4. Превышение допустимых значений: После того как вы рассчитали ток базы, и если он оказался ниже указанного в документации, то можно перегрузить транзистор, путем умножения расчетного тока базы например в 10 раз. Таким образом, транзисторный ключ будет намного более устойчивым. Другими словами, производительность транзистора уменьшится, если нагрузка увеличится. Будьте осторожны, старайтесь не превышать максимальный ток базы, указанный в документации.

5. Расчёт необходимого значения R_b: Учитывая перегрузку в 10 раз, сопротивление R_b может быть рассчитано по следующей формуле:

Но если эмиттер подключен к земле, и напряжение база-эмиттер известно (около 0,7В у большинстве транзисторов), а также предполагая, что V₁ = 5V, формула может быть упрощена до следующего вида:

Видно, что ток базы умножается на 10 с учётом перегрузки.
Когда значение R_b известно, транзистор «настроен» на работу в качестве переключателя, что также называется «режим насыщения и отсечки «, где «насыщение» — когда транзистор полностью открыт и проводит ток, а «отсечение» – когда закрыт и ток не проводит.

Примечание: Когда мы говорим

Расчет нагрузки

Когда мы считали, что транзистор находится в режиме насыщения, мы предполагали что некоторые его параметры не менялись. Это не совсем так. На самом деле эти параметры менялись в основном за счет увеличения тока коллектора, и поэтому он является более безопасным для перегрузки. В документации указано изменение параметров транзистора при перегрузке. Например, в таблице на рисунке 2.В показано два параметра которые значительно меняются:

H_FE (β) меняется в зависимости от тока коллектора и напряжения V_CEsat. Но V_CEsat само меняется в зависимости от тока коллектора и базы, что показано в таблице дальше.

Расчет может быть очень сложным, так как все параметры тесно и сложно взаимосвязаны, поэтому лучше взять худшие значения. Т.е. наименьший H_FE, крупнейший V_CEsat и V_CEsat.

Типичное применение транзисторного ключа

1. Управление реле

В современной электронике транзисторный ключ используется для контроля электромагнитных реле, которое потребляют до 200 мА. Если вы хотите управлять реле логической микросхемой или микроконтроллером то транзистор незаменим. На рисунке 3.A, сопротивления резистора базы рассчитывается в зависимости от необходимого для реле тока. Диод D1 защищает транзистор от импульсов, которые катушка генерирует при выключении.

2. Подключение транзистора с открытым коллектором:

Многие устройства, такие как семейство микроконтроллеров 8051 имеют порты с открытым коллектором. Сопротивление резистора базы внешнего транзистора рассчитывается, как описано в этой статье. Заметим, что порты могут быть более сложными, и часто используют полевые транзисторы вместо биполярных и называются выходами с открытым стоком, но всё остаётся точно таким же как на рисунке 3. B

3. Создание логического элемента ИЛИ-НЕ (NOR):

Иногда в схеме необходимо использовать один логический элемент, и вы не хотите использовать 14-контактную микросхему с 4 элементами либо из-за стоимости или местом на плате. Её можно заменить парой транзисторов. Отметим, что частотные характеристики таких элементов зависят от характеристик и типа транзисторов, но обычно ниже 100 кГц. Уменьшение выходного сопротивления (Ro) приведет к увеличению потребления энергии, но увеличит выходной ток.
Вам надо найти компромисс между этими параметрами.

На рисунке выше показан логический элемент ИЛИ-НЕ построенный с использованием 2х транзисторов 2N2222. Это может быть сделано на транзисторах PNP 2N2907, с незначительными изменениями. Вы просто должны учитывать, что все электрические токи тогда текут в противоположном направлении.

Поиск ошибок в транзисторных схемах

При возникновении проблемы в цепях, содержащих много транзисторов, может быть весьма проблематично узнать, какой из них неисправен, особенно когда они все впаяны. Я даю вам несколько советов, которые помогут вам найти проблему в такой схеме достаточно быстро:

1. Температура: Если транзистор сильно греется, вероятно, где-то есть проблема. Необязательно что проблема в горячем транзисторе. Обычно дефектный транзистор даже не нагревается. Это повышение температуры может быть вызвано другим транзистором, подключенным к нему.

2. Измерение V_CE транзисторов: Если они все одного типа и все работают, то они должны иметь приблизительно одинаковое VCE. Поиск транзисторов, имеющих различные V_CE это быстрый способ обнаружения дефектных транзисторов.

3. Измерение напряжения на резисторе базы: Напряжение на резисторе базы достаточно важно (если транзистор включен). Для 5 В устройства управления транзистором NPN, падения напряжения на резисторе должно быть более 3В. Если нет падения напряжения на резисторе, то либо транзистор, либо устройство управления транзистора имеют дефект. В обоих случаях ток базы равен 0.

Электронные печеньки

Arduino, DIY и немного этих ваших линуксов.

Транзистор

Транзистор — полупроводниковый прибор позволяющий с помощью слабого сигнала управлять более сильным сигналом. Из-за такого свойства часто говорят о способности транзистора усиливать сигнал. Хотя фактически, он ничего не усиливает, а просто позволяет включать и выключать большой ток гораздо более слабыми токами. Транзисторы весьма распространены в электронике, ведь вывод любого контроллера редко может выдавать ток более 40 мА, поэтому, даже 2-3 маломощных светодиода уже не получится питать напрямую от микроконтроллера. Тут на помощь и приходят транзисторы. В статье рассматриваются основные типы транзисторов, отличия P-N-P от N-P-N биполярных транзисторов, P-channel от N-channel полевых транзисторов, рассматриваются основные тонкости подключения транзисторов и раскрываются сферы их применения.

Не стоит путать транзистор с реле. Реле — простой выключатель. Суть его работы в замыкании и размыкании металлических контактов. Транзистор устроен сложнее и в основе его работы лежит электронно-дырочный переход. Если вам интересно узнать об этом больше, вы можете посмотреть прекрасное видео, которое описывает работу транзистора от простого к сложному. Пусть вас не смущает год производства ролика — законы физики с тех пор не изменились, а более нового видео, в котором так качественно преподносится материал, найти не удалось:

Типы транзисторов

Биполярный транзистор

Биполярный транзисто предназначен для управления слабыми нагрузками (например, маломощные моторы и сервоприводы). У него всегда есть три вывода:

Биполярный транзистор управляется током. Чем больший ток подаётся на базу, тем больший ток потечёт от коллектора к эмиттеру. Отношение тока, проходящего от эмиттера к коллектору к току на базе транзистора называется коэффициент усиления. Обозначается как h_fe (в английской литературе называется gain).

Например, если h_fe = 150, и через базу проходит 0.2 мА, то транзистор пропустит через себя максимум 30 мА. Если подключен компонент, который потребляет 25 мА (например, светодиод), ему будет предоставлено 25 мА. Если же подключен компонент, который потребляет 150 мА, ему будут предоставлены только максимальные 30 мА. В документации к контакту указываются предельно допустимые значени токов и напряжений база->эмиттер и коллектор->эмиттер. Превышение этих значений ведёт к перегреву и выходу из строя транзистора.

Работа биполярного транзистора

NPN и PNP биполярные транзисторы

Различают 2 типа полярных транзисторов: NPN и PNP. Отличаются они чередованием слоёв. N (от negative — отрицательный) — это слой с избытком отрицательных переносчиков заряда (электронов), P (от positive — положительный) — слой с избытком положительных переносчиков заряда (дырок). Подробнее о электронах и дырках рассказано в видео, приведённом выше.

От чередования слоёв зависит поведение транзисторов. На анимации выше представлен NPN транзистор. В PNP управление транзистором устроено наоборот — ток через транзистор течёт, когда база заземлена и блокируется, когда через базу пропускают ток. В отображении на схеме PNP и NPN отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает на переход от N к P:

Обозначение NPN (слева) и PNP (справа) транзисторов на схеме

NPN транзисторы более распространены в электронике, потому что являются более эффективными.

Полевый транзистор

Полевые транзисторы отличаются от биполярных внутренним устройством. Наиболее распространены в любительской электронике МОП транзисторы. МОП — это аббревиатура от металл-оксид-проводник. То-же самое по английски: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor сокращённо MOSFET. МОП транзисторы позволяют управлять большими мощностями при сравнительно небольших размерах самого транзистора. Управление транзистором обеспечивается напряжением, а не током. Поскольку транзистором управляет электрическое поле, транзистор и получил своё название — полевой.

Полевые транзисторы имеют как минимум 3 вывода:

Здесь должна быть анимация с полевым транзистором, но она ничем не будет отличаться от биполярного за исключением схематического отображения самих транзисторов, поэтому анимации не будет.

N канальные и P канальные полевые транзисторы

Полевые транзисторы тоже делятся на 2 типа в зависимости от устройства и поведения. N канальный (N channel) открывается, когда на затвор подаётся напряжение и закрывается. когда напряжения нет. P канальный (P channel) работает наоборот: пока напряжения на затворе нет, через транзистор протекает ток. При подаче напряжения на затвор, ток прекращается. На схеме полевые транзисторы изображаются несколько иначе:

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

Обозначение N канальных (слева) и P канальных (справа) транзисторов на схеме

Существует заблуждение, согласно которому полевой транзистор может управлять переменным током. Это не так. Для управления переменным током, используйте реле.

Транзистор Дарлингтона

Транзистора Дарлингтона не совсем корректно относить к отдельному типу транзисторов. Однако, не упомянуть из в этой статье нельзя. Транзистор Дарлингтона чаще всего встречается в виде микросхемы, включающей в себя несколько транзисторов. Например, ULN2003. Транзистора Дарлингтона характеризуется возможность быстро открываться и закрывать (а значит, позволяет работать с ШИМ) и при этом выдерживает большие токи. Он является разновидностью составного транзистора и представляет собой каскадное соединение двух или, редко, более транзисторов, включённых таким образом, что нагрузкой в эмиттере предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора следующего каскада, то есть транзисторы соединяются коллекторами, а эмиттер входного транзистора соединяется с базой выходного. Кроме того, в составе схемы для ускорения закрывания может использоваться резистивная нагрузка эмиттера предыдущего транзистора. Такое соединение в целом рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого, при работе транзисторов в активном режиме, приблизительно равен произведению коэффициентов усиления всех транзисторов.

Схема составного транзистора дарлингтона

Подключение транзистора

Не секрет, что плата Ардуино способна подать на вывод напряжение 5 В с максимальным током до 40 мА. Этого тока не хватит для подключения мощной нагрузки. Например, при попытке подключить к выводу напрямую светодиодную ленту или моторчик, вы гарантированно повредите вывод Ардуино. Не исключено, что выйдет из строя всё плата. Кроме того, некоторые подключаемые компоненты могут требовать напряжения более 5 В для работы. Обе эти проблемы решает транзистор. Он поможет с помощью небольшого тока с вывода Ардуино управлять мощным током от отдельного блока питания или с помощью напряжения в 5 В управлять бОльшим напряжением (даже самые слабые транзисторы редко имеют предельное напряжение ниже 50 В). В качестве примера рассмотрим подключение мотора:

Подключение мощного мотора с помощью транзистора

На приведённой схеме мотор подключается к отдельному источнику питания. Между контактом мотора и источником питания для мотора мы поместили транзистора, который будет управляться с помощью любого цифрового пина Arduino. При подаче на вывод контроллера сигнала HIGH с вывода контроллера мы возьмём совсем небольшой ток для открытия транзистора, а большой ток потечёт через транзистор и не повредит контроллер. Обратите внимание на резистор, установленный между выводом Ардуино и базой транзистора. Он нужен для ограничения тока, протекающего по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля и предотвращения короткого замыкания. Как упоминалось ранее, максимальный ток, который можно взять с вывода Arduino — 40 мА. Поэтому, нам понадобится резистор не менее 125 Ом (5В/0,04А=125Ом). Можно без опаски использовать резистор на 220 Ом. На самом деле, резистор стоит подбирать с учётом тока, который необходимо подать на базу для получения необходимого тока через транзистор. Для правильного подбора резистора нужно учитывать коэффициент усиления (h_fe).

ВАЖНО!! Если вы подключаете мощную нагрузку от отдельного блока питания, то необходимо физически соединить между собой землю («минус») блока питания нагрузки и землю (пин «GND») Ардуино. Иначе управлять транзистором не получится.

При использовании полевого транзистора, токоограничительный резистор на затворе не нужен. Транзистор управляется исключительно напряжением и ток через затвор не течёт.

PNP-транзистор: схема подключения.

PNP-транзистор является электронным прибором, в определенном смысле обратном NPN-транзистору. В этом типе конструкции транзистора его PN-переходы открываются напряжениями обратной полярности по отношению к NPN-типу. В условном обозначении прибора стрелка, которая также определяет вывод эмиттера, на этот раз указывает внутрь символа транзистора.

Конструкция прибора

Конструктивная схема транзистора PNP-типа состоит из двух областей полупроводникового материала p-типа по обе стороны от области материала n-типа, как показано на рисунке ниже.

Стрелка определяет эмиттер и общепринятое направление его тока («внутрь» для транзистора PNP).

PNP-транзистор имеет очень схожие характеристики со своим NPN-биполярным собратом, за исключением того, что направления токов и полярности напряжений в нем обратные для любой из возможных трех схем включения: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором.

Основные отличия двух типов биполярных транзисторов

Главным различием между ними считается то, что дырки являются основными носителями тока для транзисторов PNP, NPN-транзисторы имеют в этом качестве электроны. Поэтому полярности напряжений, питающих транзистор, меняются на обратные, а его входной ток вытекает из базы. В отличие от этого, у NPN-транзистора ток базы втекает в нее, как показано ниже на схеме включения приборов обоих типов с общей базой и общим эмиттером.

Принцип работы транзистора PNP-типа основан на использовании небольшого (как и у NPN-типа) базового тока и отрицательного (в отличие от NPN-типа) базового напряжения смещения для управления гораздо большим эмиттерно-коллекторным током. Другими словами, для транзистора PNP эмиттер является более положительным по отношению к базе, а также по отношению к коллектору.

