Устройство и принцип работы биполярного транзистора.

Всем доброго времени суток! В сегодняшней статье мы положим начало обсуждению очень важной и обширной темы, а именно транзисторам 🙂 Разберем теоретические аспекты работы, устройство, виды, рассмотрим принцип работы на практических примерах, методику расчета схем, в общем, постараемся затронуть абсолютно все!

Чтобы обсуждение было максимально структурированным и понятным, материал будет разбит на четкие разделы и разные статьи. А, поскольку транзисторы сразу же можно разделить на два крупных класса, а именно — биполярные и полевые, то так и поступим — начнем с подробного разбора биполярных и, изучив их полностью, перейдем к полевым.

Устройство биполярного транзистора.

И, первым делом, мы рассмотрим устройство биполярного транзистора и химические процессы, протекающие в нем. И в этом нам очень поможет статья о p-n переходе (ссылка), поскольку ключевые понятия мы будем использовать те же самые. Ведь транзистор есть ни что иное как три полупроводниковые области, которые формируют между собой два p-n перехода.

Кстати транзистор называется биполярным, потому что в переносе заряда участвуют и дырки, и электроны.

Итак, биполярный транзистор состоит из 3-х полупроводниковых областей. Причем тип примесной проводимости у этих областей чередуется:

То есть мы получаем два вида биполярных транзисторов — n-p-n и p-n-p. Давайте дальше все обсуждение строить на примере n-p-n транзисторов, суть для p-n-p будет такой же:

Называются эти три полупроводниковые области:

• эмиттер
• база
• коллектор

Тип проводимости эмиттера и коллектора одинаковый, но технологически они отличаются довольно значительно. Во-первых, общая область перехода база-эмиттер намного меньше общей области перехода база-коллектор. Зачем так сделано мы разберемся чуть позже. И, во-вторых, область коллектора содержит намного меньше примесей, чем область эмиттера.

Принцип работы биполярного транзистора.

Итак, транзистор содержит два p-n перехода (эмиттер-база и база-коллектор). Если не прикладывать к выводам транзистора никаких внешних напряжений, то на каждом из p-n переходов формируются области, обедненные свободными носителями заряда. Все в точности так же как здесь 🙂

В активном же режиме переход эмиттер-база (эмиттерный переход) имеет прямое смещение, а коллекторный переход — обратное.

Так как переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, то внешнее электрическое поле будет перемещать электроны из области эмиттера в область базы. Там они частично будут вступать во взаимодействие с дырками и рекомбинировать.

Но большая часть электронов доберется до перехода база-коллектор (это связано с тем, что область базы конструктивно выполняется очень тонкой и содержит небольшой количество примесей), который смещен уже в обратном направлении. И в этом случае внешнее электрическое поле снова будет содействовать электронам, а именно помогать им проскочить в область коллектора.

В результате получается, что ток коллектора приблизительно равен току эмиттера:

I_к = \alpha I_э

Коэффициент \alpha численно равен 0.9…0.99. В то же время:

I_э = I_б + I_к

А что произойдет, если мы увеличим ток базы? Это приведет к тому, что переход эмиттер-база откроется еще сильнее, и большее количество электронов смогут попасть в область коллектора (все по тому же маршруту, который мы обсудили 🙂 ). Давайте выразим ток эмиттера из первой формулы, подставим во вторую и получим:

I_э = \frac{I_к}{\alpha}

\frac{I_к}{\alpha} = I_б + I_к

Выражаем ток коллектора через ток базы:

I_к = \frac{\alpha}{1 — \alpha} I_б = \beta I_б

Коэффициент \beta обычно составляет 100-500. Таким образом, незначительный ток базы управляет гораздо большим током коллектора. В этом и заключается принцип работы биполярного транзистора!

Коэффициент, связывающий величину тока коллектора с величиной тока базы называют коэффициентом увеличения по току и обозначают h_{21}. Этот коэффициент является одной из основных характеристик биполярного транзистора. В следующих статьях мы будем рассматривать схемы включения транзисторов и подробнее разберем этот параметр и его зависимость от условий эксплуатации.

Режимы работы биполярного транзистора.

Итак, мы рассмотрели активный режим работы транзистора (переход эмиттер-база открыт, переход коллектор-база закрыт), не обойдем вниманием и другие 🙂

Режим отсечки. Оба p-n перехода закрыты. Причем важно отметить, что переход эмиттер-база открывается начиная с некоторого значения приложенного прямого напряжения (не с нуля). Это напряжение обычно составляет около 0.6 В. То есть в режиме отсечки либо оба перехода смещены в обратном направлении, либо коллекторный переход — в обратном, а эмиттерный — в прямом, но величина напряжения не превышает 0.6 В.

В данном режиме переходы сильно обеднены свободными носителями заряда и протекание тока практически полностью прекращается. Исключение составляют только малые побочные токи переходов. В идеальном случае (без токов утечки) транзистор в режиме отсечки эквивалентен обрыву цепи.

Режим насыщения. Оба перехода открыты, и в результате основные носители заряда активно перемещаются из коллектора и эмиттера в базу. В базе возникает избыток носителей заряда, ее сопротивление и сопротивление p-n переходов уменьшается и между эмиттером и коллектором начинает течь ток. В идеальном случае транзистор в таком режиме эквивалентен замыканию цепи.

Барьерный режим. Его мы обязательно еще разберем подробнее, вкратце, идея заключается в том, что база напрямую или через небольшое сопротивление соединена с коллектором. Это эквивалентно использованию диода с последовательно подключенным сопротивлением.

Вот и все самые основные режимы работы биполярного транзистора!

Еще очень многое нам предстоит обсудить в рамках изучения транзисторов, а на сегодня, заканчиваем статью! Спасибо за внимание и ждем вас на нашем сайте снова!

Режимы работы биполярного транзистора | Основы электроакустики

Биполярный транзистор – полупроводниковый элемент с двумя p-n переходами и тремя выводами, который служит для усиления или переключения сигналов. Они бывают p-n-p и n-p-n типа. На рис.7.1, а и б показаны их условные обозначения.

 Рис.7.1. Биполярные  транзисторы  и  их  диодные  эквивалентные   схемы:  а) p-n-p, б) n-p-n транзистор

Транзистор состоит из двух противоположно включенных диодов, которые обладают одним общим p- или n- слоем. Электрод, связанный с ним, называется базой Б. Два других электрода называются эмиттером Э и коллектором К. Диодная эквивалентная схема, приведенная рядом с условным обозначением, поясняет структуру включения переходов транзистора. Хотя эта схема не характеризует полностью функции транзистора, она дает возможность представить действующие в нем обратные и прямые напряжения. Обычно переход эмиттер – база смещен в прямом направлении (открыт), а переход база – коллектор – в обратном (заперт). Поэтому источники напряжения должны быть включены, как показано на рис.7.2.

Рис.7.2. Полярность включения: а) n-p-n, б) p-n-p транзистора

 

Транзисторы n-p-n типа подчиняются следующим правилам (для транзисторов p-n-p типа правила сохраняются, но следует учесть, что полярности напряжений должны быть изменены на противоположные):

1. Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.

2. Цепи база-эмиттер и база-коллектор работают как диоды (рис.7.1). Обычно переход база-эмиттер открыт, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении, т.е. приложенное напряжение препятствует протеканию тока через него. Из этого правила следует, что напряжение между базой и эмиттером нельзя увеличивать неограниченно, так как потенциал базы будет превышать потенциал эмиттера более чем на 0,6 – 0,8 В (прямое напряжение диода), при этом возникает очень большой ток. Следовательно, в работающем транзисторе напряжение на базе и эмиттере связаны следующим соотношением: UБ ≈ UЭ+0,6В; (UБ = UЭ + UБЭ).   

3. Каждый транзистор характеризуется максимальными значениями IК, IБ, UКЭ. В случае превышения этих параметров необходимо использовать еще один транзистор. Следует помнить и о предельных значениях других параметров, например рассеиваемой мощности РК, температуры, UБЭ и др.

4. Если правила 1-3 соблюдены, то ток коллектора прямо пропорционален току базы. Соотношение токов коллектора и эмиттера приблизительно равно 

IК = αIЭ,    где α=0,95…0,99 – коэффициент передачи тока эмиттера. Разность между эмиттерным и коллекторным токами в соответствии с первым законом Кирхгофа (и как видно из рис. 7.2, а) представляет собой базовый ток IБ = IЭ – IК.    Ток коллектора зависит от тока базы в соответствии с выражением: IК = βIБ,   где β=α/(1-α) – коэффициент передачи тока базы, β >>1.

Правило 4 определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

Режимы работы транзистора. Каждый переход биполярного транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают следующие четыре режима работы транзистора.

Усилительный или активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный – обратное. Именно этот режим работы транзистора соответствует максимальному значению коэффициента передачи тока эмиттера. Ток коллектора пропорционален току базы, обеспечиваются минимальные искажения усиливаемого сигнала.

Инверсный режим – к коллекторному переходу подведено прямое напряжение, а к эмиттерному – обратное. Инверсный режим приводит к значительному уменьшению коэффициента передачи тока базы транзистора по сравнению с работой транзистора в активном режиме и поэтому на практике используется только в ключевых схемах.

Режим насыщения – оба перехода (эмиттерный и коллекторный) находятся под прямым напряжением. Выходной ток в этом случае не зависит от входного и определяется только параметрами нагрузки. Из-за малого напряжения между выводами коллектора и эмиттера режим насыщения используется для замыкания цепей передачи сигнала.

Режим отсечки – к обоим переходам подведены обратные напряжения. Так как выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, этот режим используется для размыкания цепей передачи сигналов.

Основным режимом работы биполярных транзисторов в аналоговых устройствах является активный режим. В цифровых схемах транзистор работает в ключевом режиме, т.е. он находится только в режиме отсечки или насыщения, минуя активный режим.

 

 

ДЕМОверсия ТРАНЗИСТОР Транзистор В данную версию презентации

ДЕМОверсия ТРАНЗИСТОР Транзистор

В данную версию презентации включены 22 слайда из 36, просмотр основных слайдовних ограничен. Презентация носит демонстрационный характер. Полная версии презентации содержит практически весь материал по теме «Транзистор» , а также дополнительный материал, который следует более детально изучить в профильном физикоматематическом классе. Для получения полной версии презентации обратитесь к автору http: //lslsm. ru/contacts/

Содержание Из истории изобретения транзистора. Биполярные и униполярные транзисторы. Схематическое устройство транзистора. Упрощённая конструкция сплавного биполярного транзистора. Конструкция транзистора П 13 – П 15. Принцип работы транзистора. Схемы включения биполярных транзисторов. Простейший усилитель на транзисторе. ВАХ транзистора. Биполярные фототранзисторы. Устройство и схема включения фоторезистора. Принцип действия фоторезистора. Переделка транзистора в фототранзистор. Простая схема, достаточная для обеспечения безопасности жилища. Схема автоматического включения освещения с наступлением темноты.

По физической структуре и механизму управления током различают транзисторы биполярные (чаще называют просто транзисторами) и униполярные (чаще называют полевыми транзисторами). В первых, содержащих два или более электронно-дырочных перехода, носителями заряда служат как электроны, так и дырки, во вторых — либо электроны, либо дырки. Термин «транзистор» нередко используют для обозначения портативных радиовещательных приёмников на полупроводниковых приборах.

По рабочей частоте часто всего используют низкочастотные и высокочастотные транзисторы. Низкочастотные транзисторы применяют для силовых цепей преобразователей напряжения, усилителей мощности в блоках питания и так далее. Низкочастотные транзисторы как правило бывают большей мощности. Высокочастотные транзисторы работающие на частотах в несколько гигагерц тоже применяются очень часто. В основном они нашли широкое применения в радиоприёмной и передающей аппаратуре, в усилителях высокой частоты и во многих других приборах. Такие транзисторы имеют сравнительно маленькую мощность, они незаменимы в области радиоприема и передачи. Транзисторы бывают самых разных форм и размеров — от невидимого для человеческих глаз чип элементов для поверхностного монтажа, до мегамощных транзисторов размером с дом.

Упрощённая конструкция сплавного биполярного транзистора Германий, кремний База Эмиттер Коллектор Кристалл примеси Индий или алюминий Кристалл примеси Кристаллодержатель Основание В области базы транзистора концентрация носителей заряда чрезвычайно низка, а, следовательно, её проводимость очень мала. В области коллектора концентрация и проводимость намного больше, чем в области базы, а в области эмиттера несколько выше, чем в области коллектора. Таким образом, концентрации носителей зарядов в областях транзисторов существенно отличаются. Кристалл полупроводника, образующий базу транзистора, механически прикреплён и электрически соединён с металлической пластинкой, приваренной к стенке компонента. Толщина базы обычно не превышает нескольких микрон. Эмиттерная область имеет меньшую площадь, чем коллекторная. Между базой и коллектором лежит коллекторный переход, а между базой и эмиттером – эмиттерный переход.

Принцип работы транзистора

Принцип работы транзистора Принцип работы биполярного транзистора рассмотрим на примере транзистора p-n -p типа включенного по схеме с (ОБ) общей базой. Между р- и n- областями возникают p-n переходы. Переход между эмиттером и базой называется эмиттерным (ЭП), а переход между коллектором и базой — коллекторным (КП). КП ЭП Коллекторная цепь транзистора подключается к источнику с ЭДС – ЕКБ, т. е. КП включен в обратном направлении. Э К Iко Б ЕКБ В коллекторном переходе напряженность поля под действием ЕКБ возрастает. Это приводит к появлению незначительного обратного тока Iко в коллекторной цепи, обусловленного движением неосновных носителей зарядов. Этот ток существенно возрастает с увеличением температуры, поэтому его называют тепловым током коллектора – Iко

Принцип работы транзистора В результате диффузии дырки перемещаются к коллекторному переходу. Часть дырок при этом рекомбинирует в базе с электронами, что создает ток в цепи базы IБ. Но так как толщина базы очень мала (несколько микрометров), доля рекомбинированных дырок незначительна. АНИМАЦИЯ работы транзистора частично ВЫРЕЗАНА Вблизи коллекторного перехода дырки оказываются под действием электрического поля, обратно включенного перехода, увлекаются им через переход в коллекторную область и далее – к выводу коллектора, где рекомбинируют с электронами, поставляемыми через внешнюю цепь источником ЭДС, что создает ток в коллекторной цепи Iк.

Принцип работы транзистора Таким образом, ток эмиттера равен сумме токов базы IБ и коллектора IК : IЭ = IБ+ IК Ток коллектора состоит из потока дырок инжектируемых эмиттером за вычетом тока базы и собственного теплового тока коллекторного перехода: IК = I Э(p) – IБ +IКО = α IЭ+ IКО , где α = IК / IЭ — коэффициент передачи тока эмиттера; IКО – тепловой ток обратно включенного коллекторного перехода. При изменении тока в цепи эмиттера изменяется сила тока и в цепи коллектора. Отсюда, ток базы равен: IБ = Iэ — IК= (1 – α) Iэ — IКО Этот ток составляет не более 1% от тока эмиттера Все сказанное справедливо также для транзистора n-p-n–типа с учетом высказанных ранее замечаний о перемене на противоположное направление движения токов и смене знаков источников питания схемы транзистора.

Схемы включения биполярных транзисторов

Схема включения транзистора с общим эмиттером Между базой и эмиттером транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, подсоединяют источник сигнала, а к коллектору – нагрузку. К эмиттеру транзистора подключают полюсы одинаковых знаков источников питания. Входным током каскада выступает ток базы транзистора, а выходным током – ток коллектора. Это показано на рисунке на примере включения в электрическую цепь биполярного p-n-p транзистора.

Простейший усилитель на транзисторе

Можно использовать телефоны от старых телефонных аппаратов, с маркировкой ТОН-1, ТОН-2 и др. Иллюстрировать работу транзистора в режиме усиления можно следующим опытом. В коллекторную цепь транзистора V включим электромагнитный телефон Т (сопротивление нагрузки Rн), а между базой и минусом источника питания (батарея 3336 Л) — резистор Rб сопротивлением 200 — 250 к. Ом. Звуковой генератор низкой частоты ЗГнч подключим к участку база — эмиттер транзистора через конденсатор Ссв емкостью 0, 1 — 0, 5 мк. Ф. Получится простейший усилитель, который может выполнять, например, роль одностороннего телефонного аппарата, если вместо генератора НЧ включить электромагнитный телефон.

Каковы здесь функции резистора Rб и конденсатора Ссв ? Через резистор Rб на базу транзистора от батареи питания подается небольшое отрицательное напряжение, называемое напряжением смещения, которое открывает транзистор и тем самым обеспечивает ему работу в режиме усиления. Без начального напряжения смещения эмиттерный р — n переход транзистора будет закрыт и, подобно диоду, будет «срезать» положительные полупериоды входного напряжения, отчего усиление будет сопровождаться искажениями. А конденсатор Ссв. выполняет функцию связующего элемента между ЗГнч и базой транзистора. Он беспрепятственно пропускает колебания звуковой частоты и преграждает путь постоянному току из базовой цепи к телефону. Без такого разделительного конденсатора база транзистора по постоянному току оказалась бы соединенной с эмиттером и режим усиления был бы нарушен (этот конденсатор так и называют конденсатором связи, среди радиолюбителей можно еще услышать такое понятие как проходной).

I, м. A 2 1 0, 5 0, 1 U, В

Биполярные фототранзисторы

Фототранзистором называют полупроводниковый транзистор с двумя электронно-дырочными переходами, ток которого увеличивается за счет подвижных носителей заряда, образующихся при облучении прибора светом.

Принцип действия фоторезистора При освещении прибора (Ф > 0) в базе в результате собственного поглощения образуются пары зарядов. Дырки — неосновные носители — диффундируют к коллекторному переходу и выбрасываются в коллектор, увеличивая ток в его цепи, подобно тому, как это происходит в фотодиоде. Но для фототранзистора характерен еще один процесс, отличающий его от фотодиода. Образовавшиеся электроны — основные носители базовой области — не могут покинуть базу, так как базовый вывод отсутствует. Скапливаясь в базе, они увеличивают отрицательный объемный заряд, в том числе и у эмиттерного перехода. В результате потенциальный барьер у этого перехода снижается и развивается диффузионный поток дырок из эмиттера в базу. Дырки, диффундируя в толще базы, подходят к коллекторному переходу и выбрасываются полем этого перехода в коллектор. Таким образом, генерируемые в базе при ее освещении носители зарядов не только непосредственно участвуют в создании фототока через коллекторный переход, но и стимулируют в приборе физические процессы, обусловливающие протекание тока как в обычном транзисторе. Ф

Фототранзистором называют транзистор, чувствительный к облучающему его световому потоку. Обычно дискретный фототранзистор по конструкции похож на дискретный транзистор, с тем отличием, что в герметичном корпусе фототранзистора есть окно, например, из стекла или прозрачной специальной пластмассы, через которое излучение попадает на область базы фототранзистора. Включение фототранзистора в электрическую цепь таково, что к эмиттеру подключают положительный полюс внешнего источника питания, к коллектору подсоединяют нагрузочный резистор, к которому в свою очередь подключают отрицательный полюс источника питания. При облучении области базы происходит генерация носителей зарядов. Наибольшая концентрация основных носителей заряда будет в базе, что приведёт к открытию фототранзистора, а неосновные носители заряда будут мигрировать в коллекторный переход. Следовательно, облучение фототранзистора приводит к увеличению тока его коллектора. Чем больше будет освещённость области базы, тем существенней станет ток коллектора фототранзистора. Таким образом, фототранзистором можно управлять и как обычным биполярным транзистором, варьируя током базы, и как светочувствительным прибором. К важным параметрам фототранзистора относят темновой ток, ток при освещении и интегральную чувствительность. Темновой ток – это ток коллектора при отсутствии облучения. Ток при освещении – ток коллектора при наличии облучения. Интегральная чувствительность – это отношение силы тока коллектора у подключённого фототранзистора к величине светового потока.

