Схема работы транзистора: устройство, классификация и работа простым языком

устройство, классификация и работа простым языком

С каждым годом появляется все больше и больше электронных средств, а они часто ломаются. На ремонт уходит немало средств, порой, достигая до 50 процентов от стоимости аппарата. И что досадно, некоторые из этих поломок можно было устранить самому, имея начальные знания о том, как работает транзистор. Почему он? Именно транзисторы чаще всего выходят из строя.

• Виды транзистора
  • Биполярный
  • Полевой
• Принцип действия
  • Работа полевого
  • Как работает биполярный
• Меры предосторожности

Виды транзистора

Чтобы легче разобраться в работе транзистора, необходимо иметь представление о нем. Он является полупроводником, что указывает на его способность проводить ток в одном направлении и не пропускать в другом. Чтобы достичь таких характеристик используются разные способы изготовления. Все эти приборы по своему характеру работы делятся на две группы:

1. биполярные
2. полярные

Хотя и те и другие относятся к одному классу — транзисторы, происходящие в них процессы сильно отличаются.

Биполярный

Движение электронов по замкнутой цепи называется электрическим током. Грубо говоря, чем больше электронов, тем больше ток. Если атом отдает электроны, он становится положительно заряженным и, наоборот, притягивая лишние электроны, он становится отрицательно заряженным.

При добавлении в кремний и германий примесей они становятся необходимым материалом, из которых и изготавливаются биполярные транзисторы.

Биполярными называются электронные приборы, состоящие из двух, имеющие разные заряды слоев. Причем два крайних имеют одинаковый заряд. Тот слой, который имеет положительный заряд, называется «p», а отрицательный — «n». В связи с этим различают следующие типы:

• p-n-p
• n-p-n

Граница между этими слоями называется переход. Внутреннюю область, разделенную двумя переходами, называют базой. Две внешние области называют эмиттер и коллектор. Монокристалл изготовлен таким образом, что одна внешняя область передает в базу носители энергии и называется эмиттером. Другая внешняя область забирает эти носители и называется коллектором.

На электрической схеме биполярный транзистор обозначается в виде круга, внутри которого нарисована черточка, а к ней подходят три прямые. Одна подходит под углом в 90 градусов и обозначает базу, две другие под наклоном. Та из них что имеет стрелку обозначает эмиттер, другая — коллектор. Сам прибор, как правило, имеет три вывода, соответствующих этим областям.

Полевой

Другой вид называется полевой или униполярный. В отличие от биполярного p-n переход работает иначе. Его монокристалл имеет однородный состав. Канал, по которому движутся энергоносители, может быть дырочным или электронным. В дырочном носителем являются положительно заряженные неподвижные ионы, в электронном — отрицательно заряженные. Эти каналы также обозначаются буквами «p» и «n» соответственно.

Вокруг и почти по всей длине этого канала впрыскиваются, вживляются ионы противоположной полярности. Эта область называется затвором, она-то и регулирует проводимость канала. Тот край канала, через который заряженные частицы входят в кристалл, называется исток, а через который выходят — стоком.

Для улучшения электрических характеристик между металлическим каналом и затвором стали добавлять диэлектрик. Если классифицировать транзисторы по структуре, то можно выделить два семейства:

• МДП (к ним можно отнести и МОП — металл-оксид-проводник)
• JGBT

МДП расшифровывается как металл-диэлектрик-проводник. Это полевой. Новый JGBT транзистор сочетает в себе достоинства биполярного, но имеет изолированный затвор.

Принцип действия

Один из сложных радиоэлементов — транзистор. Принцип работы его сводится к следующему:

• регулировка
• усиление
• генерация

Биполярные обладают большей мощностью и могут работать с большими частотами. Однако, если нужен широкий спектр усиления, то без полевого не обойтись.

Работа полевого

Рассмотрим, как работает транзистор. Для начинающих радиолюбителей трудно разобраться во всех этих переходах. Чтобы показать принцип работы транзистора простым языком, обратим внимание на следующий пример.

Водопроводный кран вентильного типа способен очень плавно менять напор воды. Это достигается благодаря постепенному изменению пропускного отверстия. На этом же принципе основана работа и полевого транзистора.

