Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

Биполярный транзистор — принцип работы для чайников!

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Так что, если вам интересно что такое транзистор, его принцип работы  и вообще с чем его едят, то берем  стул по удобнее и подходим поближе.

Продолжим, и у нас тут есть содержание,  будет удобнее ориентироваться в статье 🙂

[contents]

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы.  Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу  у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу  а уделим внимание каждому, индивидуально.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Триоды за редким исключением применяют в аппаратуре для меломанов.

Биполярные транзисторы выглядеть могут  так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие,  выглядит как-то так.

Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит лишь в том что является «переносчиком» электрического заряда (электроны или «дырки» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой.    В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения. Или тупо поменять полярность источника питания.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто  прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа,  при прозвонке  создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора  n-p-n типа  диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

 Принцип работы биполярного транзистора

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок.

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

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

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

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

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

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

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

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

Транзистор в ключевом режиме

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

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

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

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

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

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

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

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

Т.е. I=U/R

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

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

Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи  того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

В результате  мы вполне можем найти сопротивление резистора

Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе.

Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно? Что когда базовый резистор подключается к +5 В лампочка загорается, когда отключается -лампочка гаснет? Ответ может быть да а может и нет.

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Напряжение на базовом резисторе  может возникнуть чудесным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти 🙂

Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Между базой и эмиттером подключают еще один резистор  Rбэ. Этот резистор выбирают номиналом как минимум в 10 раз больше базового резистора Rб (В нашем случае  мы взяли резистор 4,3кОм).

Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока.

В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок.

Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению. Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель является частным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключем) является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,6-0,7В.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Выходит что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6В.

Получилось 9,4В, одним словом почти сколько вошло столько и вышло. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит.

«В чем же смысл тогда таком включении транзистора?»- спросите вы. А вот оказывается эта схема обладает другим очень важным свойством.  Схема включения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Но если сравнивать ток базы и ток коллектора то ток базы очень мал по сравнению с током коллектора. Получается ток нагрузки равен току коллектора.  И в результате получилась вот такая формула.

Теперь я думаю понятно в чем суть  схемы эмиттерного повторителя, только это еще не все.

Эмиттерный повторитель обладает еще одним очень ценным качеством — высоким входным сопротивлением. Это означает, что эта транзисторная схема почти не потребляет ток входного сигнала и не создает нагрузки для схемы -источника сигнала.

Для понимания принципа работы транзистора этих двух транзисторных схем будет вполне достаточно. А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь теория теорией а практика и личный опыт ценнее в сотни раз!

Где транзисторы купить?

Как и все другие радиокомпоненты транзисторы можно купить в  любом ближайшем  магазине радиодеталей. Если вы живете где-нибудь на окраине и о подобных магазинах не слышали (как я раньше) то остается последний вариант — заказать транзисторы в интернет- магазине. Я сам частенько заказываю радиодетали через интернет-магазины ведь в обычном оффлайн магазине может чего-нибудь просто не оказаться.

Впрочем если вы собираете устройство чисто для себя то можно не париться а добыть из старой, отслужившей свое техники и так сказать вдохнуть в старый радиокомпонет новую жизнь.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

Чтож друзья, а на этом у меня все. Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-либо вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение. Кстати не забывайте, что каждый кто впервые оставит комментарий получит подарок.

Также обязательно подпишитесь на новые статьи, потому что дальше вас ждет много интересного и полезного.

Желаю вам удачи, успехов  и солнечного настроения!

С н/п Владимир Васильев

P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!

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

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

Немного истории

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

yandex.ru

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

Как устроен биполярный транзистор

Итак, биполярный транзистор схематически можно представить следующим образом:

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

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

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

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

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

Схематическое обозначение транзисторов

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

Итак, обозначение транзистора прямой проводимости на схемах будет следующее:

А вот транзистор обратной проводимости обозначается уже так:

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

Как по схеме определить N-P-N или P-N-P транзистор перед вами

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

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

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

Как работает P-N-P транзистор

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

Давайте представим биполярный транзистор в виде водяной трубы с задвижкой с пружинным механизмом.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы N-P-N транзистора

Если внимательно посмотреть на техническую документацию к транзистору КТ814Б, то можно найти запись о том, что комплиментарной парой к этому транзистору является КТ815Б, а он различается лишь тем что здесь используется N-P-N переход.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

yandex.ru

И схема подключения будет выглядеть так:

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

Заключение

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

В чем различие между PNP и NPN транзистором?