Переделка транзистора в фототранзистор Фототранзистор легко изготовить самостоятельно. Перед началом работы на транзистор приклеивают гайку для того, чтобы мягкий корпус не деформировался при переделке. Осторожно спиливают надфилем шляпку транзистора МП 42 Б (или другого транзистора Гайка с большим коэффициентом усиления в аналогичном корпусе). Оргстекло МП 42 Б Гайка Транзистор со снятой шляпкой Получившееся отверстие сверху закрывают прозрачным органическим стеклом толщиной 0, 1… 0, 4 мм.

Для получения полной версии презентации обратитесь к автору http: //lslsm. ru/contacts/ Транзистор

Можно ли использовать транзистор подключить эмиттер коллектор. Схемы включения транзистора. Схема включения с общим коллектором

Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.

Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов или .

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Транзисторы. Определение и история

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.

Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.

Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.

В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.

Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.

И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.

Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.

Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора ), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы ). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».

Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но бо льшая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу . Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.

Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.

Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.

Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.

Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31 . Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току . Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.

Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора . Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.

Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению . Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.

Также транзисторы имеют частотную характеристику , которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной .

Также параметрами биполярного транзистора являются:

• обратный ток коллектор-эмиттер
• время включения
• обратный ток колектора
• максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Режимы работы биполярного транзистора

Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.

1. Инверсный активный режим . Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
2. Режим насыщения . Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
3. Режим отсечки . Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
4. Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.

Схемы включения биполярных транзисторов

Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.

Схема включения с общим эмиттером

Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.

Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.

Схема включения с общей базой

Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.

В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.

Схема включения с общим коллектором

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.

Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала

Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.

В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).

Два слова о каскадах

Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.

Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.

Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).

Другие области применения биполярных транзисторов

Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.

Маркировка

Поскольку статья уже разрослась до неприлично большого объема, то в этом пункте я просто дам две хорошие ссылки, по которым подробно расписаны основные системы маркировки полупроводниковых приборов (в том числе и транзисторов):

Транзисторы лежат в основе большинства электронных устройств. Он могут быть в виде отдельных радиодеталей, или в составе микросхем. Даже самый сложный микро­процессор состоит из великого множества малюсеньких транзисторов, плотно разме­щенных в его могучем кристалле.

Транзисторы бывают разные. Две основ­ные группы — это биполярные и полевые. Биполярный транзистор обозначается на схеме, так как показано на рисунке 1. Он бывает прямой (р-п-р) и обратной (п-р-п) проводимости. Структура транзистора, и физические процессы, происходящие в нем изучается в школе, так что здесь о ней гово­рить не будем, — так сказать, ближе к прак­тике. В сущности, разница в том, что р-п-р транзисторы подключают так, чтобы на их эмиттер поступал положительный потенциал напяжения, а на коллектор — отрицательный. Для транзисторов n-p -п — все наоборот, на эмиттер дают отрицательный потенциал, на коллектор — положительный.

Зачем нужен транзистор? В основном его используют для усиления тока, сигналов, напряжения. А усиление происходит за счет источника питания. Попробую объяснить принцип работы «на пальцах». В автомаши­не есть вакуумный усилитель тормоза. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, его мембрана перемещается и открывается клапан через который двигатель машины всасывает эту мембрану, добавляя ей усилие. В результате слабое усилие нажима на педаль тормоза приводит к сильному усилию на тормозных колодках. А добавка силы происходит за счет мощности работаю­щего мотора машины.

Вот и с транзистором похоже. На базу подают слабенький ток (рис. 2). Под действием этого тока проводимость коллек­тор — эмиттер увеличивается и через коллек­тор уже протекает куда более сильный ток, поступающий от источника питания. Изменя­ется слабый ток базы, — соответственно изменяется и сильный ток коллектора. В идеале, график изменения тока коллектора выглядит как увеличенная копия графика изменения тока базы.

Это различие между слабым током базы и сильным током коллектора называется коэф­фициентом усиления транзистора по току, и обозначается И21э. Определяется так: h31э = Ik /I6 (ток коллектора делить на ток базы). Чем больше данный параметр, тем лучше усилительные свойства транзистора.

Но это все в идеале. На самом деле зависи­мость тока коллектора от напряжения на базе не так уж и линейна. Следует вспомнить BAX диода, где в самом низу характеристики тока очень мал, и начинает резко наростать когда напряжение достигает определенного значения. Поскольку в основе транзистора лежат те же физические процессы, то и здесь имеется аналогичный «дефект».

Если мы соберем схему усилителя, показан­ную на рисунке 3, и будем говорить в микро­фон, в динамике звука не будет. Потому что напряжение на микрофоне очень мало, оно ниже порога открывания транзистора. Здесь не только не будет усиления, а даже наоборот, будет ослабление сигнала.

Чтобы транзистор заработал как усилитель нужно увеличить напряжение на его базе. Это можно сделать каким-то образом увели­чив напряжение на выходе микрофона. Но тогда теряеТся смысл усилителя. Или нужно схитрить, и подать на базу транзистора некоторое постоянное напряжение (рис.4) через резистор, такое чтобы транзистор приоткрыть. И слабое переменное напряже­ние подать на базу этого транзистора через конденсатор. Вот теперь самое важное, — слабое переменное напря­жение сложится с постоян­ным напряжением на базе. Напряжение на базе будет изменяться в такт слабому переменному напряжению. Но так как постоянное напряжение сместило рабо­чую точку транзистора на крутой линейный участок характеристики, происходит усиление.

Проще говоря, у слабого напряже­ния небыло сил чтобы открыть транзистор, и мы добавили ему в помощь постоян­ное напряжение, которое при­открыло транзис­тор. Еще проще (опять с водой), допустим, есть туго завинченный винтель, и ребенок повернуть его не может. Но папа может приоткрыть этот винтель, повернув его в приоткрытое положение, в котором он вращается легко. Теперь ребенок может регулировать напор воды в некоторых пределах. Вот здесь ребенок — это слабое переменное напряжение, а папа — это постоянное напряжение, поданное на базу транзистора через резистор.

Постоянное напряжение, которое подают на базу транзистора чтобы сместить его режим работы в участок с более крутой и линейной характеристикой, называется напряжением смещения. Изменяя это напряжение мы можем даже регулировать коэффициент усиления усилительного каскада.

Но транзисторы далеко не всегда исполь­зуются с напряжением смещения. Например, в усилительных каскадах передатчиков напряжение смещения на базы транзисторов могут и не подаваться, так как амплитуды входного переменного напряжения там впол­не достаточно для «раскачки» транзистора.

И если транзистор используется не в качестве усилителя, а в качестве ключа, то напряжение смещения тоже на базу не дают. Просто, когда ключ должен быть закрыт, — напряжение на базе равно нулю, а когда он должен быть открыт, — подают напряжение на базу достаточное для открывания транзистора. Это используется обычно в цифровой электронике, где есть только нули (нет напряжения) и единицы (напряжение есть) и никаких промежуточных значений.

На рисунке 5 показана практическая схема как сделать из репродуктора радиоточки компьютерную колонку. Нужен простой одно- программный репродуктор только с одной вилкой для подключения в радиосеть (у многопрограммного есть вторая вилка для электросети). Никаких изменений в схему репродуктора вносить не нужно. К коллек­тору транзистора он подключается так же как к радиосети.

Внутри однопрограммного репродуктора есть динамик, переменный резистор для регулировки громкости и трансформатор. Все это нужно, и оно остается. Когда вскроете корпус репродуктора, подпаивайте коллектор транзистора и плюс источника питания к тем местам, к которым подпаян его провод с вилкой. Сам провод можно убрать.

Для подключения к компьютеру нужен экранированный провод с соответствующим штекером на конце. Или обычный двухпро­водной провод. Если провод экранирован­ный, — оплетку подключайте к эмиттеру транзистора, а центральную жилу к конден­сатору С1.

Сигнал от компьютерной звуковой карты подают через штекер на конденсатор С1. Напряжение питания подают от сетевого блока питания. Лучше всего подходит блок питания от игровой приставки к телевизору, типа «Денди», «Кенга». Вообще годится любой блок питания с напряжением на выходе от 7V до 12V . Для подключения к блоку питания потребуется соответствующее гнездо, его нужно установить на корпусе репродуктора, просверлив для него отверстие. Хотя, конечно, можно подпаять провода от блока питания и непосредственно к схеме. Подключая источник питания нужно соблюдать полярность. Диод VD 1 в принципе не нужен, но он защищает схему от выхода из строя, если вы перепутаете плюс с минусом у блока питания. Без него при неправильном подключении питания транзис­тор можно сжечь, а с диодом, если полюса блока питания перепутаете, просто схема не включится.

Транзистор КТ315 в прямоугольном корпусе, у которого с одной стороны есть скос (на рисунке показано). Вот если этим скосом повернуть его от себя, а выводами вверх, то слева будет база, справа эмиттер, а коллектор посредине. Подойдет транзистор КТ315 с любой буквой (КТ315А, КТ315Б…). Транзистор нужно запаять правильно, не перепутав его выводы. Если ошибетесь и включите питание он может сдохнуть. Поэтому, после того как все спаяете не поле­нитесь раза три проверить правильность монтажа, правильно ли подпаяны выводы транзистора, конденсаторов, диода. И только когда будете уверены на все 100%, — включайте.

Диод VD 1 типа КД209. На нем отмечен анод. Можно поставить и другой диод, например, 1N 4004 или какой-то еще. Если диод впаяете неправильно схема работать

не будет. Так что, если все включили, но не работает, начинайте с проверки правиль­ности подключения диода.

Еще несколько причин того, что схема может не заработать:

Неправильно подключили источник питания.

Нет сигнала на выходе компьютера, либо громкость уменьшена или выключена регулировками в программе компьютера.

Регулятор громкости репродуктора в мини­мальном положении.

Конденсаторы — электролитические, на напряжение не меньше 12V . Подойдут наши К50-16, К50-35 или импортные аналоги. Следует заметить, что у наших конденсато­ров на корпусе стоит плюсик возле положи­тельного вывода, а у импортных минусик или широкая вертикальная полоска у отрицатель­ного вывода. Вместо конденсатора 10 мкф можно выбрать на любую емкость от 2 мкф до 20 мкф. Вместо конденсатора на 100 мкФ подойдет конденсатор любой емкости не менее 100 мкФ.

На рисунке ниже схемы показана монтажная схема, на ней места паек отмечены точками. Не перепутайте места паек с пересечением проводов. Монтаж сделан навесным спосо­бом, используя выводы деталей и монтаж­ные проводки. Всю схему желательно поместить внутрь корпуса репродуктора (там обычно очень много места).

Если все работает, но сильно фонит, — значит, вы перепутали провода, идущие к звуковой карте. Поменяйте их местами.

Запитывать схему от источника питания компьютера НЕ СЛЕДУЕТ!

Для стереоварианта можно сделать две колонки, входы объединив в один стерео- кабель для подключения к звуковой карте, ну и запитать обе колонки от одного блока питания.

Конечно с одним транзисторным каскадом колонка будет звучать негромко, но достаточно для прослушивания в небольшой комнате. Громкость можно регулировать как регулятором компьютера, так и ручкой, что есть у репродуктора.

Андреев С.

Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не задумывается о том, как вся эта штука работает. На самом деле все довольно просто. Именно это мы и постараемся сегодня показать. А начнем с такого важного элемента, как транзистор. Расскажем, что это такое, что делает, и как работает транзистор.

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для управления электрическим током.

Где применяются транзисторы? Да везде! Без транзисторов не обходится практически ни одна современная электрическая схема. Они повсеместно используются при производстве вычислительной техники, аудио- и видео-аппаратуры.

Времена, когда советские микросхемы были самыми большими в мире , прошли, и размер современных транзисторов очень мал. Так, самые маленькие из устройств имеют размер порядка нанометра!

Приставка нано- обозначает величину порядка десять в минус девятой степени.

Однако существуют и гигантские экземпляры, использующиеся преимущественно в областях энергетики и промышленности.

Существуют разные типы транзисторов: биполярные и полярные, прямой и обратной проводимости. Тем не менее, в основе работы этих приборов лежит один и тот же принцип. Транзистор — прибор полупроводниковый. Как известно, в полупроводнике носителями заряда являются электроны или дырки.

Область с избытком электронов обозначается буквой n (negative), а область с дырочной проводимостью – p (positive).

Как работает транзистор?

Чтобы все было предельно ясно, рассмотрим работу биполярного транзистора (самый популярный вид).

(далее – просто транзистор) представляет собой кристалл полупроводника (чаще всего используется кремний или германий ), разделенный на три зоны с разной электропроводностью. Зоны называются соответственно коллектором , базой и эмиттером . Устройство транзистора и его схематическое изображение показаны на рисунке ни же

Разделяют транзисторы прямой и обратной проводимости. Транзисторы p-n-p называются транзисторами с прямой проводимостью, а транзисторы n-p-n – с обратной.

Теперь о том, какие есть два режима работы транзисторов. Сама работа транзистора похожа на работу водопроводного крана или вентиля. Только вместо воды – электрический ток. Возможны два состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт) и состояние покоя (транзистор закрыт).

Что это значит? Когда транзистор закрыт, через него не течет ток. В открытом состоянии, когда на базу подается малый управляющий ток, транзистор открывается, и большой ток начинает течь через эмиттер-коллектор.

Физические процессы в транзисторе

А теперь подробнее о том, почему все происходит именно так, то есть почему транзистор открывается и закрывается. Возьмем биполярный транзистор. Пусть это будет n-p-n транзистор.

Если подключить источник питания между коллектором и эмиттером, электроны коллектора начнут притягиваться к плюсу, однако тока между коллектором и эмиттером не будет. Этому мешает прослойка базы и сам слой эмиттера.

Если же подключить дополнительный источник между базой и эмиттером, электроны из n области эмиттера начнут проникать в область баз. В результате область базы обогатиться свободными электронами, часть из которых рекомбинирует с дырками, часть потечет к плюсу базы, а часть (большая часть) направится к коллектору.

Таким образом, транзистор получается открыт, и в нем течет ток эмиттер коллектор. Если напряжение на базе увеличить, увеличится и ток коллектор эмиттер. Причем, при малом изменении управляющего напряжения наблюдается значительный рост тока через коллектор-эмиттер. Именно на этом эффекте и основана работа транзисторов в усилителях.

Вот вкратце и вся суть работы транзисторов. Нужно рассчитать усилитель мощности на биполярных транзисторах за одну ночь, или выполнить лабораторную работу по исследованию работы транзистора? Это не проблема даже для новичка, если воспользоваться помощью специалистов нашего студенческого сервиса .

Не стесняйтесь обращаться за профессиональной помощью в таких важных вопросах, как учеба! А теперь, когда у вас уже есть представление о транзисторах, предлагаем расслабиться и посмотреть клип группы Korn “Twisted transistor”! Например, вы решили купить отчет по практике , обращайтесь в Заочник.

Приведены несколько схем простых устройств и узлов, которые могут быть изготовлены начинающими радиолюбителями.

Однокаскадный усилитель ЗЧ

Это простейшая конструкция, которая позволяет продемонстрировать усилительные способности транзистора Правда, коэффициент усиления по напряжению невелик — он не превышает 6, поэтому сфера применения такого устройства ограничена.

Тем не менее его можно подключить, скажем, к детекторному радиоприемнику (он должен быть нагружен на резистор 10 кОм) и с помощью головного телефона BF1 прослушивать передачи местной радиостанции.

Усиливаемый сигнал поступает на входные гнезда X1, Х2, а напряжение питания (как и во всех остальных конструкциях этого автора, оно составляет 6 В — четыре гальванических элемента напряжением по 1,5 В, соединенных последовательно) подается на гнезда ХЗ, Х4.

Делитель R1R2 задает напряжение смещения на базе транзистора, а резистор R3 обеспечивает обратную связь по току, что способствует температурной стабилизации работы усили теля.

Рис. 1. Схема однокаскадного усилителя ЗЧ на транзисторе.

Как происходит стабилизация? Предположим, что под воздействием температуры увеличился ток коллекто ра транзистора Соответственно увеличится падение напряжения на резисто ре R3. В итоге уменьшится ток эмитте ра, а значит, и ток коллектора — он достигнет первоначального значения.

Нагрузка усилительного каскада — головной телефон сопротивлением 60.. 100 Ом. Проверить работу усилителя несложно, нужно коснуться входного гнезда Х1 например, пинцетом в телефоне должно прослушиваться слабое жужжание, как результат наводки пере менного тока. Ток коллектора транзис тора составляет около 3 мА.

Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах разной структуры

Он выполнен с непосредственной связью между каскадами и глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току, что делает его режим независящим от температуры окружающей среды. Основа температурной стабилизации — резистор R4, работаю щий аналогично резистору R3 в предыдущей конструкции

Усилитель более «чувствительный” по сравнению с однокаскадным — коэффициент усиления по напряжению достигает 20. На входные гнезда можно подавать переменное напряжение амплитудой не более 30 мВ, иначе возникнут искажения, прослушиваемые в головном телефоне.

Проверяют усилитель, прикоснувшись пинцетом (или просто пальцем) входного гнезда Х1 — в телефоне раздастся громкий звук. Усилитель потребляет ток около 8 мА.

Рис. 2. Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах разной структуры.

Эту конструкцию можно использовать для усиления слабых сигналов например, от микрофона. И конечно он позволит значительно усилить сигнал 34, снимаемый с нагрузки детекторного приемника.

Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах одинаковой структуры

Здесь также использована непосредственная связь между каскадами, но стабилизация режима работы несколько отличается от предыдущих конструкций.

Допустим, что ток коллектора транзистора VТ1 уменьшился Падение напряжения на этом транзисторе увеличится что приведет к увеличению напряжения на резисторе R3, включенном в цепи эмиттера транзис тора VТ2.

Благодаря связи транзисторов через резистор R2, увеличится ток базы входного транзистора, что приведет к увеличению его тока коллектора. В итоге первоначальное изменение тока коллектора этого транзистора будет скомпенсировано.