Затвор окружает пропускной канал. При подаче на него запирающего напряжения, электрическое поле как бы сдавливает проход, тем самым уменьшая поток заряженных частиц. Как и при закрывании крана необходимо прилагать небольшое усилие, так и мощность затвора, по сравнению с основным каналом, очень мала. Сходство также и в том, что при небольших изменениях напряжения на затворе, сечение прохода также меняется незначительно.

Как работает биполярный

Работа биполярного прибора несколько отличается от работы полевого. В первую очередь отличается способ управления движением заряженных частиц. В полевом используется электрическое поле, в биполярном — ток между базой и эмиттером.

В зависимости от типа прибора стрелочка эмиттера на схеме будет либо направлена к базе, тогда это тип p-n-p, либо от базы, тогда это n-p-n. При подключении к этим зажимам одноименного напряжения («p» подключается к «+», а «n» подключается к «-«) в цепи эмиттер — база возникает ток. В базе появляется больше носителей заряда и их становится тем больше, чем больше ток в этой цепи.

К коллектору подводится обратное напряжение, т. е. к «p» подключается «-«, а к «n» — «+». Поскольку между эмиттером и коллектором возникает разность потенциалов, между этими выводами появляется ток. Он будет тем больше, чем больше носителей заряда имеется в базе.

Когда к эмиттеру и базе подключают источник питания противоположного знака, ток прекращается, транзистор закрывается. Что поможет лучше понять работу транзистора? Для чайников важно понять одну истину. Если открыт переход эмиттер — база (подается прямое напряжение), то открыт и сам прибор, в противном случае он закрыт.

Меры предосторожности

Полевые транзисторы очень чувствительны к повышенному напряжению. При работе с ними необходимо предотвратить возможность попадания на них статистического напряжения. Этого можно достичь надев заземленный браслет. При подборе аналога важно учитывать не только рабочее напряжение, но и допустимый ток. А если прибор работает в частотном режиме, то и его частоту.

Принцип работы транзистора

В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности.

• Устройство
• Принцип действия
• Классификация устройств
• Устройство транзисторов
• Принцип работы транзистора
• Как работает транзистор — видео
• Принцип работы биполярного транзистора
• Типы полевых транзисторов
• Режимы работы

Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств – от нескольких нанометров (бескорпусные элементы, используемые в микросхемах), до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до 1000 В.

Устройство

Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и других химических элементов. Сегодня проводятся исследования, готовящие на роль полупроводниковых материалов некоторые виды полимеров, и даже углеродных нанотрубок.

Принцип действия

Основа работы прибора заключается в способности n-p перехода пропускать ток в одну сторону. При подаче напряжения на одном переходе возникает его прямое падение, а на другом обратное. Зона перехода с прямым напряжением обладает малым сопротивлением, а с обратным — большим. Между базой и эмиттером протекает небольшой ток управления. От значения этого тока изменяется сопротивление между коллектором и эмиттером.

Биполярный прибор бывает двух типов:

• p-n-p;
• n-p-n.

Отличие заключается лишь в основных носителях заряда, т. е. направлении тока.

Если соединить два полупроводника разного типа между собой, то на границе соединения возникает область или, как принято называть, p-n переход. Тип проводимости зависит от атомного строения материала, а именно насколько прочны связи в материале. Атомы в полупроводнике располагаются в виде решётки, и сам по себе такой материал не является проводником. Но если в решётку добавить атомы другого материала, то физические свойства полупроводника изменяются. Примешанные атомы образовывают, в зависимости от своей природы, свободные электроны или дырки.

Образованные свободные электроны формируют отрицательный заряд, а дырки — положительный. В области перехода существует потенциальный барьер. Он образуется контактной разностью потенциалов, и его высота не превышает десятые доли вольта, препятствуя протеканию носителей заряда вглубь материала. Если переход находится под прямым напряжением, то величина потенциального барьера уменьшается, а величина проходящего через него тока увеличивается. При прикладывании обратного напряжения, величина барьера увеличивается и сопротивление барьера прохождению тока возрастает. Понимая работу p-n перехода, можно разобраться, как устроен транзистор.

Классификация устройств

В первую очередь такие приборы разделяются на одиночные и составные. Существуют и так называемые комплексные радиоэлементы. Они имеют три вывода и выполненны, как единое целое. Такие сборки содержат как однотипные, так и разные по своему типу транзисторы.

