизирован в первую очередь для автоматической сборки специальными промышленными роботами. Но любительские радиолюбительские конструкции также вполне могут выполняться на чип-компонентах: при достаточной аккуратности и внимательности паять детали размером с рисовое зёрнышко можно самым обычным паяльником, нужно знать только некоторые тонкости.

Но это тема для отдельного большого урока, поэтому подробнее об автоматическом и ручном SMD-монтаже будет рассказано отдельно.

Скачать урок в формате PDF

Как работают транзисторы? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 21 сентября 2020 г.

Ваш мозг содержит около 100 миллиардов клеток, называемых нейронами, — крошечных переключателей, которые позволяют вам думать и запоминать вещи. Компьютеры содержат миллиарды миниатюрных «клеток мозга». Их называют транзисторами и они сделаны из кремния, химического элемента, обычно встречающегося в песке. Транзисторы произвели революцию в электронике с момента их появления. изобретен более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильям Шокли.Но что это такое и как они работают?

Фото: Насекомое с тремя ногами? Нет, типичный транзистор на электронной плате. Хотя простые схемы содержат отдельные транзисторы, подобные этому, сложные схемы внутри компьютеров также содержат микрочипы, каждый из которых может иметь тысячи, миллионы или сотни миллионов транзисторов, упакованных внутри. (Технически, если вас интересуют более интересные элементы, это кремниевый транзистор усилителя PNP 5401B. Я объясню, что все это означает сейчас.)

Что на самом деле делает транзистор?

Фото: Компактные слуховые аппараты были одними из первых применений транзисторов, а этот датируется концом 1950-х или 1960-х годов. Он был размером с колоду игральных карт, поэтому его можно было носить в кармане пиджака или на нем. С другой стороны корпуса есть микрофон, который улавливает окружающие звуки. Вы можете ясно видеть четыре маленьких черных транзистора внутри, усиливающих эти звуки, а затем выстреливающих их в маленький громкоговоритель, который находится у вас в ухе.

Транзистор действительно прост — и действительно сложен. Давайте начнем с простая часть. Транзистор — это миниатюрный электронный компонент, который может выполнять две разные работы. Может работать как усилитель или как переключатель:

Когда работает как усилитель, нужно в крошечном электрическом токе на одном конце ( входной ток) и производит гораздо больший электрический ток (выходной ток) на другом. Другими словами, это своего рода усилитель тока. Это входит действительно полезно в таких вещах, как слуховые аппараты, одна из первых вещей люди использовали транзисторы для.В слуховом аппарате есть крошечный микрофон. который улавливает звуки из окружающего вас мира и превращает их в колеблющиеся электрические токи. Они подаются на транзистор, который усиливает их и приводит в действие крошечный громкоговоритель, так что вы слышите гораздо более громкую версию окружающих вас звуков. Уильям Шокли, один из изобретателей транзистора, однажды объяснил студенту транзисторные усилители в более подробном виде. юмористический способ: «Если взять тюк сена и привязать его к хвост мула, а затем чиркнуть спичкой и поджечь тюк сена, и если вы затем сравните энергию, израсходованную вскоре после этого, мул с энергией, затраченной вами на зажигание спички, вы поймете концепцию усиления.«
также могут работать как переключатели. А крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может значительно увеличить ток течет через другую его часть. Другими словами, маленький ток переключается на больший. По сути, так работают все компьютерные микросхемы. Для например, микросхема памяти содержит сотни миллионов или даже миллиарды транзисторов, каждый из которых можно включать или выключать индивидуально. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух различных состояниях, он может хранить два разных числа, ноль и единицу.С миллиардами транзисторов микросхема может хранить миллиарды нулей и единиц, и почти столько же обычных цифр и букв (или символов, как мы их называем). Подробнее об этом чуть позже.

Самое замечательное в машинах старого образца было то, что вы могли их отдельно, чтобы понять, как они работают. Это никогда не было слишком сложно, с немного толкать и тыкать, чтобы узнать, какая часть, что и как вещь привела к другому. Но электроника совсем другая. Это все об использовании электронов для управления электричеством.Электрон — это минута частица внутри атома. Он такой маленький, весит чуть меньше 0.000000000000000000000000000001 кг! Самые современные транзисторы работают контролируя движения отдельных электронов, чтобы вы могли представьте, насколько они маленькие. В современном компьютерном чипе размер ноготь, вы, вероятно, найдете от 500 миллионов и два миллиарда отдельных транзисторов. Нет шанса разобрать транзистор, чтобы узнать, как он работает, поэтому мы должны понять это с помощью теории и воображения.Во-первых, это помогает, если мы знаем, из чего сделан транзистор.

Как делается транзистор?

Фото: Кремниевая пластина. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Транзисторы изготовлены из кремния, химического элемента, содержащегося в песке, который обычно не проводит электричество (оно не позволяет электронам легко проходить через него). Кремний — это полупроводник, а это значит, что он ни на самом деле проводник (что-то вроде металла, пропускающий электричество), ни изолятор (что-то вроде пластика, не пропускающего электричество).Если мы обрабатываем кремний примесями (процесс, известный как легирование), мы можем заставить его вести себя по-другому способ. Если мы добавим в кремний химические элементы мышьяк, фосфор, или сурьмы, кремний получает дополнительные «свободные» электроны — те, которые может проводить электрический ток, поэтому электроны будут вытекать об этом более естественно. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, кремний обработанный таким образом, называется n-типом (отрицательный тип). Мы также можем легировать кремний другими примесями, такими как бор, галлий и алюминий.В кремнии, обработанном таким образом, меньше таких «свободные» электроны, поэтому электроны в соседних материалах будут стремиться втекать в него. Мы называем этот кремний p-типа (положительный тип).

Вкратце, мимоходом, важно отметить, что ни кремний n-типа, ни p-типа на самом деле не имеет заряда сам по себе : оба электрически нейтральны. Это правда, что кремний n-типа имеет дополнительные «свободные» электроны, которые увеличивают его проводимость, в то время как кремний p-типа имеет меньше этих свободных электронов, что помогает увеличить его проводимость противоположным образом.В каждом случае дополнительная проводимость возникает из-за добавления нейтральных (незаряженных) атомов примесей к кремнию, что изначально было нейтральным — и мы не можем создавать электрические заряды из воздуха! Для более подробного объяснения мне потребуется представить идею под названием ленточная теория, что немного выходит за рамки данной статьи. Все, что нам нужно помнить, это то, что «лишние электроны» означают лишние свободных электронов — те, которые могут свободно перемещаться и помогать переносить электрический ток.

Кремниевые бутерброды

Теперь у нас есть два разных типа кремния. Если мы сложим их вместе слоями, делая бутерброды из материала p-типа и n-типа, мы можем сделать различные виды электронных компонентов, которые работают во всех видах способами.

Предположим, мы присоединяем кусок кремния n-типа к части p-типа. кремний и поместите электрические контакты с обеих сторон. Увлекательно и полезно вещи начинают происходить на стыке двух материалы. Если мы обратимся по току, мы можем заставить электроны течь через переход от сторона n-типа к стороне p-типа и наружу через цепь.Этот происходит из-за отсутствия электронов на стороне p-типа переход притягивает электроны со стороны n-типа и наоборот. Но если мы меняем направление тока, электроны вообще не текут. Что мы сделанный здесь называется диодом (или выпрямителем). Это электронный компонент, который позволяет току течь через него только в одном направлении. Это полезно, если вы хотите превратить переменный (двусторонний) электрический ток в постоянный (односторонний) ток. Диоды тоже можно сделать так, чтобы они испускали светится, когда через них проходит электричество.Вы могли видеть эти светодиоды на карманных калькуляторах и электронных дисплеи на стереооборудовании Hi-Fi.

Как работает переходной транзистор

Фотография: Типичный кремниевый PNP-транзистор (A1048, разработанный как усилитель звуковой частоты).

Теперь предположим, что вместо этого мы используем три слоя кремния в нашем сэндвиче. из двух. Мы можем сделать бутерброд p-n-p (с ломтиком n-типа кремний в качестве заполнения между двумя пластинами p-типа) или n-p-n сэндвич (с p-типом между двумя плитами n-типа).Если мы присоединить электрические контакты ко всем трем слоям сэндвича, мы можем сделать компонент, который будет либо усиливать ток, либо включать его, либо выключен — другими словами, транзистор. Посмотрим, как это работает в случае n-p-n транзистор.