Существует два основных типа транзисторов – биполярные и полевые. Биполярные транзисторы изготавливаются из легированных материалов и могут быть двух типов – NPN и PNP. Транзистор имеет три вывода, известные как эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). На рисунке, приведенном ниже, изображен NPN транзистор где, при основных режимах работы (активном, насыщении, отсечки) коллектор имеет положительный потенциал, эмиттер отрицательный, а база используется для управления состоянием транзистора.

Физика полупроводников в этой статье обсуждаться  не будет, однако, стоит упомянуть, что биполярный транзистор состоит из трех отдельных частей, разделенных двумя p-n переходами. Транзистор PNP имеет одну N область, разделенную двумя P областями:

Транзистор NPN имеет одну P область, заключенную между двумя N областями:

Сочленения между N и P областями аналогичны переходам в диодах, и они также могут быть с прямым и обратным смещением p-n перехода. Данные устройства могут работать в разных режимах в зависимости от типа смещения:

  • Отсечка: работа в этом режиме тоже происходит при переключении. Между эмиттером и коллектором ток не протекает, практически «обрыв цепи», то еесть «контакт разомкнут».
  • Активный режим: транзистор работает в схемах усилителей.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует В данном режиме его характеристика практически линейна. Между эмиттером и коллектором протекает ток, величина которого зависит от значения напряжения смещения (управления) между эмиттером и базой.
  • Насыщение: работает при переключении. Между эмиттером и коллектором происходит практически «короткое замыкание» , то есть «контакт замкнут».
  • Инверсный активный режим: как и в активном, ток транзистора пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении. Используется очень редко.

В транзисторе NPN положительное напряжение подается на коллектор для создания тока от коллектора к эмиттеру. В PNP транзисторе положительное напряжение подается на эмиттер для создания тока от эмиттера к коллектору. В NPN ток течет от коллектора (К) к эмиттеру (Э):

А в PNP ток протекает от эмиттера к коллектору:

Ясно, что направления тока и полярности напряжения в PNP и NPN всегда противоположны друг другу. Транзисторы NPN требуют питания с положительной полярностью относительно общих клемм, а PNP транзисторы требуют отрицательного питания.

PNP и NPN работают почти одинаково, но их режимы отличаются из-за полярностей. Например, чтобы перевести NPN в режим насыщения, UБ должно быть выше, чем UК и UЭ. Ниже приводится краткое описание режимов работы в зависимости от их напряжения:

Основным принципом работы любого биполярного транзистора является управление током базы для регулирования протекающего тока между эмиттером и коллектором. Принцип работы NPN и PNP транзисторов один и тот же. Единственное различие заключается в полярности напряжений, подаваемых на их N-P-N и P-N-P переходы, то есть на эмиттер-базу-коллектор.

Принцип работы биполярного транзистора

В свое время транзисторы пришли на смену электронным лампах. Это произошло благодаря тому, что они имеют меньшие габариты, высокую надежность и менее затратную стоимость производства. Сейчас, биполярные транзисторы являются основными элементами во всех усилительных схемах.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый элемент, имеющий трехслойную структуру, которая образует два электронно-дырочных перехода. Поэтому транзистор можно представить в виде двух встречно включенных диода. В зависимости от того, что будет являться основными носителями заряда, различают p-n-p и n-p-n транзисторы.

База – слой полупроводника, который является основой конструкции транзистора.

Эмиттером называется слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.

Коллектором называется слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.


Как правило, эмиттер содержит намного большее количество основных зарядов, чем база. Это основное условие работы транзистора, потому что в этом случае, при прямом смещении эмиттерного перехода, ток будет обуславливаться основными носителями эмиттера. Эмиттер сможет осуществлять свою главную функцию – впрыск носителей в слой базы. Обратный ток эмиттера обычно стараются сделать как можно меньше. Увеличение основных носителей эмиттера достигается с помощью высокой концентрации примеси.

Базу делают как можно более тонкой. Это связано с временем жизни зарядов. Носители зарядов должны пересекать базу и как можно меньше рекомбинировать с основными носителями базы, для того чтобы достигнуть коллектора.

Для того чтобы коллектор мог наиболее полнее собирать носители прошедшие через базу его стараются сделать шире.

Принцип работы транзистора

Рассмотрим на примере p-n-p транзистора.

В отсутствие внешних напряжений, между слоями устанавливается разность потенциалов. На переходах устанавливаются потенциальные барьеры. Причем, если количество дырок в эмиттере и коллекторе одинаковое, тогда и потенциальные барьеры будут одинаковой ширины.