Основное разделение приборов происходит по следующим признакам:

1. Канальность. В зависимости от того, какие носители зарядов являются основными бывают p-типа и n-типа.
2. Технологии изготовления. Выпускаются биполярными, полевыми, комбинированными.
3. По типу полупроводника. В качестве материала для изготовления применяется кремний, германий и арсенид-галлия. В последнее время начали выпускаться транзисторы, использующие в качестве основы прозрачные полупроводники. Например, для построения дисплейных матриц. А также использующие в качестве материалов полимеры и углеродные нанотрубки.
4. По рассеиваемой мощности. Разделяются на три типа: маломощные, средней мощности и мощные. Первые не превышают значения 0,1 Вт, вторые находятся в диапазоне 0,1−1 Вт, а к мощным относят все те, что превышают 1 Вт.
5. По виду исполнению. Выделяют дискретные транзисторы, которые могут быть как корпусными, так и нет, и транзисторы, входящие в состав интегральных схем.

Устройство транзисторов

Наиболее популярный вид полупроводникового транзистора – биполярный.

В устройство транзистора этого типа входит монокристалл, разделенный на 3 зоны: база (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э), каждая из которых имеет свой вывод.

• Б – база, очень тонкий внутренний слой;
• Э – эмиттер, предназначается для переноса заряженных частиц в базу;
• К – коллектор, составляющая, которая имеет тип проводимости, одинаковый с эмиттером, предназначена для сбора зарядов, поступивших с эмиттера.

Типы проводимости:

• n-типа — носителями зарядов являются электроны.
• p-типа — носители зарядов – положительно заряженные «дырки».

Требуемый тип проводимости достигается путем легирования различных частей кремниевого монокристалла. Легирование – это добавление в состав материала различных примесей для улучшения физических и химических свойств этого материала. Транзисторы по типу проводимости раздаются на два типа: n-p-n и p-n-p.

Принцип работы транзистора

Транзистор работает в режимах «Открыто» и «Закрыто».

В таком транзисторе коллектор и эмиттер сильно легированы, база тонкая, содержит малое количество примесей.

Простое изложение принципа работы биполярного транзистора:

• Подключение к зажимам одноименного напряжения к эмиттеру и базе (p подсоединяется к «+», а n – к «-») приводит к появлению тока между эмиттером и базой. В базе образуются носители зарядов. Чем выше напряжение, тем больше количество носителей зарядов появляется в базе. Ток, подаваемый на базу, называется управляющим.
• Если к коллектору подключить обратное напряжение (n-коллектор подключается к плюсу, p-коллектор – к минусу), то между эмиттером и коллектором появится разница потенциалов, и между ними потечет ток. Чем больше носителей заряда скапливается в базе, тем сильнее будет ток между коллектором и эмиттером.
• При увеличении управляющего напряжения на базе растет ток «эмиттер-коллектор». Причем несущественный рост напряжения приводит к значительному усилению тока «эмиттер-коллектор». Этот принцип используется при производстве усилителей.

Если к эмиттеру и базе подключают напряжение, противоположное по знаку, ток прекращается, и транзистор переходит в закрытое состояние.

Кратко принцип работы полупроводникового транзистора можно изложить так: при подключении к зажимам эмиттера и базы напряжения одноименного заряда прибор переходит в открытое состояние, при подключении к этим выводам обратных зарядов транзистор закрывается.

Как работает транзистор — видео

Принцип работы биполярного транзистора

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы  транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

1. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
2. Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
3. Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
4. В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как 

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

1. Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате  ток базы  отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
2. Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора.  В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.
3. Режим насыщения транзистора — в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
4. Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Транзистор в ключевом режиме

Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку.

Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи.  Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.

В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Главное чтобы  эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Т.е. I=U/R

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.

Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет

Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи  того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.

В результате  мы вполне можем найти сопротивление резистора

Типы полевых транзисторов

1. С управляющим pn-переходом. В англоязычной литературе они обозначаются JFET или Junction FET, что можно перевести как «переходный полевой транзистор». Иначе они именуются JUGFET или Junction Unipolar Gate FET.

2. С изолированным затвором (иначе МОП- или МДП-транзисторы). По английски они обозначаются IGFET или Insulated Gate FET.

Внешне они очень похожи на биполярные, что подтверждает фото ниже.