Итак, мы знаем, о чем говорим, давайте дадим имена трем электрические контакты. Мы назовем два контакта, соединенных с двумя кусочки кремния n-типа эмиттер и коллектор, и контакт соединенный с кремнием p-типа, который мы назовем базой.Когда нет ток протекает в транзисторе, мы знаем, что кремний p-типа не хватает электроны (показаны здесь маленькими знаками плюса, обозначающими положительные зарядов), а два куска кремния n-типа имеют лишние электроны (показаны маленькими знаками минус, обозначающими отрицательные заряды).

Другой способ взглянуть на это — сказать, что в то время как n-тип имеет избыток электронов, p-тип имеет дырки, где электроны должно быть. Обычно отверстия в основании действуют как барьер, предотвращающий любые значительный ток от эмиттера к коллектору при транзистор находится в выключенном состоянии.

Транзистор работает, когда электроны и дырки начинают двигаться через два перехода между кремнием n-типа и p-типа.

Давай подключить транзистор к некоторой мощности. Допустим, мы прикрепляем небольшой положительное напряжение на базу, сделать эмиттер отрицательно заряженным и сделать коллектор положительно заряженным. Электроны вытягиваются из эмиттер в базу, а затем из базы в коллектор. А также транзистор переходит в состояние «включено»:

Малый ток, который мы включаем на базе, создает большой ток. поток между эмиттером и коллектором.Повернув небольшой вход ток в большой выходной ток, транзистор действует как усилитель. Но в то же время он действует как переключатель. Когда нет тока база, между коллектором и эмиттер. Включите базовый ток, и течет большой ток. Итак, база ток включает и выключает весь транзистор. Технически это тип транзистора называется биполярным, потому что два разных вида (или «полярностей») электрического заряда (отрицательные электроны и положительные отверстия) участвуют в протекании тока.

Мы также можем понять транзистор, представив его как пару диодов. С база положительная, а эмиттер отрицательная, переход база-эмиттер похож на прямое смещение диод, с электронами, движущимися в одном направлении через переход (слева направо в диаграмму) и отверстия, идущие в противоположную сторону (справа налево). База-коллектор переход похож на диод с обратным смещением. Положительное напряжение коллектора тянет большая часть электронов проходит через внешнюю цепь (хотя некоторые электроны рекомбинируют с дырками в основании).

Как работает полевой транзистор (FET)

Все транзисторы работают, управляя движением электронов, но не все из них делают это одинаково. Подобно переходному транзистору, полевой транзистор (полевой транзистор) имеет три разных контакта, но они иметь названия источник (аналог эмиттера), сток (аналогично коллектор), и затвор (аналог цоколя). В полевом транзисторе слои Кремний n-типа и p-типа устроен несколько иначе и покрытый слоями металла и оксида.Это дает нам устройство под названием MOSFET (Металлооксидное полупроводниковое поле) Эффектный транзистор).

Хотя в истоке и стоке n-типа есть лишние электроны, они не могут перетекать от одного к другому из-за дыр в ворота p-типа между ними. Однако если приложить положительный напряжение на затвор, там создается электрическое поле, позволяющее электроны перетекают по тонкому каналу от истока к стоку. Этот «полевой эффект» позволяет току течь и включает транзистор:

Для полноты картины отметим, что полевой МОП-транзистор является униполярным. транзистор потому что только один вид («полярность») электрического заряда участвует в его работе.

Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

На практике вам не нужно ничего знать об этом электроны и дыры, если вы не собираетесь разрабатывать компьютерные чипы для заработка! Все, что вам нужно знать, это то, что транзистор работает как усилитель или переключатель, используя небольшой ток включить более крупный. Но есть еще одна вещь, которую стоит знать: как все это помогает компьютерам хранить информацию и принимать решения?

Мы можем соединить несколько транзисторных переключателей, чтобы что-то сделать. называется логическим вентилем, который сравнивает несколько входные токи и в результате дает другой выход.Логические ворота позволяют компьютерам создавать очень простые решения с использованием математической техники, называемой булевой алгеброй. Точно так же и ваш мозг принимает решения. Например, используя «входные данные» (то, что вы знаете) о погоде и о том, что у вас в коридоре, вы можете принять такое решение: «Если идет дождь И я есть зонтик, я пойду в магазины «. Это пример булевой алгебры, в которой используется так называемое И «оператор» (слово «оператор» — это просто математический жаргон, заставляют вещи казаться более сложными, чем они есть на самом деле).Ты можешь сделать аналогичные решения с другими операторами. «Если ветрено ИЛИ идет снег, тогда я надену пальто «- это пример использования оператора ИЛИ. Или как насчет «Если идет дождь, И я есть зонтик ИЛИ у меня есть пальто, тогда можно выйти на улицу «. Используя AND, ИЛИ и другие операторы, вызываемые Компьютеры NOR, XOR, NOT и NAND могут складывать или сравнивать двоичные числа. Эта идея является краеугольным камнем компьютерных программ: логическая серия инструкций, которые заставляют компьютеры действовать.

Обычно переходной транзистор выключен, когда нет базы. ток и переключается в положение «включено», когда течет базовый ток.Это значит это требует электрического тока для включения или выключения транзистора. Но такие транзисторы можно подключить к логическим элементам, чтобы их выход соединения возвращаются на свои входы. Транзистор затем остается включенным, даже если базовый ток отключен. Каждый раз новый база ток течет, транзистор «переключается» или выключается. Остается в одном из эти стабильные состояния (включены или выключены) до тех пор, пока не появится другой ток приходит и переворачивает его в другую сторону. Такая аранжировка известен как триггер, и это превращает транзистор в простой запоминающее устройство, в котором хранится ноль (когда он выключен) или один (когда он на).Шлепанцы — это основная технология, лежащая в основе компьютерных микросхем памяти.

Кто изобрел транзистор?

Изображение: Оригинальный дизайн точечного транзистора, как изложено в Патент Джона Бардина и Уолтера Браттейна в США (2 524 035), поданный в июне 1948 г. (примерно через шесть месяцев после оригинальное открытие) и награжден 3 октября 1950 года. Это простой PN-транзистор с тонкий верхний слой германия P-типа (желтый) на нижнем слое германия N-типа (оранжевый).Три контакта: эмиттер (E, красный), коллектор (C, синий) и база (G, зеленый). Вы можете прочитать больше в оригинальном патентном документе, который указан в ссылках ниже. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

транзисторов были изобретены в Bell Laboratories в Нью-Джерси в 1947 году. трех блестящих физиков США: Джона Бардина (1908–1991), Уолтера Браттейн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).

Команда, возглавляемая Шокли, пыталась разработать новый тип усилителя для телефонной системы США — но что собственно изобретенные они оказались гораздо более распространенными Приложения.Бардин и Браттейн создали первый практический транзистор (известный как точечный транзистор) во вторник, 16 декабря 1947 г. Хотя Шокли сыграл большую роль в этом проекте, он был в ярости и волнении из-за того, что его оставили в стороне. Вскоре после этого во время остановиться в отеле на конференции по физике, единолично выяснил он теория переходного транзистора — устройство гораздо лучше, чем точечный транзистор.

В то время как Бардин ушел из Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжил пользуются еще большим успехом при изучении сверхпроводников в Университете Иллинойса), Браттейн остался на некоторое время, прежде чем уйти на пенсию, чтобы стать учителем.Шокли основал собственную компанию по производству транзисторов и помог вдохновить современный феномен «Силиконовая долина» (процветающий район вокруг Пало-Альто, Калифорния, где корпорации электроники собраны). Двое его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, ушли чтобы основать Intel, крупнейшего в мире производителя микрочипов.

Бардин, Браттейн и Шокли ненадолго воссоединились несколько лет спустя, когда они поделились ведущей мировой наукой награда, Нобелевская премия по физике 1956 г., за их открытие.Их история захватывающий рассказ о интеллектуальный талант борется с мелкой ревностью, и это хорошо стоит прочтения больше о. Вы можете найти отличные отчеты об этом среди книг и веб-сайты, перечисленные ниже.

Транзисторы 101

Транзисторы 101 Изучение транзисторов
(через простую схему драйвера светодиода)

Светодиод

Светодиод — это устройство, показанное выше. Кроме красные, они также могут быть желтыми, зелеными и синими. Буквы LED означают свет Излучающий диод.Что важно помнить о диодах (включая светодиоды) заключается в том, что ток может течь только в одном направлении.