Для того чтобы транзистор работал правильно, эмиттерный переход должен быть смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Это будет соответствовать активному режиму работы транзистора. Для того чтобы осуществить такое подключение, необходимы два источника. Источник с напряжением Uэ подключается положительным полюсом  к эмиттеру, а отрицательным к базе. Источник с напряжением Uк подключается отрицательным полюсом к коллектору, а положительным к базе. Причем Uэ < Uк.

Под действием напряжения Uэ, эмиттерный переход смещается в прямом направлении. Как известно, при прямом смещении электронно-дырочного перехода, внешнее поле направлено противоположно полю перехода и поэтому уменьшает его.  Через переход начинают проходить основные носители, в эмиттере это дырки 1-5, а в базе электроны 7-8. А так как количество дырок в эмиттере больше, чем электронов в базе, то эмиттерный ток обусловлен в основном ими.

Эмиттерный ток представляет собой сумму дырочной составляющей эмиттерного тока и электронной составляющей базы.

Так как полезной является только дырочная составляющая, то электронную стараются сделать как можно меньше. Качественной характеристикой эмиттерного перехода является коэффициент инжекции.

Коэффициент инжекции стараются приблизить к 1.

Дырки 1-5 перешедшие в базу скапливаются на границе эмиттерного перехода. Таким образом, создается высокая концентрация дырок возле эмиттерного и низкая концентрация возле коллекторного перехода, в следствии чего начинается диффузионное движение дырок от эмиттерного к коллекторному переходу. Но вблизи коллекторного перехода концентрация дырок остается равной нулю, потому что как только дырки достигают перехода, они ускоряются его внутренним полем и экстрагируются (втягиваются) в коллектор. Электроны же, отталкиваются этим полем.

Пока дырки пересекают базовый слой они рекомбинируют с электронами находящимися там, например, как дырка 5 и электрон 6. А так как дырки  поступают постоянно, они создают избыточный положительный заряд, поэтому, должны поступать и электроны, которые втягиваются через вывод базы и образуют базовый ток Iбр.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Это важное условие работы транзистора – концентрация дырок в базе должна быть приблизительно равна концентрации электронов. Другими словами должна обеспечиваться электронейтральность базы.

Количество дырок дошедших до коллектора, меньше количество дырок вышедших из эмиттера на величину рекомбинировавших дырок в базе. То есть, ток коллектора отличается от тока эмиттера на величину тока базы.

Отсюда появляется коэффициент переноса носителей, который также стараются приблизить к 1.

Коллекторный ток транзистора состоит из дырочной составляющей Iкр и обратного тока коллектора.

Обратный ток коллектора возникает в результате  обратного смещения коллекторного перехода, поэтому он состоит из неосновных носителей дырки 9 и электрона 10. Именно потому, что обратный ток образован неосновными носителями, он зависит только от процесса термогенерации, то есть от температуры. Поэтому его часто называют тепловым током.

От величины теплового тока зависит качество транзистора, чем он меньше, тем транзистор качественнее.

Коллекторный ток связан с эмиттерным коэффициентом передачи тока.

Токи в транзисторе можно представить следующим образом

Основное соотношение для токов транзистора

Ток коллектора можно выразить как

Из вышесказанного можно сделать вывод, что изменяя ток в цепи база – эмиттер, мы можем управлять выходным током коллектора. Причем незначительное изменение тока базы, вызывает значительное изменение тока коллектора.

  • Просмотров:
  • Биполярные транзисторы. For dummies / Хабр

    Предисловие

    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 здесь или здесь.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    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.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует 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 большая 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.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    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.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует 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.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует 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).Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует 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.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    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 wrewolf 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.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует 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): http://kazus.ru/guide/transistors/mark_all.html и файл .xls (35 кб) .

    Список источников:
    http://ru.wikipedia.org
    http://www.physics.ru
    http://radiocon-net.narod.ru
    http://radio.cybernet.name
    http://dvo.sut.ru

    Полезные комментарии:
    http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

    Как работает биполярный транзистор | Volt-info

    Если рассматривать механические аналоги, то работа транзисторов напоминает принцип действия гидравлического усилителя руля в автомобиле. Но, сходство справедливо только при первом приближении, поскольку в транзисторах нет клапанов.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует В этой статье мы отдельно рассмотрим работу биполярного транзистора.

    Устройство биполярного транзистора

    Основой устройства биполярного транзистора является полупроводниковый материал. Первые полупроводниковые кристаллы для транзисторов изготавливали из германия, сегодня чаще используется кремний и арсенид галлия. Сначала производят чистый полупроводниковый материал с хорошо упорядоченной кристаллической решеткой. Затем придают необходимую форму кристаллу и вводят в его состав специальную примесь (легируют материал), которая придаёт ему определённые свойства электрической проводимости. Если проводимость обуславливается движением избыточных электронов, она определяется как донорная (электронная) n-типа. Если проводимость полупроводника обусловлена последовательным замещением электронами вакантных мест, так называемых дырок, то такая проводимость называется акцепторной (дырочной) и обозначается проводимостью p-типа.