Режимы работы

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении[2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид UЭБ<0; UКБ>0.

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: UКБ>0; UЭБ<0 (для транзистора n-p-n типа).

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ. нас) и коллектора (IК. нас).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ. нас) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ. отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (UБЭ. нас) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0[5][6].

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 9 чел.
Средний рейтинг: 4.3 из 5.

транзисторных схем | Клуб электроники

Транзисторные схемы | Клуб электроники

Типы | Токи | Функциональная модель |
Использовать как переключатель | Выход ИС | Датчики |
Инвертор | Пара Дарлингтона

Следующая страница: Емкость

См. также: Транзисторы

На этой странице объясняется работа транзисторов в простых схемах, в основном их использование в качестве переключателей.
Практические вопросы, такие как тестирование, меры предосторожности при пайке и идентификация выводов, рассматриваются в
страница транзисторы.

Типы транзисторов

Существует два типа стандартных (биполярных) транзисторов: NPN и PNP ,
с разными символами цепи. Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, используемого для изготовления транзистора.
Большинство транзисторов, используемых сегодня, являются транзисторами NPN, потому что их легче всего изготовить из кремния.
Эта страница в основном посвящена NPN-транзисторам, и новичкам следует изначально сосредоточиться на этом типе.

Отведения имеют маркировку с основанием (B), коллектор (C) и эмиттер (E).
Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но они не так уж важны.
помогают понять, как используется транзистор, так что просто относитесь к ним как к меткам.

Символы схемы транзистора

Пара Дарлингтона – это два транзистора, соединенных вместе.
чтобы получить очень высокий коэффициент усиления по току.

Кроме стандартных (биполярных) транзисторов имеются
полевые транзисторы которые обычно обозначаются как FET с.
У них разные символы и свойства цепей, и они не рассматриваются на этой странице.

Rapid Electronics: транзисторы

Транзисторные токи

На схеме показаны два пути прохождения тока через транзистор.

Малый ток базы управляет большим током коллектора .

Когда переключатель замкнут , небольшой ток течет в базу (B)
транзистор. Этого достаточно, чтобы светодиод B тускло светился. Транзистор усиливает
этот небольшой ток, чтобы позволить большему току течь от его коллектора (C)
к его эмиттеру (E). Этот ток коллектора достаточно велик, чтобы заставить светодиод C ярко светиться.

Когда ключ разомкнут ток базы не течет, поэтому транзистор выключается
ток коллектора. Оба светодиода выключены.

Вы можете собрать эту схему с двумя стандартными красными светодиодами диаметром 5 мм и любым маломощным светодиодом общего назначения.
Транзистор NPN (например, BC108, BC182 или BC548).
Это хороший способ проверить транзистор и убедиться, что он работает.

Транзистор усиливает ток и может использоваться в качестве переключателя, как описано на этой странице.

С подходящими резисторами (и конденсаторами для переменного тока) транзистор может усиливать напряжение, такое как звуковой сигнал
но это еще не распространяется на этом веб-сайте.

Режим общего эмиттера

Схема, при которой эмиттер (E) находится в цепи управления (ток базы)
а в управляемой цепи (коллекторный ток) называется режимом с общим эмиттером .
Это наиболее широко используемое расположение транзисторов, поэтому его следует изучить в первую очередь.

Функциональная модель транзистора NPN

Работу транзистора трудно объяснить и понять с точки зрения его внутренней структуры.
Полезнее использовать эту функциональную модель.

• Переход база-эмиттер ведет себя как диод.
• Базовый ток I _B протекает только при напряжении V _BE
  на переходе база-эмиттер составляет 0,7 В или более.
• Малый ток базы I _B управляет большим током коллектора Ic
  изменением сопротивления R _CE .
• Ic = h _FE × I _B
  (если транзистор не заполнен и не насыщен).
  h _FE — коэффициент усиления по току (строго коэффициент усиления по постоянному току),
  типичное значение для h _FE равно 100 (это отношение, поэтому оно не имеет единиц измерения).
• Сопротивление коллектор-эмиттер R _CE регулируется током базы I _B :
  
  I _B = 0 , R _CE = бесконечность, транзистор выключен
  
  I _B маленький , R _CE уменьшенный, транзистор частично включен
  
  I _B увеличение , R _CE = 0, транзистор полностью включен («насыщение»)

Дополнительные примечания:

• Ток базы I _B должен быть ограничен во избежание повреждения транзистора
  и резистор может быть включен последовательно с базой.