Чтобы светодиод заработал, нужен источник питания и резистор. Если вы попытаетесь использовать светодиод без резистора, вы, вероятно, перегорите светодиод. Светодиод имеет очень маленькое сопротивление поэтому через него будет протекать большое количество тока, если вы не ограничите ток с резистором. Если вы попытаетесь использовать светодиод без источника питания, вы можете быть очень разочарованы.

Итак, в первую очередь сделаем наш Светодиод загорается при настройке схемы ниже.

Шаг 1.) Сначала вам нужно найти положительная ножка светодиода. Самый простой способ сделать это — поискать более длинная нога.

Шаг 2.) Как только вы узнаете, с какой стороны положительный, включите светодиод макет таким образом, положительный отрезок находится в одном ряду, а отрицательный — в другом. (На картинке ниже ряды вертикальные.)

Шаг 3.) Поместите одну ногу 220 резистор Ом (неважно, на какой ноге) в том же ряду, что и отрицательный ножка светодиода.Затем поместите другую ножку резистора в пустой ряд.

Шаг 4.) Отключите блок питания. адаптер от блока питания. Затем поместите заземляющий (черный провод) конец адаптер питания в боковом ряду с синей полосой рядом Это. Затем вставьте положительный (красный провод) конец адаптера источника питания в боковой ряд с красной полосой рядом.

Шаг 5.) Используйте короткую перемычку. (используйте красный цвет, поскольку он будет подключен к положительному напряжению), чтобы перейти от положительный ряд мощности (тот, рядом с которым есть красная полоса) к положительному ножка светодиода (не в том же отверстии, а в том же ряду).Использовать другой короткая перемычка (используйте черный цвет) для перехода от заземляющего ряда к резистору (нога, не подключенная к светодиоду). См. Картинку ниже если необходимо.

Макет должен выглядеть как на картинке ниже.

Теперь подключите блок питания к стену, а затем подключите другой конец к адаптеру питания и Светодиод должен загореться. Ток течет от положительной ножки светодиода. через светодиод к отрицательной ножке. Попробуйте повернуть светодиод.Должно не загорается. Ток не может течь от отрицательной ветви светодиода к положительная нога.

Люди часто думают, что резистор должен быть первым на пути от положительного к отрицательному, чтобы ограничить количество тока, протекающего через светодиод. Но ток ограничен резистор независимо от того, где находится резистор. Даже когда вы впервые включаете мощность, ток будет ограничен определенной величиной, и его можно найти используя закон Ома.

Вездесущая полезность закона Ома:
[Напряжение (вольт) = ток (амперы) X сопротивление (Ом)]

Закон Ома можно использовать с резисторами найти ток, протекающий по цепи.Закон I = V / R (где I = ток, V = напряжение на резисторе и R = сопротивление). Для В приведенной выше схеме мы можем использовать только закон Ома для резистора, поэтому мы должны использовать тот факт, что при горит светодиоде на нем падение напряжения 1,9 (Кстати: падение напряжения зависит от типа светодиода). Это означает, что если положительный вывод подключен к 5 вольт, отрицательный нога будет на 3,1 вольта (т. е. 5,0–1,9 = 3,1). Теперь, когда мы знаем напряжение на обеих сторонах резистор и может использовать закон Ома для расчета силы тока.Текущий (5,0-1,9) / 220 = 3,6 / 2000 = 0,0014 Ампер = 14 мА

Это ток, протекающий через путь от 5В к GND. Это означает, что через оба канала проходит 14 мА. Светодиод и резистор (так как они включены последовательно). Если мы хотим изменить ток, протекающий через светодиода (таким образом, изменяя яркость) мы можем поменять резистор. Меньший резистор пропускает больше тока, а резистор большего размера пропускает меньше текущий поток. Будьте осторожны при использовании резисторов меньшего размера, потому что они будут раздражаться.Кроме того, некоторые светодиоды будут повреждены, если вы ими воспользуетесь. за пределами их максимального номинального тока … так что не используйте резистор, который настолько мал что вы будете генерировать чрезвычайно высокий ток (примечание: наш светодиод имеет максимум рабочий ток 20 мА).

Далее мы хотим иметь возможность превратить светодиод включается и выключается без изменения схемы. Для этого мы научимся использовать другой электронный компонент, транзистор.

Транзистор

Транзисторы — основные компоненты во всей современной электронике.Это просто переключатели, которые мы можем использовать для включения и выключения. Несмотря на то, что они просты, они самый важный электрический компонент. Например, транзисторы почти единственные компоненты, используемые для построения процессора Pentium. Один Pentium 4 имеет около 55 миллионов транзисторов (именно поэтому эти чипы так чертовски горячий). Те, что в Pentium, меньше чем те, которые мы будем использовать, но они работают одинаково.

Транзисторы (2N2222), которые мы будем использовать в наших проектах, выглядят так:

Транзистор имеет три ножки, Коллектор (C), база (B) и эмиттер (E).Иногда они помечены на плоская сторона транзистора. Транзисторы обычно имеют одну круглую сторону и одна плоская сторона. Если плоская сторона обращена к вам, ножка эмиттера слева опорная стойка находится посередине, а коллекторная опора находится на справа (примечание: некоторые специальные транзисторы имеют другую конфигурацию выводов, чем пакет ТО-92, описанный выше).

Символ транзистора

В электрические схемы (схемы) для представления NPN транзистора

Базовая схема

База (B) — переключатель включения / выключения для транзистора.Если к базе идет ток, будет путь от коллектора (C) к эмиттеру (E), где может течь ток (Переключатель включен.) Если к базе не течет ток, значит, нет ток может течь от коллектора к эмиттеру. (Переключатель выключен.)

Ниже приведена базовая схема, которую мы будем использовать для всех наших транзисторов.

Чтобы построить эту схему, нам нужно только добавить транзистор и еще один резистор к схеме, которую мы построили выше для светодиода.Перед внесением любых изменений отключите блок питания от адаптера блока питания. на макете. Чтобы вставить транзистор в макет, разъедините ножки немного и поместите его на макет так, чтобы каждая ножка находилась в отдельном ряду. В коллекторная ножка должна быть в том же ряду, что и ножка резистора, который подключен к земле (с помощью черной перемычки). Затем переместите перемычку переход от земли к резистору 220 Ом к эмиттеру транзистора.

Затем поместите одну ногу 100 кОм резистор в ряду с базой транзистора и другой ножкой в пустая строка, и ваша макетная плата должна выглядеть, как на картинке ниже.

Теперь наденьте один конец желтой перемычки. провод в положительном ряду (рядом с красной линией), а другой конец — в ряд с ножкой резистора 100 кОм (конец не подключен к База). Снова подключите источник питания, транзистор включится и Загорится светодиод. Теперь переместите один конец желтой перемычки из положительный ряд к основному ряду (рядом с синей линией). Как только ты снимите желтую перемычку с плюса питания, есть ток не течет к базе.Это заставляет транзистор выключиться и ток не может течь через светодиод. Как мы увидим позже, очень через резистор 100 кОм протекает небольшой ток. Это очень важно потому что это означает, что мы можем контролировать большой ток в одной части цепи (ток, протекающий через светодиод) только с небольшим током от Вход.

Вернуться к закону Ома

Мы хотим использовать закон Ома, чтобы найти ток на пути от входа к базе транзистора и ток, протекающий через светодиод.Для этого нам нужно использовать два основных факты о конкретных транзисторах, которые мы используем:

1.) Если транзистор включен, тогда базовое напряжение на 0,7 вольт выше, чем напряжение эмиттера.

2.) Если транзистор включен, напряжение коллектора на 1,6 вольт выше, чем напряжение эмиттера.

Итак, когда резистор 100 кОм подключен к 5 В постоянного тока, схема будет выглядеть так:

Таким образом, ток, протекающий через резистор 100 кОм, равен (5-0.7) / 100000 = 0,000043 А = 0,043 мА.

Ток, протекающий через резистор 220 Ом, равен (3,1 — 1,6) / 220 = 0,0068 А = 6,8 мА.