     Рисунок 1.

    Кристалл транзистора состоит из трёх частей (слоёв) с последовательным чередованием типа проводимости (n-p-n или p-n-p). Переходы одного слоя в другой образуют потенциальные барьеры. Переход от базы к эмиттеру называется эмиттерным (ЭП), к коллектору – коллекторным (КП). На рисунке 1 структура транзистора показана симметричной, идеализированной. На практике при производстве размеры областей значительно ассиметричны, примерно как показано на рисунке 2. Площадь коллекторного перехода значительно превышает эмиттерный. Слой базы очень тонкий, порядка нескольких микрон.

     Рисунок 2.

    Принцип действия биполярного транзистора

    Любой p-n переход транзистора работает аналогично диоду. При приложении к его полюсам разности потенциалов происходит его «смещение». Если приложенная разность потенциалов условно положительна, при этом p-n переход открывается, говорят, что переход смещён в прямом направлении. При приложении условно отрицательной разности потенциалов происходит обратное смещение перехода, при котором он запирается.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Особенностью работы транзистора является то, что при положительном смещении хотя бы одного перехода, общая область, называемая базой, насыщается электронами, или электронными вакансиями (в зависимости от типа проводимости материала базы), что обуславливает значительное снижение потенциального барьера второго перехода и как следствие, его проводимость при обратном смещении.

    Режимы работы

    Все схемы включения транзистора можно разделить на два вида: нормальную и инверсную.

     Рисунок 3.

    Нормальная схема включения транзистора предполагает изменение электрической проводимости коллекторного перехода путём управления смещением эмиттерного перехода.

    Инверсная схема, в противоположность нормальной, позволяет управлять проводимостью эмиттерного перехода посредством управления смещением коллекторного. Инверсная схема является симметричным аналогом нормальной, но в виду конструктивной асимметрии биполярного транзистора малоэффективна для применения, имеет более жёсткие ограничения по максимально допустимым параметрам и практически не используется.

    При любой схеме включения транзистор может работать в трёх режимах: Режим отсечки, активный режим и режим насыщения.

    Для описания работы направление электрического тока в данной статье условно принято за направление электронов, т.е. от отрицательного полюса источника питания к положительному. Воспользуемся для этого схемой на рисунке 4.

    Рисунок 4.

    Режим отсечки

    Для p-n перехода существует значение минимального напряжения прямого смещения, при котором электроны способны преодолеть потенциальный барьер этого перехода. То есть, при напряжении прямого смещения до этой пороговой величины через переход не может протекать ток. Для кремниевых транзисторов величина такого порога равна примерно 0,6 В. Таким образом, при нормальной схеме включения, когда прямое смещение эмиттерного перехода не превышает 0,6 В (для кремниевых транзисторов), ток через базу не протекает, она не насыщается электронами, и как следствие отсутствует эмиссия электронов базы в область коллектора, т.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует е. ток коллектора отсутствует (равен нулю).

    Таким образом, для режима отсечки необходимым условием являются тождества:

    UБЭ<0,6 В

    или

    IБ=0

    Активный режим

    В активном режиме эмиттерный переход смещается в прямом направлении до момента отпирания (начала протекания тока) напряжением больше 0,6 В (для кремниевых транзисторов), а коллекторный – в обратном. Если база обладает проводимостью p-типа, происходит перенос (инжекция) электронов из эмиттера в базу, которые моментально распределяются в тонком слое базы и почти все достигают границы коллектора. Насыщение базы электронами приводит к значительному уменьшению размеров коллекторного перехода, через который электроны под действием отрицательного потенциала со стороны эмиттера и базы вытесняются в область коллектора, стекая через вывод коллектора, обуславливая тем самым ток коллектора. Очень тонкий слой базы ограничивает её максимальный ток, проходящий через очень малое сечение поперечного разреза в направлении вывода базы. Но эта малая толщина базы обуславливает её быстрое насыщение электронами. Площадь переходов имеет значительные размеры, что создаёт условия для протекания значительного тока эмиттер-коллектор, в десятки и сотни раз превышающий ток базы. Таким образом, пропуская через базу незначительные токи, мы можем создавать условия для прохождения через коллектор токов гораздо большей величины. Чем больше ток базы, тем больше её насыщение, и тем больше ток коллектора. Такой режим позволяет плавно управлять (регулировать) проводимостью коллекторного перехода соответствующим изменением (регулированием) тока базы. Это свойство активного режима транзистора используется в схемах различных усилителей.