Рассмотрим отличия PNP-типа на схеме включения с общей базой

Действительно, из нее можно увидеть, что ток коллектора I_C (в случае транзистора NPN) вытекает из положительного полюса батареи B2, проходит по выводу коллектора, проникает внутрь него и должен далее выйти через вывод базы, чтобы вернуться к отрицательному полюсу батареи. Таким же образом, рассматривая цепь эмиттера, можно увидеть, как его ток от положительного полюса батареи B1 входит в транзистор по выводу базы и далее проникает в эмиттер.

По выводу базы, таким образом, проходит как ток коллектора I_C, так и ток эмиттера I_E. Поскольку они циркулируют по своим контурам в противоположных направлениях, то результирующий ток базы равен их разности и очень мал, так как I_C немного меньше, чем I_E. Но так как последний все же больше, то направление протекания разностного тока (тока базы) совпадает с I_E, и поэтому биполярный транзистор PNP-типа имеет вытекающий из базы ток, а NPN-типа – втекающий.

Отличия PNP-типа на примере схемы включения с общим эмиттером

В этой новой схеме PN-переход база-эмиттер открыт напряжением батареи B1, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении посредством напряжения батареи В2. Вывод эмиттера, таким образом, является общим для цепей базы и коллектора.

Полный ток эмиттера задается суммой двух токов I_C и I_B; проходящих по выводу эмиттера в одном направлении. Таким образом, имеем I_E = I_C + I_B.

В этой схеме ток базы I_B просто «ответвляется» от тока эмиттера I_E, также совпадая с ним по направлению. При этом транзистор PNP-типа по-прежнему имеет вытекающий из базы ток I_B, а NPN-типа – втекающий.

В третьей из известных схем включения транзисторов, с общим коллектором, ситуация точно такая же. Поэтому мы ее не приводим в целях экономии места и времени читателей.

PNP-транзистор: подключение источников напряжения

Источник напряжения между базой и эмиттером (V_BE) подключается отрицательным полюсом к базе и положительным к эмиттеру, потому что работа PNP-транзистора происходит при отрицательном смещении базы по отношению к эмиттеру.

Напряжение питания эмиттера также положительно по отношению к коллектору (V_CE). Таким образом, у транзистора PNP-типа вывод эмиттера всегда более положителен по отношению как к базе, так и к коллектору.

Источники напряжения подключаются к PNP-транзистору, как показано на рисунке ниже.

Работа PNP-транзисторного каскада

Итак, чтобы вызвать протекание базового тока в PNP-транзисторе, база должна быть более отрицательной, чем эмиттер (ток должен покинуть базу) примерно на 0,7 вольт для кремниевого прибора или на 0,3 вольта для германиевого. Формулы, используемые для расчета базового резистора, базового тока или тока коллектора такие же, как те, которые используются для эквивалентного NPN-транзистора и представлены ниже.

Мы видим, что фундаментальным различием между NPN и PNP-транзистором является правильное смещение pn-переходов, поскольку направления токов и полярности напряжений в них всегда противоположны. Таким образом, для приведенной выше схеме: I_C = I_E – I_B, так как ток должен вытекать из базы.

Как правило, PNP-транзистор можно заменить на NPN в большинстве электронных схем, разница лишь в полярности напряжения и направлении тока. Такие транзисторы также могут быть использованы в качестве переключающих устройств, и пример ключа на PNP-транзисторе показан ниже.

Характеристики транзистора

Выходные характеристики транзистора PNP-типа очень похожи на соответствующие кривые эквивалентного NPN-транзистора, за исключением того, что они повернуты на 180° с учетом реверса полярности напряжений и токов (токи базы и коллектора, PNP-транзистора отрицательны). Точно также, чтобы найти рабочие точки транзистора PNP-типа, его динамическая линия нагрузки может быть изображена в III-й четверти декартовой системы координат.

Типовые характеристики PNP-транзистора 2N3906 показаны на рисунке ниже.

Транзисторные пары в усилительных каскадах

Вы можете задаться вопросом, что за причина использовать PNP-транзисторы, когда есть много доступных NPN-транзисторов, которые могут быть использованы в качестве усилителей или твердотельных коммутаторов? Однако наличие двух различных типов транзисторов — NPN и PNP — дает большие преимущества при проектировании схем усилителей мощности. Такие усилители используют «комплементарные», или «согласованные” пары транзисторов (представляющие собой один PNP-транзистор и один NPN, соединенные вместе, как показано на рис. ниже) в выходном каскаде.

Два соответствующих NPN и PNP-транзистора с близкими характеристиками, идентичными друг другу, называются комплементарными. Например, TIP3055 (NPN-тип) и TIP2955 (PNP-тип) являются хорошим примером комплементарных кремниевых силовых транзисторов. Они оба имеют коэффициент усиления постоянного тока β=I_C/I_B согласованный в пределах 10% и большой ток коллектора около 15А, что делает их идеальными для устройств управления двигателями или роботизированных приложений.

Кроме того, усилители класса B используют согласованные пары транзисторов и в своих выходной мощных каскадах. В них NPN-транзистор проводит только положительную полуволну сигнала, а PNP-транзистор – только его отрицательную половину.

Это позволяет усилителю проводить требуемую мощность через громкоговоритель в обоих направлениях при заданной номинальной мощности и импедансе. В результате выходной ток, который обычно бывает порядка нескольких ампер, равномерно распределяется между двумя комплементарными транзисторами.

Транзисторные пары в схемах управления электродвигателями

Их применяют также в H-мостовых цепях управления реверсивными двигателями постоянного тока, позволяющих регулировать ток через двигатель равномерно в обоих направлениях его вращения.

H-мостовая цепь выше называется так потому, что базовая конфигурация ее четырех переключателей на транзисторах напоминает букву «H» с двигателем, расположенным на поперечной линии. Транзисторный H-мост, вероятно, является одним из наиболее часто используемых типов схемы управления реверсивным двигателем постоянного тока. Он использует «взаимодополняющие» пары транзисторов NPN- и PNP-типов в каждой ветви, работающих в качестве ключей при управлении двигателем.

Вход управления A обеспечивает работу мотора в одном направлении, в то время как вход B используется для обратного вращения.

Например, когда транзистор TR1 включен, а TR2 выключен, вход A подключен к напряжению питания (+ Vcc), и если транзистор TR3 выключен, а TR4 включен, то вход B подключен к 0 вольт (GND). Поэтому двигатель будет вращаться в одном направлении, соответствующем положительному потенциалу входа A и отрицательному входа B.

Если состояния ключей изменить так, чтобы TR1 был выключен, TR2 включен, TR3 включен, а TR4 выключен, ток двигателя будет протекать в противоположном направлении, что повлечет его реверсирование.

Используя противоположные уровни логической «1» или «0» на входах A и B, можно управлять направлением вращения мотора.

Определение типа транзисторов

Любые биполярные транзисторы можно представить состоящими в основном из двух диодов, соединенных вместе спина к спине.

Мы можем использовать эту аналогию, чтобы определить, относится ли транзистор к типу PNP или NPN путем тестирования его сопротивления между его тремя выводами. Тестируя каждую их пару в обоих направлениях с помощью мультиметра, после шести измерений получим следующий результат:

1. Эмиттер — База. Эти выводы должны действовать как обычный диод и проводить ток только в одном направлении.

2. Коллектор — База. Эти выводы также должны действовать как обычный диод и проводить ток только в одном направлении.

3. Эмиттер — Коллектор. Эти выводы не должен проводить в любом направлении.

Значения сопротивлений переходов транзисторов обоих типов

NPN транзистор. Устройство и принцип работы, схема подключения

Итак, транзистор, в котором один полупроводник p-типа размещен между двумя полупроводниками n-типа, известен как NPN-транзистор.

Транзистор NPN усиливает сигнал, поступающий на базу, и генерирует усиленный сигнал на коллекторе. В NPN-транзисторе направление движения электрона происходит от эмиттера к коллектора, из-за чего ток и протекает через транзистор. Устройства такого типа очень часто используют в электрических схемах, потому что их основными носителями заряда являются электроны, которые имеют высокую подвижность по сравнению с дырками (положительно заряженные носители).

Конструкция NPN транзистора

Транзистор NPN, по сути, это два диода, соединенных друг с другом. Диод на левой стороне называется диод на основе перехода «эмиттер-база», а диоды на правой стороне называют диод на основе коллекторного перехода. Имена были подобраны согласно названию переходов.

Транзистор NPN имеет три клеммы, а именно эмиттер, коллектор и базу. Средняя часть NPN-транзистора слегка легирована, и это является наиболее важным фактором его работы. Эмиттер умеренно легирован, а коллектор сильно легирован.

Схема включения NPN транзистора

Принципиальная схема NPN-транзистора показана на рисунке ниже. Коллектор и база подключены в обратном смещении, а эмиттер и база подключены в прямом смещении. Коллектор и база, через которую ведется управление состоянием транзистора ВКЛ./ВЫКЛ., всегда подключены к положительному полюсу источника питания, а эмиттер подключен к отрицательному полюсу источника питания.

Как работает NPN транзистор

Принципиальная схема NPN-транзистора показана на рисунке ниже. Прямое смещение применяется через соединение эмиттер-база, а обратное смещение применяется через соединение коллектор-база. Напряжение прямого смещения V_EB мало по сравнению с напряжением обратного смещения V_CB.

Эмиттер NPN-транзистора сильно легирован. Когда прямое смещение прикладывается к эмиттеру, большинство носителей заряда движутся к базе. Это вызывает протекание тока эмиттера I_E. Электроны входят в материал P-типа и соединяются с дырками.

База NPN-транзистора слегка легирована. Из-за чего только несколько электронов объединяются, а оставшиеся составляют ток базы I_B. Ток базы проникает в область коллектора. Обратный потенциал смещения области коллектора прикладывает высокую силу притяжения к электронам, достигающим коллектора. Таким образом, привлекают или собирают электроны на коллекторе.

Весь ток эмиттера входит в базу. Таким образом, можно сказать, что ток эмиттера является суммой токов коллектора и базы.

Датчики с транзисторным выходом PNP/NPN, схема подключения, разница и отличия

    Среди всех используемых в промышленности датчиков до сих пор превалируют дискретные, т. е. имеющие два состояния выходного сигнала – включен/выключен (иначе – 0 либо 1). В основном подобные датчики используются для определения некоторых конечных положений, и принцип действия может быть любым – индуктивным, оптическим, емкостным и так далее.

    Все подобные датчики объединяет одна характеристика – схемотехника выхода. Основных вариантов здесь два:

— релейный выход основывается, очевидно, на использовании реле. Схема питания датчика при этом гальванически развязана с выходом, что даёт возможность использовать такие датчики для коммутации высокого напряжения.

— транзисторный выход использует PNP либо NPN транзистор на выходе и подключает соответственно плюсовой либо минусовой провод.

     Немного теории. Транзисторы PNP и NPN относятся к категории биполярных и имеют три вывода: коллектор, база и эмиттер. Сам транзистор состоит из трёх частей, называемых областями, разделенных двумя p-n переходами. Соответственно, транзистор PNP имеет две области P и одну область N, а NPN, соответственно, две N и одну P. Направление протекания тока также разное:

— для PNP при подаче напряжения на эмиттер ток протекает от эмиттера к коллектору;

— для NPN подача напряжения на коллектор вызывает протекание тока от коллектора к эмиттеру.

    Это обуславливает необходимость подключения питания с прямой полярностью относительно общих клемм для транзисторов NPN, и обратной – для PNP.

    Любой биполярный транзистор работает по принципу управления током базы для регулирования тока между эмиттером и коллектором. Единственное различие в принципе работы транзисторов PNP и NPN заключается в полярности напряжений, подаваемых на эмиттер, базу и коллектор. В зависимости от реализации смещений p-n переходов возможны различные режимы работы транзисторов, но в общем случае в датчиках используются два:

— насыщение: прямое прохождение тока между эмиттером и коллектором (замкнутый контакт)

— отсечка: отсутствие тока между эмиттером и коллектором (разомкнутый контакт)

   Рассмотрим подробнее подключение и особенности применения, например, индуктивных датчиков с транзисторным выходом. Отличием является коммутация разных проводов цепи питания: PNP соединяет плюс источника питания, NPN – минус. Ниже наглядно показаны различия в подключении; справа изображён датчик с выходом PNP, слева – NPN.

Принципиальное отличие логики PNP от NPN

   Чаще применяется вариант с выходом на основе транзистора PNP, поскольку большее распространение получила схемотехника с общим минусовым проводом источника питания. Выходное напряжение зависит от напряжения питания датчика и обычно находится в узком диапазоне, например, 20…28 В.

    Выбор датчика по типу используемого транзистора обуславливается в первую очередь схемотехникой используемого контроллера или иного оборудования, к которому предполагается подключать датчик. Обычно в документации на контроллеры и устройства коммутации указывается, какой транзисторный выход они позволяют использовать.

Теперь о совместимости. Вообще, существует четыре основных разновидности выхода датчиков:

— PNP NO (НО)

— PNP NC (НЗ)

— NPN NO (НО)

— NPN NC (НЗ)

    Помимо типа используемого транзистора, различие также заключается в исходном состоянии выхода – он может быть в нормальном (если датчик не активирован) состоянии либо разомкнутым (открытым), либо замкнутым (закрытым). Отсюда обозначения NO (НО) – normally open (нормально открытый) и normally closed (нормально закрытый).

    Что делать, если требуется заменить один датчик на другой, но нет возможности установить аналог с идентичной логикой и схемотехникой выхода? В случае, если меняется только исходное состояние выхода (НО на НЗ и наоборот), путей решения может быть несколько:

— внесение изменений в конструкцию, инициирующую датчик

— внесение изменений в программу (смена алгоритма)

— переключение выходной функции датчика (при наличии такой возможности)

   Замена же оптического датчика с изменением типа используемого транзистора представляет собой проблему большую, нежели просто поменять алгоритм или сместить какой-то элемент конструкции. Изменение схемотехники датчика влечет за собой также необходимость внесения существенных изменений в схему его подключения. Конечно, это не всегда допустимо, однако в ряде случаев это единственный выход.