Если мы хотим протекать больше тока через светодиод, мы можем использовать меньший резистор (вместо 220) и мы будет получать больше тока через светодиод без изменения величины тока который идет от входной линии к базовому резистору 100 кОм. Это означает, что мы можем контролировать вещи, которые используют большая мощность (например, электродвигатели) с дешевыми транзисторными схемами малой мощности. Скоро вы узнаете, как использовать компьютер для управления событиями в реальном мире. Несмотря на то Выходы стандартного компьютера под управлением Windows не могут обеспечить достаточный ток для включения света и двигателей включения и выключения, компьютер может включать и выключать транзисторы (поскольку для этого требуется слабый ток) и Транзисторы могут управлять большим током для ламп и двигателей. Эта концепция называется усилением и представляет собой фундаментальную концепцию компьютерного интерфейса для эксперименты в реальном мире.

Примечание :
Это руководство во многом основано на том, что изначально появилось на несуществующем веб-сайте www.iguanalabs.com. (Посмертное спасибо ребятам из лаборатории игуаны).

Конструкция транзистора возвращается к власти пустого пространства

Замена все более экзотических сплавов на простоту жесткого вакуума может привести к гораздо меньшим размерам радиопередатчиков.

Пылесосы в электронике — популярная вещь, и не только среди гитаристов, которые любят искать усилители, в которых используются светящиеся лампы.Даже сейчас их ничто не может превзойти, когда вам нужно работать с очень высокими напряжениями и высокими уровнями мощности, такими как 100 Вт или более, используемые большими спутниками связи, или киловатты крупномасштабных радиолокационных систем. На нижнем уровне этой шкалы кремниевые технологии съели рынок вакуумной электроники. Это, похоже, набирает обороты сейчас, когда стало намного проще работать с такими материалами, как карбид кремния и нитрид галлия. Оба этих материала демонстрируют большую ширину запрещенной зоны для электронов, чем кремний, что позволяет создавать транзисторы с пробивным напряжением, измеряемым в киловольтах.

Несмотря на успехи, достигнутые материалами SiC и GaN, исследователь из Массачусетского технологического института (MIT) Уинстон Черн в своей презентации на Международной конференции по электронным устройствам (IEDM) на прошлой неделе заявил: «Вакуумная электроника существенно лучше. Пока ваша упаковка не ломается, вакуум может выдерживать эти высокие напряжения. Для этого не требуется никакой разработки материалов: вам не нужно придумывать, как вырастить более толстые стопки материалов ».

Проблема с вакуумной электроникой — одна в размере, от термоэлектронных ламп до магнетронов, используемых для усиления сверхвысоких частот.Скорость также является проблемой, поскольку основным механизмом выпуска электронов в глубокий вакуум является тепло. Время, необходимое для рассеивания тепла на катоде, затрудняет быстрое выключение и включение устройства, что является недостатком для мощных радиочастотных схем.

«Наша цель — создать вакуумный транзистор с преимуществами вакуума, но с размером и стоимостью полупроводникового компонента», — сказал Черн о работе, проводимой им и его коллегами из Массачусетского технологического института и нескольких других учреждений в Кембридже и США. недалеко от Бостона.

Технология упаковки еще не разработана, хотя команда уверена, что ее можно найти. Высокий вакуум уже характерен для некоторых микромеханических компонентов, таких как акселерометры и гироскопы, которые используются в современных смартфонах и планшетах. До сих пор эксперименты проводились в вакуумной камере большего размера. Это позволило им получить подтверждение концепции, демонстрирующей более эффективный метод проталкивания электронов через вакуумный барьер.

Схематический разрез вакуумного транзистора MIT

Изображение предоставлено: MIT

Вместо нагретого электрода катод представляет собой массив крошечных кремниевых шипов, которые при приложении напряжения заставляют электроны туннелировать через подложку в вакуум перед тем, как попасть в заряженный анод.В результате получилось что-то, что немного похоже на вентиль в поперечном сечении, но которое ведет себя гораздо больше как полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET), который сейчас доминирует в конструкции электроники. «Автоэмиссионная матрица и полевой МОП-транзистор выглядят немного по-разному и работают с немного разными характеристиками, но оба имеют линейность и насыщенность. Эти устройства в чем-то похожи на полупроводниковые транзисторы, и их можно упаковать так, чтобы они выглядели как полевые МОП-транзисторы, что делает их хорошей заменой для высоковольтных и высокомощных приложений », — заявил Черн.

При отсутствии состава материалов для настройки вакуумного канала, основной метод изменения характеристик устройства, таких как напряжение пробоя, заключается в расстоянии между анодом и катодом. Существует конечный предел сопротивления вакуума напряжению, но он находится на довольно высоком уровне. «20 МВ на сантиметр — это когда вещи начинают туннелировать в вакуум», — сказал Черн.

Есть и другие ограничения для такого устройства, когда оно миниатюризировано таким же образом, как и обычный силовой транзистор.Теплоемкость равна единице: в текущем дизайне 30 А на квадратный сантиметр — это то, сколько устройству нужно обрабатывать внизу.

Еще одним фактором является электрическая емкость в шипах, которая кажется небольшой, измеренной по отдельности, всего 50 аттофарад или около того. «Мы должны иметь возможность выйти на 1 ГГц без оптимизации, но мы должны быть в состоянии получить на один или два порядка больше этого», — сказал Черн: этот верхний предел подтолкнет устройства к рабочему диапазону магнетронов. «Мы думаем, что эти устройства могут работать очень быстро, если вы оптимизируете их конструкцию.Вакуумные транзисторы действительно сияют, если посмотреть на соотношение мощности и частоты ».

Следующим шагом будет работа по увеличению электрического поля, в котором могут работать устройства, и обеспечению надежности работы вакуумной упаковки, особенно в условиях сильного нагрева, который придется выдерживать транзисторам. «Но со всем этим мы смогли создать очень многообещающее устройство», — заявил Черн.

Подпишитесь на электронную рассылку новостей E&T, чтобы получать такие замечательные истории каждый день на свой почтовый ящик.

Предпосылки: теория транзисторов

Фон

Современные вычисления и электроника построены на транзисторе, что, по нашему мнению, делает его самым важным изобретением 20-го века. Транзисторы используются как переключатели (устройства, сообщающие сигналам, куда идти) или усилители (устройства, преобразующие «маленькие» сигналы в более крупные), и эти две функции делают возможными ваши любимые мобильные телефоны.

Транзисторы можно производить массово при очень низких затратах, а транзисторы являются причиной того, что компьютеры с каждым днем становятся все меньше и мощнее.Ежегодно на каждого мужчину, женщину и ребенка на Земле строится более 60 миллионов транзисторов. Транзисторы — ключ к нашему современному миру. Итак, если они такие замечательные, то как же они работают?

p-n переходы и легирование

Чтобы понять, как работают транзисторы, вы сначала должны понять концепцию p-n перехода. Р-n-переход имеет некоторое сходство с двойным слоем нейральных липидов (клеточной мембраной), о котором мы узнали в эксперименте 3. Напомним, липидный двойной слой является барьером между внутренней и внешней частью клетки, и он характеризуется накопление заряженных ионов по обе стороны от барьера.Заряженные ионы создают разницу в электрическом потенциале, которая в конечном итоге позволяет создавать потенциалы действия. Точно так же p-n-переход — это граница между двумя материалами с разными зарядами на них. Вместо ионов заряды в p-n-переходе контролируются наличием (-) или отсутствием (+) электронов.

Электроны имеют отрицательный заряд, и движение этих зарядов через проводящий материал является основой электричества. В некоторых материалах (называемых полупроводниками) мы можем управлять количеством присутствующих электронов с помощью процесса, называемого легированием, что означает введение примесей в чрезвычайно чистые полупроводники.Возьмите свои периодические таблицы, потому что этот процесс возможен только из-за химических свойств определенных элементов.

Полупроводники происходят из так называемой группы IV периодической таблицы, которая включает углерод, кремний и германий. Научная фантастика часто ссылается на эти элементы, потому что их свойства делают их таким ключевым аспектом как биологических, так и машинных систем. Каждый элемент группы IV имеет четыре электрона на внешнем энергетическом уровне, но в конечном итоге может содержать до восьми электронов.Это ключевой момент, потому что эти элементы группы IV могут затем образовывать четырехсторонние ковалентные связи в кристаллической решетке, так что внешний энергетический уровень каждого атома остается стабильным.

Элементы группы III (такие как бор или галлий) имеют три электрона в самой внешней электронной оболочке, в то время как элементы группы V (такие как фосфор или мышьяк) имеют пять электронов в своей самой внешней электронной оболочке. Элементы обеих этих групп также могут образовывать ковалентные связи с электронами.