Транзисторы

• имеют максимальный ток коллектора Ic.
• Коэффициент усиления по току ч _FE может варьироваться в широких пределах ,
  даже для однотипных транзисторов!
• Транзистор, который заполнен на (с R _CE = 0), называется
  ‘ насыщенный ‘.
• При насыщении транзистора напряжение коллектор-эмиттер В _СЕ
  уменьшается почти до 0В.
• При насыщении транзистора определяется ток коллектора Ic
  напряжением питания и внешним сопротивлением в цепи коллектора, а не
  коэффициент усиления транзистора по току. В результате отношение Ic/I _B
  для насыщенного транзистора коэффициент усиления по току меньше h _FE .
• Ток эмиттера I _E  = Ic + I _B , но Ic
  намного больше, чем I _B , поэтому примерно I _E  = Ic.

Использование транзистора в качестве переключателя

Когда транзистор используется в качестве переключателя, он должен быть либо ВЫКЛ , либо полностью ВКЛ .
Он никогда не должен быть частично включен (со значительным сопротивлением между C и E), потому что в
В этом состоянии транзистор может перегреться и выйти из строя.

В полностью открытом состоянии напряжение V _CE на транзисторе почти равно нулю, а транзистор
называется насыщенным , потому что он больше не может пропускать коллекторный ток Ic.

Устройство, переключаемое транзистором, называется нагрузкой .

При выборе транзистора для использования в качестве переключателя необходимо учитывать его максимальный ток коллектора.
Ic(max) и его минимальный коэффициент усиления по току h _FE (min) .
Номинальные напряжения транзистора можно не учитывать при напряжении питания менее 15 В.

Технические характеристики транзистора

Большинство поставщиков предоставляют данные о транзисторах, которые они продают, например
Быстрая электроника.

Мощность, развиваемая переключающим транзистором, должна быть очень малой

Мощность, развиваемая транзистором, отображается как тепло , и транзистор будет разрушен, если он станет слишком горячим.
Это не должно быть проблемой для транзистора, используемого в качестве переключателя, если он был выбран и настроен правильно, потому что
мощность, развиваемая внутри него, будет очень мала.

• Когда ВЫКЛ. : Ic равен нулю, поэтому мощность равна нулю .
• Когда полностью включен : V _CE почти равен нулю, поэтому мощность очень мала .

Лучше ли реле, чем транзисторный переключатель?

Транзисторы не могут коммутировать переменный ток или высокое напряжение (например, сетевое электричество), и они
обычно не является хорошим выбором для коммутации больших токов (> 5 А).
Реле подходят для всех этих ситуаций, но обратите внимание, что
транзистор малой мощности все еще может быть необходим для переключения тока катушки реле.
Для получения дополнительной информации, включая преимущества и недостатки, см.
см. страницу реле.

Защитный диод для нагрузок с катушкой, таких как реле и двигатели

Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки, такой как двигатель или реле,
диод должен быть подключен через нагрузку, чтобы защитить транзистор от
кратковременное высокое напряжение, возникающее при отключении нагрузки.

На схеме показано, как защитный диод подключается «назад» к нагрузке, в данном случае к катушке реле.

Для этого подойдет сигнальный диод типа 1N4148.

Зачем нужен защитный диод?

Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно разрушается
при отключении тока. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает
кратковременное высокое напряжение на катушке, что может привести к повреждению транзисторов и интегральных схем.
Защитный диод позволяет наведенному напряжению пропускать кратковременный ток через катушку.
(и диод), поэтому магнитное поле исчезает быстро, а не мгновенно. Это предотвращает
индуцированное напряжение становится достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение транзисторов и интегральных схем.

Фотографии реле © Rapid Electronics

Rapid Electronics: реле

Подключение транзистора к выходу включения/выключения цифровой ИС

Большинство ИС не могут обеспечивать большие выходные токи, поэтому может потребоваться использование транзистора.
для переключения большего тока, необходимого для таких устройств, как лампы, двигатели и реле.
ИС таймера 555 необычна тем, что способна подавать относительно большой ток до 200 мА.
достаточно для многих реле и других нагрузок без необходимости транзистора.