Замена датчика PNP на NPN

  Рассмотрим схему, представленную выше слева (для примера взят датчик с транзистором PNP). В случае неактивного датчика с нормально открытым выходом ток не протекает через его выходные контакты; для нормально закрытого, соответственно, ситуация обратная. Благодаря протекающему току на нагрузке создаётся падение напряжения.

   Наряду с основной (внешней) нагрузкой датчика, которой может являться вход контроллера, в нём может присутствовать также внутренняя нагрузка, однако она не гарантирует, что датчик будет работать стабильно. Если внутреннего сопротивления нагрузки у датчика нет, такая схема называется схемой с открытым коллектором – она может функционировать исключительно при наличии внешней нагрузки.

    Вернемся к схеме. Активация датчика с выходом PNP обеспечивает подачу напряжения +V через транзистор на вход контроллера. Реализация этой схемы с датчиком, имеющим выход NPN, требует добавления в схему дополнительного резистора (номинал которого обычно подбирается в диапазоне 4.9-10 кОм) для обеспечения функционирования транзистора. В этом случае при неактивном датчике напряжение поступает через добавленный резистор на вход контроллера, что делает схему, по сути, нормально закрытой. Активация датчика обеспечивает отсутствие сигнала на входе контроллера, поскольку транзистор NPN, через который проходит почти весь ток дополнительного резистора, шунтирует вход контроллера.

   Таким образом, подобный подход обеспечивает возможность замены датчика PNP на NPN при условии, что перефазировка датчика не является проблемой. Это допустимо, когда датчик исполняет роль счетчика импульсов – контроль числа оборотов, количества деталей и т. д.

    Если подобное изменение не является приемлемым, и требуется сохранить в том числе логику работы системы, можно пойти по более сложному пути. 

Схемы подключения датчиков  PNP к устройству со входом NPN и наоборот

    Суть заключается в добавлении в схему подключения дополнительного биполярного транзистора, тип которого выбирается исходя из типа входа прибора, к которому подключается датчик, а также двух дополнительных сопротивлений нагрузки. Если используется прибор с входом NPN, то и дополнительный транзистор требуется такой же. Активация датчика инициирует переключение внешнего транзистора, который уже подаёт напряжение на вход прибора. Данная схема, в отличие от рассмотренной ранее, сохраняет логику работы системы, однако более сложна в сборке.

Устройство, принцип работы и различие N-P-N и P-N-P транзисторов | Энергофиксик

Существуют два основных вида транзисторов: полевые и биполярные. Биполярные транзисторы, в свою очередь, также разделяются на тип с P-N-P и N-P-N переходом. В этом материале я вам расскажу об устройстве биполярных транзисторов и мы поговорим о принципе работы и в чем их основное различие. Итак, поехали.

Согласно записям официальной истории дату 16.12.1947 года можно считать официальным днем рожденья одного из главных элементов всей электроники современности. Именно в этот день был представлен общественности первый транзистор, который был собран тремя учеными, а именно: Д. Бардин, У. Шокли и У. Браттейн.

yandex.ru

Появление биполярного транзистора позволило отказаться от использования электронных ламп. Вся современная электроника была бы невозможна без этого изделия. Вот такое важное открытие было совершено в середине 20-го столетия. Теперь от истории перейдем к нашим биполярным транзисторам.

Итак, биполярный транзистор схематически можно представить следующим образом:

Посмотрите внимательно на изображение, вам оно ничего не напоминает? Да, вы правы, если присмотреться и мысленно разделить зону N – перехода, то перед нами два соединенных между собой диода (запомните этот момент, в дальнейшем он нам понадобится).

Для определения какой проводимости перед нами диод, достаточно прочитать направление P-N перехода. На рисунке выше у нас проводимость типа P-N-P. Это означает, что перед нами транзистор прямой проводимости (так как принято считать, что ток проходит от плюса к минусу).

А вот у транзистора N-P-N типа проводимость обратная

Вы заметили, что в обоих вариантах исполнения присутствуют три вывода под названием:

Эмиттер (источник, генератор), База (основа) и Коллектор (сборщик, накопитель).

Из всего выше написанного вы уже наверняка поняли, что есть транзисторы обратной и прямой последовательности, а это значит, что и на схемах такие элементы должны иметь различия. Давайте их рассмотрим.

Итак, обозначение транзистора прямой проводимости на схемах будет следующее:

А вот транзистор обратной проводимости обозначается уже так:

В старых советских мануалах транзисторы маркировались буквой «Т», а теперь обозначение сменили на «VT».

На самом деле определить по схеме тип биполярного транзистора довольно просто, достаточно помнить следующее правило:

Как известно в N – полупроводнике имеется большое количество свободных электронов, а в полупроводнике P–типа расположены «дырки» — положительно заряженные частицы. А по общепринятой теории ток протекает от «плюса» к «минусу».

Если вы посмотрите на схему, то увидите, что эмиттер изображен со стрелкой, которая либо направлена к базе либо от нее. Так вот если транзистор N-P-N типа, то есть база выполнена из P– полупроводника, то ток течет от базы (стрелка эмиттера от базы). Если же база выполнена из N — полупроводника, то ток (стрелка) втекает в базу.

С обозначением и устройством вроде все понятно, а вот как он работает давайте разбираться:

Давайте представим биполярный транзистор в виде водяной трубы с задвижкой с пружинным механизмом.

Как видно из рисунка сверху беспрепятственному протеканию воды по трубе мешает задвижка с пружинным механизмом, если мы приложим небольшое усилие (откроем задвижку сжав пружину), то вода беспрепятственно потечет по трубе. Если же мы отпустим пружину, то она распрямится и вернет задвижку на место, тем самым перекрыв трубу и поток воды будет остановлен.

Теперь вообразите, что данная труба — это транзистор P-N-P типа, значит его выводы можно представить следующим образом:

Получается, чтобы ток протекал от эмиттера к коллектору (напоминаю, что направление тока совпадает с направлением стрелки на эмиттере) нужно сделать так, чтобы ток выходил из базы, или говоря по простому: подать на базу минус.

Давайте наглядно проверим работу такого транзистора. Для этого возьмем КТ814Б и соберем простенькую схему с двумя источниками питания.

Для того, чтобы правильно подключить транзистор необходимо знать какой вывод является эмиттером, базой и коллектором. Для этого находим техническую документацию и определяем:

Лампочку я буду использовать самую обычную автомобильную, рассчитанную на 12 Вольт. Собранная схема будет выглядеть так:

Итак, чтобы наша схема заработала выставляем на источнике питания №2 12 Вольт. А на первом источнике питания начинаем очень плавно (с нуля) поднимать напряжение ровно до того момента, пока не загорится наша лампа.

Схема заработала при напряжении 0,66 Вольт на первом источнике.

То есть произошло «открытие» транзистора и через цепь эмиттер-коллектор начал проходить ток.

Иначе говоря, напряжение, которое открыло наш транзистор — это ни что иное как падение напряжения на P-N переходе база-эмиттер, которое как раз и находится в пределах от 0,5 до 0,7 В для кремниевых транзисторов.

А как дела обстоят с транзисторами, где используется N-P-N переход.

Принцип работы N-P-N транзистора

Если внимательно посмотреть на техническую документацию к транзистору КТ814Б, то можно найти запись о том, что комплиментарной парой к этому транзистору является КТ815Б, а он различается лишь тем что здесь используется N-P-N переход.

yandex.ru

И схема подключения будет выглядеть так:

Посмотрите внимательно на эту схему и схему включения КТ814Б, вы ничего не заметили? Все верно, единственное различие между этими двумя транзисторами заключено в том, что транзистор с P-N-P переходом открывается «минусом» (так как на базу подается отрицательный потенциал), а вот транзистор N-P-N открывается «плюсом».

Заключение

В этом материале мы с вами познакомились с устройством биполярных транзисторов, их устройстве и принципе работы, а также с тем как они обозначаются на схемах. Если статья оказалась вам интересна или полезна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Установка режимов работы транзисторов

Для хорошей работы устройства, собранного на транзисторах, необходимо чтобы на их электроды было подано определенной величины и полярности постоянное напряжение. Примерные значения напряжений подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов прямой проводимости (p-n-p) приведен на рис. 1, а обратной (n-p-n) проводимости — на рис. 2.

При этом надо также придерживаться нескольких правил:

•  Рабочие напряжения, токи и мощности рассеивания применяемых транзисторов должны быть меньше предельных значений.
• Нельзя подавать напряжение на транзистор, если у него отключена база.
• Базовый вывод следует подключать в схему в первую очередь и отключать в последнюю.

В современных конструкциях радиолюбителей широко используются полевые транзисторы. Примерные значения величин напряжений смещения для полевых транзисторов с каналом типа р и с каналом типа п даны на рис. 3.

Рис. 1. Примерные значения напряжений, подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов прямой проводимости p-n-p.

Рис. 2. Примерные значения напряжений, подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов обратной проводимости n-p-n.

Рис. 3. Примерные значения величин напряжений смещения для полевых транзисторов с к&налом типа рис каналом типа А.

При налаживании радиоприемников и других радиоэлектронных конструкций в первую очередь нужно замерить потребляемый ток в режиме покоя. Если его значение близко к требуемому, то тогда переходят к установлению необходимых токов коллекторов транзисторов. На. схемах место установки тока показывают крестиком («х»), а резистор, которым это делают — звездочкой («*»). Опыт показывает, что для транзисторов безопаснее измерять напряжение, а не ток. В большинстве схем эти величины взаимосвязаны. Достаточно знать одну из величин, а другую можно определить расчетным путем.

Настройку устройства производят по каскадам. В каскадах транзисторных устройств в основном используется три основных способа подачи напряжения смещения к базе транзистора.

Рассмотрим работу транзисторного каскада с резисторной нагрузкой без стабилизации режима (рис. 4). При отсутствии входного сигнала начальные напряжения на электродах транзисторов следующие:

Рис. 4. Принципиальная схема транзисторного каскада с резисторной нагрузкой без стабилизации режима.

В приведенных формулах напряжения смещения Uбэ для германиевых и кремниевых транзисторов должны иметь значения в соответствии с рис. 1, 2. Из этих выражений видно, что от величины сопротивления резистора Rб зависит величина напряжения смещения Uбэ, а следовательно, и начальное положение рабочей точки на характеристике транзистора.

На хорошую работу такого каскада большое влияние имеет точность, с какой для данного транзистора, имеющего коэффициент усиления по току р, подобраны сопротивления резисторов Rб и Rк. Работу каскада при этом можно проконтролировать по напряжению на резисторе Rк или по напряжению между коллектором и эмиттером транзистора. Зная Un и β, можно вычислить величину управляющего тока коллектора транзистора по формуле:

Если величина сопротивления резистора Rк = 500…600 Ом, то напряжение на нем удобнее определить, как разницу между питающим напряжением и напряжением коллектор — эмиттер. Для маломощных низкочастотных и высокочастотных транзисторов напряжение коллек-тор-эмиттер принимают 2…2,5 В, а ток коллектора — 0,5 мА. Транзисторы МП39…МП41 имеют максимальное усиление по току, когда ток коллектора 1…2 мА.

У транзисторов П401…П403, П416 и т.п. усиление растет с ростом тока коллектора до 5…8 мА. От напряжения на коллекторе усиление по току существенно не зависит, при его повышении улучшается устойчивость высокочастотных каскадов. При замене в рассматриваемом каскаде транзистора с одним значение β на транзистор с отличным значением β, приходится снова подбирать значения Rб и Rк. На усиление транзистора с такой простой схемой смещения оказывает влияние помимо разброса параметров транзисторов еще и изменение температуры окружающей среды.

Более стабилен в работе каскад, имеющий термостабилизацию по схеме, представленной на рис. 5. В этом случае к напряжению, измеренному между коллектором и плюсом питания, добавляется напряжение на резисторе R3, которое составляет приблизительно 1 В.

Если считать, что напряжение между коллектором и эмиттером может быть снижено до 1,5 В, так как каскад стабилизирован, то общее напряжение между коллектором и «землей», как и первом случае, должно быть не менее 2,5 В. Указанные режимы являются ориентировочными, средними в случае работоспособных транзисторов. В каскадах, где режимы отличаются от рекомендованных на 20…30%, подстраивание их режимов на первой стадии налаживания можно не проводить.

Установку режима работы транзистора можно производить резистором Rб1, который соединен с базой транзистора. Для увеличения тока коллектора необходимо сопротивление резистора Rб1 уменьшить, а для уменьшения, наоборот, увеличить. Для удобства настройки каскада резистор Rб1 составляют из двух резисторов: одного переменного и одного постоянного с сопротивлением 10…30кОм.

Изменяя сопротивление переменного резистора, добиваются необходимого тока коллектора. Омметром измеряют получившееся сопротивление двух резисторов и затем вместо них впаивают один резистор, величина сопротивления которого равна измеренному значению двух сопротивлений.

Ток коллектора в схеме со стабилизацией можно оценить, измерив напряжение на резисторе Rэ. Если разделить величину падения напряжения (в вольтах) на величину Rэ (в килоомах), то получим ток эмиттера в миллиамперах.

Рис. 5. Принципиальная схема транзисторного каскада с резисторной нагрузкой с термостабилизацией режима

Ток коллектора меньше тока эмиттера на величину базового тока, а последний не превышает 5% Іэ. Поэтому можно считать, что I = Іб. В каскадах с индуктивной нагрузкой без стабилизации режима работы напряжение на коллекторе равняется напряжению источника питания и здесь необходим контроль тока коллектора (рис. 6). Регулировку такого каскада также производят подбором величины сопротивления резистора Rб.

Рис. 6. Принципиальная схема каскада с индуктивной нагрузкой без стабилизации режима работы.