Если вы возьмете блок из чистого элемента IV группы, такого как кремний, и заполните его некоторыми атомами группы III, такими как бор, бор попытается вписаться в решетку.Однако, поскольку бор имеет только три электрона на внешней оболочке, один из четырех соседей кремния в решетке будет коротким на один электрон в ковалентной связи. Таким образом, связь будет иметь чистый положительный заряд (отсутствие электрона), который может притягивать и принимать электрон от соседней связи. Атомы группы III известны как акцепторы.

Легирование полупроводника акцепторами приведет к возникновению избытка этих отсутствующих электронов (известных как дырки), что приведет к появлению избытка «положительных» зарядов в материале, что приведет к тому, что этот материал будет назван «положительно легированным». или «р-допированный».

Как и следовало ожидать, когда элементы группы V, такие как фосфор, которые имеют пять электронов, добавляются к кремнию, это образует связи с избытком электронов. Таким образом, атомы группы V известны как «доноры». Легирование полупроводника донорами будет генерировать большую концентрацию отрицательно заряженных электронов, делая материал «отрицательно легированным» или «n-легированным».

Полупроводники, легированные p-примесью, и полупроводники с n-примесью относительно электропроводны сами по себе, но что произойдет, если вы поместите блок полупроводника, легированного p-примесью, рядом с блоком полупроводника с n-легированием? Электроны в материале с примесью n-типа притягиваются к положительно заряженному веществу с примесью p, а избыточные электроны и положительные заряды встречаются в середине на стыке между двумя блоками.Когда электроны и дырки встречаются, они нейтрализуют друг друга и образуют слой, лишенный зарядов, или слой истощения. Как и в случае с нейронным двойным слоем, результирующие свойства электрического потенциала p-n-перехода позволяют выполнять множество функций.

Слой обеднения из-за отсутствия свободных зарядов является непроводящим без приложенного внешнего напряжения. Если сторона p-n перехода с примесью p-типа подключена к положительному напряжению, а сторона с n-примесью — к отрицательному напряжению батареи, это приводит к уменьшению электрического потенциального барьера и позволяет электронам пересекать pn-переход, что приводит к протеканию электрического тока.Этот процесс называется прямым смещением. Если, с другой стороны, полупроводник p-типа соединен с отрицательным напряжением, а полупроводник n-типа — с положительным напряжением, электроны и положительные заряды (дырки) отодвигаются дальше от области обеднения, что приводит к увеличению электрический потенциальный барьер, который ведет себя как изолятор. Это называется обратным смещением.

Таким образом, p-n-переходы обычно используются в качестве диодов, которые являются устройствами, которые позволяют электричеству течь в одном направлении, но не в противоположном.Важно отметить, что диоды пропускают односторонний ток только при достижении определенного напряжения или «прямого напряжения».

Некоторые диоды излучают свет при прохождении тока, отсюда и название «светоизлучающий диод» или «светодиод».

Теория транзисторов

Теперь, когда мы понимаем, как работают p-n-переходы и диоды, что произойдет, если вы сделаете «сэндвич» с одним блоком материала, легированного p-примесью, помещенным между двумя блоками материала, легированного n-примесью?

Теперь у нас есть устройство с одним переходом «n-p» и одним переходом «p-n», которое действует как два диода *, поставленные вплотную друг к другу.Что произойдет, если подать большое напряжение на весь бутерброд?

Мы не генерировали никакого тока! Что, если мы перевернем батарею?

Если диоды включены друг за другом *, приложенное напряжение, независимо от его направления, всегда будет вызывать обратное смещение одного из диодов и предотвращать протекание тока. Но … подождите … что, если мы добавим меньшее напряжение на вывод p-блока? Что тогда?

Верхний переход n-p, который смещен в обратном направлении напряжением основной батареи, предотвращает протекание тока.Но прямое смещение нижнего p-n перехода с меньшим напряжением заставляет огромное количество электронов стрелять в p-блок. Это приводит к снижению барьеров для прохождения тока в обоих обедненных слоях, и мы получаем экспоненциальное увеличение количества электронов, которые могут проходить через транзистор. У нас есть ток!

«Биполярный транзистор» — это реальный компонент этого сэндвича. Есть две разновидности: «PNP» и «NPN», но мы сосредоточимся на более распространенной конфигурации NPN.В транзисторе NPN три терминала называются эмиттером (первый N-блок), базой (P-блок) и коллектором (второй N-блок).

Теперь мы знаем, как работает транзистор, но почему его функция важна для нашей миссии по изучению потенциалов действия нейронов? Потенциал нейронного действия имеет чрезвычайно малое напряжение, которое необходимо усилить, чтобы его можно было наблюдать. Если мы настроим наш NPN-транзистор так, чтобы наш маленький нейронный сигнал проходил в P-блок (база), а наше большое напряжение (батарея) проходило через два n-блока (коллектор и эмиттер), у нас есть усилитель! Если мы затем будем отслеживать ток между коллектором и эмиттером, мы должны увидеть сигнал, который выглядит так же, как наш потенциал действия…но намного больше!

Построение схемы для этого немного сложнее, чем просто подключить нейронный сигнал, транзистор и батарею, и мы рассмотрим это в следующей статье. Но … Если мы построим схему правильно, мы сможем усилить этот крошечный сигнал потенциала действия настолько, чтобы мы могли слышать его через простой динамик. И мы должны изучать мир нейронов.

Теперь перейдем к части II и построению вашей схемы …

* Примечание: к сожалению, вы не можете просто купить два диода RadioShack и поместить их спиной к спине с припоем, чтобы получился транзистор.Описанные выше эффекты происходят на уровне кристаллической решетки.

Вопросы для обсуждения

Почему элементы группы IV называются «полупроводниками»? Они постоянно проводят время? Если нет, что с ними нужно сделать, чтобы заставить их вести себя?
Что происходит, когда атомы группы III добавляются в блок материала группы IV? А что насчет того, когда атомы Группы V добавляются к Группе IV вместо этого? Как вы думаете, что произойдет, если вы просто смешаете атомы группы III и группы V? Как вы думаете, полученная смесь будет проводящей?
В нашем температурном эксперименте мы узнали об электрохимических взаимодействиях, происходящих на клеточной мембране.Как p-n-переход похож на липидный бислой клетки? Чем он отличается?
Как диоды относятся к транзисторам?

Основы транзисторов — полевые МОП-транзисторы: 6 шагов

Схемы здесь будут очень простыми, но потребуют БОЛЬШОГО количества дискретных N-канальных и P-канальных МОП-транзисторов или логических ИС. Логические микросхемы дешевы и их легко найти (попробуйте эту ссылку для микросхемы 4001 или эту ссылку для микросхемы 7402, которые являются четырьмя вентилями NOR), так что это не будет слишком сложно.

Схемы взяты из книги Форреста Мимса Digital Logic Projects: Workbook II. Вот ссылка на PDF-файл от RadioShack или на Amazon.com для покупки. (В качестве побочного примечания я рекомендую получить Basic Electronics: Transistors and Integrated Circuits: Workbook I , а также на сайте Forrest Mims. Amazon.com или PDF)

Некоторые вещи, которые следует помнить при работе с логическими ИС:

Обязательно избегайте накопления статического электричества или разряда, чтобы не повредить микросхемы.
Каждая микросхема имеет общий вывод для + V и общий вывод GND.Они не показаны на схемах, но их легко найти в таблице данных (таблица данных 7402).
Любые неиспользуемые входные контакты должны быть подключены к GND. Это также не будет отображаться на схемах.
Логические микросхемы не предназначены для использования в качестве сильноточных драйверов для больших нагрузок, таких как двигатели и тому подобное. Однако их можно использовать для небольших нагрузок, таких как светодиоды, или для подачи сигнала для таких драйверов, как на этапе 3

Для следующих схем обратите внимание на номер SN74XX над каждым вентилем.Это номер IC, который я использовал для создания схем, если вы хотите получить несколько микросхем и построить их самостоятельно. Большинство этих микросхем поставляются с 4-мя конкретными вентилями, поэтому нижеприведенный SN7402 будет иметь 4 вентиля ИЛИ-НЕ.

Хорошо, начнем с простой светодиодной мигалки. Используя всего два логических элемента ИЛИ-НЕ, мы можем построить осциллятор. См. Схему ниже.