Базовый резистор ограничивает ток, протекающий через базу транзистора, чтобы предотвратить его повреждение
но он также должен пропускать достаточный базовый ток, чтобы обеспечить полное насыщение транзистора.
при включении.

Транзистор, не полностью насыщенный при включении, может перегреться и выйти из строя,
особенно если транзистор переключает большой ток (> 100 мА).

В следующем разделе объясняется, как выбрать транзистор и базовый резистор, чтобы обеспечить полное насыщение.

Переключение нагрузки с другим напряжением питания

Транзистор может использоваться для включения ИС, подключенной к источнику низкого напряжения (например, 5 В)
для переключения тока нагрузки с отдельным источником постоянного тока (например, 12 В).

Два источника питания должны быть связаны. Обычно их соединения 0 В соединены, а NPN-транзистор
используется на выходе IC. Однако, если на выходе микросхемы используется PNP-транзистор, положительные (+) соединения
поставки должны быть связаны вместо этого.

Выбор транзистора и базового резистора для цифрового выхода ИС

Следуйте этому пошаговому руководству, чтобы выбрать подходящий транзистор для подключения к двухпозиционному выходу.
цифровой ИС (логический вентиль, счетчик, ПОС, микроконтроллер и т. д.) для переключения нагрузки, такой как лампа, двигатель или реле.
Данные по транзисторам доступны у большинства поставщиков, например, см.
Быстрая электроника.

1. Выберите правильный тип транзистора, NPN или PNP

Вы хотите, чтобы нагрузка включалась, когда на выходе IC высокий уровень? Или когда она есть или низкая?

• Для включения, когда на выходе микросхемы высокий уровень , используйте NPN-транзистор .
• Для включения, когда на выходе микросхемы низкий уровень , используйте транзистор PNP .

Транзисторы NPN и PNP подключаются по-разному, как показано на схемах ниже, но
расчеты и требуемые свойства одинаковы для обоих типов транзисторов.

Транзисторный переключатель NPN
Нагрузка включается, когда на выходе IC высокий уровень

Транзисторный переключатель PNP
Нагрузка включается, когда выход IC низкий

2. Узнайте напряжение питания и характеристики нагрузки.

Чтобы определить требуемые свойства транзистора, вам необходимо знать следующие значения:

• Vs = напряжение питания нагрузки.
• R _L = сопротивление нагрузки (например, сопротивление катушки реле).
• Ic  = ток нагрузки (= Vs / R _L ).
• Максимальный выходной ток микросхемы — см. техническое описание микросхемы.
  Если вы не можете найти эту информацию, примите низкое значение, например 5 мА.
• Vc = напряжение питания IC (обычно это Vs, но оно будет другим, если IC и нагрузка имеют отдельные источники питания).

Примечание: не путайте IC (интегральная схема) с Ic (ток коллектора).

3. Определите требуемые свойства транзистора

Выберите транзистор нужного типа (NPN или PNP из шага 1), чтобы он соответствовал следующим требованиям:

• Максимальный ток коллектора транзистора Ic(max) должен быть больше, чем ток нагрузки:
  

  Ic(max) >	напряжение питания Vs
  	сопротивление нагрузки R L

• Минимальный коэффициент усиления по току транзистора h _FE (min) должен быть не менее 5
  умноженный на ток нагрузки Ic, деленный на максимальный выходной ток IC.

  ч FE (мин)  >   5 ×	ток нагрузки Ic
  	макс. Ток IC

4. Определите значение базового резистора R

_B

Базовый резистор (R _B ) должен пропускать достаточный ток, чтобы гарантировать, что транзистор
полностью насыщается при включении, и хорошо сделать базовый ток (I _B ) примерно в пять раз
значение, которое просто насыщает транзистор.
Используйте приведенную ниже формулу, чтобы найти подходящее сопротивление для R _B и выберите ближайшее стандартное значение.

но 12 В для нагрузки используйте приведенную ниже формулу для R _B :

5.

Проверьте, нужен ли вам защитный диод

Если включаемой и отключаемой нагрузкой является двигатель, реле или соленоид (или любое другое устройство с катушкой) a
диод должен быть подключен через нагрузку, чтобы защитить транзистор от короткого замыкания.
высокое напряжение, возникающее при отключении нагрузки. Обратите внимание, что диод подключен «назад», как показано на рисунке.
на схемах выше.