Включение в цепи n-p-n и p-n-p транзисторов отличается только полярностью напряжения на коллекторе и смещением. Кремниевые и германиевые транзисторы одной и той же структуры отличаются между собой только значением напряжения смещения. У кремниевых оно приблизительно на 0,45 В больше, чем у германиевых.

На рис. 1 и 2 показаны условные графические обозначения биполярных транзисторов той и другой структур, произведенных на основе германия и кремния, а также типовое напряжение смещения. Электроды транзисторов, обозначенных первыми буквами слов, расшифровываются:

• Э — эмиттер,
• Б — база,
• К — коллектор.

Напряжения смещения показаны относительно эмиттера, но на практике напряжение на электродах транзисторов показывают относительно общего провода устройства.

В радиоэлектронных устройствах радиолюбители используют также полевые транзисторы, в которых управление током между двумя электродами, образованными направленным движением носителей заряда дырок или электронов, производится электрическим полем, образованным напряжением на электроде. Электроды, между которыми протекает регулируемый ток, носят название исток (И) и сток (С), причем исток есть тот электрод, с которого выходят носители зарядов. Третий, управляющий электрод, называют затвором (3) (см. рис. 3).

Существуют полевые транзисторы с изолированным затвором. Эти транзисторы имеют очень большое входное сопротивление и работают на очень больших частотах. Транзисторы этого типа имеют очень низкую электрическую прочность изолированного затвора. Для его пробоя и выхода из строя достаточно слабого статического электричества, которое всегда присутствует на теле человека, одежде и инструменте.

В связи с этим выводы полевых транзисторов с изолированным затвором при хранении нужно скручивать вместе голым проводом. При монтаже транзисторов руки и инструмент необходимо «заземлять». Преимущество полевых транзисторов по сравнению с биполярными состоит в том, что они имеют высокое входное сопротивление. Это сопротивление на низкой частоте достигает несколько мегаом, а на средних и высоких частотах — несколько десятков или сотен кило-ом в зависимости от серии. Для сравнения, биполярные транзисторы имеют входное сопротивление приблизительно до 1…2 кОм.

Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

схема подключения. Какая разница между PNP и NPN-транзисторами? :: SYL.ru

PNP-транзистор является электронным прибором, в определенном смысле обратном NPN-транзистору. В этом типе конструкции транзистора его PN-переходы открываются напряжениями обратной полярности по отношению к NPN-типу. В условном обозначении прибора стрелка, которая также определяет вывод эмиттера, на этот раз указывает внутрь символа транзистора.

Конструкция прибора

Конструктивная схема транзистора PNP-типа состоит из двух областей полупроводникового материала p-типа по обе стороны от области материала n-типа, как показано на рисунке ниже.

Стрелка определяет эмиттер и общепринятое направление его тока («внутрь» для транзистора PNP).

PNP-транзистор имеет очень схожие характеристики со своим NPN-биполярным собратом, за исключением того, что направления токов и полярности напряжений в нем обратные для любой из возможных трех схем включения: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором.

Основные отличия двух типов биполярных транзисторов

Главным различием между ними считается то, что дырки являются основными носителями тока для транзисторов PNP, NPN-транзисторы имеют в этом качестве электроны. Поэтому полярности напряжений, питающих транзистор, меняются на обратные, а его входной ток вытекает из базы. В отличие от этого, у NPN-транзистора ток базы втекает в нее, как показано ниже на схеме включения приборов обоих типов с общей базой и общим эмиттером.

Принцип работы транзистора PNP-типа основан на использовании небольшого (как и у NPN-типа) базового тока и отрицательного (в отличие от NPN-типа) базового напряжения смещения для управления гораздо большим эмиттерно-коллекторным током. Другими словами, для транзистора PNP эмиттер является более положительным по отношению к базе, а также по отношению к коллектору.

Рассмотрим отличия PNP-типа на схеме включения с общей базой

Действительно, из нее можно увидеть, что ток коллектора I_C (в случае транзистора NPN) вытекает из положительного полюса батареи B2, проходит по выводу коллектора, проникает внутрь него и должен далее выйти через вывод базы, чтобы вернуться к отрицательному полюсу батареи. Таким же образом, рассматривая цепь эмиттера, можно увидеть, как его ток от положительного полюса батареи B1 входит в транзистор по выводу базы и далее проникает в эмиттер.

По выводу базы, таким образом, проходит как ток коллектора I_C, так и ток эмиттера I_E. Поскольку они циркулируют по своим контурам в противоположных направлениях, то результирующий ток базы равен их разности и очень мал, так как I_C немного меньше, чем I_E. Но так как последний все же больше, то направление протекания разностного тока (тока базы) совпадает с I_E, и поэтому биполярный транзистор PNP-типа имеет вытекающий из базы ток, а NPN-типа – втекающий.

Отличия PNP-типа на примере схемы включения с общим эмиттером

В этой новой схеме PN-переход база-эмиттер открыт напряжением батареи B1, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении посредством напряжения батареи В2. Вывод эмиттера, таким образом, является общим для цепей базы и коллектора.

Полный ток эмиттера задается суммой двух токов I_C и I_B; проходящих по выводу эмиттера в одном направлении. Таким образом, имеем I_E = I_C + I_B.

В этой схеме ток базы I_B просто «ответвляется» от тока эмиттера I_E, также совпадая с ним по направлению. При этом транзистор PNP-типа по-прежнему имеет вытекающий из базы ток I_B, а NPN-типа – втекающий.

В третьей из известных схем включения транзисторов, с общим коллектором, ситуация точно такая же. Поэтому мы ее не приводим в целях экономии места и времени читателей.

PNP-транзистор: подключение источников напряжения

Источник напряжения между базой и эмиттером (V_BE) подключается отрицательным полюсом к базе и положительным к эмиттеру, потому что работа PNP-транзистора происходит при отрицательном смещении базы по отношению к эмиттеру.

Напряжение питания эмиттера также положительно по отношению к коллектору (V_CE). Таким образом, у транзистора PNP-типа вывод эмиттера всегда более положителен по отношению как к базе, так и к коллектору.

Источники напряжения подключаются к PNP-транзистору, как показано на рисунке ниже.

Работа PNP-транзисторного каскада

Итак, чтобы вызвать протекание базового тока в PNP-транзисторе, база должна быть более отрицательной, чем эмиттер (ток должен покинуть базу) примерно на 0,7 вольт для кремниевого прибора или на 0,3 вольта для германиевого. Формулы, используемые для расчета базового резистора, базового тока или тока коллектора такие же, как те, которые используются для эквивалентного NPN-транзистора и представлены ниже.

Мы видим, что фундаментальным различием между NPN и PNP-транзистором является правильное смещение pn-переходов, поскольку направления токов и полярности напряжений в них всегда противоположны. Таким образом, для приведенной выше схеме: I_C = I_E – I_B, так как ток должен вытекать из базы.

Как правило, PNP-транзистор можно заменить на NPN в большинстве электронных схем, разница лишь в полярности напряжения и направлении тока. Такие транзисторы также могут быть использованы в качестве переключающих устройств, и пример ключа на PNP-транзисторе показан ниже.

Характеристики транзистора

Выходные характеристики транзистора PNP-типа очень похожи на соответствующие кривые эквивалентного NPN-транзистора, за исключением того, что они повернуты на 180° с учетом реверса полярности напряжений и токов (токи базы и коллектора, PNP-транзистора отрицательны). Точно также, чтобы найти рабочие точки транзистора PNP-типа, его динамическая линия нагрузки может быть изображена в III-й четверти декартовой системы координат.

Типовые характеристики PNP-транзистора 2N3906 показаны на рисунке ниже.

Транзисторные пары в усилительных каскадах

Вы можете задаться вопросом, что за причина использовать PNP-транзисторы, когда есть много доступных NPN-транзисторов, которые могут быть использованы в качестве усилителей или твердотельных коммутаторов? Однако наличие двух различных типов транзисторов — NPN и PNP — дает большие преимущества при проектировании схем усилителей мощности. Такие усилители используют «комплементарные», или «согласованные” пары транзисторов (представляющие собой один PNP-транзистор и один NPN, соединенные вместе, как показано на рис. ниже) в выходном каскаде.

Два соответствующих NPN и PNP-транзистора с близкими характеристиками, идентичными друг другу, называются комплементарными. Например, TIP3055 (NPN-тип) и TIP2955 (PNP-тип) являются хорошим примером комплементарных кремниевых силовых транзисторов. Они оба имеют коэффициент усиления постоянного тока β=I_C/I_B согласованный в пределах 10% и большой ток коллектора около 15А, что делает их идеальными для устройств управления двигателями или роботизированных приложений.

Кроме того, усилители класса B используют согласованные пары транзисторов и в своих выходной мощных каскадах. В них NPN-транзистор проводит только положительную полуволну сигнала, а PNP-транзистор – только его отрицательную половину.

Это позволяет усилителю проводить требуемую мощность через громкоговоритель в обоих направлениях при заданной номинальной мощности и импедансе. В результате выходной ток, который обычно бывает порядка нескольких ампер, равномерно распределяется между двумя комплементарными транзисторами.

Транзисторные пары в схемах управления электродвигателями

Их применяют также в H-мостовых цепях управления реверсивными двигателями постоянного тока, позволяющих регулировать ток через двигатель равномерно в обоих направлениях его вращения.

H-мостовая цепь выше называется так потому, что базовая конфигурация ее четырех переключателей на транзисторах напоминает букву «H» с двигателем, расположенным на поперечной линии. Транзисторный H-мост, вероятно, является одним из наиболее часто используемых типов схемы управления реверсивным двигателем постоянного тока. Он использует «взаимодополняющие» пары транзисторов NPN- и PNP-типов в каждой ветви, работающих в качестве ключей при управлении двигателем.

Вход управления A обеспечивает работу мотора в одном направлении, в то время как вход B используется для обратного вращения.

Например, когда транзистор TR1 включен, а TR2 выключен, вход A подключен к напряжению питания (+ Vcc), и если транзистор TR3 выключен, а TR4 включен, то вход B подключен к 0 вольт (GND). Поэтому двигатель будет вращаться в одном направлении, соответствующем положительному потенциалу входа A и отрицательному входа B.

Если состояния ключей изменить так, чтобы TR1 был выключен, TR2 включен, TR3 включен, а TR4 выключен, ток двигателя будет протекать в противоположном направлении, что повлечет его реверсирование.

Используя противоположные уровни логической «1» или «0» на входах A и B, можно управлять направлением вращения мотора.

Определение типа транзисторов

Любые биполярные транзисторы можно представить состоящими в основном из двух диодов, соединенных вместе спина к спине.

Мы можем использовать эту аналогию, чтобы определить, относится ли транзистор к типу PNP или NPN путем тестирования его сопротивления между его тремя выводами. Тестируя каждую их пару в обоих направлениях с помощью мультиметра, после шести измерений получим следующий результат:

1. Эмиттер — База. Эти выводы должны действовать как обычный диод и проводить ток только в одном направлении.

2. Коллектор — База. Эти выводы также должны действовать как обычный диод и проводить ток только в одном направлении.

3. Эмиттер — Коллектор. Эти выводы не должен проводить в любом направлении.

Значения сопротивлений переходов транзисторов обоих типов

Тогда мы можем определить PNP-транзистор как исправный и закрытый. Небольшой выходной ток и отрицательное напряжение на его базе (B) по отношению к его эмиттеру (E) будет его открывать и позволит протекать значительно большему эмиттер-коллекторному току. Транзисторы PNP проводят при положительном потенциале эмиттера. Иными словами, биполярный PNP-транзистор будет проводить только в том случае, если выводы базы и коллектором являются отрицательным по отношению к эмиттеру.

, работа, применение

В этом руководстве мы попытаемся понять основы Tansistor PNP. Мы плохо знакомы с его работой, контактами, базовой схемой, идентификацией клемм, примером и несколькими приложениями.

PNP-транзистор — это еще один тип биполярного переходного транзистора (BJT). Структура транзистора PNP полностью отличается от транзистора NPN. Два диода с PN-переходом в структуре транзистора PNP перевернуты по отношению к транзистору NPN, например, два легированных полупроводниковых материала P-типа разделены тонким слоем легированного полупроводникового материала N-типа.

В транзисторе PNP основными носителями тока являются дырки, а неосновными носителями тока являются электроны. Все полярности напряжения питания, приложенного к транзистору PNP, поменяны местами. В PNP ток поступает на базовый терминал. Малый базовый ток в PNP имеет возможность управлять большим током эмиттер-коллектор, потому что это устройство, управляемое током.

Стрелка для BJT-транзисторов всегда находится на выводе эмиттера и также указывает направление обычного тока.В транзисторе PNP эта стрелка обозначается как «указывающая внутрь», а направление тока в транзисторе PNP полностью противоположно направлению тока транзистора NPN. Структура транзистора PNP полностью противоположна транзистору NPN. Но характеристики и работа транзистора PNP практически такие же, как и у транзистора NPN с небольшими отличиями. Символ и структура транзистора PNP показаны ниже.

На рисунке выше показаны структура и обозначение транзистора PNP. Этот транзистор в основном состоит из 3 выводов: эмиттера (E), коллектора (C) и базы (B).Здесь, если вы заметили, ток базы течет из базы, в отличие от транзистора NPN. Напряжение эмиттера положительно относительно базы и коллектора.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Схема подключения транзистора PNP с питающими напряжениями приведена ниже. Здесь вывод базы имеет отрицательное смещение относительно эмиттера, а вывод эмиттера имеет положительное напряжение смещения относительно как базы, так и коллектора из-за транзистора PNP.

Полярность и направление тока здесь противоположны по сравнению с NPN-транзистором. Если транзистор подключен ко всем источникам напряжения, как показано выше, то базовый ток протекает через транзистор, но здесь базовое напряжение должно быть более отрицательным по отношению к эмиттеру для работы транзистора. Здесь переход база-эмиттер действует как диод. Небольшой ток в базе управляет протеканием большого тока через эмиттер в область коллектора.Базовое напряжение обычно составляет 0,7 В для Si и 0,3 В для германиевых устройств.