LED2 и R4 необязательны, если вы хотите, чтобы два светодиода мигали вперед и назад. В противном случае LED1 будет мигать со скоростью, определяемой значениями R1 (попробуйте потенциометр здесь) и C1.

Следующая схема представляет собой защелку установки / сброса, которая является ключевым компонентом последовательной логики. Защелки составляют основу памяти компьютера, так как выход остается включенным / выключенным даже после того, как вы отпустите переключатель. Группа из 8 защелок будет формировать структуру ядра для 8-битной ячейки памяти. В памяти SR-защелка известна как D-защелка (данные) и используется с тактовой частотой ядра системы, чтобы определить, когда выполнять защелку. (Это еще не все, но это выходит за рамки этой статьи. Посмотрите здесь, чтобы узнать больше о том, как работает компьютерная память, и здесь, чтобы сравнить последовательную и комбинационную логику.) Теперь схема.

Эта схема является скорее демонстрацией концепции, поскольку нас обычно интересует только один выход защелки, потому что, поскольку выходы переключаются между состояниями при нажатии кнопок, они всегда будут в состояниях, противоположных друг другу. . Здесь вы можете связать один из выходов со второй схемой и использовать защелку в качестве немеханического переключателя для второй схемы «нажимать / выключать».

Как упоминалось ранее, любой логический вентиль или схема может быть изготовлена из конечного числа вентилей И-НЕ.Вот пример логического элемента ИЛИ с 3 логическими элементами И-НЕ.

Чтобы изменить ИЛИ на ИЛИ, добавьте четвертую И-НЕ между выходом U3 и светодиодом, при этом два входа U4 связаны вместе.

Похоже, что было бы дороже использовать намного больше полевых МОП-транзисторов, чтобы делать то же самое (4 для 1 логического элемента NOR, 16 для 3 вентилей NAND), и когда вы разрабатываете новый чип, пространство и количество деталей в это пространство является самым важным с точки зрения стоимости чипа. Ну вот и польза.Помните микросхемы FPGA, о которых я упоминал ранее? Это универсальные микросхемы, которые можно запрограммировать на любую ситуацию. Если у нас есть огромная корзина вентилей NAND, которые могут сделать что угодно, тогда мы можем сделать … все, что угодно. Но если мы пытаемся сэкономить место и затраты, используя определенные ворота, мы ограничены количеством всех ворот, которые у нас есть. Что происходит, когда нам нужно больше ворот OR? Для меня это звучит как редизайн, и это тоже стоит денег. Дело в том, что если у вас уже есть конкретный дизайн, может быть лучше использовать точный необходимый вентиль, а не набор общих вентилей NAND.Но если вы создаете прототипы и конструируете с нуля, вам нужна гибкость, и именно в этом преимущество NAND-гейтов.

В общем, вернемся к этому. Опять же, используя только ворота NAND, мы можем построить ворота XNOR.

Удалив U5 и связав выход U4 с R3, мы получим вентиль XOR.

Один вентиль XOR может использоваться как 1-битный двоичный сумматор. Добавляя два логических элемента NAND (который, если вы помните, является просто логическим элементом AND), мы получаем полусумматор с двухбитным выходом.

Полный сумматор требует нескольких изменений (добавление XOR, двух NAND и логического элемента OR), которые добавляют вход для обработки сигналов переноса от предыдущего сумматора.Затем несколько сумматоров складываются вместе, по одному сумматору на каждый бит, чтобы построить сумматор. На самом деле это довольно элегантно. Ниже представлена схема полного сумматора.

PB1 — бит A, PB2 — бит B, а PB3 — бит переноса из предыдущего блока сумматора. Если мы нажимаем только PB1 или PB2, мы добавляем 1 + 0, и только светодиод 2 будет гореть, показывая значение 1. Если мы нажмем PB1 и PB2 вместе, это означает двоичное сложение 1 + 1, что в двоичном формате равно 10. (обозначено как 10b). При этом загорится LED1, а LED2 останется выключенным.Если затем нажать PB3 и добавить еще 1, мы получим 11b, и оба светодиода загорятся.

Ниже приведена блок-схема 4-битного сумматора, использующего 4 блока полного сумматора. Первый блок справа (с A0 и B0) можно поменять местами с полусумматором, не влияя на вывод. Он просто удаляет перенос (Cin) на первом сумматоре, который все равно подключен к GND.

В этом примере мы складываем два 4-битных числа A и B. Первые биты каждого (A0 и B0) добавляются справа, результат отправляется в S0, а любой бит переноса (C1) отправляется. к следующему сумматору.Затем добавляются A1 и B1 вместе с C1 из первого сумматора, результат поступает на выход S1, и любой бит переноса отправляется на (C2). Последний сумматор либо отображает последний бит переноса (C4), если он есть, либо игнорирует его, если места нет или он не важен. Это решение принимаете вы, дизайнер.

Рассмотрим еще один логический пример — 4-битную цифровую блокировку компаратора. Как уже упоминалось, элементы XOR могут использоваться как сумматоры, но они также являются компараторами, выводя одно состояние, если оба входа одинаковы, и инвертированное состояние, если оба входа разные.Это позволяет нам проверять состояние вывода, переключателя и выхода, только если оно правильное.

Штифты с метками 1, 2, 3 и 4 предназначены для программирования замка. Вы устанавливаете эти контакты в высокий или низкий уровень, чтобы определить комбинацию, а затем вы должны нажать те же соответствующие кнопки PB1-PB4, чтобы выход U13 стал низким. Это позволяет току течь через светодиод, и он включается. Чтобы установить комбинацию, вы можете либо связать контакты напрямую с GND или + V, либо использовать какое-то устройство памяти, которое будет хранить вход после установки и не изменять.Звучит знакомо? Да, вы можете легко добавить схему защелки к 4 контактам комбо-набора. Пока защелки не теряют мощность, они не теряют сохраненное в них значение. Приложения для этого в лучшем случае просты, но идея передается. (Я не несу ответственности за то, как вы решите использовать эту схему, поскольку она небезопасна и может быть легко взломана / сброшена.)

Введение в транзисторы

Схемы, которые я рассмотрю в этой статье, более сложные, чем обсуждалось ранее.Вы узнаете о функциях и применении транзисторов с биполярным переходом (BJT) и полевых транзисторов (FET).

В моей предыдущей статье Introduction to Basic Electronics Circuits вы познакомились с простейшими, самыми основными типами электронных схем. Это отличное место для начала изучения электроники, но в конечном итоге любая реальная схема будет более сложной, чем те, которые обсуждались в той первой статье.

В этой статье я сосредоточился на так называемых пассивных схемах .К пассивным компонентам относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы и т. Д. Активная цепь , с другой стороны, использует более сложные компоненты, такие как транзисторы. Электронный компонент считается активным, если он позволяет устройству управлять током в других частях цепи.

Схемы, которые я рассмотрю в этой статье, будут более сложными, но все они относительно простые схемы. Я не хочу вас ошеломлять, и очень важно начинать с простых и постепенно переходить к более сложным схемам.

Мы будем анализировать две широкие категории транзисторов: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). Транзисторы могут работать как цифровые переключатели или использоваться в аналоговых приложениях, таких как усилители и регуляторы мощности.

В этой вводной статье я не буду вдаваться в подробности физики этих транзисторов, которые, вероятно, только вызовут путаницу, и вместо этого основное внимание будет уделено их функциональности и применению.

Биполярные переходные транзисторы (BJT)

Давайте сначала рассмотрим транзисторы с биполярным переходом, названные так потому, что они состоят из двух диодных переходов.Биполярный транзистор бывает двух видов: NPN и PNP. Буквы N и P указывают на то, легирована ли область полупроводникового кремния отрицательно или положительно.

Рисунок 1 — Биполярные переходные транзисторы (BJT) (n-тип = NPN и p-тип = PNP)

Биполярный транзистор состоит из трех выводов: коллектора, базы и эмиттера. Для биполярного транзистора NPN ток будет течь от коллектора к эмиттеру. Для транзистора PNP ток будет течь от эмиттера к коллектору.

Для включения NPN-транзистора базовое напряжение должно быть больше, чем напряжение эмиттера. Обратное верно для транзистора PNP, где базовое напряжение должно быть меньше напряжения эмиттера.

В большинстве схем эмиттер NPN будет связан с землей (или связан с резистором, который соединяется с землей), а эмиттер PNP будет связан с положительным источником питания (возможно, снова через резистор).