Пример

Выход КМОП-ИС серии 4000 требуется для работы реле с
100, включая его, когда на выходе IC высокий уровень.
Напряжение питания составляет 6 В как для микросхемы, так и для нагрузки. ИС может подавать максимальный ток 5 мА.

• Требуется NPN-транзистор , поскольку катушка реле должна быть включена, когда на выходе микросхемы высокий уровень.
• Ток нагрузки = Vs/R _L = 6/100 = 0,06 А = 60 мА, поэтому транзистор должен иметь Ic(max) > 60 мА .
• Максимальный ток от ИС составляет 5 мА, поэтому транзистор должен иметь ч _FE (мин) > 60
  (5 × 60 мА/5 мА).
• Выберите маломощный транзистор общего назначения BC182 с Ic(max) = 100 мА
  и ч _FE (мин) = 100 .
• R _B = 0,2 × R _L × h _FE
  = 0,2 × 100 × 100 = 2000,
  поэтому выберите R _B  = 1k8 или 2k2 .
• Для катушки реле требуется защитный диод .

Rapid Electronics: транзисторы

Использование транзистора в качестве переключателя с датчиками

На приведенных ниже схемах показано, как подключить LDR (датчик света) к транзистору, чтобы
светочувствительный выключатель на светодиоде. Есть две версии, одна включается в темноте, другая при ярком свете.
Переменный резистор регулирует чувствительность. Для переключения светодиода можно использовать любой маломощный транзистор общего назначения.

Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки (например, двигателя или реле) вместо светодиода, необходимо включить
защитный диод на нагрузке.

Если переменный резистор находится между +Vs и базой, вы должны добавить резистор с фиксированным значением не менее
1к (10к
в примере ниже) для защиты транзистора при уменьшении переменного резистора до нуля, иначе избыточная база
ток разрушит транзистор.

Светодиод горит, когда LDR не светится темнота

Светодиод загорается, когда LDR яркий

Обратите внимание, что коммутационное действие этих простых цепей не особенно хорошо, потому что
будет промежуточная яркость, когда транзистор будет частично на (не насыщенный).
В этом состоянии транзистору грозит перегрев, если только он не переключает небольшой ток.
Нет проблем с небольшим током светодиода, но больший ток для лампы, двигателя или реле может вызвать перегрев.

Другие датчики, такие как термистор,
можно использовать с этими схемами, но для них может потребоваться другой переменный резистор.
Вы можете вычислить приблизительное значение переменного резистора (Rv), используя
мультиметр, чтобы найти минимальное и максимальное значения
сопротивления датчика (Rmin и Rmax), а затем по этой формуле:

Например, LDR: Rmin = 100,
Rmax = 1M,
поэтому Rv = квадратный корень из (100 × 1M)
= 10 тыс.

Вы можете сделать гораздо лучшую схему переключения с датчиками, подключенными к подходящему
ИС (чип). Действие переключения будет намного более резким без частично включенного состояния.

Транзисторный инвертор (НЕ затвор)

Инверторы

(НЕ вентили) доступны на логических ИС, но если вам нужен только один инвертор, это может быть лучше.
использовать эту простую транзисторную схему. Выходной сигнал (напряжение) является обратным входному сигналу:

• Когда вход высокий (+Vs), выход низкий (0V).
• Когда на входе низкий уровень (0 В), на выходе высокий уровень (+Vs).

Можно использовать любой маломощный NPN-транзистор общего назначения. Для общего использования подходят номиналы резисторов:
R _B  = 10 тыс.
и R _C  = 1k.
С этими значениями выход инвертора можно подключить к устройству с входным импедансом (сопротивлением)
не менее 10k, например, логическая ИС или таймер 555
(входы запуска и сброса).

Если инвертор подключается к входу логической микросхемы CMOS (очень высокое сопротивление)
можно увеличить 9 р.0081 В до 100к
и R _C до 10к, это уменьшит
потребляемый инвертором ток.

Пара Дарлингтона

Пара Дарлингтона — это два транзистора, соединенных вместе так, что ток, усиленный первым, усиливается
далее вторым транзистором.

Пара ведет себя как один транзистор с очень высоким коэффициентом усиления по току, так что
требуется только крошечный базовый ток, чтобы включить пару.