Здесь клемма базы действует как вход, а область эмиттер-коллектор действует как выход. Напряжение питания V _CC подключено к выводу эмиттера, а нагрузочный резистор (R _L ) подключен к выводу коллектора. Этот нагрузочный резистор (R _L ) используется для ограничения максимального тока, протекающего через устройство. Еще один резистор (R _B ) подключен к клемме базы, которая используется для ограничения максимального тока, протекающего через клемму базы, а также на клемму базы подается отрицательное напряжение.Здесь ток коллектора всегда равен вычитанию тока базы из тока эмиттера. Подобно транзистору NPN, транзистор PNP также имеет значение усиления по току β. Теперь давайте посмотрим, как связаны токи и коэффициент усиления по току β.

Коллекторный ток (I _C ) определяется как,

I _C = I _E — I _B

Коэффициент усиления постоянного тока (β) для транзистора PNP такой же, как у транзистора NPN. .

Коэффициент усиления постоянного тока = β = Выходной ток / Входной ток

Здесь выходной ток — это ток коллектора, а входной ток — базовый ток.

β = I _C / I _B

Из этого уравнения получаем,

I _B = I _C / β

I _C = β I _B

А также мы определяем коэффициент усиления по току как,

Коэффициент усиления по току = ток коллектора / ток эмиттера (в транзисторе с общей базой)

α = I _C / I _E

Соотношение между α и β определяется как β = α / (1- α) и α = β / (β + 1)

Коллекторный ток в транзисторе PNP определяется выражением,

I _C = — α I _E + I _CBO где I _CBO — ток насыщения.

Так как I _E = — (I _C + I _B )

I _C = — α (- (I _C + I _B )) + I _CBO

I _C — α I _C = α I _B + I _CBO

I _C (1- α) = α I _B + I _CBO

I _{C =} (α / (1- α)) I _B + I _CBO / (1- α)

Поскольку β = α / (1- α)

Теперь мы получаем уравнение для тока коллектора

I _C = β I _B + (1+ β) I _CBO

Выходные характеристики транзистора PNP такие же, как характеристики транзистора NPN.Небольшая разница в том, что характеристическая кривая PNP-транзистора поворачивается на 180 ⁰ для вычисления значений напряжения и тока обратной полярности. Линия динамической нагрузки также присутствует на характеристической кривой для расчета значения Q-точки. Транзисторы PNP также используются в схемах переключения и усиления, таких как транзисторы NPN.

НАЗАД

Рассмотрим транзистор PNP, который включен в цепь с питающими напряжениями V _B = 1.5V, V _E = 2V, + V _CC = 10V и –V _CC = -10V. А также эта схема подключена к резисторам R _B = 200 кОм и R _E = R _C (или R _L ) = 5 кОм. Теперь рассчитайте текущие значения усиления (α, β) транзистора PNP.

Здесь

В _B = 1,5 В

В _E = 2 В

+ V _CC = 10 В и –V _CC = -10 В

R _B = 200 кОм

R _E = R _C (или R _L ) = 5 кОм

Базовый ток,

I _B = V _B / R _B = 1.5 / (200 * 10 ³ ) = 7,5 мкА.

Ток эмиттера,

I _E = В _E / R _E = (10-2) / (5 * 10 ³ ) = 8 / (5 * 10 ³ ) = 1,6 мА .

Ток коллектора,

I _C = I _E — I _B = 1,6 * 10 ^-3 — 7,5 * 10 ^-6 = 1,59 мА.

Теперь нам нужно вычислить значения α и β,

α = I _C / I _E = 1,59 * 10 ^-3 / 1,6 * 10 ^-3 = 0.995

β = I _C / I _B = 1,59 * 10 ^-3 / 7,5 * 10 ^-6 = 212

Наконец, мы получаем текущие значения усиления рассматриваемого транзистора PNP:

α = 0,995 и β = 212

НАЗАД

Согласование транзисторов — это не что иное, как соединение транзисторов NPN и PNP в единой конструкции для генерации высокой мощности. Эта структура также называется «согласованной парой».Транзисторы NPN и PNP называются дополнительными транзисторами. В основном эти согласованные парные схемы используются в усилителях мощности, таких как усилители класса B. Если мы подключим дополнительные транзисторы, которые имеют одинаковые характеристики, то будет очень полезно управлять выходными каскадами в двигателях и крупногабаритном оборудовании, непрерывно производя высокую мощность.

Транзистор NPN проводит только в положительном полупериоде сигнала, а транзистор PNP проводит только в отрицательном полупериоде сигнала, поэтому устройство работает непрерывно.Эта непрерывная работа очень полезна в силовых двигателях для выработки постоянной мощности. Дополнительные транзисторы должны иметь одинаковое значение коэффициента усиления по постоянному току (β). Эти согласованные парные схемы используются в системах управления двигателями, робототехнике и усилителях мощности.

НАЗАД В начало

Обычно мы идентифицируем транзисторы PNP по их структуре. У нас есть некоторые различия в структурах транзисторов NPN и PNP при сравнении.Еще одна вещь для идентификации транзистора PNP: обычно транзистор PNP находится в состоянии ВЫКЛ для положительного напряжения и во включенном состоянии при небольшом выходном токе и отрицательном напряжении на его базе по отношению к эмиттеру. Но чтобы идентифицировать их наиболее эффективно, мы используем другую технику, вычисляя сопротивление между тремя выводами, такими как база, эмиттер и коллектор.

У нас есть несколько стандартных значений сопротивления для идентификации транзисторов NPN и PNP. Необходимо проверить каждую пару клемм в обоих направлениях на значения сопротивления, поэтому всего требуется шесть тестов.Этот процесс очень полезен для простой идентификации транзистора PNP. Теперь мы видим поведение каждой пары терминалов.

• Клеммы эмиттер-база: Область эмиттер-база действует как диод, но проводит только в одном направлении.
• Клеммы коллектор-база: Область коллектор-база также действует как диод, который проводит ток только в одном направлении.
• Клеммы эмиттер-коллектор: Область эмиттер-коллектор выглядит как диод, но он не будет проводить ни в одном направлении.

Теперь давайте посмотрим на таблицу значений сопротивления, чтобы определить как NPN-, так и PNP-транзисторы, как показано в следующей таблице.

НАЗАД К НАЧАЛУ

Схема на приведенном выше рисунке показывает транзистор PNP как переключатель. Работа этой схемы очень проста, если входной контакт транзистора (база) подключен к земле (т.е. отрицательное напряжение), тогда транзистор PNP находится в состоянии «ВКЛ», теперь напряжение питания на эмиттере проходит, а выходной контакт подтягивается. к большему напряжению.Если входной вывод подключен к высокому напряжению (то есть положительному напряжению), тогда транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ», поэтому выходное напряжение должно быть низким (нулем). Эта операция показывает условия переключения транзистора PNP из-за их состояний ВКЛ и ВЫКЛ.

НАЗАД В начало

• PNP-транзисторы используются для источника тока, т. Е. Ток течет из коллектора.
• Транзисторы PNP используются в качестве переключателей.
• Они используются в схемах усиления.
• Транзисторы PNP используются, когда нам нужно что-то выключить нажатием кнопки. т.е. аварийное отключение.
• Используется в парных схемах Дарлингтона.
• Используется в схемах согласованных пар для обеспечения непрерывной мощности.
• Используется в тяжелых двигателях для управления током.
• Используется в роботизированных приложениях.

НАЗАД

ПРЕДЫДУЩИЙ — ТРАНЗИСТОР NPN

СЛЕДУЮЩИЙ — КОНФИГУРАЦИИ ТРАНЗИСТОРА

Транзисторные схемы | Electronics Club

Типы | Токи | Функциональная модель | Использовать как переключатель | Выход IC | Датчики | Инвертор | Дарлингтон пара

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, включены в страница транзисторов.

Типы транзисторов

Есть два типа стандартных (биполярных) транзисторов, NPN и PNP , с разными обозначениями схем. Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор. Большинство используемых сегодня транзисторов являются NPN-транзисторами, потому что их проще всего сделать из кремния. Эта страница в основном посвящена транзисторам NPN, и новичкам следует сначала сосредоточиться на этом типе.

Выводы имеют маркировку база (B), коллектор (C) и эмиттер (E). Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но их не так много. Помогите понять, как используется транзистор, поэтому относитесь к ним как к ярлыкам.

Обозначения схем транзисторов

Пара Дарлингтона — это два транзистора, соединенные вместе. чтобы дать очень высокий коэффициент усиления по току.

Помимо стандартных (биполярный переход) транзисторов, есть полевых транзисторов , которые обычно обозначаются как FET s.У них разные символы схем и свойства, и они не рассматриваются на этой странице.

Rapid Electronics: транзисторы

Токи транзисторов

На схеме показаны два пути тока через транзистор.

Малый базовый ток управляет большим током коллектора .

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

Когда переключатель разомкнут базовый ток не течет, поэтому транзистор отключается коллекторный ток. Оба светодиода выключены.

Вы можете построить эту схему с двумя стандартными 5-миллиметровыми красными светодиодами и любым универсальным маломощным Транзистор NPN (например, BC108, BC182 или BC548).Это хороший способ проверить транзистор и убедиться, что он работает.

Транзистор усиливает ток и может использоваться как переключатель, как описано на этой странице.

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

Режим общего эмиттера

Это устройство, в котором эмиттер (E) находится в цепи управления (базовый ток) а в управляемой цепи (коллекторный ток) называется общим эмиттерным режимом .Это наиболее широко используемая схема транзисторов, поэтому ее нужно изучить в первую очередь.

Функциональная модель транзистора NPN

Функционирование транзистора сложно объяснить и понять с точки зрения его внутренней структуры. Более полезно использовать эту функциональную модель.

• Переход база-эмиттер ведет себя как диод.
• A базовый ток I _B протекает только при напряжении V _BE через переход база-эмиттер равен 0.7В или больше.
• Ток малой базы I _B управляет током большого коллектора Ic варьируя сопротивление R _CE .
• Ic = h _FE × I _B (если транзистор не открыт и не насыщен). h _FE — коэффициент усиления по току (строго по постоянному току), Типичное значение для h _FE равно 100 (это отношение, поэтому у него нет единиц измерения).
• Сопротивление коллектор-эмиттер R _CE контролируется током базы I _B :
  I _B = 0 , R _CE = бесконечность, транзистор выключен
  I _B малый , R _CE уменьшенный, транзистор частично включен
  I _B увеличено , R _CE = 0, транзистор полностью открыт («насыщен»)

Дополнительные примечания:

• Базовый ток I _B должен быть ограничен, чтобы предотвратить повреждение транзистора. и резистор может быть подключен последовательно с базой.
• Транзисторы имеют максимальный номинальный ток коллектора Ic.
• Коэффициент усиления по току h _FE может широко варьироваться , даже для однотипных транзисторов!
• Транзистор, заполненный на на (с R _CE = 0), называется « насыщенный ».
• Когда транзистор насыщен, напряжение коллектор-эмиттер В _CE снижается почти до 0В.
• Когда транзистор насыщается, определяется ток коллектора Ic. напряжением питания и внешним сопротивлением в цепи коллектора, а не коэффициент усиления транзистора по току.В результате соотношение Ic / I _B для насыщенного транзистора коэффициент усиления по току меньше _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 ВКЛЮЧЕННЫМ . Он никогда не должен быть включен частично (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, и транзистор находится в считается насыщенным , потому что он больше не может пропускать ток коллектора Ic.

Устройство, переключаемое транзистором, называется нагрузкой .

При выборе транзистора для использования в качестве переключателя необходимо учитывать его максимальный ток коллектора. Ic (макс.) и его минимальное усиление по току ч _FE (мин.) . Номинальное напряжение транзистора может быть проигнорировано при напряжении питания менее 15 В.

Технические данные транзистора

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

Мощность, развиваемая переключающим транзистором, должна быть очень маленькой

Мощность, развиваемая транзистором, отображается как тепла , и транзистор будет разрушен, если 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 маленькой.

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

Может ли реле быть лучше транзисторного переключателя?

Транзисторы не могут переключать переменный ток или высокое напряжение (например, электросеть), и они обычно не лучший выбор для коммутации больших токов (> 5A).Реле подходят для всех этих ситуаций, но учтите, что для переключения тока катушки реле может все же потребоваться маломощный транзистор. Для получения дополнительной информации, включая преимущества и недостатки, 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 к нагрузке, чтобы защитить транзистор от кратковременное высокое напряжение, возникающее при отключении нагрузки.

На схеме показано, как защитный диод подключен к нагрузке «в обратном направлении», в данном случае катушка реле.

Для этого подходит сигнальный диод типа 1N4148.

Зачем нужен защитный диод?

Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно схлопывается. при отключении тока. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает кратковременное высокое напряжение на катушке, которое может повредить транзисторы и микросхемы.Защитный диод позволяет индуцированному 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 микросхем.

Подключение транзистора к выходу включения / выключения цифровой ИС

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

Базовый резистор ограничивает ток, протекающий в базу транзистора, чтобы предотвратить его повреждение. но он также должен пропускать достаточный базовый ток, чтобы транзистор был полностью насыщен. при включении.

Транзистор, который не полностью насыщен 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 для обеспечения полного насыщения.

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 связаны и транзистор NPN используется на выходе IC. Однако, если на выходе IC используется транзистор PNP, положительные (+) соединения вместо этого должны быть связаны.

Выбор транзистора и базового резистора для цифрового выхода ИМС

Следуйте этому пошаговому руководству, чтобы выбрать подходящий транзистор для подключения к выходу включения / выключения. цифровой ИС (логический вентиль, счетчик, PIC, микроконтроллер и т. д.) для переключения нагрузки, такой как лампа, двигатель или реле. Данные о транзисторах можно получить у большинства поставщиков, например см. Быстрая электроника.

1. Выберите правильный тип транзистора, NPN или PNP

Вы хотите, чтобы нагрузка включалась, когда выход IC высокий? Или когда он или низкий?