Биполярный транзистор имеет три зоны работы:

Активная область:

При работе в активной области транзистор действует как усилитель.Напряжение между выводами базы и эмиттера (обычно называемое V _—) контролирует величину тока, протекающего между коллектором и эмиттером.

Это экспоненциальная зависимость, поэтому малейшее изменение Vbe может иметь огромное влияние на ток коллектора. Поскольку этот переход база-эмиттер на самом деле представляет собой просто диод, напряжение (_{V =}) всегда будет близко к 0,7 В. Это соотношение регулируется следующим уравнением:

I

_C = I _S * exp (V _на / V _T)

Где I _C = ток коллектора, I _S = ток обратного насыщения (известная константа порядка от 10 ⁻¹⁵ до 10 ⁻¹² ампер), а V _T называется тепловым напряжением. которая пропорциональна температуре (примерно 26 мВ при комнатной температуре).

Биполярный транзистор, работающий в активной области, также обеспечивает усиление тока. Ток, протекающий через вывод базы, будет увеличиваться параметром транзистора, известным как β (бета) или иногда h _FE. Этот накопленный ток будет течь между коллектором и эмиттером. Уравнение для этого:

I

_C = β * I _B

Где I _C = ток коллектора, β — коэффициент усиления по току для транзистора, а I _B = ток базы.

Наконец, ток эмиттера для BJT равен сумме токов базы и коллектора:

I

_E = I _C + I _B

Saturation и Cut-off:

В области насыщения биполярный транзистор полностью включен и действует как замкнутый переключатель между выводами коллектора и эмиттера. В то время как в области отсечки транзистор полностью выключен и действует как разомкнутый переключатель.

Однако для приложений цифровой коммутации я предпочитаю использовать полевые транзисторы вместо транзисторов с биполярным переходом.

Полевые транзисторы (FET)

Другая широкая классификация транзисторов называется полевыми транзисторами. Как и в случае с BJT, у полевого транзистора есть три контакта, которые служат для аналогичных целей. Контрольный штифт называется затвором (вместо основания). Ток в полевом транзисторе протекает между стоком (аналогично коллектору на BJT) и истоком (так же, как эмиттер BJT).

Одним из наиболее значительных функциональных различий между BJT и FET является то, что управляющий вывод (затвор) электрически изолирован изолирующим оксидным слоем.В затвор не течет ток, как в случае с базой биполярного транзистора. Полевой транзистор — это устройство, управляемое только напряжением.

Как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы бывают двух видов: n-типа и p-типа. Доступны различные типы полевых транзисторов, но наиболее распространенный тип — полевые МОП-транзисторы. MOS означает металл-оксид-полупроводник, и это просто относится к изоляционному материалу, который образует изолированный затвор.

Полевой транзистор n-типа обычно называют NFET или NMOS для полевых МОП-транзисторов n-типа.Полевой транзистор p-типа называется PFET или PMOS для полевых МОП-транзисторов p-типа.

Рисунок 2 — Полевые транзисторы (FET) (n-тип = NFET и p-тип = PFET)

Полевые транзисторы имеют три зоны работы:

Обрезная область:

Важным параметром полевого транзистора является так называемое пороговое напряжение (V _t). Это минимальное напряжение между выводами затвора и истока (называемое V _GS), при котором устройство начинает включаться.Если V _GS меньше V _t, то ток не будет течь между стоком и истоком. Этот регион известен как режим отсечки или подпороговый режим:

Если V

_GS t , то Id = 0 (область отсечения)

В области отсечки полевой транзистор действует как разомкнутый переключатель.

Как только V _GS становится больше порогового напряжения (V _t), тогда полевой транзистор войдет либо в линейную, либо в активную область, в зависимости от напряжения между выводами стока и истока.

Линейная область (также называемая омическим режимом или триодным режимом):

Когда V _GS больше порогового напряжения, но напряжение на выводах сток-исток меньше разницы между V _GS и V _t, тогда полевой транзистор работает в линейной области.

Если V

_GS> V _t и V _DS GS — V _t = Линейная область

В линейной области полевой транзистор действует как резистор, управляемый напряжением.В этой области, если напряжение затвора достаточно велико, полевой транзистор будет действовать как замкнутый переключатель (то есть резистор с низким сопротивлением).

Активная область

Когда V _GS больше, чем V _t, а напряжение сток-исток (V _DS) больше, чем разница между V _GS и V _t, то полевой транзистор находится в активной области .

Если V

_GS> V _t и V _DS> V _GS — V _t = Активная область

В активной области полевой транзистор может выполнять такие функции, как усиление напряжения.

Биполярный транзистор известен как экспоненциальное устройство из-за экспоненциальной зависимости между выходным током и управляющим напряжением (уравнение 1) при работе в активной области.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

С другой стороны, полевой транзистор является квадратичным устройством, что означает, что выходной ток пропорционален квадрату управляющего напряжения (V _GS) при работе в активной области.Уравнение для полевого транзистора выглядит следующим образом:

I

_D = k ’* (V _GS — V _t) ²

, где I _D = ток стока, а k ’- константа, связанная с конкретным полевым транзистором.

Это было лишь очень простым введением в некоторые фундаментальные концепции, связанные с транзисторами. В зависимости от того, насколько глубоко вы хотите пойти, вам предстоит еще многому научиться. Фактически, было написано много книг, посвященных физике транзисторов и / или проектированию транзисторных схем.

Теперь, когда у вас есть базовое представление о биполярных и полевых транзисторах, давайте применим их к определенному использованию, соединив их в электронную схему.

Ключи транзисторные

Простое и распространенное использование транзистора — это включение и выключение светодиодного индикатора. На схеме ниже показано, как для этой цели можно использовать биполярный транзистор NPN и транзистор NFET. Прямоугольный сигнал, показанный ниже, может быть выводом ввода / вывода, поступающим от микроконтроллера.

Многие микроконтроллеры могут подавать / потреблять ток в несколько миллиампер, поэтому в некоторых случаях можно просто подключить светодиод непосредственно к контакту ввода-вывода без необходимости в транзисторе.Но в случаях, когда вам нужен ток светодиода выше, чем может поддерживать ваш микроконтроллер, вы должны использовать транзисторный переключатель.

Рисунок 3 — Транзисторные переключатели драйвера светодиода

Когда прямоугольный сигнал (управляющее напряжение) высокий, тогда Q1 (биполярный NPN) и Q2 (NFET) оба полностью включены и выглядят как замкнутый переключатель. Это позволяет току течь через каждый светодиод. Резисторы, включенные последовательно со светодиодами, используются для установки уровня тока, который течет, когда транзисторы закрыты.

Обратите внимание на резистор (R4) в базе транзистора NPN. Такой базовый резистор требуется на биполярном транзисторе, чтобы ограничить ток и предотвратить повреждение. Помните, что переход база-эмиттер на биполярном транзисторе — это просто диод.

Как вы, вероятно, уже знаете, для диода требуется резистор, ограничивающий ток, и это верно и для биполярных транзисторов. Напряжение на переходе база-эмиттер очень близко к 0,7 В, поэтому, если вы попытаетесь подать 5 В на этот переход (без базового резистора), это приведет к серьезным повреждениям.

Транзисторные преобразователи

Инвертор — одна из самых простых схем, которые вы можете спроектировать. Инвертор принимает 0 и превращает его в 1 или наоборот. Мы собираемся рассмотреть возможность использования только полевых транзисторов для создания инвертора.

Схема, показанная на рисунке 4, состоит всего из двух инверторов. Первый инвертор состоит из Q1 и R1, а второй инвертор использует Q2 и Q3. Q1 и Q3 — это полевые транзисторы, а Q2 — полевые транзисторы.

Если на затворе NFET высокий уровень (по сравнению с его выводом истока), то транзистор полностью открыт и выглядит как замкнутый переключатель.Когда затвор низкий, то полевой транзистор полностью выключен и выглядит как разомкнутый переключатель.

PFET — это как раз наоборот. Если затвор низкий, то включается PFET. Если он высокий, значит он выключен. Для PFET источник, вероятно, будет привязан к положительному источнику питания.

Рисунок 4 — Цифровые инверторы на полевых транзисторах

Когда V1 равен нулю, Q1 выключен и выглядит как разомкнутая цепь; это означает, что напряжение в узле V2 подтягивается до напряжения питания наверху через резистор R1, потому что теперь Q1 выключен.Если V1 высокий, теперь Q1 полностью включен, что подтягивает V2 к земле.