Рис. 3. Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах одинаковой структуры.

Чувствительность усилителя весьма высока — коэффициент усиления достигает 100. Усиление в сильной степени зависит от емкости конденсатора С2 — если его отключить, усиление снизится. Входное напряжение должно быть не более 2 мВ.

Усилитель хорошо работает с детекторным приемником, с электретным микрофоном и другими источниками слабого сигнала. Ток, потребляемый усилителем — около 2 мА.

Он выполнен на транзисторах разной структуры и обладает усилением по напряжению около 10. Наибольшее входное напряжение может быть 0,1 В.

Усилитель двухкаскадный первый собран на транзисторе VТ1 второй — на VТ2 и VТЗ разной структуры. Первый ка скад усиливает сигнал 34 по напряжению причем обе полуволны одинаково. Второй — усиливает сигнал по току но каскад на транзисторе VТ2 “работает” при положительных полуволнах, а на транзисторе VТЗ — при отрицательных.

Рис. 4. Двухтактный усилитель мощности ЗЧ на транзисторах.

Режим по постоянному току выбран таким что напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов второго каскада равно примерно половине напряжения источника питания.

Это достигается включением резистора R2 обратной связи Ток коллектора входного транзистора, протекая через диод VD1, приводит к падению на нем напряжения. которое является напряжением смещения на базах выходных транзисторов (относительно их эмиттеров), — оно позволяет уменьшить искажения усиливаемого сигнала.

Нагрузка (несколько параллельно включенных головных телефонов либо динамическая головка) подключена к усилителю через оксидный конденсатор С2.

Если усилитель будет работать на динамическую головку (сопротивлением 8 -.10 Ом), емкость этого конденсатора должна бы ь минимум вдвое больше Обратите внимание на подключение нагрузки первого каскада — резистора R4 Его верхний по схеме вывод соединен не с плюсом питания, как это обычно делается, а с нижним выводом нагрузки.

Это так называемая цепь вольтодобавки, при которой в базовую цепь выходных транзисторов поступает небольшое на пряжение ЗЧ положительной обратной связи, выравнивающее условия работы транзисторов.

Двухуровневый индикатор напряжения

Такое устройство можно использовать. например, для индикации “истощения” батареи питания либо индикации уровня воспроизводимого сигнала в бытовом магнитофоне. Макет индикатора позволит продемонстрировать принцип его работы.

Рис. 5. Схема двухуровневого индикатора напряжения.

В нижнем по схеме положении движка переменного резистора R1 оба транзистора закрыты, светодиоды HL1, HL2 погашены. При перемещении движкарезистора вверх, напряжение на нем увеличивается. Когда оно достигнет напряжения открывания транзистора VТ1 вспыхнет светодиод HL1

Если продолжать перемещать движок. наступит момент, когда вслед за диодом VD1 откроется транзистор VТ2. Вспыхнет и светодиод HL2. Иными словами, малое напряжение на входе индикатора вызывает свечение только светодиода HL1 а большее обоих светодиодов.

Плавно уменьшая входное напряжение переменным резистором, заметим что вначале гаснет светодиод HL2, а затем — HL1. Яркость светодиодов зависит от ограничительных резисторов R3 и R6 при увеличении их сопротивлений яркость падает.

Чтобы подключить индикатор к реальному устройству, нужно отсоединить верхний по схеме вывод переменного резистора от плюсового провода источника питания и подать контролируемое напряжение на крайние выводы этого резистора. Перемещением его движка подбирают порог срабатывания индикатора.

При контроле только напряжения источника питания допустимо установить на месте HL2 светодиод зеленого свечения АЛ307Г.

Он выдает световые сигналы по принципу меньше нормы — норма — больше нормы. Для этого в индикаторе использованы два светодиода красно го свечения и один — зеленого.

Рис. 6. Трехуровневый индикатор напряжения.

При некотором напряжении на движке переменного резистора R1 (напряжение в норме) оба транзистора закрыты и (работает) только зеленый светодиод HL3. Перемещение движка резистора вверх по схеме приводит к увеличению напряжения (больше нормы) на нем открывается транзистор VТ1.

Светодиод HL3 гаснет, а HL1 зажигается. Если движок перемещать вниз и уменьшать таким образом напряжение на нем (‘меньше нормы”) транзистор VТ1 закроется, а VТ2 откроется. Будет наблюдаться такая картина: вначале погаснет светодиод HL1, затем зажжется и вскоре погаснет HL3 и в заключение вспыхнет HL2.

Из-за низкой чувствительности индикатора получается плавный переход от погасания одного светодиода к зажиганию другого еще не погас полностью например, HL1, а уже зажигается HL3.

Триггер Шмитта

Как известно это устройство ис пользуется обычно для преобразования медленно изменяющегося напряжения в сигнал прямоугольной формыКогда движок переменного резистора R1 находится в нижнем по схеме положении транзистор VТ1 закрыт.

Напряжение на его коллекторе высокое, в результате транзистор VТ2 оказывается открытым а значит, светодиод HL1 зажжен На резисторе R3 образуется падение напряжения.

Рис. 7. Простой триггер Шмитта на двух транзисторах.

Медленно перемещая движок переменного резистора вверх по схеме, удастся достичь момента когда произойдет скачкообразное открывание транзистора VТ1 и закрывание VТ2 Это случится при превышении напряжения на базе VТ1 падения напряжения на резисторе R3.

Светодиод погаснет. Если после этого перемещать движок вниз триггер возвратится в первоначальное положение — вспыхнет светодиод Это произойдет при напряжении на движке меньшем чем напряжение выключения светодиода.

Ждущий мультивибратор

Такое устройство обладает одним устойчивым состоянием и переходит в другое только при подаче входного сигнала При этом мультивибратор формирует импульс своей длительности независимо от длительности входного. Убедимся в этом проведя эксперимент с макетом предлагаемого устройства.

Рис. 8. Принципиальная схема ждущего мультивибратора.

В исходном состоянии транзистор VТ2 открыт, светодиод HL1 светится. Достаточно теперь кратковременно замкнуть гнезда Х1 и Х2 чтобы импульс тока через конденсатор С1 открыл транзистор VТ1. Напряжение на его коллекторе снизится и конденсатор С2 окажется подключенным к базе транзистора VТ2 в такой полярности, что тот закроется. Светодиод погаснет.

Конденсатор начнет разряжаться ток разрядки потечет через резистор R5, удерживая транзистор VТ2 в закрытом состоянии Как только конденсатор разрядится, транзистор VТ2 вновь откроется и мультивибратор перейдет снова в режим ожидания.

Длительность формируемого мультивибратором импульса (продолжительность нахождения в неустойчивом состоянии) не зависит от длительности запускающего, а определяется сопротивлением резистора R5 и емкостью конденсатора С2.

Если подключить параллельно С2 конденсатор такой же емкости, светодиод вдвое дольше будет оставаться в погашенном состоянии.

И. Бокомчев. Р-06-2000.

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

На этом занятии Школы начинающего радиолюбителя мы продолжим изучение полупроводников . На прошлом занятии мы рассматривали диоды , а на этом занятии рассмотрим более сложный полупроводниковый элемент – транзисторы .

Транзистор является более сложной полупроводниковой структурой, чем диод . Он состоит из трех слоев кремния (бывают еще и германиевые транзисторы) с разной проводимостью. Это могут быть структуры типа n-p-n или p-n-p. Функционирование транзисторов, также как и диодов, основывается на свойствах p-n переходов.

Центральный, или средний слой, называют базой (Б), а два других соответственно – эмиттер (Э) и коллектор (К). Следует отметить, что существенной разницы между двумя типами транзисторов нет, и многие схемы могут быть собраны с тем или другим типом, при соблюдении соответствующей полярности источника питания. На рисунке ниже приведено схемное изображение транзисторов, транзистор p-n-p отличается от транзистора n-p-n направлением стрелки эмиттера:

Выделяют два основных типа транзисторов : биполярные и униполярные , которые различаются по конструктивным особенностям. В рамках каждого типа существует много разновидностей. Главное различие этих двух типов транзисторов заключается в том, что управление процессами, происходящими в ходе работы прибора, в биполярном транзисторе осуществляется входным током, а в униполярном транзисторе – входным напряжением.

Биполярные транзисторы , как уже говорилось выше, представляют собой слоенный пирог из трех слоев. В упрощенном виде транзистор можно представить как два встречно включенных диодов:

(при этом, следует отметить, что переход база – эмиттер представляет собой обычный стабилитрон, напряжение стабилизации которого 7…10 вольт). Исправность транзистора можно проверить также как и исправность диода, обычным омметром, измеряя сопротивление между его выводами. Переходы, аналогичные имеющимся в диоде, существуют в транзисторе между базой и коллектором, а также между базой и эмиттером. На практике такой способ для проверки транзисторов используется очень часто. Если омметр подключить между коллекторным и эмиттерным выводами, прибор покажет разрыв цепи (при исправном транзисторе), что естественно так как диоды включены встречно. А это означает, что при любой полярности приложенного напряжения один из диодов включен в прямом направлении, а второй в обратном, поэтому ток проходить не будет.

Объединение двух пар переходов приводит к проявлению чрезвычайно интересного свойства, именуемого транзисторным эффектом . Если к транзистору между коллектором и эмиттером приложить напряжение, тока практически не будет (о чем и говорилось чуть выше). Если же произвести подключение в соответствии со схемой (как на рисунке ниже), где на базу через ограничивающее сопротивление (чтобы не повредить транзистор) подается напряжение, то через коллектор будет проходить ток более сильный чем ток базы. При повышении тока базы ток коллектора тоже будет увеличиваться.

С помощью измерительного прибора можно определить соотношение токов базы, коллектора и эмиттера. Это можно проверить простым способом. Если сохранить напряжение питания, к примеру на уровне 4,5 В, изменив значение сопротивления в цепи базы с R до R/2, ток базы удвоится, пропорционально увеличится и ток коллектора, к примеру:

Следовательно, при любом напряжение на сопротивление R, ток коллектора будет в 99 раз больше тока базы, то есть транзистор имеет коэффициент усиления по току равный 99. Другими словами, транзистор усиливает ток базы в 99 раз. Этот коэффициент обозначают буквой ? . Коэффициент усиления равен отношению тока коллектора к току базы :

? = Iк/Iб

На базу транзистора можно подать и переменное напряжение. Но, необходимо, чтобы транзистор работал в линейном режиме . Для нормального функционирования в линейном режиме транзистору следует подать на базу постоянное напряжение смещения и подвести переменное напряжение, которое он будет усиливать. Таким образом транзисторы усиливают слабые напряжения, поступающие к примеру с микрофона, до уровня, который способен привести в действие громкоговоритель. Если коэффициент усиления не достаточен, можно использовать несколько транзисторов или их последовательных каскадов. Чтобы при соединении каскадов не нарушать режимов работы каждого из них по постоянному току (при которых обеспечивается линейность), используют разделительные конденсаторы. Биполярные транзисторы обладают электрическими характеристиками, обеспечивающими им определенные преимущества по сравнению с другими усилительными компонентами.

Как мы уже знаем, существуют еще (кроме биполярных) и униполярные транзисторы . Коротко рассмотрим два их них – полевые и однопереходные транзисторы. Как и биполярные они бывают двух типов и имеют по три вывода:

Электродами полевых транзисторов являются: затвор – З, сток – С, соответствующий коллектору и исток – И, отождествляемый с эмиттером. Полевые транзисторы с n- и p- каналом различаются по направлению стрелки затвора. Однопереходные транзисторы, которые иногда называют двухбазовыми диодами, в основном используются в схемах генераторов импульсных периодических сигналов.

Имеется три фундаментальных схемы включения транзисторов в усилительном каскаде:

?

с общим эмиттером (а)

?

с общим коллектором (б)

?

с общей базой (в)

Биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером , в зависимости от выходного сопротивления источника питания R1 и сопротивления нагрузки Rн усиливает входной сигнал и по напряжению, и по току. Коэффициент усиления биполярного транзистора обозначается как h31э (читается: аш-два-один-э, где э – схема с общим эмиттером), и у каждого транзистора он разный. Величина коэффициента h31э (его полное название – статический коэффициент передачи тока базы h31э ) зависит только от толщины базы транзистора (ее изменить нельзя) и от напряжения между коллектором и эмиттером, поэтому при небольшом напряжении (менее 20 В) его коэффициент передачи тока при любом токе коллектора практически неизменен и незначительно увеличивается при увеличении напряжения на коллекторе.

Коэффициент усиления по току – Кус.i и коэффициент усиления по напряжению – Кус.u биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, зависит от отношения сопротивления нагрузки (на схеме обозначено как Rн) и источника сигнала (на схеме обозначено как R1). Если сопротивление источника сигнала в h31э раза меньше сопротивления нагрузки, то коэффициент усиления по напряжению чуть меньше единицы (0,95…0,99), а коэффициент усиления по току равен h31э. Когда сопротивление источника сигнала более чем в h31э раза меньше сопротивления нагрузки, то коэффициент усиления по току остается неизменным (равным h31э ), а коэффициент усиления по напряжению уменьшается. Если же, наоборот, входное сопротивление уменьшить, то коэффициент усиления по напряжению становится больше единицы, а коэффициент усиления по току, при ограничении протекающего через переход база-эмиттер транзистора тока, не изменяется. Схема с общим эмиттером – единственная схема включения биполярного транзистора, которая требует ограничения входного (управляющего) тока. Можно сделать несколько выводов: – базовый ток транзистора нужно ограничивать, иначе сгорит или транзистор, или управляющая им схема; – с помощью транзистора, включенного по схеме ОЭ, очень легко управлять высоковольтной нагрузкой низковольтным источником сигнала. Через базовый, а следовательно и коллекторный переходы протекает значительный ток при напряжении база-эмиттер всего 0,8…1,5 В. Если амплитуда (напряжение) больше этого значения – нужно поставить между базой транзистора и выходом управляющей схемы токоограничивающий резистор (R1). Рассчитать его сопротивление можно по формулам:

Ir1=Irн/h31э R1=Uупр/Ir1 где:

Irн – ток через нагрузку, А; Uупр – напряжение источника сигнала, В; R1 – сопротивление резистора, Ом.

Еще одна особенность схемы с ОЭ – падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора можно практически уменьшить до нуля. Но для этого надо значительно увеличивать базовый ток, что не очень выгодно. Поэтому такой режим работы транзисторов используют только в импульсных, цифровых схемах.

Транзистор , работающий в схеме усилителя аналогового сигнала , должен обеспечивать примерно одинаковое усиление сигналов с разной амплитудой относительно некоторого “среднего” напряжения. Для этого его нужно немножко “приоткрыть”, постаравшись не “переборщить”. Как видно из рисунка ниже (левый):

ток коллектора и падение напряжения на транзисторе при плавном увеличении тока базы вначале изменяются почти линейно , и лишь потом, с наступлением насыщения транзистора, прижимаются к осям графика. Нас интересуют только прямые части линий (до насыщения) – очевидно, что они символизируют линейное усиление сигнала, то есть, при изменении управляющего тока в несколько раз во столько же раз изменится и ток коллектора (напряжение в нагрузке).

Форма аналогового сигнала показана на рисунке выше (справа) . Как видно из графика, амплитуда сигнала постоянно пульсирует относительно некоего среднего напряжения Uср, причем она может как увеличиваться, так и уменьшаться. Но биполярный транзистор реагирует только на увеличение входного напряжения (вернее тока). Вывод: нужно сделать так, чтобы транзистор даже при минимальной амплитуде входного сигнала был немножко приоткрыт. При средней амплитуде Uср он откроется чуть сильнее, а при максимальной Umax откроется максимально. Но при этом он не должен входить в режим насыщения (см.рис. выше) – в этом режиме выходной ток перестает линейно зависеть от входного, в следствии чего происходит сильное искажение сигнала.

Обратимся снова к форме аналогового сигнала. Так как и максимальная и минимальная амплитуды входного сигнала относительно средней примерно одинаковы по величине (и противоположны по знаку), то нам нужно подать на базу транзистора такой постоянный ток (ток смещения – Iсм), чтобы при “среднем” напряжении на входе транзистор был открыт ровно наполовину. Тогда при уменьшении входного тока транзистор будет закрываться и ток коллектора будет уменьшатся, а при увеличении входного тока он будет открываться еще сильнее.