• Для включения, когда на выходе IC высокий , используйте NPN-транзистор .
• Для включения, когда на выходе IC 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 включена, когда выход IC имеет высокий уровень

Транзисторный переключатель PNP
нагрузка включена, когда выход IC низкий

2.Узнайте напряжение питания и характеристики нагрузки.

Для определения требуемых свойств 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. Определить требуемые свойства транзистора

Выберите транзистор правильного типа (NPN или PNP из шага 1), чтобы удовлетворить следующие требования:

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

  Ic (макс.)>	напряжение питания Vs
  	сопротивление нагрузки R L

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

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

4. Определите значение для базового резистора R

Базовый резистор (R _B ) должен пропускать ток, достаточный для обеспечения нормальной работы транзистора. полностью насыщен при включении, и хорошо бы увеличить ток базы (I _B ) примерно в пять раз значение, которое просто насыщает транзистор.Воспользуйтесь приведенной ниже формулой, чтобы найти подходящее сопротивление для R _B и выбрать ближайшее стандартное значение.

Примечание: Если ИС и нагрузка имеют разные напряжения питания, например 5 В для ИС но 12 В для нагрузки используйте формулу ниже для R _B :

5.Проверьте, нужен ли вам защитный диод

Если включаемой и выключаемой нагрузкой является двигатель, реле или соленоид (или любое другое устройство с катушкой): диод должен быть подключен к нагрузке, чтобы защитить транзистор от короткого замыкания. высокое напряжение, возникающее при отключении нагрузки. Обратите внимание, что диод подключен «наоборот», как показано на рисунке. на диаграммах выше.

Пример

Выход из КМОП-микросхемы серии 4000 требуется для работы реле с 100, включается, когда выход IC высокий.Напряжение питания составляет 6 В как для ИС, так и для нагрузки. ИС может обеспечивать максимальный ток 5 мА.

• Требуется транзистор NPN , потому что катушка реле должна быть включена, когда выход IC высокий.
• Ток нагрузки = Vs / R _L = 6/100 = 0,06 A = 60 мА, поэтому транзистор должен иметь Ic (макс.)> 60 мА .
• Максимальный ток от ИС составляет 5 мА, поэтому транзистор должен иметь ч _FE (мин)> 60 (5 × 60 мА / 5 мА).
• Выберите транзистор малой мощности общего назначения BC182 с Ic (макс.) = 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 схемах ниже показано, как подключить LDR (датчик освещенности) к транзистору, чтобы светочувствительный переключатель цепи на светодиоде. Есть две версии: одна включается в темноте, другая при ярком свете.Переменный резистор регулирует чувствительность. Для переключения светодиода можно использовать любой транзистор малой мощности общего назначения.

Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки (например, двигателя или реле) вместо светодиода, вы должны включить защитный диод поперек нагрузки.

Если переменный резистор находится между + Vs и базой, вы должны добавить резистор с фиксированным номиналом не менее 1к (10к в примере ниже) для защиты транзистора, когда переменный резистор уменьшен до нуля, в противном случае чрезмерная база ток разрушит транзистор.

Светодиод загорается, когда LDR темно

Светодиод загорается при яркости LDR

Обратите внимание, что переключающее действие этих простых схем не очень хорошее, потому что будет промежуточная яркость, когда транзистор будет частично на (не насыщенный). В этом состоянии транзистор может перегреться, если он не коммутирует небольшой ток. Нет проблем с малым током светодиода, но больший ток лампы, двигателя или реле может вызвать перегрев.

Другие датчики, например термистор, могут использоваться с этими схемами, но для них может потребоваться другой переменный резистор. Вы можете рассчитать приблизительное значение переменного резистора (Rv), используя мультиметр для определения минимального и максимального значений сопротивления датчика (Rmin и Rmax), а затем по этой формуле:

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

Вы можете сделать гораздо лучшую схему переключения, подключив датчики к подходящему IC (чип). Действие переключения будет намного более резким без частичного включения.

Транзисторный инвертор (НЕ затвор)

Дарлингтон пара

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

Пара ведет себя как одиночный транзистор с очень высоким коэффициентом усиления по току, так что для включения пары требуется лишь крошечный базовый ток.

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона (h _FE ) равен двум индивидуальным коэффициентам усиления (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 являются соединены последовательно так 1.Для включения требуется 4В.

Rapid Electronics: транзисторы Дарлингтона

Транзисторы Дарлингтона

пары Дарлингтона доступны в виде корпуса «транзистор Дарлингтона» с тремя выводами. (B, C и E) эквивалентно стандартному транзистору.

Вы также можете сделать свою собственную пару Дарлингтона из двух обычных транзисторов. TR1 может быть маломощным, но TR2 может потребоваться высокая мощность. Максимальный ток коллектора Ic (max) для пары такой же, как Ic (max) для TR2.

Цепь сенсорного переключателя

Пара Дарлингтона достаточно чувствительна, чтобы реагировать на небольшой ток, проходящий через ваша кожа, и его можно использовать для изготовления сенсорного переключателя , как показано на схеме.

Для этой схемы, которая просто зажигает светодиод, два транзистора могут быть любого общего назначения. транзисторы малой мощности назначения.

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

Схема сенсорного переключателя

Rapid Electronics любезно разрешили мне использовать их изображения на этом веб-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

Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому. На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден.Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google. Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

клуб электроники.инфо © Джон Хьюс 2021

транзисторов | Electronics Club

Типы | Подключение | Пайка | Тестирование | Коды | Выбор | Радиаторы

На этой странице описаны практические вопросы, такие как меры предосторожности при пайке и идентификации выводов. Для получения информации о работе и использовании транзисторов в схемах см. страница транзисторных схем.

Транзисторы усиливают ток , например, их можно использовать для усиления малого выхода ток от логической ИС, чтобы он мог управлять лампой, реле или другим сильноточным устройством.Во многих схемах используется резистор для преобразования изменяющегося тока в изменяющееся напряжение, поэтому транзистор используется для усиления напряжения .

Транзистор может использоваться в качестве переключателя (либо полностью включен с максимальным током, либо полностью выключен с нет тока) и как усилитель (всегда частично включен).

Величина усиления тока называется усилением по току , символ h _FE (один из многих параметров транзисторов, каждый со своим символом).

Типы транзисторов

Есть два типа стандартных (биполярных) транзисторов, NPN и PNP , с разными обозначениями схем, как показано. Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор. Большинство используемых сегодня транзисторов являются NPN-транзисторами, потому что их проще всего сделать из кремния. Если вы новичок в электронике, лучше всего начать с изучения того, как использовать транзисторы NPN.

Выводы имеют маркировку база (B), коллектор (C) и эмиттер (E).Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но их не так много. Помогите понять, как используется транзистор, поэтому относитесь к ним как к ярлыкам.

Пара Дарлингтона — это два транзистора, соединенные вместе. чтобы дать очень высокий коэффициент усиления по току.

В дополнение к биполярным переходным транзисторам существует полевых транзисторов , которые обычно обозначается как FET s. У них разные символы схем и свойства, и они не рассматриваются на этой странице.

Подключение

три вывода, которые должны быть подключены правильно. Будьте осторожны, так как неправильно подключенный транзистор может быть немедленно поврежден при включении.

Ориентация транзистора может быть ясна из схемы разводки печатной платы или монтажной платы, в противном случае вы необходимо обратиться к каталогу поставщика или на веб-сайте, чтобы определить потенциальных клиентов.

На чертежах показаны выводы для некоторых распространенных типов корпусов транзисторов.

Обратите внимание, что схемы выводов транзисторов показывают вид с ниже с ведет к вам.Это противоположно схемам выводов IC, которые показывают вид сверху.

Пайка

Транзисторы могут быть повреждены нагреванием при пайке, поэтому, если вы не являетесь экспертом, это Целесообразно использовать радиатор, прикрепленный к проводу между соединением и корпусом транзистора. Можно купить специальный инструмент, но стандартный зажим «крокодил» (без пластиковой крышки). работает так же хорошо и дешевле.

Не путайте этот временный радиатор с постоянным радиатором (описанным ниже) что может потребоваться для силового транзистора, чтобы предотвратить его перегрев во время работы.

Проверка транзистора

Транзисторы могут быть повреждены нагревом при пайке или неправильным использованием в цепи. Если вы подозреваете, что транзистор может быть поврежден, есть два простых способа его проверить:

1. Проверка мультиметром

Используйте мультиметр или простой тестер (аккумулятор, резистор и светодиод) чтобы проверить каждую пару проводов на проводимость. Установите цифровой мультиметр на проверку диодов и аналоговый мультиметр для диапазона низкого сопротивления.

Проверить каждую пару проводов в обе стороны (всего шесть тестов):

• Переход база-эмиттер (BE) должен вести себя как диод, а проводить только в одном направлении .
• Переход база-коллектор (BC) должен вести себя как диод, а проводить только в одном направлении .
• Коллектор-эмиттер (CE) не должен вести в любом случае .

На схеме показано, как ведут себя переходы в NPN-транзисторе. В транзисторе PNP диоды перевернуты, но можно использовать ту же процедуру тестирования.

Проверка NPN транзистора

2. Тестирование по простой схеме

Подключите транзистор в показанную простую схему.Напряжение питания не критично, подходит от 5В до 12В. Эту схему можно быстро построить, например, на макете. Позаботьтесь о включении 10k резистор в соединении с базой, иначе вы разрушите транзистор, когда будете его проверять!

Если транзистор в порядке, светодиод должен загореться при нажатии переключателя. и не загорается при отпускании переключателя.

Для проверки транзистора PNP используйте ту же схему, но поменяйте местами светодиод и напряжение питания.

Некоторые мультиметры имеют функцию проверки транзисторов, которая обеспечивает известный базовый ток и измеряет ток коллектора, чтобы отобразить Коэффициент усиления по постоянному току транзистора h _FE .

Простая схема переключения
для проверки транзистора NPN

Коды транзисторов

В Великобритании используются три основных серии кодов транзисторов:

Коды, начинающиеся с B (или A), например BC108

Первая буква B — кремний, A — германий (сейчас используется редко). Вторая буква указывает на тип; например, C означает звуковую частоту малой мощности; D означает звуковую частоту высокой мощности; F означает низкую мощность и высокую частоту.Остальная часть кода идентифицирует конкретный транзистор. В системе нумерации нет очевидной логики. Иногда в конце добавляется буква (например, BC108C) для обозначения специальной версии. основного типа, например, с более высоким коэффициентом усиления по току или другим типом корпуса. Если в проекте указана версия с более высоким коэффициентом усиления (BC108C), ее необходимо использовать, но если указан общий код (BC108), подходит любой транзистор с этим кодом.

Коды, начинающиеся с TIP, например TIP31A

TIP относится к производителю: силовой транзистор Texas Instruments.Буква в конце обозначает версии с разным номинальным напряжением.

Коды, начинающиеся с 2N, например 2N3053

Начальная цифра «2N» определяет деталь как транзистор, а остальную часть кода. обозначает конкретный транзистор. В системе нумерации нет очевидной логики.

Выбор транзистора

В большинстве проектов указывается конкретный транзистор, но обычно вы можете заменить его эквивалентным транзистором. из широкого ассортимента.Наиболее важные характеристики, на которые следует обратить внимание, — это максимальный ток коллектора I _C и текущий коэффициент усиления h _FE . Чтобы упростить выбор, большинство поставщиков группируют свои транзисторы по категориям. определяется либо их типичным использованием , либо максимальной мощностью .

Чтобы сделать окончательный выбор, вам может потребоваться обратиться к таблицам технических данных, приведенным в каталогах, книгах и в Интернете. Они содержат много полезной информации, но их может быть трудно понять, если вы не знакомы с используемые термины и сокращения.

Вот некоторые из терминов, которые вы, вероятно, увидите:

Структура — тип транзистора, NPN или PNP, заменитель должен быть того же типа.

Стиль корпуса — расположение выводов.

I _C макс. — максимальный ток коллектора.

В _CE макс. — максимальное напряжение на переходе коллектор-эмиттер, игнорируйте это для цепей низкого напряжения.

ч _FE — коэффициент усиления по току (строго коэффициент усиления по постоянному току).Гарантированное минимальное значение дается потому, что фактическое значение варьируется от транзистора к транзистору — даже для транзисторов одного типа! Обратите внимание, что текущий коэффициент усиления — это просто число, поэтому у него нет единиц измерения. Коэффициент усиления часто указывается при определенном токе коллектора I _C который обычно находится в середине диапазона транзистора, например, «100 @ 20 мА» означает, что коэффициент усиления составляет не менее 100 при 20 мА. Иногда указываются минимальные и максимальные значения. Поскольку коэффициент усиления примерно постоянен для различных токов, но он варьируется от От транзистора к транзистору эта деталь действительно интересует только специалистов.

P _до макс. — максимальная общая мощность, которую может развивать транзистор, обратите внимание, что радиатор потребуется для достижения максимального рейтинга. Этот рейтинг важен для транзисторы, работающие как усилители, имеют мощность примерно I _C × V _CE . Для транзисторов, работающих как переключатели, более важен максимальный ток коллектора (I _C макс.).

Категория — типичное использование транзистора, хорошая отправная точка при поиске замены.Для разных категорий могут быть отдельные таблицы.

Возможные замены — транзисторы с аналогичными электрическими свойствами, которые будут подходящими заменители в большинстве схем. Они могут иметь другой стиль корпуса, поэтому будьте осторожны при размещении на печатной плате.

Rapid Electronics: транзисторы

Радиаторы для транзисторов

Радиаторы необходимы для транзисторов, пропускающих большие токи.

Из-за протекающего через них тока в транзисторах выделяется избыточное тепло.Если вы обнаружите, что транзистор становится слишком горячим, чтобы дотронуться до него, безусловно, потребуется радиатор! Радиатор помогает рассеивать (отводить) тепло, передавая его в окружающий воздух.