Итак, если V1 равен нулю, V2 равен единице. Если V1 равен единице, то V2 равен нулю. Это инвертор.

Однако лучший способ сделать инвертор — это заменить верхний резистор (R1) на полевой транзистор. Проблема с использованием резистора для функции подтягивания заключается в том, что подтягивающий ток будет довольно небольшим. Небольшой подтягивающий ток означает, что выходной сигнал инвертора будет медленно изменяться от нуля до единицы.

Отклик этого первого инвертора будет асимметричным.Он очень быстро потянет узел V2 вниз через Q1, но будет намного медленнее поднимать V2 на высокий уровень. Эта проблема устраняется использованием PFET вместо резистора для этой подтягивающей функции.

Для инвертора NFET / PFET (Q2 и Q3), когда его входное напряжение (V2) низкое, NFET полностью выключен, а PFET полностью включен. Таким образом, выходное напряжение (V3) будет высоким.

С другой стороны, если V2 высокий, теперь PFET выключен, а NFET включен, поэтому V3 понижается.Вы вставляете единицу, получаете ноль. Вы ставите ноль, вы получаете единицу. Он выполняет ту же функцию, что и Q1 и R1, но с симметричным временем нарастания и спада на выходе.

Схема биполярного транзистора

Наконец, мы рассмотрим схему с биполярным транзистором или, в частности, NPN.

Рисунок 5 — Простая схема NPN

Как ранее обсуждалось в уравнении 2, бета — это коэффициент усиления по току для биполярного транзистора.Например, если Beta равно 100, а ток базы равен 1uA, это означает, что ток коллектора будет 100uA, а ток эмиттера будет 101uA.

Для схемы, показанной на рисунке 5, ток, протекающий через R1 в базу, усиливается бета-версией, а затем течет через R2.

Если вы хотите рассчитать выходное напряжение этой цепи, первым делом необходимо вычислить базовый ток. Для этого вам нужно найти падение напряжения на R1, а затем использовать закон Ома для расчета тока.Левая сторона R1 связана с напряжением питания, а правая сторона идет к основанию NPN.

Помните, переход база-эмиттер биполярного транзистора — это просто диодный переход с напряжением приблизительно 0,7 В. Итак, чтобы рассчитать базовый ток, вы должны использовать следующее уравнение:

I

_B = (VS1 — 0,7 В) / R1

Чтобы вычислить ток коллектора, вы просто умножаете ток базы на бета-коэффициент транзистора, как ранее было показано в уравнении 2.

Ток, протекающий через резистор R2, равен току коллектора транзистора. Чтобы рассчитать выходное напряжение этой схемы, вам теперь нужно рассчитать падение напряжения на R2 и просто вычесть это из положительного напряжения питания:

В

_выход = VS1 — (I _C * R2)

Это действительно простая схема, не имеющая большого практического применения, но она знакомит вас с некоторыми основами биполярных транзисторов.

Заключение

Эта статья познакомила вас с самыми основными концепциями схем на активных транзисторах.Типы схем, которые могут быть построены с использованием транзисторов, действительно захватывают дух. Транзисторы лежат в основе любого электронного устройства.

При этом, с момента изобретения интегральной схемы (ИС) потребность в разработке сложных дискретных транзисторных схем снизилась в основном до инженеров, разрабатывающих микросхемы ИС.

Тем не менее, все еще существует потребность в базовом понимании транзисторов, и во многих конструкциях будет использоваться несколько дискретных транзисторов. Но в большинстве проектов сейчас для любых сложных функций используются интегральные схемы вместо дискретных транзисторных схем.

Если вы не планируете стать проектировщиком микросхем, вам, скорее всего, потребуется только вводное понимание транзисторных схем.

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею или если у вас есть какие-либо вопросы, просто оставьте комментарий ниже, и я отвечу на ваши вопросы.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатно PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

Как работают полупроводники | HowStuffWorks

Устройство, которое блокирует ток в одном направлении, позволяя току течь в другом направлении, называется диодом . Диоды можно использовать по-разному. Например, устройство, которое использует батареи, часто содержит диод, который защищает устройство, если вы вставляете батареи задом наперед. Диод просто блокирует выход любого тока из батареи, если он перевернут — это защищает чувствительную электронику в устройстве.

Поведение полупроводникового диода не идеально, как показано на этом графике:

Когда имеет обратное смещение , идеальный диод будет блокировать весь ток. Настоящий диод пропускает около 10 микроампер — немного, но все же не идеально. А если вы приложите достаточное обратное напряжение (В), соединение разорвется и пропустит ток. Обычно напряжение пробоя намного больше напряжения, чем когда-либо увидит схема, поэтому это не имеет значения.

Когда смещен в прямом направлении , для работы диода требуется небольшое напряжение.В кремнии это напряжение составляет около 0,7 вольт. Это напряжение необходимо для запуска процесса комбинации дырка-электрон на переходе.

Другой важной технологией, связанной с диодом, является транзистор. У транзисторов и диодов много общего.

Транзисторы

Транзистор создается с использованием трех слоев , а не двух слоев, используемых в диоде. Вы можете создать сэндвич NPN или PNP. Транзистор может действовать как переключатель или усилитель.

Транзистор выглядит как два последовательно соединенных диода. Вы можете себе представить, что через транзистор не может протекать ток, потому что диоды, соединенные спиной к спине, блокируют ток в обоих направлениях. И это правда. Однако, когда вы прикладываете небольшой ток к центральному слою сэндвича, через сэндвич в целом может протекать гораздо больший ток. Это дает транзистору поведение при переключении . Небольшой ток может включать и выключать больший ток.

Кремниевый чип — это кусок кремния, который может содержать тысячи транзисторов.С транзисторами, действующими как переключатели, вы можете создавать логические вентили, а с логическими вентилями вы можете создавать микропроцессорные микросхемы.

Естественный переход от кремния к легированному кремнию, транзисторам и микросхемам — вот что сделало микропроцессоры и другие электронные устройства такими недорогими и повсеместными в современном обществе.

Как выглядит транзистор фото

Внешний вид и обозначение транзистора на схемах

Внешний вид и обозначение транзистора на схемах

Полевые транзисторы

Однопереходные транзисторы

описание, типы, устройство, маркировка, применение.

Что такое транзистор.

Биполярный (обычный) транзистор

Устройство и структура.

Изготовление транзисторов.

Применение транзисторов

Схемы включения и основные параметры биполярных транзисторов

Полевой транзистор

Кодовая и цветовая маркировка транзисторов

Что такое транзистор? (принцип действия, назначение и применение, как выглядит)

Виды транзисторов

Биполярные транзисторы

Полевые транзисторы

Устройство и принцип работы для начинающих

Преимущества и недостатки замены ламп транзисторами

Схемы включения

Для чего нужны транзисторы?

Основные параметры и характеристики биполярного транзистора.

Характеристики биполярного транзистора.

Основные параметры биполярных транзисторов.

Проходной ключ на MOSFET транзисторах

Вспомогательная информация

Теги

Транзистор КТ117, цоколевка и параметры.Схема тиристорного регулятора.

Принцип работы однопереходного транзистора.

Схема тиристорного регулятора на однопереходном транзисторе.

Урок 6 — SMD компоненты

SMD компоненты

Как работают транзисторы? — Объясни, что материал

Что на самом деле делает транзистор?

Как делается транзистор?

Кремниевые бутерброды

Как работает переходной транзистор

Как работает полевой транзистор (FET)

Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

Кто изобрел транзистор?

Транзисторы 101

Конструкция транзистора возвращается к власти пустого пространства

Предпосылки: теория транзисторов

Фон

p-n переходы и легирование

Теория транзисторов

Вопросы для обсуждения

Основы транзисторов — полевые МОП-транзисторы: 6 шагов

Введение в транзисторы

Биполярные переходные транзисторы (BJT)

Активная область:

I

I

I

Saturation и Cut-off:

Полевые транзисторы (FET)

Обрезная область:

Если V

Линейная область (также называемая омическим режимом или триодным режимом):

Если V

Активная область

Если V

I

Ключи транзисторные

Транзисторные преобразователи

Схема биполярного транзистора

I

В

Заключение

Другой контент, который может вам понравиться:

Как работают полупроводники | HowStuffWorks

Транзисторы

Добавить комментарий Отменить ответ