Устройство биполярного транзистора и принцип действия

Рис. 1. Устройство n-p-n транзистора и его условное обозначение. Биполярные транзисторы, определение, вольт — амперные характеристики, принцип работы и классификация полупроводниковых приборов мы подробно рассматривали на странице http://www.xn--b1agveejs.su/radiotehnika/202-bipolyarnye-tranzistory.html. Для того чтобы усвоить материал, одной статьи мало, две хорошо, а сотни статей еще лучше. В этой статье рассмотрим принцип действия биполярных транзисторов на простом, доступном языке. Биполярный транзистор состоит из двух p-n переходов, образованных слоями полупроводников с примесями. На рис. 1. показана самая простая конструкция n-p-n транзистора. Тонкий слой слабо легированного полупроводника р-типа (база) расположен между двумя более толстыми слоями n-типа (эмиттер и коллектор). Толщина базы может быть меньше одного микрона. Принцип действия биполярного транзистора Рис. 2. Иллюстрация работы транзистора: (а) тока базы нет, (б) ток базы течет. На рис. 2. показан транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером. В схеме, приведенной на рис. 2.(a), ток базы не течет, а в схеме на рис. 2.(б) переключатель S замкнут, позволяя току из батареи В1 течь в базу транзистора. Сначала рассмотрим схему на рис. 2.(a). Важно отметить, что переход коллектор-база смещен в обратном направлении и имеющийся потенциальный барьер препятствует потоку основных носителей. Таким образом, пренебрегая утечкой, можно считать, что при разомкнутом ключе S коллекторный ток равен нулю. Теперь рассмотрим, что произойдет, когда ключ S замкнут (рис. 2.(б)). Переход база-эмиттер становится смещенным в прямом направлении, а переход коллектор-база остается смещенным в обратном направлении. Благодаря смещению перехода база-эмиттер в прямом направлении электроны из эмиттера n-типа посредством диффузии проходят по базе р-типа по направлению к обедненному слою на переходе база-коллектор. Эти электроны, являющиеся неосновными носителями в области базы, достигнув обедненного слоя, по потенциальному барьеру «как с горки» быстро скатываются в коллектор, создавая тем самым в транзисторе коллекторный ток. Действие смещенного в прямом направлении перехода база-эмиттер напоминает открывание ворот и позволяет току протекать по цепи эмиттер-коллектор. Таков принцип действия биполярного транзистора. Следующий момент требует объяснения. Почему электроны не рекомбинируют с дырками в базе р-типа в процессе диффузии в сторону коллектора? Ответ состоит в том, что базу делают совсем слабо легированной, то есть с низкой концентрацией дырок, и очень тонкой; следовательно, имеется лишь малая вероятность того, что электрон будет перехвачен дыркой и рекомбинирует. Когда электрон рекомбинирует в области базы, происходит кратковременное нарушение равновесия, поскольку база приобретает отрицательный заряд. Равновесие восстанавливается с приходом дырки из базовой батареи В1 Батарея В1 является источником дырок для компенсации рекомбинирующих в базе, и эти дырки образуют базовый ток транзистора. Благодаря базовому току в базе не происходит накопления отрицательного заряда и переход база-эмиттер поддерживается смещенным в прямом направлении, а это, в свою очередь, обеспечивает протекание коллекторного тока. Таким образом, транзистор является прибором, управляемым током. Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления тока (hFE). Он должен равняться числу электронов в секунду, успешно проследовавших от эмиттера к коллектору, деленному на число рекомбинировавших. В типичном маломощном кремниевом транзисторе приблизительно 1 из 100 электронов рекомбинирует в базе, так что усиление тока имеет значение порядка 100. Фактически в работе транзистора принимают участие как электроны, так и дырки, что отличает его от униполярного или полевого транзистора. Ранее упоминалось, что при смещении p-n перехода в прямом направлении текущий по нему ток образуют как электроны, так и дырки. Но при рассмотрении смещенного в прямом направлении перехода база-эмиттер мы пока учитывали только электроны, пересекающие этот переход. Такой подход оправдан практически, поскольку область эмиттера n-типа специально легируется очень сильно, чтобы обеспечить большое число свободных электронов, в то время как область базы легируется совсем слабо, и это дает настолько мало дырок, что ими можно пренебречь при рассмотрении тока через переход база-эмиттер. Эмиттер так сильно легирован, что напряжение лавинного пробоя перехода база-эмиттер обычно всего лишь 6 В. Этот факт нужно иметь в виду при работе с некоторыми переключающими схемами, где необходимо позаботиться о том, чтобы обратные смещения не были слишком большими. Но это обстоятельство может быть и полезным, поскольку переход база-эмиттер маломощного транзистора ведет себя как 6-вольтовый стабилитрон и иногда используется в этом качестве. Эффекты второго порядка. Зависимость коллекторного тока от тока базы Рис. 3. Типичная зависимость коллекторного тока от тока базы в маломощном кремниевом транзисторе. На рис. 3. показан график зависимости коллекторного тока от тока базы для маломощного кремниевого транзистора: наблюдается линейная зависимость IC от IB в широком диапазоне значений коллекторного тока. Однако при малом токе базы коэффициент усиления тока несколько уменьшается. Этот эффект можно объяснить, рассматривая поведение электронов в базе: при очень малом базовом токе ничто не способствует электронам, попавшим из эмиттера в базу, достичь коллектора; только приблизившись к обедненному слою коллектор-база, они затягиваются полем. До этого электроны, совершая случайные блуждания, просто диффундируют сквозь базу, и любой из них может стать жертвой рекомбинации с какой-нибудь встретившейся дыркой. При больших значениях базового тока условия для электронов благоприятнее. Дырки, инжектируемые в виде базового тока, создают небольшое электрическое поле в базе, которое помогает электронам в их движении к обедненному слою. Таким образом, при умеренных токах коллектора (порядка 1 мА) коэффициент усиления тока будет больше, чем при малых токах коллектора (порядка 10 мкА). При очень больших токах коллектора, когда заселенность базы дырками становится слишком большой, усиление начинает падать. База ведет себя так, как будто она легирована сильнее, чем это есть в действительности, так что значительная часть тока, текущего через эмиттерный переход, состоит из дырок, движущихся из базы в эмиттер так же, как полезные электроны, двигающиеся в другом направлении, к коллектору. Таким образом, все большая и большая часть базового тока является «пустой породой» и поэтому коэффициент усиления тока падает. Этот эффект важен в мощных усилителях, где он может приводить к искажению формы сигнала при больших токах коллектора. В связи с тем, что зависимость коллекторного тока от тока базы является нелинейной, существуют два определения для коэффициента усиления тока транзистора в схеме с общим эмиттером. Коэффициент усиления постоянного тока получается просто делением тока коллектора на ток базы; его обозначают hFE В или β и он важен для переключающих схем. Однако в большинстве случаев, когда речь идет об усилении, мы имеем дело только с небольшими приращениями коллекторного тока, и более подходящим способом определения коэффициента усиления тока является отношение приращения коллекторного тока к приращению тока базы, которое называется коэффициентом усиления тока hfe или β в режиме малого сигнала. Из рис. 3. следует, что hfe=ΔIC/ΔIB. Для большинства практических целей можно считать, что hFE и hfe равны. Ток утечки между коллектором и базой Хотя переход коллектор-база смещен в обратном направлении, все же существует очень небольшой ток утечки из коллектора в базу, обозначаемый ICBO поскольку он измеряется с разомкнутой цепью эмиттера. В кремниевом транзисторе при комнатной температуре ICBO очень мал, обычно менее 0,01 мкА. Однако в случае, когда транзистор включен в схему с общим эмиттером и цепь базы разорвана, как показано на рис. 2.(a), ток ICBO протекающий по переходу коллектор-база, должен течь в эмиттер, для которого он неотличим от внешнего тока базы. Таким образом, ICBO усиливается транзистором, и ток утечки между коллектором и эмиттером возрастает до значения ICEO = hFE/ICBO которое может доходить до 1 мкА. Поскольку ток ICBO в значительной степени является результатом теплового нарушения связей, он увеличивается приблизительно вдвое с ростом температуры на каждые 18 градусов Цельсия. Когда ICBO становится сравнимым с нормальным током коллекторной цепи, транзистор обычно считается слишком горячим. Кремниевые p-n переходы могут работать до 200 °С, а германиевые, имеющие много больший ток утечки, только до 85 °С. Когда кремниевый транзистор работает при комнатной температуре, токами ICBO и ICEO можно практически полностью пренебречь. В германиевом транзисторе при комнатной температуре (20 °С) ток ICBO имеет значение порядка 2 мкА, так что при hFE = 100 ток ICEO будет равен 200 мкА. Этот относительно большой ток утечки является той причиной, по которой германиевые транзисторы вышли из употребления, за исключением специальных целей, когда требуется малая разность потенциалов на германиевом p-n переходе, смещенном в прямом направлении. n-p-n и p-n-p транзисторы Описание работы транзистора, данное выше, относится к наиболее распространенным n-р-n транзисторам; также легко доступны р-n-р транзисторы, очень полезные для целого ряда комплементарных схем, так как они обладают характеристиками, идентичными с n-р-n транзисторами, но требуют напряжения питания противоположной полярности. Тогда как в n-р-n транзисторе ток коллектора состоит из электронов, в р-n-р транзисторе он состоит из дырок. Аналогично, ток базы является электронным током, а не дырочным. На рис. 4. показана структура р-n-р транзистора и его условное обозначение. Рис. 4. Устройство р-n-р транзистора и его условное обозначение.   Материалы по теме: Усилитель напряжения на биполярном транзисторе Транзисторы — режим насыщения

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Транзисторы можно разделить на два класса — биполярные и униполярные. В биполярных транзисторах как положительные, так и отрицательные носители принимают участие в работе прибора, отсюда и термин «биполярный». Заряд избыточных неосновных носителей, инжектированных в базу, компенсируется равным по величине зарядом основных носителей, так что электрическая нейтральность в базе сохраняется. С другой стороны, в униполярных приборах ток обусловлен только свободными основными носителями в проводящем канале и влияние малого количества неосновных носителей несущественно, отсюда и термин «униполярный» [1].

Полевой транзистор (ПТ) является униполярным прибором, в котором количество носителей в токе через проводящую область определяется электрическим полем, приложенным к поверхности (или p-n-переходу) полупроводника. В полевом транзисторе поток электронов направлен от истока, представляющего омический контакт, через проводящий канал к стоку, также представляющему омический контакт (рис. 1). Канал имеет длину в направлении протекания тока и соответственно ширину в направлении, перпендикулярном току и поверхности.

В полевом транзисторе с p-n-переходом управляющим электродом (затвором) является слой полупроводника, тип проводимости которого (р-тип) противоположен типу проводимости канала (n-тип). Управляющий p-n-переход, обратно смещённый относительно канала, образует изолирующий обеднённый слой, который, распространяясь в проводящий канал, эффективно ограничивает его размеры. Увеличение отрицательного потенциала вызывает дальнейшее сужение канала, уменьшающее его проводимость, а уменьшение отрицательного потенциала наоборот, приводит к расширению канала, увеличивающему его проводимость. При определённом значении напряжения на затворе, называемом напряжением отсечки, проводимость канала в идеальном случае уменьшается до нуля.

Нормальная работа ПТ с каналом р-типа обеспечивается подачей положительного смещения на затвор.

Рис. 1. Схематичное изображение полевого транзистора с p-n-переходом.
1 — исток; 2 — затвор p-типа; 3 — сток; 4 — обеднённая область; 5 — канал n-типа; 6 — затвор p-типа.

Максимальный ток стока и максимальная крутизна у ПТ с управляющим р-n-переходом (как с каналом р-типа, так и с каналом n-типа) наблюдается при нулевом смещении на затворе. При подаче прямого смещения на затвор ПТ появляется прямой ток через участок затвор-исток и резко уменьшается входное сопротивление транзистора.

На сток полевого транзистора с каналом n-типа необходимо подавать напряжение положительной полярности, а с каналом p-типа — отрицательной полярности.

Рис. 2. Условные обозначения ПТ с р-n-переходом.
а — с каналом p-типа; б — с каналом n-типа.

Условные обозначения полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом приведены на рис. 2.

CONTENTS NEXT

Транзистор — принцип работы.Основные параметры.

Как устроен транзистор.

Вне зависимости от принципа работы, полупроводниковый транзистор содержит в себе монокристалл из основного полупроводникового материала, чаще всего это — кремний, германий, арсенид галлия. В основной материал добавлены, легирующие добавки для формирования p-n перехода(переходов), металлические выводы.

Кристалл помещается в металлический, пластиковый или керамический корпус, для защиты от внешних воздействий. Однако, существуют также и бескорпусные транзисторы.

Принцип работы биполярного транзистора.

Биполярный транзистор может быть либо p-n-p, либо n-p-n в зависимости от чередования слоев полупроводника в кристалле. В любом случае выводы называются — база, коллектор и эмиттер. Слой полупроводника, соответствующий базе заключен между слоями эмиттера и коллектора. Он имеет принципиально очень малую ширину. Носители заряда движутся от эмиттера через базу — к коллектору. Условием возникновения тока между коллектором и эмиттером является наличие свободных носителей в области базы. Эти носители проникают туда при возникновении тока эмиттер-база. причиной которого может являться разность напряжения между этими электродами.

Т.е. — для нормальной работы биполярного транзистора в качестве усилителя сигнала всегда необходимо присутствие напряжения некого минимального уровня, для смещения перехода эмиттер-база в прямом направлении. Прямое смещение перехода база-эмиттер приоткрывая транзистор, задает так называемую — рабочую точку режима. Для гармоничного усиления сигнала по напряжению и току используют режим — А. В этом режиме напряжение между коллектором и нагрузкой, примерно равно половине питающего напряжения — т. е выходное сопротивление транзистора и нагрузки примерно равны . Если подавать теперь на переход база — эмиттер сигнал переменного тока, СОПРОТИВЛЕНИЕ эмиттер — коллектор будет изменяться, графически повторяя форму входного сигнала. Соответственно, то же будет происходить и с током через эмиттер к коллектору протекающим. Причем амплитуда тока будет большей, нежели амплитуда входного сигнала — будет происходить усиление сигнала.

Если увеличивать напряжение смещения база — эмиттер дальше, это приведет к росту тока в этой цепи, и как результат — еще большему росту тока эмиттер — коллектор. В конце, концов ток перестает расти — транзистор переходит в полностью открытое состояние(насыщения). Если затем убрать напряжение смещения — транзистор закроется, ток эмиттер — коллектор уменьшится, почти исчезнет. Так транзистор может работать в качестве электронного ключа. Этот режим наиболее эффективен в отношении управления мощностями, при протекании тока через полностью открытый транзистор величина падения напряжения минимальна. Соответственно малы потери тока и нагрев переходов транзистора.

Существует три вида подключения биполярного транзистора. С общим эмиттером (ОЭ) — осуществляется усиление как по току, так и по напряжению — наиболее часто применяемая схема.
Усилительные каскады построенные подобным образом, легче согласуются между собой, так как значения их входного и выходного сопротивления относительно близки, если сравнивать с двумя остальными видами включения (хотя иногда и отличаются в десятки раз).

С общим коллектором (ОК) осуществляется усиление только по току — применяется для согласования источников сигнала с высоким внутренним сопротивлением(импендансом) и низкоомными сопротивлениями нагрузок. Например, в выходных каскадах усилителей и контроллеров.

С общей базой (ОБ) осуществляется усиление только по напряжению. Имеет низкое входное и высокое выходное сопротивление и более широкий частотный диапазон. Это позволяет использовать подобное включение для согласования источников сигнала с низким внутренним сопротивлением(импендансом) с последующим каскадом усиления. Например — в входных цепях радиоприемных устройств.

Принцип работы полевого транзистора.

Полевой транзистор, как и биполярный имеет три электрода. Они носят названия — сток, исток и затвор. Если на затворе отсутствует напряжение, а на сток подано положительное напряжение относительно истока, то между истоком и стоком через канал течет максимальный ток.

Т. е. — транзистор полностью открыт. Для того, что бы его изменить, на затвор подают отрицательное напряжение, относительно истока. Под действием электрического поля (отсюда и название транзистора) канал сужается, его сопротивление растет, а ток через него уменьшается. При определенном значении напряжения канал сужается до такой степени, что ток практически исчезает — транзистор закрывается.

На рисунке изображено устройство полевого транзистора с изолированным затвором(МДП).

Если на затвор этого прибора не подано положительное напряжение, то канал между истоком и стоком отсутствует и ток равен нулю. Транзистор полностью закрыт. Канал возникает при некотором минимальном напряжении на затворе(напряжение порога). Затем сопротивление канала уменьшается, до полного открывания транзистора.

Полевые транзисторы, как с p-n переходом (канальные), так и МОП (МДП) имеют следующие схемы включения: с общим истоком (ОИ) — аналог ОЭ биполярного транзистора; с общим стоком (ОС) — аналог ОК биполярного транзистора; с общим затвором (ОЗ) — аналог ОБ биполярного транзистора.

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:
маломощные транзисторы — до 100 мВт ;
транзисторы средней мощности — от 0,1 до 1 Вт;
мощные транзисторы — больше 1 Вт.

Важные параметры биполярных транзисторов.

1. Коэффициент передачи тока(коэффициент усиления) — от 1 до 1000 при постоянном токе. С увеличением частоты постепенно снижается.
2. Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером(при разомкнутой базе) У специальных высоковольтных транзисторов, достигает десятков тысяч вольт.
3.Предельная частота, до которой коэффициент передачи тока выше 1. До 100000 гц. у низкочастотных транзисторов, свыше 100000 гц. — у высокочастотных.
4.Напряжение насыщения эмиттер-коллектор — величина падения напряжения между этими электродами у полностью открытого транзистора.

Важные параметры полевых транзисторов.

Усилительные свойства полевого транзистора определяются отношением приращения тока стока к вызвавшему его приращению напряжения затвор — исток, т. е.

ΔI_d /ΔU_GS

Это отношение принято называть крутизной прибора, а по сути дела оно является передаточной проводимостью и измеряется в миллиамперах на вольт(мА /В).

Другие важнейшие параметры полевых транзисторов приведены ниже:
1. I_Dmax — максимальный ток стока.

2.U_DSmax — максимальное напряжение сток-исток.

3.U_GSmax — максимальное напряжение затвор-исток.

4.Р_Dmax — максимальна мощность, которая может выделяться на приборе.

5.t_on — типовое время нарастания тока стока при идеально прямоугольной форме входного сигнала.

6.t_off — типовое время спада тока стока при идеально прямоугольной форме входного сигнала.

7.R_DS(on)max — максимальное значение сопротивления исток — сток в включенном(открытом) состоянии.

На главную страницу

Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».

Цепи транзисторов

Цепи транзисторов

Главная | Карта | Проекты | Строительство | Пайка | Исследование | Компоненты | 555 | Символы | FAQ | Ссылки

---

На этой странице объясняется работа транзисторов в схемах. Практические вопросы, такие как тестирование, меры предосторожности при пайке и идентификация выводов, рассматриваются в Страница транзисторов.

Общие: Типы | Токи | Функциональная модель | Пара Дарлингтона
Коммутация: Введение | Использовать реле? | Выход чипа | для NPN | и ПНП | Датчики | Инвертор

Следующая страница: Аналоговые и цифровые системы
См. Также: Транзисторы (пайка, идентификация выводов)

Типы транзисторов

Обозначения схемы транзистора

Есть два типа стандартных 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 если вы новичок в электронике, лучше всего начните с изучения того, как их использовать.

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

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

Помимо стандартных (биполярных) транзисторов, есть полевые транзисторы , которые обычно обозначаются как FET s. У них разные символы схем и свойства, и они (пока) не рассматриваются на этой странице.

---

Токи транзисторов

На схеме показаны два пути тока через транзистор. Вы можете построить эта схема с двумя стандартными 5-миллиметровыми красными светодиодами и любым универсальным маломощным Транзистор NPN (например, BC108, BC182 или BC548).

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.

Транзистор усиливает ток и может использоваться как переключатель.

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 NPN-транзистора

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 течет только при напряжении V _BE на переходе база-эмиттер составляет 0,7 В или более.
• Ток малой базы I _B управляет током большого коллектора Ic.
• Ic = h _FE × I _B (если транзистор не открыт и не насыщен)
  h _FE — это усиление по току (строго по постоянному току), типичное значение для h _FE — 100 (у него нет единиц измерения, потому что это соотношение)
• Сопротивление коллектор-эмиттер R _CE контролируется током базы I _B :
  • I _B = 0 R _CE = бесконечный транзистор выключен
  • I _B малый R _CE пониженный транзистор частично включен
  • I _B увеличено R _CE = 0 транзистор полностью открыт («насыщен»)

Дополнительные замечания:

• Резистор часто требуется последовательно с базой, чтобы ограничить базу. ток I _B и предотвратить повреждение транзистора.
• Транзисторы имеют максимальный 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.
• При насыщении транзистора определяется ток коллектора Ic. питающим напряжением 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.

На плате есть таблица с техническими характеристиками некоторых популярных транзисторов. страница транзисторов.

---

Схема сенсорного переключателя

Пара Дарлингтона

Это два транзистора, соединенные вместе так, что ток усиливается первым усиливается вторым транзистором.Общий коэффициент усиления по току равен два индивидуальных выигрыша, умноженные вместе:

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона, ч _FE = h _FE1 × h _FE2
(h _FE1 и h _FE2 — коэффициенты усиления отдельных транзисторов)

Это дает паре Дарлингтона очень высокий коэффициент усиления по току, например 10000, так что для включения пары требуется лишь крошечный базовый ток.