Фотография © Rapid Electronics

Скорость образования отходящего тепла называется тепловой мощностью P. Обычно базовый ток I _B слишком мал, чтобы выделять много тепла, поэтому тепловой мощность определяется током коллектора I _C и напряжением V _CE на транзисторе:

Нагрев не является проблемой, если I _C небольшой или если транзистор используется в качестве переключение, потому что при «полном включении» V _CE почти ноль.Однако силовые транзисторы, используемые в таких схемах, как аудиоусилитель или регулятор скорости двигателя, будут частично отключены. в большинстве случаев напряжение V _CE может составлять примерно половину напряжения питания. Эти силовые транзисторы почти обязательно нужен радиатор, чтобы не допустить их перегрева.

обычно имеют отверстия под болты для крепления радиаторов, но также доступны прикрепляемые радиаторы. Убедитесь, что вы используете правильный тип транзистора. Многие транзисторы имеют металлические корпуса, которые подключены к одному из их выводов, поэтому может потребоваться изолировать радиатор от транзистора.Комплекты изоляционные доступны с листом слюды и пластиковой втулкой для болта. Теплопроводящая паста может использоваться для улучшения теплового потока от транзистора к радиатор, это особенно важно, если используется изоляционный комплект.

Мощность радиатора

Радиаторы имеют номинальное тепловое сопротивление (Rth) в ° C / Вт. Например, 2 ° C / Вт означает, что теплоотвод (и, следовательно, компонент, прикрепленный к нему) будет 2 ° C. горячее, чем окружающий воздух, на каждый 1 Вт тепла, которое он рассеивает.Обратите внимание, что более низкое тепловое сопротивление на означает, что на лучше радиатор .

Расчет требуемой мощности радиатора:

1. Сначала найдите рассеиваемую тепловую мощность:
   (в случае сомнений используйте наибольшее вероятное значение для I _C и предположите, что V _CE составляет половину напряжения питания).
   Пример: транзистор пропускает 1 А и подключен к источнику питания 12 В, поэтому мощность составляет около 1 × ½ × 12 = 6 Вт.
2. Найдите максимальную рабочую температуру (Tmax) транзистора, если это возможно, в противном случае предположим, что Tmax = 100 ° C.

3. Оцените максимальную температуру окружающей среды (окружающего воздуха) (Tair). Если радиатор будет находиться вне корпуса, разумно Tair = 25 ° C, но внутри он будет выше (возможно, 40 ° C), что позволит всему прогреться в процессе работы.
4. Рассчитайте максимальное тепловое сопротивление (Rth) радиатора, используя:
   

   Rth = (Tmax — Tair) / P

   Для примеров значений, приведенных выше: Rth = (100-25) / 6 = 12,5 ° C / Вт.
5. Выберите радиатор с тепловым сопротивлением, которое на меньше , чем значение, рассчитанное выше. (помните, что меньшее значение означает лучший теплоотвод), например, 5 ° C / Вт было бы разумным выбором, чтобы обеспечить запас прочности.Радиатор 5 ° C / Вт, рассеивающий 6 Вт, будет иметь разницу температур 5 × 6 = 30 ° C. Таким образом, температура транзистора повысится до 25 + 30 = 55 ° C (безопасно ниже максимального значения 100 ° C).
6. Все вышеизложенное предполагает, что транзистор имеет ту же температуру, что и радиатор. Это разумное предположение, если они надежно закреплены болтами или скреплены вместе. Однако вам, возможно, придется положить между ними лист слюды или что-то подобное, чтобы обеспечить электрическую изоляцию. тогда транзистор будет горячее, чем радиатор, и расчет станет более трудным.Для типичных листов слюды следует вычесть 2 ° C / Вт из значения теплового сопротивления (Rth), рассчитанного на шаге 4 выше.

Или используйте метод проб и ошибок!

Если описанные выше действия кажутся слишком сложными, вы можете попробовать установить радиатор умеренно большого размера и надеяться на лучшее. Осторожно следите за температурой транзистора пальцем, если он сильно нагревается, выключите немедленно и используйте радиатор большего размера.

Rapid Electronics: радиаторы

Почему термическое сопротивление?

Термин « термическое сопротивление » используется потому, что он аналогичен электрическому сопротивлению:

• Разница температур на радиаторе (между транзистором и воздухом) подобна напряжению (разности потенциалов) на резисторе.
• Тепловая мощность (скорость нагрева), протекающая через радиатор от транзистора к воздуху, подобна току, протекающему через резистор.
• Таким образом, R = V / I становится Rth = (Tmax — Tair) / P
• Точно так же, как вам нужна разница напряжений для протекания тока, вам нужна разница температур для протекания тепла.

Rapid Electronics любезно разрешили мне использовать их изображения на этом веб-сайте, и я очень благодарен за их поддержку. У них есть широкий ассортимент транзисторов и других компонентов для электроники, и я рад рекомендую их как поставщика.

Книг по комплектующим:

Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому. На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация.Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google. Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.

Различия между транзисторами NPN и PNP и их создание

Как p-n-p, так и n-p-n транзисторы являются основными транзисторами, которые подпадают под категорию транзисторов с биполярным переходом.Они используются в различных схемах усиления и схемах модуляции. Наиболее частым из его применений является режим полного включения и выключения, называемый переключателем.

Транзисторы NPN и PNP представляют собой транзисторы с биполярным переходом и являются основным электрическим и электронным компонентом, который используется для создания многих электрических и электронных проектов. В работе этих транзисторов участвуют как электроны, так и дырки. Транзисторы PNP и NPN допускают усиление тока.Эти транзисторы используются как переключатели, усилители или генераторы. Транзисторы с биполярным переходом можно найти в большом количестве в виде частей интегральных схем или в виде дискретных компонентов. В транзисторах PNP основными носителями заряда являются дырки, тогда как в транзисторах NPN электроны являются основными носителями заряда. Но полевые транзисторы имеют только один тип носителя заряда.

В основе формирования этих транзисторов лежат диоды с p-n переходом. Как и в транзисторах n-p-n, n-типы являются в большинстве своем, поэтому они включают избыточное количество электронов в качестве носителей заряда.В p-n-p транзисторах есть два p-типа, в результате чего большинство носителей заряда представляют собой дырки.

Основное различие между транзисторами NPN и PNP заключается в том, что транзистор NPN включается, когда ток течет через базу транзистора. В этом типе транзистора ток течет от коллектора (C) к эмиттеру (E). Транзистор PNP включается, когда на базе транзистора нет тока. В этом транзисторе ток течет от эмиттера (E) к коллектору (C).Таким образом, зная это, транзистор PNP включается низким сигналом (земля), тогда как транзистор NPN включается высоким сигналом (током).

Транзистор PNP

Транзистор PNP — это транзистор с биполярным переходом; В транзисторе PNP первая буква P указывает полярность напряжения, необходимого для эмиттера; вторая буква N указывает полярность цоколя. Работа транзистора PNP прямо противоположна работе транзистора NPN.В транзисторах этого типа большинство носителей заряда — дырки. По сути, этот транзистор работает так же, как транзистор NPN. Материалы, которые используются для изготовления выводов эмиттера, базы и коллектора в транзисторе PNP, отличаются от материалов, используемых в транзисторе NPN. Схема смещения транзистора PNP показана на рисунке ниже. Клеммы база-коллектор PNP-транзистора всегда имеют обратное смещение, поэтому для коллектора необходимо использовать отрицательное напряжение. Следовательно, вывод базы PNP-транзистора должен быть отрицательным по отношению к выводу эмиттера, а коллектор должен быть отрицательным, чем база.

Изготовление транзистора PNP

Конфигурация транзистора PNP показана ниже. Характеристики транзисторов PNP и NPN аналогичны, за исключением того, что смещение направления напряжения и тока меняются местами для любой из трех возможных конфигураций, таких как общая база (CB), общий эмиттер (CE) и общий коллектор (CC). .Напряжение между базой и выводом эмиттера VBE отрицательное на выводе базы и положительное на выводе эмиттера, потому что для транзистора PNP вывод базы всегда смещен отрицательно по отношению к эмиттеру.Кроме того, напряжение эмиттера положительно по отношению к коллектору (VCE).

Источники напряжения подключены к транзистору PNP, который показан на рисунке. Эмиттер подключен к Vcc с помощью RL, этот резистор ограничивает максимальный ток, протекающий через устройство, которое подключено к клемме коллектора. Базовое напряжение VB подключено к базовому резистору RB, который смещен отрицательно по отношению к эмиттеру. Чтобы ток базы протекал через PNP-транзистор, клемма базы должна быть более отрицательной, чем клемма эмиттера, примерно на 2,8%.0,7 В или устройство Si.

Основное различие между PNP и PN-транзисторами заключается в правильном смещении переходов транзистора; направления тока и полярности напряжения всегда противоположны друг другу.

Основы P-N-P

Транзисторы p-n-p сформированы с n-типом, присутствующим между p-типами. Большинство носителей, ответственных за генерацию тока, в этом транзисторе являются дырками. Рабочая операция аналогична работе n-p-n.Но приложения напряжений или токов с точки зрения полярности различаются.

Транзистор NPN

Транзистор NPN представляет собой транзистор с биполярным переходом. В транзисторе NPN первая буква N указывает отрицательно заряженный слой материала, а P указывает положительно заряженный слой. Эти транзисторы имеют положительный слой, расположенный между двумя отрицательными слоями. Транзисторы NPN обычно используются в схемах для переключения, усиления электрических сигналов, которые проходят через них.Эти транзисторы содержат три вывода, а именно базу, коллектор и эмиттер, и эти выводы соединяют транзистор с печатной платой. Когда ток протекает через NPN-транзистор, клемма базы транзистора принимает электрический сигнал, коллектор создает более сильный электрический ток, чем тот, который проходит через базу, а эмиттер передает этот более сильный ток на остальную часть схемы. В этом транзисторе ток течет через вывод коллектора к эмиттеру.

Обычно этот транзистор используется потому, что его очень легко изготовить. Для правильной работы NPN-транзистора он должен быть сформирован из полупроводникового материала, который пропускает электрический ток, но не в максимальном количестве, как у очень проводящих материалов, таких как металл. «Si» — один из наиболее часто используемых полупроводников, а транзисторы NPN — самые простые транзисторы, которые можно сделать из кремния. Применение транзистора NPN находится на печатной плате компьютера. Компьютерам необходимо преобразовать всю свою информацию в двоичный код, и этот процесс достигается с помощью множества маленьких переключателей на печатных платах компьютеров.Для этих переключателей можно использовать транзисторы NPN. Мощный электрический сигнал включает переключатель, а отсутствие сигнала выключает его.

Изготовление транзистора NPN

Конструкция транзистора NPN показана ниже. Напряжение на выводе базы положительное, а на выводе эмиттера — отрицательное из-за транзистора NPN. Вывод базы всегда положительный по отношению к выводу эмиттера, а также напряжение питания коллектора положительно относительно вывода эмиттера.В NPN-транзисторе коллектор подключен к VCC через нагрузочный резистор RL. Этот нагрузочный резистор ограничивает ток, протекающий через максимальный ток базы. В этом транзисторе движение электронов через вывод базы, составляющее действие транзистора. Основная особенность действия транзистора — связь между входной и выходной цепями. Потому что усилительные свойства транзистора проистекают из последующего управления, которое база применяет к коллектору для эмиттерного тока.

Транзистор — это устройство, работающее от тока. Когда транзистор включен, большой ток IC протекает между коллектором и эмиттером внутри транзистора. Однако это происходит только тогда, когда через базовый вывод транзистора протекает небольшой ток смещения Ib. Это биполярный транзистор NPN; ток — это отношение этих двух токов (Ic / Ib), которое называется коэффициентом усиления постоянного тока устройства и обозначается символом «hfe» или в настоящее время beta. Значение бета может быть большим, вплоть до 200 для стандартных транзисторов, и именно это соотношение между Ic и Ib делает транзистор полезным усилителем.Когда этот транзистор используется в активной области, то Ib обеспечивает вход, а Ic обеспечивает выход. Бета не имеет единиц, так как это соотношение.

Коэффициент усиления транзистора по току от коллектора до эмиттера называется альфа, то есть Ic / Ie, и он является функцией самого транзистора. Поскольку ток эмиттера Ie является суммой небольшого тока базы и большого тока коллектора, значение альфа очень близко к единице, а для типичного сигнального транзистора малой мощности это значение находится в диапазоне примерно от 0.950 до 0,999.

Разница между NPN и PNP транзисторами:

Транзисторы с биполярным переходом представляют собой трехконтактные устройства, изготовленные из легированных материалов, часто используемых в приложениях для усиления и переключения. По сути, в каждом BJT есть пара диодов с PN переходом. Когда пара диодов соединяется, она образует сэндвич, который помещает полупроводник между двумя одинаковыми типами. Таким образом, существует только два типа биполярных сэндвичей, а именно PNP и NPN.В полупроводниках NPN имеют характерно более высокую подвижность электронов по сравнению с подвижностью дырок. Следовательно, он пропускает большой ток и работает очень быстро. Кроме того, этот транзистор легко сделать из кремния.

• Транзисторы PNP и NPN состоят из разных материалов, и ток в этих транзисторах также отличается.
• В транзисторе NPN ток течет от коллектора (C) к эмиттеру (E), тогда как в транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору.
• Транзисторы PNP состоят из двух слоев материала P с прослоенным слоем из N. Транзисторы NPN состоят из двух слоев материала N и зажаты одним слоем материала P.
• В транзисторе NPN положительное напряжение подается на вывод коллектора, чтобы создать ток от коллектора к транзистору PNP, положительное напряжение подается на вывод эмиттера, чтобы вызвать поток тока от эмиттера к коллектору.
• Принцип работы NPN-транзистора таков, что когда вы увеличиваете ток на выводе базы, транзистор включается, и он полностью проводит от коллектора к эмиттеру.Когда вы уменьшаете ток на клемме базы, транзистор включается меньше, и пока ток не станет настолько низким, транзистор больше не будет проводить через коллектор к эмиттеру и выключится.
• Принцип работы PNP-транзистора таков, что когда ток присутствует на клемме базы транзистора, транзистор закрывается. Когда на клемме базы транзистора PNP нет тока, транзистор включается.