Коэффициент усиления по паре Дарлингтона (ч _FE ) равен двум индивидуальным усилениям
(h _FE1 и h _FE2 ) умноженные вместе — это дает паре очень высокий коэффициент усиления по току, например 10000.

Обратите внимание, что для включения пары Дарлингтона должно быть 0,7 В на обоих переходах база-эмиттер, которые
соединены последовательно, поэтому для включения требуется 1,4 В .

Rapid Electronics: транзисторы Дарлингтона

Транзисторы Дарлингтона

Пары Дарлингтона доступны в виде пакета «транзистор Дарлингтона» с тремя выводами
(Б, С и Д)
эквивалентен стандартному транзистору.

Также можно сделать свою пару Дарлингтона из двух обычных транзисторов.
TR1 может быть маломощным, но TR2 может потребоваться высокой мощности.
Максимальный ток коллектора Ic(max) для пары такой же, как Ic(max) для TR2.

Сенсорный переключатель Цепь

Пара Дарлингтона достаточно чувствительна, чтобы реагировать на слабый ток, проходящий через
вашу кожу, и из нее можно сделать сенсорный переключатель , как показано на схеме.

Для этой схемы, которая просто зажигает светодиод, два транзистора могут быть любыми
назначение маломощных транзисторов.

100 тыс.
резистор защищает транзисторы, если контакты соединены куском провода.

Цепь сенсорного переключателя

Рапид Электроникс
любезно разрешили мне использовать их изображения на этом сайте, и я очень благодарен за их поддержку.
У них есть широкий ассортимент компонентов, инструментов и материалов для электроники, и я рад
рекомендую их как поставщика.

Следующая страница: Емкость | Исследование

Основы транзисторов

Основы транзисторов

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ УКАЗАТЕЛЬНУЮ СТРАНИЦУ
ТРАНЗИСТОРЫ
В. Райан 2002 — 2022
PDF-ФАЙЛ — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ВЕРСИЯ ДЛЯ ПЕЧАТИ РАБОЧАЯ ТАБЛИЦА НА ОСНОВЕ УПРАЖНЕНИЯ НИЖЕ
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ РАБОТУ В POWERPOINT
Транзисторы можно рассматривать как тип переключателя, т. к. может много электронных компонентов. Они используются в различных схемах и вы обнаружите, что схема, построенная в школе, редко Технологический отдел не содержит хотя бы одного транзистора. Они есть занимает центральное место в электронике, и есть два основных типа; НПН и ПНП. Самый схемы, как правило, используют NPN. Есть сотни транзисторов, которые работают при разных напряжениях, но все они попадают в эти две категории.
		ДВА ПРИМЕРА РАЗЛИЧНЫЕ ФОРМЫ ТРАНЗИСТОРА
Транзисторы изготавливаются различной формы, но у них три вывода (ножки). BASE — вывод, отвечающий за активацию транзистора. КОЛЛЕКТОР — положительный вывод. ИЗЛУЧАТЕЛЬ — отрицательный вывод. На приведенной ниже схеме показано условное обозначение транзистора NPN . Они не всегда располагайте, как показано на схемах слева и справа, хотя вкладка на типе, показанном слева, обычно находится рядом с эмиттер.
Выводы на транзисторе могут не всегда располагаться таким образом. При покупке транзистора в инструкциях обычно четко указывается, какой вывод является БАЗОЙ, ЭМИТТЕРОМ или КОЛЛЕКТОРОМ.
ПРОСТОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРА
На схеме ‘A’ показан NPN-транзистор, часто используется как тип переключателя. Небольшой ток или напряжение на базе позволяет большему напряжению протекать через два других вывода. (от коллектора до эмиттера ).
Диагама «А»
Схема «В»
Схема, показанная на схеме B , основана на транзисторе NPN. При нажатии переключателя ток проходит через резистор в база транзистора. Затем транзистор позволяет току поток от +9 вольт к 0vs, и лампа загорается. Транзистор должен получать напряжение на своей ‘ база ’ и до тех пор, пока такое бывает лампа не горит. Схема работы транзистора: устройство, классификация и работа простым языком ← Схема таймер ne555: Микросхема 555 практическое применение — Схеми радіоаматорів Срок испытания штанг изолирующих: Испытания штанги изолирующей — электрические испытания изолирующих штанг в Москве →