Пара Дарлингтона ведет себя как одиночный транзистор с очень высокий коэффициент усиления по току. Имеет три вывода ( B , C и E ) которые эквивалентны выводам стандартного отдельного транзистора. Для включения должно быть 0,7 В на обоих соединенных переходах база-эмиттер. последовательно внутри пары Дарлингтона, поэтому для включения требуется 1,4 В.

Пары Дарлингтона доступны в виде полных пакетов, но вы можете составить свои собственные. от двух транзисторов; TR1 может быть маломощным, но обычно TR2 должен быть высоким. власть.Максимальный ток коллектора Ic (max) для пары одинаков. как Ic (max) для TR2.

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 любыми. транзисторы малой мощности назначения. 100 тыс. резистор защищает транзисторы, если контакты соединены куском провода.

---

Использование транзистора в качестве переключателя

Когда транзистор используется в качестве переключателя, он должен быть либо ВЫКЛ. , либо полностью ВКЛЮЧЕННЫМ . . В полностью открытом состоянии напряжение V _CE на транзисторе почти равно нулю. и транзистор называется насыщенным , потому что он больше не может проходить ток коллектора Ic. Устройство вывода, переключаемое транзистором, обычно называется «нагрузкой».

Мощность, развиваемая переключающим транзистором, очень мала:

• В состоянии ВЫКЛ. : мощность = Ic × V _CE , но Ic = 0, поэтому мощность равна нулю.
• В состоянии полный ВКЛ : мощность = Ic × V _CE , но V _CE = 0 (почти), поэтому мощность очень мала.

Это означает, что транзистор не должен нагреваться при использовании, и вам не нужно рассмотрите его максимальную номинальную мощность. Важные характеристики в схемах переключения — максимальный ток коллектора Ic (макс.) и минимальный коэффициент усиления по току h _FE (мин) . Номинальное напряжение транзистора может быть проигнорировано, если вы не используют напряжение питания более 15 В.На плате есть таблица с техническими характеристиками некоторых популярных транзисторов. страница транзисторов.

Для получения информации о работе транзистора см. функциональная модель выше.

Защитный диод

Если нагрузка — двигатель , реле или соленоид (или любое другое устройство с катушкой) диод должен быть подключен к нагрузке для защиты транзистор (и микросхема) от поломки при отключении нагрузки.На диаграмме показаны как это связано «в обратном направлении», так что обычно НЕ будет проводить. Только проведение возникает при выключении нагрузки, в этот момент ток пытается продолжить течь через катушку и безвредно отводится через диод. Без диода нет ток может течь, и катушка вызовет разрушительный выброс высокого напряжения в ее попытаться сохранить текущее течение.

Когда использовать реле

Транзисторы не могут переключать переменный ток или высокое напряжение (например, электросеть), и они обычно не лучший выбор для коммутации больших токов (> 5A).В этих случаях потребуется реле, но учтите, что для переключения тока катушки реле все же может потребоваться маломощный транзистор!

Преимущества реле:

• Реле могут переключать переменного тока и постоянного тока, транзисторы могут переключать только постоянный ток.
• Реле могут переключать высокое напряжение , транзисторы — нет.
• Реле — лучший выбор для переключения больших токов (> 5A).
• Реле могут переключать много контактов одновременно.

Недостатки реле:

• Реле на громоздче , чем транзисторы для коммутации малых токов.
• Реле не могут переключаться быстро , транзисторы могут переключаться много раз в секунду.
• Реле потребляют больше энергии из-за тока, протекающего через их катушку.
• Реле требуют большего тока, чем могут обеспечить многие микросхемы , поэтому низкое энергопотребление Транзистор может понадобиться для переключения тока катушки реле.

---

Подключение транзистора к выводу микросхемы

Большинство микросхем не могут обеспечивать большие выходные токи, поэтому может потребоваться транзистор. для переключения большего тока, необходимого для выходных устройств, таких как лампы, двигатели и реле. Микросхема таймера 555 необычна, потому что она может обеспечивать относительно большой ток до 200 мА, которого достаточно для некоторых устройств вывода, таких как слаботочные лампы, зуммеры и многие катушки реле без необходимости использования транзистора.

Транзистор также можно использовать для включения микросхемы, подключенной к источнику низкого напряжения (например, 5 В). для переключения тока для выходного устройства с отдельным источником более высокого напряжения (например, 12 В). Два источника питания должны быть соединены, обычно это делается путем соединения их 0В соединений. В этом случае следует использовать транзистор NPN.

Резистор R _B необходим для ограничения тока, протекающего в базе транзистор и предотвратить его повреждение.Однако R _B должен быть достаточно низким, чтобы убедитесь, что транзистор полностью пропитан, чтобы предотвратить его перегрев, это особенно важно, если транзистор коммутирует большой ток (> 100 мА). Безопасное правило — сделать базовый ток I _B примерно в пять раз больше, чем значение, которое должно просто насыщать транзистор.

Выбор подходящего NPN-транзистора

На принципиальной схеме показано, как подключить NPN транзистор , он включится нагрузка при выходе микросхемы высокая .Если вам нужно обратное действие, с включенной нагрузкой, когда выход микросхемы низкий (0V) пожалуйста см. схему транзистора PNP ниже.

В приведенной ниже процедуре объясняется, как выбрать подходящий переключающий транзистор.

Транзисторный переключатель NPN (нагрузка включена, когда выходной сигнал микросхемы высокий) Использование единиц измерения в расчетах Не забудьте использовать V, A и или В, мА и k.Подробнее см. страницу Закона Ома.

1. Максимальный ток коллектора транзистора Ic (max) должен быть больше тока нагрузки Ic.

   ток нагрузки Ic =	напряжение питания Vs
   	сопротивление нагрузки R L

2. Минимальное усиление тока транзистора h _FE (мин) должно быть не менее пяти раз деленного тока нагрузки Ic по максимальному выходному току с микросхемы.

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

3. Выберите транзистор, который соответствует этим требованиям, и запишите его свойства: Ic (max) и h _FE (мин).
   Есть таблица с техническими характеристиками некоторых популярных транзисторов. на странице транзисторов.
4. Рассчитайте приблизительное значение базового резистора:

   R B =	Vc × h FE	где Vc = напряжение питания микросхемы (в простой схеме с одним источником питания это Vs)
   	5 × Ic

   Для простой схемы, в которой микросхема и нагрузка используют один и тот же источник питания (Vc = Vs) вы можете предпочесть использовать: R _B = 0.2 × R _L × h _FE

   Затем выберите ближайшее стандартное значение для базового резистора.

5. Наконец, помните, что если нагрузкой является двигатель или катушка реле, требуется защитный диод.

Пример
Выход КМОП-микросхемы серии 4000 необходим для работы реле с 100 катушек.
Напряжение питания составляет 6В как для микросхемы, так и для нагрузки. Чип может обеспечивать максимальный ток 5 мА.

1. Ток нагрузки = Vs / R _L = 6/100 = 0,06 A = 60 мА, поэтому транзистор должен иметь Ic (макс.)> 60 мА.
2. Максимальный ток от микросхемы 5мА, поэтому транзистор должен иметь h _FE (мин)> 60 (5 × 60 мА / 5 мА).
3. Выберите транзистор BC182 малой мощности общего назначения с Ic (макс.) = 100 мА и h _FE (мин) = 100.
4. R _B = 0,2 × R _L × h _FE = 0.2 × 100 × 100 = 2000 г. поэтому выберите R _B = 1k8 или 2k2.
5. Для катушки реле требуется защитный диод.

Транзисторный переключатель PNP (нагрузка включена, когда выходной сигнал микросхемы низкий)

Выбор подходящего транзистора PNP

На принципиальной схеме показано, как подключить транзистор PNP , он включится. нагрузка при выходе микросхемы низкий (0В).Если вам нужно обратное действие, с включенной нагрузкой, когда выход чипа высокий пожалуйста см. схему для NPN-транзистора выше.

Процедура выбора подходящего транзистора PNP точно такая же. как для NPN-транзистора, описанного выше.

---

Использование транзисторного ключа с датчиками

Светодиод загорается, когда LDR находится в темноте

Светодиод загорается, когда LDR имеет яркость

На верхней принципиальной схеме показан LDR (датчик освещенности). подключен так, чтобы светодиод загорался, когда LDR находится в темноте.Переменный резистор регулирует яркость, при которой транзистор включается и выключается. В этой схеме можно использовать любой транзистор малой мощности общего назначения.

Постоянный резистор 10 кОм защищает транзистор от чрезмерного базового тока (который приведет к его разрушению), когда переменная резистор уменьшен до нуля. Чтобы переключить эту схему на подходящую яркость, вы можете нужно поэкспериментировать с разными значениями постоянного резистора, но оно не должно быть меньше 1к.

Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки, такой как двигатель или реле, помните для добавления защитного диода к нагрузке.

Действие переключения можно инвертировать , поэтому светодиод загорается, когда LDR ярко освещен, если поменять местами LDR и переменный резистор. В этом случае фиксированный резистор можно не устанавливать, потому что сопротивление LDR не может быть уменьшено до нуля.

Обратите внимание, что переключающее действие этой схемы не очень хорошее, потому что будет промежуточная яркость, когда транзистор будет частично на (не насыщенный).В этом состоянии транзистор находится в опасности перегрева, если он не переключает небольшой ток. Нет проблем с небольшим током светодиода, но с большим током лампа, двигатель или реле могут вызвать перегрев.

Другие датчики, такие как термистор, могут использоваться с этой схемой, 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):

Переменный резистор, Rv = квадратный корень из (Rmin × Rmax)

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

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

---

Транзисторный инвертор (НЕ затвор)

Инверторы (НЕ вентили) доступны на логических микросхемах, но если вам нужен только один инвертор, как правило, лучше использовать эту схему. Выходной сигнал (напряжение) является инверсией входного сигнала:

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

Можно использовать любой маломощный NPN-транзистор общего назначения. Для общего пользования R _B = 10 тыс. и R _C = 1k, тогда выход инвертора можно подключить к устройству с входным сопротивлением (сопротивлением) не менее 10к например, логическая микросхема или таймер 555 (входы триггера и сброса).

Если вы подключаете инвертор к входу логической микросхемы CMOS (очень высокий импеданс) вы можете увеличить R _B до 100 тыс. и _C до 10 тыс., это уменьшит ток, используемый инвертором.

---

Следующая страница: Аналоговые и цифровые системы | Изучение электроники

---

---

© Джон Хьюс 2007, Клуб электроники, www.kpsec.freeuk.com
Этот сайт был взломан с использованием ПРОБНОЙ версии WebWhacker. Это сообщение не появляется на лицензированной копии WebWhacker.

Как работает схема транзистора

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

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

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

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

Вы готовы?

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

Тип транзистора

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

Знак показывает класс полупроводниковых материалов, из которых изготовлен транзистор.

В настоящее время в основном используются транзисторы NPN-типа.

Так как это легко делается из кремниевых материалов.

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

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

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

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

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

Рекомендуется: Транзисторы — сделайте усилитель или схему переключения

Изучите основной ток транзистора

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

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

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

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

Читать дальше: Символы транзисторов

Что еще? мы будем ток в базовой транзисторной схеме.

Посмотрите на рисунок. Транзистор NPN в простой схеме.

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

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

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

Эквивалентный транзистор

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

Транзистор работает как водяной клапан

Сравниваем транзисторы как водяные клапаны. Мы можем контролировать большую мощность подачи воды на выход при низком уровне воды.

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

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

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

Основные принципы

В целом рабочий диапазон транзистора можно разделить на 3 диапазона:

1. Отключение (останов транзистора).

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

2. Насыщенный диапазон.

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

3. Активный диапазон

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

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

Вы поняли?

Экспериментируйте с транзистором тока

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

Посмотрите:

Схема на простом транзисторе тока

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

Вот пошаговый процесс работы транзисторной схемы.

Малый базовый ток контролирует высокий ток коллектора.

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

Это базовый ток. Пока LED1 тоже тускнеет.

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

Этот ток коллектора достаточно велик, чтобы сделать светодиод C очень ярким.

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

Часто мы используем транзистор для усиления тока и переключений.

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

Рабочая модель и структура транзистора NPN

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

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

Посмотрите на ниже.

Вот пошаговый процесс.

• Соединение база-эмиттер похоже на диод.
• Базовый ток IB протекает только тогда, когда напряжение VBE между базой-эмиттером равно 0.7В или больше.
• Крошечный базовый ток (IB) контролирует высокие токи коллектора.
• IC = hFE × IB (если транзистор не полностью активен и не насыщен)

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

Дополнительные примечания:

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

  Не связано с усилением транзистора по току.

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

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

Пара транзисторов Дарлингтона

Два транзистора подключены, как показано.

Он заставляет ток, усиленный первым, усиливаться вторым транзистором.

Текущее усиление равно усилению каждого из них, умноженному вместе:

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

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

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

Мы можем использовать пару Дарлингтона, работает хорошо.

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

Эксперимент со схемой сенсорного переключателя

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

В этой схеме используются два маломощных транзистора общего назначения.

При прикосновении к нему загорается светодиод.

Резистор 100 кОм используется для ограничения тока базы.

Также ознакомьтесь с этими статьями (используя Дарлингтона):

Использование транзистора в качестве переключателя

Когда мы используем транзистор в качестве переключателя. Он выключится (OFF) или включится (ON).

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

Посмотрите на простую схему работы транзистора переключения ниже.

Устройство вывода, которое переключается этим транзистором. Вызывается нагрузка

Мощность, генерируемая переключающим транзистором, очень мала:

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

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

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

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

Читайте также: Схема переключения транзисторов в цифровых схемах

Защищенный диод

Если нагрузкой является двигатель, реле или соленоид (или другие устройства, представляющие собой катушку).Мы подключим диод к нагрузке. Для защиты транзисторной схемы работает (и ИМС), поврежденная при отключении нагрузки.

Посмотрите на электрическую схему.

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

Он будет проводить ток только при отключении нагрузки.

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

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

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

Когда следует использовать реле

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

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

Преимущества реле:

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

Недостатки реле:

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

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

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

Соединение транзистора с выходом микросхемы

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

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

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

Посмотрите на принципиальную схему. Подключите транзистор к выходу микросхемы.

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

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

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

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

Выбор подходящего NPN-транзистора

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

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

Следующие шаги объясняют, как выбрать подходящий переключающий транзистор.

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

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

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

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

Выбор правильного транзистора PNP

Посмотрите на принципиальную схему, показывающую подключение транзистора PNP.

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

…

Загрузить это

Все полноразмерные изображения этого сообщения в формате PDF находятся в электронной книге. Спасибо, поддержка. 🙂

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

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

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

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Build Simple Transistor Circuits — Самодельные проекты схем

Сюда включен сборник важных для сборки различных транзисторных простых схем.

Простые транзисторные схемы для начинающих любителей

В этой статье обсуждались многие простые конфигурации транзисторов, такие как сигнализация о дожде, таймер задержки, защелка сброса, тестер кристалла, светочувствительный переключатель и многое другое.

В этом сборнике простых транзисторных схем (схем) вы встретите множество небольших очень важных конфигураций транзисторов, специально разработанных и скомпилированных для начинающих энтузиастов электроники.

Простые схемы (схемы), показанные ниже, имеют очень полезное применение и, тем не менее, их легко построить даже для начинающих энтузиастов электроники. Давайте начнем их обсуждение:

Регулируемый источник питания постоянного тока:

Очень хороший регулируемый блок питания можно построить, используя всего пару транзисторов и несколько других пассивных компонентов.

Схема обеспечивает хорошее регулирование нагрузки, максимальный ток не превышает 500 мА, что достаточно для большинства приложений.

Rain Alarm

Эта схема построена всего на двух транзисторах в качестве основных активных компонентов.

Конфигурация представляет собой стандартную пару Дарлингтона, что значительно увеличивает ее способность усиления тока.

Капли дождя или капли воды, падающие и перекрывающие основание положительным источником питания, достаточны для срабатывания сигнализации.

Источник питания без гудения:

Для многих схем аудиоусилителей гудение может стать большой помехой, даже правильное заземление иногда не может решить эту проблему.

Однако мощный транзистор и несколько конденсаторов при их подключении, как показано, могут определенно решить эту проблему и обеспечить необходимую мощность без шума и пульсаций для всей схемы.

Защелка установки-сброса:

Эта схема также использует очень мало компонентов и точно устанавливает и сбрасывает реле и выходную нагрузку в соответствии с входными командами.

Нажатие верхнего кнопочного переключателя активирует цепь и нагрузку, тогда как оно отключается нажатием нижней кнопки.

Простой таймер задержки

Очень простая, но очень эффективная схема таймера может быть спроектирована путем включения всего двух транзисторов и других компонентов.

Нажатие кнопки включения мгновенно заряжает конденсатор емкостью 1000 мкФ и включает транзисторы и реле.
Даже после отпускания переключателя цепь остается в положении до полного разряда С1.Время задержки определяется значениями R1 и C1. В нынешнем дизайне это около 1 минуты.

Crystal Tester:

Кристаллы могут быть довольно незнакомыми компонентами, особенно для новичков в области электроники.

Показанная схема в основном представляет собой стандартный генератор Колпитца, включающий кристалл для инициирования его колебаний.

Если подключенный кристалл исправен, это будет обозначено горящей лампочкой, неисправный кристалл будет держать лампу закрытой.

Предупреждающий индикатор уровня воды:

Больше никаких подглядываний и нервных опасений из-за переполненных резервуаров для воды.

Эта схема будет издавать приятный небольшой жужжащий звук задолго до того, как ваш танк разольется.

Нет ничего проще этого. Продолжайте следить за появлением большего количества этих маленьких гигантов, я имею в виду простые схемы, которые можно построить с огромным потенциалом.

Тестер устойчивости руки:

Довольно уверены в ловкости руки? Настоящая схема определенно может бросить вам вызов.

Создайте эту схему и просто попробуйте надеть суженное металлическое кольцо на положительный вывод питания, не касаясь его.
Жужжащий звук из динамика вызовет у вас «беспокойные руки».

Светочувствительный переключатель:

Список деталей приведен здесь

Если вы заинтересованы в создании недорогого светочувствительного переключателя, эта схема как раз для вас.

Идея проста, наличие света выключает реле и подключенную нагрузку, отсутствие света делает с точностью до наоборот.

Нужны дополнительные объяснения или помощь? Просто продолжайте публиковать свои ценные комментарии (комментарии требуют модерации, для их появления может потребоваться время).

Схема простого тестера

Пассивное тестирование электронной схемы кажется довольно простой задачей. Все, что вам нужно, это действительно омметр.

К сожалению, работать с полупроводниковыми приборами такого типа нецелесообразно. Выходные токи, вероятно, повредят полупроводниковые переходы.