Это все о разнице между транзисторами NPN и PNP, которые используются для создания многих электрических и электронных проектов.Кроме того, любые вопросы по этой теме или проектам в области электротехники и электроники вы можете оставить в комментариях в разделе комментариев ниже.

Сравнение транзисторов N-P-N и P-N-P

1). В этом присутствует большинство n-типов.
1). В нем присутствует большинство материалов p-типа.

2). Большинство концентраций носителей — электроны.
2). Большинство концентраций носителей в транзисторах этого типа — дырочные.

3). В этом случае, если на клеммную базу подается повышенный ток, транзистор переключается в режим ВКЛ.
3). В этом случае при малых значениях токов транзистор включен. В противном случае при больших значениях токов транзисторы выключены.

4). Символьное представление транзистора n-p-n:

Символ транзистора N-P-N

4). Символьное представление транзистора p-n-p:

Символ транзистора P-N-P

5).В транзисторе n-p-n протекание тока очевидно от коллектора к выводам эмиттера.
5). В p-n-p-транзисторе поток тока можно увидеть от выводов эмиттера к коллектору.

6). В этом транзисторе стрелка указывает.
6). В этом транзисторе стрелка всегда указывает внутрь.

Стрелки на транзисторах n-p-n и p-n-p показывают основные различия между транзисторами. Стрелка в n-p-n направлена ​​в сторону эмиттера, тогда как для p-n-p стрелка направлена ​​в обратном направлении.В обоих случаях стрелка указывает направление потока тока.

Следовательно, конструкция n-p-n и p-n-p проста. Управление будет таким же, но полярности смещения будут разными. Теперь, после обсуждения основ n-p-n и p-n-p, можете ли вы сказать, какой из них предпочтительнее во время амплификации и почему?

Фото:

• Транзистор NPN и PNP от ggpht
• Транзистор PNP от wikimedia
• Создание транзистора PNP с помощью электронных руководств

Транзистор PNP — как это работает?

Транзистор PNP для многих является загадкой.Но этого не должно быть. Если вы хотите разрабатывать схемы с транзисторами, действительно стоит знать об этом типе транзисторов.

Например: Хотите, чтобы свет автоматически включался, когда стемнеет? Транзистор PNP облегчит вам задачу.

В своей статье, как работают транзисторы, я объяснил, как работает стандартный транзистор NPN . Если вы еще этого не сделали, я действительно настоятельно рекомендую вам сначала прочитать эту статью.

Если вы разбираетесь в транзисторе NPN , вам будет легче понять транзистор PNP .Они работают примерно одинаково, с одним существенным отличием: токи в транзисторе PNP протекают в направлении, противоположном токам в транзисторе NPN.

Примечание. Эта тема намного проще, если вы понимаете ток и напряжение.

Как работают транзисторы PNP

Транзистор PNP имеет те же названия ножек, что и NPN:

PNP-транзистор «включается», когда у вас есть небольшой ток, идущий от эмиттера к базе транзистора.Когда я говорю «включить», я имею в виду, что транзистор открывает канал между эмиттером и коллектором. И этот канал может нести гораздо больший ток.

Для протекания тока от эмиттера к базе необходима разница напряжений около 0,7 В. Поскольку ток идет от эмиттера к базе, база должна быть на 0,7 В на ниже, чем на , чем у эмиттера.

Устанавливая базовое напряжение PNP-транзистора на 0,7 В ниже, чем у эмиттера, вы «включаете транзистор» и позволяете току течь от эмиттера к коллектору.

Я знаю, что это может показаться немного запутанным, поэтому читайте дальше, чтобы узнать, как можно разработать схему с транзистором PNP.

Пример: схема транзистора PNP

Давайте посмотрим, как создать простую схему на транзисторе PNP. С помощью этой схемы вы можете использовать для включения светодиода, когда он темнеет.

Шаг 1. Излучатель

Прежде всего, чтобы включить PNP-транзистор, необходимо, чтобы напряжение на базе было на ниже, чем на эмиттера. Для такой простой схемы обычно подключают эмиттер к плюсу источника питания.Таким образом, вы будете знать, какое напряжение у вас на эмиттере.

Шаг 2: что вы хотите контролировать

Когда транзистор включается, ток может течь от эмиттера к коллектору. Итак, давайте подключим то, что мы хотим контролировать: светодиод. Поскольку к светодиоду всегда должен быть включен резистор, давайте добавим резистор.

Вы можете заменить светодиод и резистор на все, что хотите.

Шаг 3. Транзисторный вход

Для включения светодиода нужно включить транзистор, чтобы открылся канал от эмиттера к коллектору.Чтобы включить транзистор, вам нужно, чтобы напряжение на базе было на 0,7 В ниже, чем на эмиттере, что составляет 9 В — 0,7 В = 8,3 В.

Например, теперь вы можете включить светодиод, когда он темнеет, используя фоторезистор и стандартный резистор, настроенный как делитель напряжения.

Напряжение на базе не будет вести себя в точности так, как вам говорит формула делителя напряжения. Это связано с тем, что транзистор тоже влияет на напряжение.

Но в целом, когда номинал фоторезистора большой (нет света), напряжение будет близко к 8.3V и транзистор включен (что включает светодиод). Когда номинал фоторезистора низок (присутствует много света), напряжение будет близко к 9 В и отключит транзистор (который отключает светодиод).

Что контролирует базовое напряжение?

Вы можете спросить: «Как фоторезистор и резистор на базе волшебным образом создали правильное напряжение 8,3 В в темноте?»

Это отчасти потому, что эмиттер и база составляют диод. И диод всегда пытается накапливать напряжение на своем диоде.Этот конкретный диод имеет диодное напряжение около 0,7 В. А 8,3 В на 0,7 В меньше 9 В.

Но это также отчасти потому, что размер фоторезистора и резистора на базе устанавливает напряжение в правильном диапазоне.

Проверьте мою схему

Вот видео схемы в действии:

В этом видео я использовал транзистор BC557 PNP. Это один из транзисторов, который Джеймс Льюис рекомендует в своей статье о 4 лучших транзисторах, которые следует держать в комплекте деталей.

Фоторезистор, который я использовал, имеет сопротивление около 10 кОм, когда он светлый, и 1 МОм, когда он темный. Резистор на базе транзистора представляет собой резистор 100 кОм. Светодиод является стандартным выходным светодиодом. И резистор, включенный последовательно со светодиодом, составляет 470 Ом.

Если у вас есть какие-либо вопросы или комментарии, дайте мне знать в поле для комментариев ниже!

Что такое транзистор PNP? — Определение, символ, конструкция и работа

Определение: Транзистор, в котором один материал n-типа легирован двумя материалами p-типа, такого типа транзистор, известен как транзистор PNP.Это устройство, управляемое током. Небольшая величина базового тока контролировала как эмиттерный, так и коллекторный ток. Транзистор PNP имеет два кристаллических диода, соединенных спина к спине. Левая сторона диода известна как диод эмиттер-база, а правая сторона диода известна как диод коллектор-база.

Отверстие является основным носителем транзисторов PNP, которые составляют в нем ток. Ток внутри транзистора формируется из-за изменения положения отверстий, а в выводах транзистора — из-за потока электронов.Транзистор PNP включается, когда через базу протекает небольшой ток. Направление тока в транзисторе PNP — от эмиттера к коллектору.

Буква PNP-транзистора указывает напряжение, требуемое для эмиттера, коллектора и базы транзистора. База PNP-транзистора всегда была отрицательной по отношению к эмиттеру и коллектору. В транзисторе PNP электроны снимаются с клеммы базы. Ток, который входит в базу, усиливается на концах коллектора.

Обозначение транзистора PNP

Обозначение транзистора PNP показано на рисунке ниже. Стрелка внутрь показывает, что направление тока в транзисторе PNP — от эмиттера к коллектору.

Конструкция транзистора PNP

Конструкция транзистора PNP показана на рисунке ниже. Переход эмиттер-база подключен с прямым смещением, а переход коллектор-база подключен с обратным смещением. Эмиттер, который подключен в прямом смещении, притягивает электроны к батарее и, следовательно, составляет ток, протекающий от эмиттера к коллектору.

База транзистора всегда положительна по отношению к коллектору, так что отверстие от коллекторного перехода не может войти в базу. И база-эмиттер удерживается впереди, благодаря чему отверстия из области эмиттера входят в базу, а затем в область коллектора, пересекая область истощения.

Работа транзистора PNP

Переход эмиттер-база соединен с прямым смещением, из-за чего эмиттер проталкивает отверстия в области базы.Эти отверстия составляют эмиттерный ток. Когда эти электроны перемещаются в полупроводниковый материал или основу N-типа, они объединяются с электронами. База транзистора тонкая и очень слабо легированная. Следовательно, только несколько дырок в сочетании с электронами, а остальные перемещаются к слою объемного заряда коллектора. Отсюда развивается базовый ток.

База коллектора подключена с обратным смещением. Отверстия, которые собираются вокруг обедненной области под воздействием отрицательной полярности, собираются или притягиваются коллектором.Это развивает ток коллектора. Полный ток эмиттера протекает через ток коллектора I _C .

В чем разница между PNP и NPN?

Существует два основных типа транзисторов: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). БЮТ изготавливаются из легированных материалов и могут иметь конфигурацию NPN и PNP. Транзистор — это активное устройство с тремя выводами, и эти три вывода известны как эмиттер (E), база (B) и коллектор (C) ( рис.1 ). База отвечает за управление транзистором, в то время как коллектор является положительным выводом, а эмиттер — отрицательным выводом.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f3f6d5f267ee212b71» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2017 03 0417 Pn Pvs Npn F1 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2017/04/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2017_03_0417_PNPvsNPN_F1.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

1. Символ транзистора обозначает три клеммы. (Предоставлено Quora)

Физика полупроводников БЯТ здесь не обсуждается, но стоит упомянуть, что БЯТ изготавливается с тремя отдельно легированными областями с двумя переходами. PNP-транзистор имеет одну N-область между двумя P-областями ( Рис.2, ), тогда как NPN-транзистор имеет одну P-область между двумя N-областями ( Рис.3 ). Переходы между областями N и P аналогичны переходам в диодах, и они также могут быть смещенными в прямом или обратном направлении. БЮТ могут работать в разных режимах в зависимости от смещения перехода:

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f3f6d5f267ee212b73» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2017 03 0417 Pn Pvs Npn F2 «data-embed-src =» https: //img.electronicdesign.com / files / base / ebm / electronicdesign / image / 2017/04 / electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2017_03_0417_PNPvsNPN_F2.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

2. PNP-транзистор имеет слой полупроводника с примесью азота между двумя слоями материала с примесью фосфора (любезно предоставлено Wikibooks)

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f3f6d5f267ee212b75» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2017 03 0417 Pn Pvs Npn F3 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2017/04/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2017_03_0417_PNPvsNPN_F3.png?auto=format&fit=max&w=1440} «data-embed000»

3. NPN-транзистор имеет слой полупроводника с примесью P между двумя слоями с примесью азота (любезно предоставлено Wikibooks)

• Отсечка: BJT работает в этой зоне при переключениях. В отсечке транзистор неактивен.
• Активный: BJT работает в этой зоне для схем усилителя, потому что транзистор может действовать как довольно линейный усилитель.
• Насыщенность: BJT работает в этой зоне при переключениях. Транзистор выглядит как короткое замыкание между выводами коллектора и эмиттера.
• Reverse Active: Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении. Этот режим используется редко.

В транзисторе NPN положительное напряжение подается на вывод коллектора для создания тока, протекающего от коллектора к эмиттеру. В транзисторе PNP на вывод эмиттера подается положительное напряжение для создания тока, протекающего от эмиттера к коллектору.В транзисторе NPN ток течет от коллектора (C) к эмиттеру (E) (, рис. 4, ). Однако в транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору ( Рис. 5 ).

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f3f6d5f267ee212b77» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2017 03 0417 Pn Pvs Npn F4 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2017/04/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2017_03_0417_PNPvsNPN_F4.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

4. Стрелка показывает направление тока и то, как он всегда на эмиттере.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f3f6d5f267ee212b79» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы Загрузки 2017 03 0417 Pn Pvs Npn F5 «data-embed-src =» https: //img.electronicdesign.com / files / base / ebm / electronicdesign / image / 2017/04 / electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2017_03_0417_PNPvsNPN_F5.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

5. На NPN-транзисторе всегда указывается стрелка.

Понятно, что направления тока и полярности напряжения в PNP и NPN всегда противоположны друг другу. Для транзисторов NPN требуется источник питания с положительной полярностью относительно общих выводов, но для транзисторов PNP требуется источник питания с отрицательной полярностью.

работают примерно одинаково, но их режимы различаются из-за полярности тока. Например, чтобы перевести NPN в режим насыщения, VB должен быть выше, чем VC и VE. Вот краткое описание режимов работы в зависимости от их напряжения:

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f3f6d5f267ee212b7b» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2017 03 0417 Np Nvs Pnp Table1 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2017/04/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2017_03_0417_NPNvsPNP_Table1.png?auto=format&fit=max&w=1440} «data -000″ data -000 »

Вот список некоторых классических универсальных BJT:

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f3f6d5f267ee212b7d» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2017 03 0417 Np Nvs Pnp Table2 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2017/04/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2017_03_0417_NPNvsPNP_Table2.png?auto=format&fit=max&w=1440} «data -000″ data -000 »

Основной принцип любого BJT — управлять током третьей клеммы с помощью напряжения между двумя другими клеммами. Принцип работы NPN и PNP абсолютно одинаков. Единственная разница заключается в их смещении и полярности питания для каждого типа.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275f3f6d5f267ee212b7f» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2017 г. 03 Источник Esb Lookin For Parts Banner 0 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2017/04/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2017_electronicdesign.com_files_uploads_2017_Response_Look_Sook_Support_03_Art_Part ? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%