Тестер, описанный в этой статье, прост в сборке и обладает преимуществом, заключающимся в том, что максимум около 50 мкА может подаваться только в тестируемой цепи.

Следовательно, он может использоваться для большинства стандартных ИС и полупроводников, которые включают элементы на основе МОП. Индикация реализована через небольшой громкоговоритель, чтобы гарантировать, что в процессе тестирования не требуется постоянно обращаться к тестирующему устройству, а не концентрироваться на тестовых точках.

Транзисторы T1 и T2 составляют основной НЧ-генератор, управляемый напряжением, с громкоговорителем, работающим как нагрузка. Частота генератора формируется C1, R1, R4 и внешним сопротивлением между измерительными проводами.Резистор R3 — сопротивление коллектора Т2; C2 ведет себя как низкочастотная развязка именно этого резистора.

Как упоминалось ранее, тестер никогда не причинит вреда проверяемой цепи; в качестве альтернативы, лучше всего включить диоды D1 и D2, чтобы тестируемая цепь не могла противодействовать повреждению частей тестера. До тех пор, пока у вас нет электрического соединения между тестирующими стержнями, схема не потребляет никакого тока. В этом случае срок службы батареи может быть примерно таким же, как срок службы батареи.

Индикатор задних фонарей с предохранителем для автомобиля

Для тех, кто хотел бы быть уверенным, что лампы на их автомобиле находятся в отличном состоянии, эта схема, вероятно, является выходом. Он довольно простой и дает точную индикацию в любое время, когда какой-либо конкретный светильник перегорает или перестает работать. По отношению к току, потребляемому лампой L, вокруг сопротивления Rx возникает падение напряжения.

Это падение напряжения должно составить около 400 мВ, что может помочь определить значение R .. Например, если это задние фонари, где пара ламп 10 Вт 12 В может быть параллельна, Rx может быть рассчитано, как указано ниже:

Ток может быть выражен как P / V = ​​20/12 = 1.7 ампер

Тогда Rx можно рассчитать как V / I = 0,4 / 1,67 = 0,24 Ом

T2 может быть BC557

Из-за того, что на RX возникает падение 400 мВ, T1 обычно включается, что приводит к отключению T2 . В случае перегорания одного из задних фонарей ток через Rx уменьшается наполовину, что составляет 0,84 А. Падение напряжения на Rx в этот момент составляет 0,84 x 0,24 = 0,2 В.

Это напряжение выглядит существенно минимальным для активации T1, что означает, что этот T2 теперь получает базовый ток через R1, и загорается светодиод.Чтобы получить надежную индикацию отказа ламп, рекомендуется использовать одну схему детектора, поскольку может быть только пара ламп.

Тем не менее, использование одного светодиода для нескольких детекторов вполне допустимо: D1 и R3 обычно работают со всеми датчиками, а коллекторы всех транзисторов T2 могут быть соединены друг с другом. R3 должен быть 470 Ом для схемы 12 В и 220 Ом для схемы 6 В.

Простой регулируемый переменный источник питания

Очень простой регулируемый источник питания со стабилизированным выходом может быть построен с использованием всего лишь пары транзисторов, как показано ниже:

Транзисторы T1 и T2 образуют пару Дарлингтона с высоким коэффициентом усиления по току для управления выходным напряжением.Поскольку конструкция в основном представляет собой эмиттерный повторитель, выход эмиттера следует за базовым напряжением, что означает, что изменение базового напряжения пропорционально изменяет выходное напряжение эмиттера.

R1 вместе со стабилитроном определяет базовое напряжение Дарлингтона, которое, в свою очередь, обеспечивает эквивалентное выходное напряжение эмиттера.

R1 и стабилитрон можно отрегулировать по желанию, выбрав значения в соответствии со следующей датой:

Дизайн печатной платы для вышеуказанного транзисторного стабилизированного источника питания можно увидеть на следующем рисунке.

Простая схема усилителя мощности 30 Вт

Эту простую схему полностью транзисторного усилителя мощностью 30 Вт можно использовать для питания небольших акустических систем от USB или от мобильных источников музыки для iPod. Устройство обеспечит отличное звучание усиленной музыки, достаточное для любой небольшой комнаты.

Уровень искажений для этой схемы 30-ваттного транзисторного усилителя значительно снижен, а стабильность потрясающая.

Конденсатор C7 предназначен для компенсации фазового сдвига выходных транзисторов.Значение R1 уменьшено до 56 кОм, и дополнительная развязка с помощью резистора 47 кОм и конденсатора I0 мкФ включены последовательно со стороной с высоким потенциалом R1 и положительным полюсом источника питания.

Выходной импеданс довольно минимален, так как T5 / T7 и T6 / T8 работают как мощные дарлингтоны. Каскад управляющего усилителя эффективно обеспечивает входное среднеквадратичное напряжение 1 В.

Из-за пониженной входной чувствительности усилитель обеспечивает отличную стабильность, а его уровень чувствительности к фоновому шуму минимален.Значительная отрицательная обратная связь через R4 и R5 гарантирует снижение искажений. Оптимально допустимое напряжение питания 42 В.

Схема питания должна быть выполнена в виде стабилизированного блока питания усилителя. Помимо представленных радиаторов, транзисторы 3nos 2N3055 необходимо охладить, закрепив их на металлическом корпусе с помощью слюдяных изолирующих шайб. Стол БП рассчитан на стерео.

Электрические характеристики схемы усилителя мощностью 30 Вт приведены ниже:

Полный список деталей для указанной выше схемы усилителя

Задержка выключения освещения салона автомобиля

Когда поездка на автомобиле начинается после захода солнца, полезно предоставить систему, которая может держать внутреннее освещение включенным через некоторое время после того, как двери были заперты, что позволяет водителям легко пристегнуть ремни безопасности и повернуть ключ зажигания.Простая схема задержки выключения, показанная ниже, может быть использована для идеальной реализации этой функции.

Когда двери закрываются, контакт двери размыкается, отсоединяя базу транзистора от линии заземления vi D3. Это нарушит заземление pnp-транзистора. Тем не менее, реле все еще работает некоторое время из-за C1, что позволяет току базы BC557 проходить через C1 и катушку реле, пока в конечном итоге C1 не зарядится полностью и не отключит транзисторы и реле.

Контроллер освещения 7-сегментного дисплея Схема

Типичный 7-сегментный дисплейный ток должен быть ограничен примерно до 25 мА, что обычно осуществляется через последовательные резисторы.При наличии резисторов яркость дисплея не может быть изменена. В качестве альтернативы продемонстрированная здесь схема питает дисплей от регулируемого источника напряжения со схемой эмиттерного повторителя.

Светодиодная подсветка дисплея изменяется в соответствии с настройками регуляторов напряжения P1 (грубая) и P2 (точная), примерно в пределах от 0 до 43 В, точная настройка имеет решающее значение из-за диодной характеристики светодиода.

При регулировке яркости дисплея выходное напряжение сначала фиксируется на минимальном значении, затем постепенно увеличивается для достижения нужной яркости.

Общий ток для любого 7-значного дисплея не должен превышать 1 ампер, чтобы получить безопасный и надежный сегментный ток 25 мА (7 сегментов по 25 мА для 6 цифр). Выбор последовательного транзистора (T1) определяется его рекомендованными характеристиками рассеяния.

Рабочее реле с более низким напряжением питания

Когда реле работает с номинальным напряжением, оно фактически может удерживать активацию, даже если управляющее напряжение значительно снижается. При пониженном напряжении это позволяет реле работать оптимально, но при этом экономить электроэнергию.

Однако начальное напряжение должно быть близко к указанному напряжению реле, иначе реле может не сработать.

Схема, описанная ниже, позволяет реле включаться от источника питания ниже номинального, гарантируя, что при включении напряжение повышается через сеть удвоителя напряжения на диоде / конденсаторе. Это повышенное напряжение обеспечивает реле требуемым более высоким начальным питанием. Как только активация завершена, напряжение падает до более низкого значения, позволяя реле удерживать и работать с пониженной экономичной мощностью.

Простой двухтранзисторный генератор

Эта небольшая экспериментальная схема двухтранзисторного генератора может легко создавать слышимые частоты в диапазоне от 100 Гц до 2 кГц, используя небольшой громкоговоритель. Схема может управляться 4-мя батареями AA или постоянным источником питания 6 В. Текущие характеристики этой схемы определяются напряжением источника питания и импедансом используемого громкоговорителя, а диапазон обычно может составлять от 10 до 300 мА.

Потенциометр P1 устанавливает рабочий частотный спектр, который устанавливается в широком диапазоне значений.Можно попробовать потенциометры до 1 МОм, преобразуя нижний регулятор частотного диапазона примерно до 10 Гц. C1 также может быть изменен, и значения от 0,01 мкФ до 0,22 мкФ могут соответствовать требованиям тестирования.

Большие значения C1 будут генерировать частоты в нижнем спектре диапазона. Схема очень хорошо работает в таких приложениях, как сигнализация, видеоигры, игрушки, а также для получения дополнительной информации о транзисторных генераторах.

FET Lamp Flasher

Простая схема мигания лампы создается с использованием пары FET, которые собраны вместе как базовый нестабильный мультивибратор.Эти транзисторы проводят попеременно и включают / выключают две лампы.

Значения ПДУ, показанные на диаграмме, фиксируют частоту мигания примерно на 1/3 Гц. Просто регулируя номиналы резистора или конденсатора, можно получить практически любую частоту мигания. Для использования ламп с более высоким номиналом вы можете подключить большее количество MOSFT параллельно, без использования каких-либо конкретных компонентов, зависящих от тока.

Лампы могут быть типичными лампами от 12 В до 14 В с сопротивлением 6 Ом с холодной нитью накала.Когда используется 12 вольт, пусковой ток, используемый схемой, будет составлять 2 ампера. Одна и та же лампа после включения и выключения будет работать с потреблением только 200 мА.

Цепь мигающего неонового шара 9 В

Мигающие неоновые шары используются во многих приложениях, но их довольно высокое рабочее напряжение препятствует их нормальному использованию в ситуациях, когда нет доступа к электросети.

Эта предлагаемая схема неонового шара позволяет запитать неоновые лампы от источника постоянного тока низкого напряжения.Напряжение, необходимое для зажигания неоновой трубки, достигается с помощью обычного понижающего трансформатора 240-6,3 В, подключенного в обратном порядке. Разряд батареи схемы довольно низкий, который может находиться в диапазоне от 1 до 2 миллиампер по сравнению с питанием от батареи на 9 вольт.

Q1 — однопереходный транзистор, который работает как релаксационный генератор. Его функциональная частота устанавливается сетью R2 -C1. Импульсы, генерируемые UJT Q1, поступают на транзистор Q2, который, следовательно, переключает транзистор Q3 в состояние насыщения.Резкое увеличение тока, возникающее в обмотке трансформатора 6,3 В из-за перехода Q3 в режим насыщения, вызывает высокое напряжение во вторичной обмотке трансформатора, вызывая мигание неонового шара. Диод D1 расположен для защиты транзистора от скачков высокого напряжения, возникающих из-за индуктивного переключения трансформатора.

Простая схема звукового сигнала

Эта простая схема звукового сигнала построена на основе асимметричного мультивибратора, запускаемого с помощью кнопки.Громкоговоритель представляет собой крошечный элемент с импедансом катушки от 25 до 40 Ом. Вы также можете использовать наушники с импедансом около 500 Ом вместо рекомендованного динамика.

Резистор R1 может использоваться для регулировки звукового диапазона звуковой сигнализации. Вы можете использовать любой кремниевый, NPN, низкочастотный транзистор с малым сигналом для Q1, например AC127, BC107, BC108 и т. Д., А для Q2 можно попробовать любой транзистор PNP, такой как 8550, 2N2907, BD140 и т. Д. Характеристики батареи могут соответствовать току стока Q2.

Цепь низких / высоких частот с одним транзистором

Эта базовая схема с одним транзистором обеспечивает усиление примерно на 15 дБ при 100 Гц или срезание при 15 кГц. В этой простой цепи низких и высоких частот используется малошумящий аудиотранзистор общего назначения, а выход может быть напрямую подключен к любому регулятору громкости усилителя мощности, где обычно настраивается регулятор тембра.

Коэффициент усиления этой однотранзисторной схемы регулировки тембра близок к единице при измерении с регуляторами, отрегулированными в «плоском» положении.

Введение в транзисторы

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

В моей предыдущей статье «Введение в основные электронные схемы» вы познакомились с простейшими, самыми основными типами электронных схем. Это отличное место для начала изучения электроники, но в конечном итоге любая реальная схема будет более сложной, чем те, которые обсуждались в той первой статье.

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

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

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

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

Биполярные переходные транзисторы (BJT)

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

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

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

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

В большинстве схем эмиттер NPN будет связан с землей (или подключен к резистору, который подключается к земле), а эмиттер PNP будет связан с положительным источником питания (возможно, снова через резистор).

Биполярный транзистор имеет три зоны работы:

Активная область:

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

Это экспоненциальная зависимость, поэтому малейшее изменение Vbe может иметь огромное влияние на ток коллектора. Поскольку этот переход база-эмиттер на самом деле представляет собой просто диод, напряжение (V _будет ) всегда будет близко к 0.7В. Это соотношение регулируется следующим уравнением:

I

_C = I _S * exp (V _be / V _T )

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

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

I

_C = β * I _B

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

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

I

_E = I _C + I _B

Насыщенность и отсечка:

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

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

Полевые транзисторы (FET)

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

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

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

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

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

Полевые транзисторы имеют три зоны работы:

Обрезка зоны:

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

.

Если V

_GS t , то Id = 0 (область отсечения)

В области отсечки полевой транзистор действует как разомкнутый переключатель.

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

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

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

Если V

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

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

Активная область

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

Если V

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

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

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

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

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

I

_D = k ’* (V _GS — V _t ) ²

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

Это было только очень общее введение в некоторые из фундаментальных концепций, связанных с транзисторами. В зависимости от того, насколько глубоко вы хотите погрузиться, вам предстоит еще многому научиться. Фактически, было написано много книг, посвященных физике транзисторов и / или проектированию транзисторных схем.

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

Ключи транзисторные

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

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

Рисунок 3 — Транзисторные переключатели драйвера светодиода

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

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

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

Преобразователи транзисторные

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

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

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

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

Рисунок 4 — Цифровые инверторы на полевых транзисторах

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

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

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

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

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

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

Схема биполярного транзистора

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

Рисунок 5 — Простая схема NPN

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

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

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

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

I

_B = (VS1 — 0,7 В) / R1

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

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

В

_выход = VS1 — (I _C * R2)

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

Заключение

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

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

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

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

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

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

Другой контент, который может вам понравиться:

Драйвер биполярного MOSFET-транзистора UPc Interfacing

by Lewis Loflin

Выходной сигнал большинства цифровых схем и микропроцессоров составляет всего пять вольт, самое большее несколько миллиампер. Большинству электрических и электронных устройств требуются напряжения и токи, которые разрушают цифровые схемы, поэтому мы должны полагаться на то, что я в целом называю схемами драйверов. Выше показан цифровой выходной сигнал, управляющий типичными маломощными светоизлучающими диодами.

На этой странице мы рассмотрим схемы драйверов транзисторов, использующие как биполярные транзисторы, так и силовые полевые МОП-транзисторы, и будем использовать их в качестве электрических переключателей.Также обратите внимание на концепцию приемника / источника по мере продвижения. Когда «переключатель» подает напряжение (на «горячей» стороне), например, выключатель домашнего освещения, мы говорим, что переключатель «источник» напряжения. Если мы помещаем переключатель на нейтральную сторону нагрузки, мы говорим, что «опускаем» напряжение. Все приведенные ниже примеры предполагают отрицательное общее общее.

Выше показана наиболее распространенная схема драйвера транзистора. Он состоит из биполярного транзистора NPN, управляющего мощным светоизлучающим диодом, подключенным к 12-вольтовой батарее.У нас есть отрицательное заземление аккумулятора, связанное с цифровым заземлением. Обратите внимание, что цифровое «ВЫСОКОЕ» — это 5 вольт, а цифровое «НИЗКОЕ» — это ноль вольт. «HIGH» переключается на 5 вольт внутри «микросхемы» микроконтроллера, в то время как «LOW» переключается на землю внутри «микросхемы». Другое цифровое состояние, известное как плавающее, как следует из названия, ни к чему не привязано.

В этом примере цифровой «ВЫСОКИЙ» на входе «источник» тока в базе / эмиттере Q1 (ограничен R1), который вызывает больший ток в цепи коллектор / эмиттер и через светодиод-резистор.Если Q1 имеет коэффициент усиления 50, а базовый ток через R1 равен 5 мА, то ток коллектора будет 250 мА. В данном случае он ограничен светодиодом всего на 100 мА. Во многих из этих транзисторных схем R1 составляет от 1000 до 2200 Ом на 5 вольт.

В этом примере мы используем транзистор Дарлингтона NPN. У них очень высокий коэффициент усиления и небольшой базовый ток. На самом деле это два транзистора с общими коллекторами и эмиттером, один из которых подключен к базе другого. Если бы каждый транзистор имел коэффициент усиления 100, то общий коэффициент усиления был бы 100 X 100 = 10 000.

Здесь мы бы сказали, что транзистор «втягивает» ток. В случае использования TIP120 R2 должно быть 1000 Ом.

В этом примере мы используем PNP Darlington. (TIP125) Когда Q2 включается, ток течет через Rc, включая Q2. Здесь Q2 будет «источником» нагрузки. В случае использования 12 вольт Rc и Rb должны быть 2200 Ом.

Внутренние цепи двух вышеуказанных Дарлингтонов имеют противоположные электрические полярности. Диоды служат для защиты транзисторов от скачков напряжения, возникающих при переключении магнитных нагрузок.

Включение полевого МОП-транзистора

Вот базовый драйвер, использующий N-канальный MOSFET. В отличие от биполярных транзисторов, полевые МОП-транзисторы — это устройства, работающие от напряжения, а не от тока. Электрический заряд (напряжение) на затворе (G) относительно источника (S) включит устройство. Единственная цель Rg (10K) — сбросить оставшийся заряд с клеммы затвора, чтобы закрыть транзистор. В этом случае мы «топим» груз.

В этом примере мы используем силовой МОП-транзистор с P-каналом.Клемма источника (S) подключена к плюсу источника питания, и пока Q1 выключен (нет 5 вольт), у нас есть 12 вольт на коллекторе (C) Q1. При подаче 5 вольт Q1 включается, понижая напряжение коллектора до нуля. Q2 включится и станет источником нагрузки. Rg должно быть 10 000 Ом.

Вкратце мы рассмотрели ряд схем драйверов на биполярных транзисторах и полевых МОП-транзисторах. У всех них есть недостаток в том, что они должны быть электрически подключены к цифровым схемам низкого напряжения. С помощью оптоизоляторов мы можем при желании полностью отключить это соединение высоковольтных источников питания от низковольтных цифровых схем.Фактически, мы даже можем изменить полярность источников более высокого напряжения без учета общего отрицательного заземления цифровой схемы.

См. Часть 2: Драйверы оптоизолированных транзисторов для микроконтроллеров.

Понимание схем транзисторов, август 1959 г. Популярная электроника

Август 1959 Популярная электроника Стол содержания Воск, ностальгирующий по истории ранней электроники.См. Статьи из Популярная электроника, опубликовано с октября 1954 года по апрель 1985 года. Настоящим подтверждаются все авторские права.

Это было совсем немного более десяти лет с момента изобретения транзистора, когда эта статья появилась в выпуск Popular Electronics за август 1959 года. Транзисторы все еще были загадка для большинства людей, включая инженеров, техников и любителей. Автор Джеймс Баттерфилд использует уникальный подход к изложению материала в письменной форме. это как диалог между преподавателем и учеником.Если вы еще не знакомы с транзисторами, это стоит вашего времени, чтобы прочитать. Основы никогда не изменятся. Как в сторону (и упоминалось в статье), еще будучи техником, у меня был менеджерский раз, когда на самом деле сказал инженеру, работающему на него, что транзистор можно сделать, спаяв два диода вместе и используя центральный узел в качестве базовое соединение.

Общие сведения о схемах транзисторов

Основное руководство по использованию транзисторов

Джеймс Баттерфилд

Канадские национальные телеграфы

Часть 1: Закон Ома и транзистор

Пит знакомит Джонни со схемой заземленного эмиттера.Его «почему» и «как» исследуются и не слишком загадочные вопросы предвзятости базы и коллекционера Обсуждаются. Как объясняет Пит, правило звучит так: «Пусть закон Ома будет вашим руководством».

Часть 2: Дизайн «Что можно и чего нельзя»

Пытаясь разработать однотранзисторный усилитель, Джонни запутывается проблемы входного и выходного сопротивления. Пит поправляет его некоторыми важными «что делать» и «чего нельзя» при получении сигнала на входе и выходе из транзистора.

Часть 3: Управление, связь. а также Тестирование

Подробно описан транзисторный подход к фильтрам и регуляторам тембра и громкости. Питом с некоторыми практическими предложениями по тестированию характеристик транзисторов. Обсуждаются проблемы сопряжения, и Пит составляет диаграмму, которая соответствует конденсатор связи с коллекторным резистором

Часть I

Закон Ома и транзистор

«Это должно сработать», — проворчал Пит, как он спаял финальное соединение.«А теперь давайте опробуем усилитель».

«Это усилитель?» — фыркнул Джонни. «Вы, должно быть, придумали эту схему во время приступа несварения желудка! Кто-нибудь знает даже самые простые транзисторные усилители ощетинились резисторами и негабаритными конденсаторами связи. А где выходной трансформатор для динамика? »

«Не надо». Пит перерезал заземляющий провод от аудиогенератора. и вставил .1-µf. конденсатор последовательно с другим проводом.»Проблемы с большинство из вас, экспериментаторы, просто копируют диаграммы — может быть, поменять их немного здесь и там, чтобы увидеть, что происходит — но вы никогда не потрудитесь узнать что действительно заставляет вещи работать. «Он коснулся другого конца конденсатора, чтобы его входной провод, и динамик пел чистым тоном.

«Пит, у меня есть шесть книг по транзисторам, и я до сих пор не знаю, что я «, — пожаловался Джонни.» Они либо настолько упрощены, что не говорят что угодно — или они забиты уравнениями от кормы до кормы «,

«В уравнениях нет ничего плохого.«Пит был занят уборкой своего рабочего места». Но они тебе не всегда нужны. Скинул этот усилитель без вычурных расчетов — просто здравый смысл. Пойдем на кухню выпить кофе, а я попробую наполнить Вы знакомы с практикой транзисторов ».

Спина к спине диоды

«Во-первых,» сказал Пит, устраиваясь на стуле. «Вы знаете, что транзистор похож на пару диодов, соединенных спиной к спине, вот так, — он быстро рисовал на салфетке.

«Как я показал здесь, транзистор представляет собой блок p-n-p. Чтобы получить n-p-n работа, вы переверните оба диода встык. Мы углубимся в это позже, но на данный момент просто запомните, когда положительное напряжение находится на участке p, а отрицательное напряжение на секции n, транзистор проводит. »

«Я полагаю, что зацеп посередине — это база», — сказал Джонни. «Но что это коллектор а какой эмиттер? Ваша диаграмма не показывает никакой разницы.»

«Вот кое-что, что, вероятно, удивит тебя, Джонни. Коллекционер и эмиттер можно было поменять, а транзистор все равно работал бы! Но так как производитель обычно делает коллектор больше и прочнее чем эмиттер — прислушайтесь к его совету и используйте коллектор как коллектор.

«Настоящая разница между коллектором и эмиттером заключается в том, как мы относимся к их. Эмиттер смещен, чтобы обеспечить максимальный ток (прямое смещение) и коллектор, с другой стороны, имеет обратное смещение для минимального тока.«

«Эй, — перебил Джонни. протекание тока от базы через эмиттер означает, что не будет небольшое падение напряжения между эмиттером и базой? »

«Верно, Джонни, разница между эмиттер и база, что позволяет легко рассчитать ток эмиттера. Возьми эту схему например:

«Коллектор пока не важен, поэтому проводку показывать не буду. к нему.Поскольку эмиттер находится на земле, можно понять, что база почти точно на земле тоже. Это означает … «

«Я понял», — воскликнул Джонни. «Аккумулятор подает ровно три вольта на Резистор 1500 Ом, поэтому закон Ома гласит, что сила тока должна быть … ах … двух миллиампер! »

«Браво!» усмехнулся Пит. «И так как это часть транзистора проводит в прямом направлении, ток будет не подвержен влиянию коллектора.Кстати, какой тип транзистора я делал показать на схеме? »

«Отрицательное напряжение на базе, а положительное на эмиттере … итак транзистор — торжествующе воскликнул Джонни.

Текущая проблема

«А теперь вопрос номер два. Коллектор должен быть предвзятым в непроводящем направление. Как бы вы это сделали? »

— Я полагаю, поставьте на него отрицательное напряжение, — задумчиво сказал Джонни.»Но, не будет ли это означать, что ток никогда не будет течь? »

«Это было бы правдой, если бы коллекционер и были подключены только базы, — ответил Пит. — Но когда эмиттер в цепи при положительном смещении взаимодействие позволяет току течь через коллектор ».

«Теперь ты усложняешься», — пожаловался Джонни. «Вы говорите как учебник».

«Хорошо, скажем так. Какой бы ток ни протекал через базу, производят усиленный ток через коллектор.Вы знаете, как найти базовый ток — мы просто сделали это по закону Ома. Итак, берем базовый ток (I _b ), умножьте это на свой коэффициент усиления (H _fe ) — и вот I _c, ток вашего коллектора ».

«Минутку», — возразил Джонни. «Предполагать Ставлю на коллектор более высокое напряжение. Разве это не увеличило бы ток? »

«Вовсе нет! Игнорируя мелкие детали, I _c всегда будет равно I _b x H _fe .Последняя версия G.E. В инструкции к транзистору, кстати, перечислены H _fe для более четырехсот транзисторов всех производителей.

«Транзисторы экспериментаторов, такие как 2N107 и CK722, имеют усиление. около 20. Транзисторы коммерческого класса могут иметь коэффициент усиления до 100 и более.

«Давайте взглянем на другую схему», — продолжил Пит, быстро делая набросок. «Посмотри, что ты об этом думаешь».

«Дай мне посмотреть», — пробормотал Джонни.»С эмиттер заземлен, база должна быть почти на нуле вольт, что приведет к три вольта батареи падают на резистор 33000 Ом. Это было бы дают около 0,1 ма. протекает через основание. Если усиление транзистора равно 20, это означает, что коллектор потребляет почти два миллиампера. Но не размер резистора R вообще влияет на ток коллектора? »

«Нет, — весело сказал Пит, — за одним исключением.Что будет, если это резистор был, скажем, 2000 Ом? »

«Ну … Закон Ома гласит, что два миллиампера на 2000 Ом составляют падение. четыре вольта. О, я понимаю, к чему вы клоните. Если ваш коллекторный резистор слишком большой, не пропускает никакого напряжения … »

«И как только вы теряете напряжение, вы теряете действие транзистора», — закончил Пит. «Сопротивление около 800 Ом было бы отличным вариантом для этой схемы».

«Это даст напряжение коллектора — давайте посмотрим — три вольта минус 1.Падение на резисторе 6 вольт оставляет чуть меньше полутора вольт для коллектор. Разве это не слишком мало? Вы никогда не сможете подать достойный сигнал напряжение при таком питании. «

«Зависит от того, для чего вы используете усилитель. Обычно вам не нужно напряжение — все, что вам нужно, это ток ».

Избегая жары

«Еще кое-что, Пит, а как насчет тепловых эффектов? Транзисторы так же чувствительны к теплу? как говорится в некоторых моих книгах? Прирост меняется, что ли? »

«Нет, коэффициент усиления транзистора обычно остается довольно стабильным; но когда термометр высокий, через него протекает небольшой ток утечки.Но не беспокойтесь об этом. У вас редко будут проблемы, если вы останетесь в пределах максимальных оценок транзистор ».

«Эти» максимальные «рейтинги — что-нибудь сложное в них?»

«Гоша, нет! Максимальное напряжение коллектор-база, максимальный ток коллектора, и максимальное рассеивание коллектора — это все, о чем вам придется беспокоиться. Они имеют в виду именно то, что они говорят. Не подавайте слишком высокое напряжение на транзистор; не пропустить через него слишком много тока; и не нагревайте слишком сильно комбинацией из двух.

«Итак, вы приступили к разработке логических транзисторов. придет позже. Придумайте несколько схем. Вы найдете эту теорию и практика идут рука об руку. Затем, когда вы думаете, что у вас есть основная идея Ваша шляпа, мы углубимся в это дело ».

Часть II

Дизайн «Что можно и чего нельзя»

«Пит, я повалялся с транзисторами, как вы мне сказали, и у меня проблемы.«

Пит осторожно отложил паяльник и повернулся к посетителю. «В чем, кажется, проблема, Джонни?»

«Ну … Я хотел увеличить мощность радио, которое использую в качестве тюнера. Я проложил схему так, как вы мне показали, но, похоже, она не работает. Громкость такая же низкая, как и раньше, и, что еще хуже, тон мягкий и мягкий. искаженный. Я пробовал новый транзистор, но результат не улучшился. Пит, скажи мне, где я дурак? «

Пит ухмыльнулся.»Думаю, я знаю, в чем проблема, Джонни. наверное хорошо для вакуумной лампы. Вам придется научиться думать по-другому термины для транзисторных усилителей.

«Во-первых, — сказал Пит, беря карандаш и блокнот, — ты помните, как я говорил вам, что транзистор на самом деле был парой диодов назад к назад? »

«Да. Я хорошо понял эту часть».

«Хорошо. Вернемся к основам. снова и приступить к проблеме с другой позиции.

«Помните, что» диод «база-эмиттер должен быть подключен для проведения в прямое направление. Давайте посмотрим на схему обычного транзисторного усилителя.

«Как я уже говорил в прошлый раз, в p-n-p транзисторе подается отрицательное напряжение. к базе и положительное напряжение к эмиттеру, и имеет место проводимость в диоде образованы база и эмиттер. Я набросаю эту часть схемы подробно для вас.

«Когда диод проводит, это как если бы был замкнут переключатель.Теперь, когда этот диод база-эмиттер проводит все ваши переменные токи. сигнал идет напрямую через диод на массу. Для большинства целей входное сопротивление настолько низкое. что вы можете считать это нулевым ».

«Минутку», — прервал Джонни. «Если на входе короткое замыкание, как вы можете получить какое-нибудь усиление? На входе не останется напряжения если вы все закоротите «.

«Забудьте о напряжениях. Вот главное.Поскольку транзистор имеет вход «короткого замыкания», на нем может не быть большого напряжения, но ток течет в транзистор. Ток — это то, что усиливает транзистор.

«Допустим, у нас есть транзистор с бета — это текущий коэффициент усиления — 20. Тогда, если я поставлю один миллиампер сигнала в база, я получу 20 ма. у коллекционера. Напишите это в блокноте в столице буквы в дюйм высотой — ТРАНЗИСТОР УСИЛИВАЕТ ТОК ».

«Пит, я заметил, что ты всегда помещаешь свой сигнал в базу и берешь усиленный вывод с другого коллектора.Мне кажется, я слышал о других способах подключение транзистора ».

«Забудь о них, Джонни. Есть очень мало работ, с которыми не справились бы заземленный эмиттер. Мы поговорим о других схемах, когда возникнет необходимость. что требует их использования ».

Каскадные усилители

«Пит, как мне использовать вывод это рассчитано в миллиамперах вместо вольт? Ток идет через коллектор резистор, поэтому его нельзя использовать в таком виде.«

«Это не совсем так, Джонни. Это зависит от того, как вы подключаете транзистор. выход.

«Предположим, мы поместим выход непосредственно в другой транзисторный каскад», — продолжил Пит. «Поскольку на входе этого каскада имеется короткое замыкание, весь ваш сигнал будет быть закороченным непосредственно на этот каскад через конденсатор связи. В других словами, весь ваш результат переходит к следующему этапу.

«Если оба этих транзистора имеют усиление тока 40, мы можем сделать некоторые довольно точные вычисления.Вход 0,5 мА. произведет 20-ма. выход. Все это идет на второй каскад для усиления, давая вам окончательный результат. 800 ма. — почти полный ампер. »

«Вау!» — воскликнул Джонни. «Это много ток! »

«Слишком много тока для комфорта. Чтобы пропустить такое количество тока, даже в силовом транзисторе нужно быть осторожным с тепловыми эффектами.

Это означает не только установку транзисторов для отвода тепла — это означает, что использование специальных схем для компенсации теплового воздействия.

«В настоящее время с использованием простой схемы, которую мы используем, было бы разумно чтобы выходной сигнал не превышал четверть ампера. На этом уровне вы можете принести свой d.c. смещение примерно до трети тока коллектора ампер, что находится в пределах безопасности для низкого напряжения коллектора. Если вы используете больше чем пара вольт на коллекторе, следите за своими показателями мощности. И, конечно, использовать радиатор ».

«Пит, я все еще не понимаю, как мы идем чтобы использовать этот конечный выходной ток.Вы подключаете конденсатор связи к динамик что ли? »

«Вы могли бы это сделать, но вы потратите много энергии. Самый простой способ сделать он заключается в том, чтобы подключить динамик непосредственно к коллектору, как это. Но если нагрузка коллектора слишком мала, падение напряжения на нем будет недостаточным. это для передачи заметной мощности на динамик. Закон Ома, W = I ² R, (где W — мощность, подаваемая на динамик, I — ток коллектора, и R — импеданс динамика) объясняет проблему.

«Приобретите трансформатор, первичная обмотка которого соответствует требованиям нагрузки коллектора. и чья вторичная сторона подходит к динамику, и вы в деле «.

Выход напряжения

«Давайте вернемся к исходному вопросу о том, как рассчитать результат. Если вы используя транзистор в качестве предусилителя для вакуумной лампы, вы должны знать ваше напряжение. Если подумать, это действительно очень просто, потому что входная мощность вакуумной трубки обычно достаточно высока, чтобы ее можно было игнорировать.

«На этой диаграмме полная нагрузка транзистора представляет собой коллекторный резистор на 5000 Ом, шунтированный регулятором громкости на 1/2 МОм. Для Для всех практических целей наша выходная нагрузка составляет 5000 Ом. Если наш дизайн показывает, что мы иметь на коллекторе ток сигнала в один миллиампер, воспользуемся законом Ома … «

«Не говори мне!» воскликнул Джонни. «Это будет … э … пять вольт!»

«Сегодня утром вы проницательны. Могу я указать, что если вы хотите использовать транзистор, таким образом — и обрабатывать эти уровни — было бы здравым смыслом поставить хотя бы семь вольт или около того на коллекторе? »

«Я понимаю, что ты имеешь в виду, Пит.И я полагаю, было бы неплохо иметь по крайней мере один миллиампер постоянного тока. ток через коллектор? »

«Верно. Помните, конечно, что ток в миллиампер переменного тока потребляет почти 1,5 ма. пиковый ток, так что вы должны позволить немного больше. И это только для чистого синуса волны — когда вы оцениваете средний музыкальный уровень, оставляйте много комната для качелей.

«Как правило, лучше выбирать токи постоянного тока смещения, учитывая а.c. сигнальные напряжения, с которыми вы хотите справиться, — продолжил Пит. — И обычно лучше иметь хотя бы 1 ма. тока коллектора, даже на низких уровнях. Причина поскольку это сложно и связано с импедансами и искажениями. Мы сэкономим эту тему в другой раз ».

N-P-N или P-N-P

«Вы, наверное, заметили, что все транзисторы Я показал, что это были типы p-n-p. Что касается усиления сигнала, n-p-n транзисторы точно такие же.Ваш сигнал идет в базу и выходит от коллекционера. Ваши предвзятые связи будут другими, но это не так. повлиять на ваш сигнал.

«Если вы используете оба типа вместе, один эмиттер уйдет на положительную землю — это p-n-p — и другой эмиттер пойдут на ваш источник отрицательного напряжения. Этот вполне нормально, так как они связаны между собой по сигналу через фильтр конденсатор, делающий оба эмиттера «заземленными».

«Ваши токи смещения легко настроить на любом из этих каскадов.Я ушел резисторы базы и коллектора немаркированы по двум причинам. Во-первых, размер Количество этих резисторов зависит от напряжения батареи, которую вы используете. И, во-вторых, вам будет полезно выработать ценности самостоятельно, используя методы, которые я показал ты раньше. «

Получение сигнала

«Давайте обсудим усилитель, который вы попробовали. рука, сейчас. Куда вы подключили транзистор? »

«Через регулятор громкости.Я хотел иметь возможность включать громкость радио выключено, и я все еще поддерживаю Hi-Fi ».

«Ну, давайте набросаем типичную схему приемника.

Обратите внимание, что детектор разработан для работы с очень высоким сопротивлением. … «

«Понятно!» воскликнул Джонни. «Транзисторный усилитель закорочил бы громкость управления и создайте большую нагрузку на цепь извещателя. Ну как я могу получить входной импеданс достаточно высок, чтобы он не повлиял на схему? »

«Это отдельная история, Джонни.Лучший способ — оказать сопротивление. последовательно с вашим вкладом. Но даже если ваше радио не работает от переменного / постоянного тока работа, у вас, вероятно, возникнут проблемы с гудением, если вы попытаетесь использовать общий язык. Для Я скажу вот что: лучше всего, наверное, будет использовать входной трансформатор. что соответствует диапазону от 500 кОм до примерно 100 Ом.

«А пока сотрите пыль с некоторых из этих старых транзисторов и посмотрите, сможете ли вы заставить их работать. Многие дизайнерские «неудачи» возникают из-за того, что экспериментатор забывает учесть очень низкое сопротивление транзисторов.

«Поищите меня, когда вы переварите этот сеанс, и я покажу вам, как проверить некоторые конструктивные параметры транзистора и, кстати, как проверить из некоторых параметров конструкции транзистора, и, кстати, как проверить маленькие гаджеты ».

Часть III

Управление, соединение и тестирование

Неделю спустя Джонни снова спустился по лестнице в Мастерская Пита в подвале.Пит оторвался от маленького усилителя, который подключал. «Как уловки, Джонни?»

«Я просто немного сбит с толку, Пит. Вся эта дурь, которую ты мне давал. транзисторы тяжело переваривать так быстро. Например, вы сказали, что вход это короткое замыкание. Что ж, в Справочнике радиолюбителя есть таблица спецификаций. для довольно много транзисторов, а для 2N107 говорят … «

«Они сказали вам, что входное сопротивление составляет около 600 Ом, держу пари. чувство, что мы оба правы.Вот, Джонни, посмотри на это с другой стороны — ты сделал изрядное количество проводки. Какое сопротивление, по вашему мнению, есть в подключении провод? »

«Я никогда не думал об этом. Ох … может быть пол-ома на фут … но это не так. имеют большое значение для схемы. «

«Почему бы и нет?» потребовал Пит.

«Потому что, даже если бы сопротивление было в пределах 1-2 Ом, обычно настолько меньше, чем любое другое сопротивление в цепи, что вы не учитываете Это.Кого волнует пол-ома или около того, когда вы имеете дело с резисторами несколько тысяч Ом? »

«Верно, Джонни. То же самое и с твоим вопросом о входное сопротивление транзистора. Даже при 600 Ом он намного меньше, чем любое другое сопротивление в цепи, которое можно считать коротким ».

Краткое и простое

«Очень просто разобраться в схеме. так тоже. Используя подход к входу короткого замыкания, вы устраняете большую часть расчет.«

«Но разве это не сделало бы ваши расчеты неточными? точные значения усиления. Вы должны получить скидку в несколько процентов ».

«Посмотри на это с другой стороны, Джонни. Начнем с того, что транзисторы никогда не точно. Транзистор с номинальным усилением 20 может иметь фактическое усиление как минимум от 10 до 40. Так что необычные вычисления обычно не стоят того ».

Джонни кивнул. «Верно. Но позвольте мне нарисовать вам схему.Теперь, если напряжение питание было очень низким — например, один сухой элемент — тогда резистор коллектора R должен быть достаточно маленьким, чтобы не падать все напряжение батареи. Разве это не значит …? »

Пит усмехнулся. «Джонни, ты слишком сообразителен для меня сегодня. Да, это значило бы ваш небольшой коллекторный резистор предотвратит попадание некоторого сигнала к следующему этапу. Было бы не только усиление, но и низкое сопротивление. потребовалось бы несколько мощных конденсаторов связи.И поставить еще одну муху в бочке меда, как только ваш сигнал стал теряться в резисторе, искажение резко увеличится. Но не волнуйтесь — необычно низкое напряжение почти невозможно. единственная причина такой ситуации ».

«Пит, ты потерял меня. Думаю, я до сих пор не копаю весь этот низкоомный вход. идея »

«Тебе промыли мозги теорией вакуумных ламп, Джонни, тебе нужно научиться переосмыслить проблемы. Давайте посмотрим на некоторые регуляторы громкости.«

Регулятор громкости

«Перенесено ламповое регулирование громкости контура. к транзисторной схеме будет выглядеть так. А трубка почти не тянет ток сетки, базовый вход транзистора делает — и прямо через контроль. Вы можете видеть, как перемещение рычага «горшок» вверх и вниз не только чтобы отвести часть сигнального тока, что мы и хотим, но к сожалению, это также изменит номинал резистора смещения базы.Регулятор громкости без проблем выглядит так.

«Если вы столкнетесь с проблемами регулировки громкости, такими как искажения при низкой громкости, резкие изменения громкости при перемещении регулятора или просто чрезмерный шум от контроля, убедитесь, что вы не обманываете предвзятость в некоторых и что через регулятор не протекает слишком много тока ».

Конденсаторы — фильтрация и связь

Вы обнаружите, что схемы транзисторных фильтров, к тому же нужно подходить по-другому, — продолжил Пит.»Вот типичная трубка фильтр нижних частот. Транзисторный вход, следующий за фильтром, закоротит конденсатор, что делает его бесполезным.

«Мы перерисуем схему для транзистора вот так. Она могла бы работать как царапающий фильтр или простой эквалайзер для картриджа магнитного фонографа. Значения, конечно, зависят от использования ».

«Могу я соединить две секции фильтра вот так?» — спросил Джонни.

«Да, конечно.Это даст вам более резкую частоту среза ».

«Похоже, все, что вам нужно сделать, чтобы адаптировать ламповую схему для транзисторов. это конец за концом ».

«Это отчасти верно, Джонни. Но это применимо только для связи цепей между транзисторами, и это не всегда работает. Помнить чтобы сделать сопротивление меньше, а емкость больше, чем у трубок. И проверьте свою схему практически после того, как доработаете дизайн ».

«Кстати о конденсаторах, Пит, я хотел спросить тебя: как ты считаешь? размер вашего блокировочного конденсатора? »

«Обычно совмещайте его с коллекторным резистором.Вы знаете формулу — это идет, ‘C равно более … «» Ой! Избавь меня от этих формул! »« Проклятие! ​​»- проворчал Пит. «Если вы когда-нибудь захотите заняться электроникой, вам придется начать с помощью формул. Все становится слишком сложно, чтобы с кем можно было ладить мокрый палец и отвертка.

«На этот раз я дам вам передышку. Вот вам стол. Я округлил значения для частотной характеристики примерно до 20 циклов ».

Методы испытаний

Джонни посмотрел на часы.»Пит, мне скоро придется бежать. Но сначала ты сказал мне в прошлый раз, что вы расскажете мне, как тестировать транзисторы «.

«Что ж, это довольно просто. В транзисторах хорошо то, что они обычно не портятся постепенно — выгорают. И вы можете заметить почти все недостатки очень быстро с помощью двух простых тестов: утечка и усиление.

«Это упрощает проверку транзистора. — не нужны навороченные тестеры. Просто выберите n-p-n или p-n-p, проверьте на утечку и текущий прирост… и все! »

«Как ты проводишь эти тесты, Пит?»

«Легко. Давайте возьмем утечку. Если я оставлю базу транзистора отключенной, ток не может течь через два других вывода. Транзистор всего два диода, спина к спине; так что один из них заблокирует текущий поток.

«На практике это не совсем так. Будет протекать небольшой ток утечки — обычно менее одной десятой миллиампера для большинства транзисторов малой и средней мощности.Чтение более 1 мА. означает, что у вашего транзистора это было.

«Итак, чтобы проверить утечку, просто подайте около шести вольт на эмиттер и коллектор, используя нормальную полярность для типа транзистора. Миллиамперметр с диапазоном от 1 до 10 мА. сделает свое дело. И для защиты Измерителя рекомендуется добавить резистор на 2000 Ом. Это не будет влияют на точность теста.

«Так же просто проверить коэффициент усиления.Вернемся к нашему первому разговору. Что бы ни ток, подаваемый в базу транзистора, умножается на усиление коэффициент (бета) в коллекторной цепи. »

«Конечно», — воскликнул Джонни. «Все, что вам нужно сделать, это поставить миллиамперметр в цепи базы, другой в цепи коллектора — и вы можете увидеть свой усиление! «

«Вы можете сделать это даже проще, чем это», — ответил Пит. «При точно известном токе в базе вам понадобится всего один метр в коллектор, который при желании можно откалибровать для считывания непосредственно с усилением.В отношение тока коллектора к току смещения базы дает вам коэффициент усиления фигура. Открытый элемент, конечно, дает показание с нулевым усилением, как и короткое замыкание база-эмиттер.

«Если бета-версия транзистора низка, не выбрасывайте ее. Помните, что вы не работа с вакуумными лампами, где низкий коэффициент усиления обычно означает, что лампа изнашивается из.

«Силовые транзисторы проверяются таким же образом — но вы найдете гораздо больше. утечка, иногда до 10 ма.Из-за этого проще всего проверить этот тип на гораздо более высоких уровнях тока.

Тестеры транзисторов

«довольно недорогие. Доступны комплекты моделей и гораздо проще собрать себе готовый тестер, чем собрать цепь каждый раз, когда вы хотите проверить транзистор.

«И еще кое-что. Тебе лучше научиться немного математике! Эти формулы готовы помочь вам. Смахнуть пыль со старого учебника и … »

«Да, сэр! Как вы и сказали, сэр! Я уже еду!» Джонни схватил куча схемотехники и побежала вверх по лестнице.Он помахал в ответ. «Спасибо, Пит. Увидимся позже! »

Усилитель звука мощностью 8 Вт

Driver Stage вышеупомянутого усилителя скопирован на обложке этого месяца

Этот аудиоусилитель класса B обеспечивает выходную мощность 8 Вт при мощности менее 0,5. ватт аудиопривода. Импеданс первичной обмотки T1 выбран для нагрузки предыдущей ступени. должным образом. Ток коллектора на первой ступени установлен на 70 мА. в a с R1. Pot R2 настроен на 100 мА.в б. Оба выходных транзистора требуют использования больших радиаторов для правильной работы.

Осциллятор Code Practice

Транзисторная версия генератора Колпитца используется здесь как генератор кодовой практики. Регулятор тембра 1 МОм может быть с поправкой на наиболее приятный тон. Используются обычные магнитные наушники и служат в качестве индуктивности в цепи генератора.

Карманный приемник регенерации

Регенеративные извещатели легко адаптируются к использованию транзисторного радио.В этой схеме катушка L1 представляет собой стандартную транзисторную антенну. катушка и обмотка обратной связи (L2) состоит из 10-15 витков проволоки, намотанной вокруг центр L1. Потенциометр на 1 МОм — это регулятор регенерации и должен быть установлен чуть ниже точки, где слышны свистки или «катание на лодке» в наушниках. Если регенерации не слышно, поменяйте местами подключения к тиклеру. катушка обратной связи L2.

Р.Ф. Предусилитель

Некоторые из лучших приемников вещательного диапазона включить r.f. сцена для повышенной чувствительности. Экстра р.ф. усиление может быть добавленным практически к любому ресиверу без сложной перемонтажа с помощью простой р.ф. предусилитель, такой как показанный здесь.

Высокочастотный осциллятор Xtal

Выше показан кристалл общего назначения. генератор для работы на частотах до 20 мс. спроектирован на основе транзистора 2N94A. Приблизительно 10 милливатт р.ф. выход развернут на частоте кристалла.Катушка датчика с низким сопротивлением (L2) состоит из двух или трех витков, намотанных близко друг к другу. к нижнему концу L1. Катушки L1 и C1 выбраны так, чтобы резонировать на кристалле. частота.

Кодовый ключ

Вот блок кодового ключа, предназначенный для устранения щелчки и удары клавиш, которые могут загромождать ваши передачи. С участием ключ вверх, транзистор отключен, как и трубка, котор нужно замкнуть.С клавиша вниз, падение тока в цепи коллектор-эмиттер составляет около 0,1 вольт, и ты в эфире. Перед добавлением кейера к вашему передатчику сделайте эти проверки. 1. Подключите к передатчику вольтметр на 20 000 Ом. ключ домкрат. Если напряжение больше 25 вольт, возможно, потребуется уменьшить напряжение экрана на трубке с ключом до 150 вольт или меньше. Используйте регулируемый по напряжению сеть питания или делителя напряжения, а не простой последовательный резистор.2. Измерьте ток, который нужно включить, поместив миллиамперметр на ключ. Этот ток не должен быть намного больше 50 мА. 3. Если это было необходимо чтобы снизить напряжение экрана, проверьте р.ф. выход. Если выход слишком низкий, вернуть напряжение экрана в норму и использовать два дополнительных транзистора в последовательно, как показано на альтернативной принципиальной схеме. Обратите внимание, что Keyer никогда не следует оставлять в нажатом состоянии.

Предусилитель динамического микрофона

Некоторые высококачественные динамические микрофоны имеют слишком низкий выход для использования с магнитофонами или стр.а. системы. Простой автономный предусилитель может быть сконструирован с использованием одного транзистора, который будет увеличивать выход этих микрофоны низкого уровня, достаточные практически для любого типа применения.

Беспроводной микрофон

Миниатюрный портативный беспроводной микрофон могут быть построены с использованием RF. транзистор в генераторе типа Хартли. Хороший результаты ближнего действия могут быть получены в диапазоне вещания с помощью штыревой антенны 2 ‘.Следуйте указанной производителем нумерации выводов катушки, иначе колебания будут не происходит. Отрегулируйте катушку и триммер для лучшего приема на чистом месте в помещении. диапазон вещания.

Реле чувствительного фото

Эта двухступенчатая схема с прямой связью предлагает высокая чувствительность в фотоэлементах. Потолок на 1 МОм включен для чувствительности. регулировка в широком диапазоне. Реле является чувствительным Advance Type SO / 1C / 4000D. или эквивалент.

Опубликовано 1 марта 2021 г. (оригинал 27.01.2012)

Неисправности транзисторов

Почему выходят из строя транзисторы?

Все полупроводниковые приборы чрезвычайно надежны. При условии, что они работают правильно, у них нет никаких причин для отказа; но, конечно, они терпят неудачу, и это может происходить по разным причинам.

Производственные ошибки

Производственные неисправности случаются (очень редко), обычно в новом оборудовании.Если в новом транзисторе есть неисправность, она часто проявляется в первые несколько часов использования. Если он будет работать правильно в течение этого периода, то велика вероятность, что он будет работать и дальше. Большая часть производственных дефектов может быть обнаружена с помощью «испытаний на выдержку» нового оборудования. Это запускает его на испытательном стенде в течение нескольких часов, чтобы убедиться в отсутствии ранних сбоев. Предметы, прошедшие эти испытания, можно с уверенностью использовать в регулярных целях.

Возраст компонента

Нет реальной причины, по которой транзисторы должны стареть.Срез кремния возрастом 10 лет должен быть таким же, как ломтик годовалого возраста. Однако старые системы, содержащие транзисторы, действительно начинают доставлять больше проблем. Причина этого в том, что другие компоненты, такие как резисторы, могут изменять свои значения с возрастом, особенно если они подвергаются воздействию нагрева, вызванного протеканием тока. В конечном итоге это может привести к тому, что транзистор будет работать за пределами своих нормальных параметров, например, работать при температуре выше допустимой. Именно тогда транзисторы могут выйти из строя.В таких обстоятельствах целесообразно исследовать причины неисправного транзистора, а не просто его заменять. После замены всегда проверяйте напряжение на клеммах транзистора, чтобы убедиться в отсутствии отклонений от нормы.

Внешние причины

Иногда внешние причины могут повредить или даже разрушить транзисторы. Неправильное обращение с полевыми транзисторами может привести к повреждению электростатическим разрядом. Иногда это приводит к тому, что транзистор (или печатная плата) не работает при установке в систему.Это может быть связано с тем, что очень тонкие изолирующие слои внутри устройства полностью вышли из строя из-за высокого напряжения статического электричества, небрежно приложенного к клеммам. Что еще хуже, иногда такие разряды не вызывают немедленного разрушения устройства, но повреждают изоляцию до такой степени, что через какое-то время (часы или годы) устройство выходит из строя.

В оборудовании с питанием от сети (сети) время от времени могут возникать очень короткоживущие импульсы высокого напряжения, вызванные такими событиями, как удары молнии (даже на некотором расстоянии от места повреждения) могут повредить полупроводники.Также скачки напряжения, вызванные локально такими событиями, как индукционное оборудование, такое как запуск или остановка двигателей. Большинство цепей с питанием от сети (и даже некоторые маломощные), подверженные такому повреждению, имеют встроенную защиту, предотвращающую повреждение. В большинстве случаев эта защита работает хорошо, но редко бывает эффективна на 100%.

Схемотехника

Многие неисправности, особенно в оборудовании, изготовленном для домашнего пользователя, можно найти, обратившись к базам данных повторяющихся неисправностей, опубликованным в технических журналах в Интернете.Причина возникновения этих повторяющихся неисправностей в основном зависит от конструкции. Товары для дома предназначены для производства по выгодной цене и для обеспечения бесперебойной работы в течение некоторого времени. Производители могут производить продукты, соответствующие тщательно разработанным стратегиям. Некоторые неисправности возникают из-за того, что изделие превышает «расчетный срок службы», в то время как другие возникают преждевременно. Разработка электронного продукта для определенного периода жизни в условиях, которые будут очень изменчивыми (например, в наших домах) и над которыми дизайнеры не могут повлиять, — это не точная наука.Однако возникающие неисправности обычно следуют определенной схеме, и тщательная запись предыдущих неисправностей может быть хорошим индикатором будущих неисправностей. Эти сбои могут повлиять на транзисторы так же легко, как и на любой другой компонент.

Мощность против надежности

При рассмотрении единицы неисправного оборудования всегда помните, что надежность любого компонента пропорциональна мощности, которую он рассеивает. Другими словами, «Если обычно становится жарко, то обычно выходит из строя». Такое правило предполагает, что вышедший из строя транзистор с большей вероятностью находится в выходных каскадах схемы, чем в каскадах низкого напряжения и мощности, которые ему предшествуют.Любая схема, в которой используется либо высокое напряжение, либо большой ток, либо и то, и другое, создает гораздо большую нагрузку на полупроводники, чем схемы с низким напряжением и низким током. Хотя устройства, используемые в этих схемах, спроектированы так, чтобы выдерживать такое использование, они справляются с этим хуже, чем устройства, у которых относительно простая жизнь в ситуациях с низким энергопотреблением. Основные проблемные зоны — это блоки питания и выходные каскады. Когда вы сталкиваетесь с неисправной схемой и очень мало информации о ней, быстрая проверка полупроводников на этих этапах может сэкономить много работы.

Неисправности полупроводников

Когда диод или транзистор выходит из строя, обычно происходит одно из двух:

• Переход (или переходы) замыкается накоротко (его сопротивление становится очень низким или нулевым).

• Соединение (или соединения) размыкается (его сопротивление становится очень большим или бесконечным).

Конечно, этот список можно расширить, включив в него те соединения, которые могут стать негерметичными (немного низкое сопротивление), хотя это случается редко. На практике за этим условием довольно скоро следует полное короткое замыкание.

Из вышесказанного следует, что диоды и транзисторы можно проверять простым измерением сопротивления, в большинстве случаев это так. Набор тестов на сопротивление может с большой степенью уверенности показать, исправен ли полупроводник или неисправен. Конечно, могут возникать и другие неисправности, и проводятся другие испытания, но они будут обсуждаться после всех важных испытаний на сопротивление.

Начало страницы.>

.