    В активном режиме ток эмиттера транзистора складывается из тока базы и коллектора:

    IЭ=IК+IБ

    Ток коллектора можно выразить соотношением:

    IК=αIЭ

    где α – коэффициент передачи тока эмиттера

    Из приведённых равенств можно получить следующее:

    где β – коэффициент усиления тока базы.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    Режим насыщения

    Предел увеличения тока базы до момента, когда ток коллектора остаётся неизменным определяет точку максимального насыщения базы электронами. Дальнейшее увеличение тока базы не будет изменять степень её насыщения, и ни как не будет влиять на ток коллектора, может привести к перегреву материала в области контакта базы и выходу транзистора из строя. В справочных данных на транзисторы могут быть указаны величины тока насыщения и максимально допустимого тока базы, либо напряжения насыщения эмиттер-база и максимально допустимого напряжения эмиттер-база. Эти пределы определяют режим насыщения транзистора при нормальных условиях его работы.

    Режим отсечки и режим насыщения эффективны при работе транзисторов в качестве электронных ключей для коммутации сигнальных и силовых цепей.

    Отличие в принципе работы транзисторов с различными структурами

    Выше был рассмотрен случай работы транзистора n-p-n структуры. Транзисторы p-n-p структуры работают аналогично, но есть принципиальные отличия, которые следует знать. Полупроводниковый материал с акцепторной проводимостью p-типа обладает сравнительно низкой пропускной способностью электронов, так как основан на принципе перехода электрона от одного вакантного места (дырки) к другому. Когда все вакансии замещены электронами, то их движение возможно только по мере появления вакансий со стороны направления движения. При значительной протяжённости участка такого материала он будет обладать значительным электрическим сопротивлением, что приводит к большим проблемам при его использовании в качестве наиболее массивных коллекторе и эмиттере биполярных транзисторов p-n-p типа, чем при использовании в очень тонком слое базы транзисторов n-p-n типа. Полупроводниковый материал с донорной проводимостью n-типа обладает электрическими свойствами проводящих металлов, что делает его более выгодным для использования в качестве эмиттера и коллектора, как в транзисторах n-p-n типа.

    Эта отличительная особенность различных структур биполярных транзисторов приводит к большим затруднениям при производстве пар компонент с различными структурами и аналогичными друг другу электрическими характеристиками.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Если обратить внимание на справочные данные характеристик пар транзисторов, можно заметить, что при достижении одинаковых характеристик двух транзисторов различных типов, например КТ315А и КТ361А, несмотря на их одинаковую мощность коллектора (150 мВт) и примерно одинаковый коэффициент усиления по току (20-90), у них отличаются максимально допустимые токи коллектора, напряжения эмиттер-база и пр.

    P.S. Данное описание принципа действия транзистора было интерпретировано с позиции Русской Теории, поэтому здесь нет описания действия электрических полей на вымышленные положительные и отрицательные заряды. Русская Физика даёт возможность пользоваться более простыми, понятными механическими моделями, наиболее приближенными к действительности, чем абстракции в виде электрических и магнитных полей, положительных и электрических зарядов, которые вероломно подсовывает нам традиционная школа. По этой причине не рекомендую без предварительного анализа и осмысления пользоваться изложенной теорией при подготовке к сдаче контрольных, курсовых и иных видов работ, Ваши преподаватели могут просто не принять инакомыслие, даже конкурентоспособное и вполне состоятельное с точки зрения здравого смысла и логики. Кроме того, с моей стороны это первая попытка описания работы полупроводникового прибора с позиции Русской Физики, может уточняться и дополняться в дальнейшем.

    Транзистор биполярный, описание транзисторов, функция транзистора, npn-транзистор, pnp-транзистор, типы транзисторов

    Описание транзисторов

    Описание транзисторов удобно начать с описания функции, которую они выполняют. Основная функция биполярного транзистора — усиливать ток и напряжение. Например, они могут усиливать слаботочные выходные сигналы интегральных микросхем таким образом, чтобы ими можно было управлять лампой, реле и т.д. Во многих схемах транзистор служит для преобразования изменяющегося тока в изменяющееся напряжение. Т.е. транзистор работает как усилитель напряжения.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    Транзистор может работать как ключ (либо полностью открыт и через него может течь максимально возожный ток, либо полностью закрыт и ток через него не течёт) или как усилитель (всегда частично открыт)

    npn-транзистор, pnp-транзистор

    Существуют следующие типы транзисторов: npn и pnp с различным обозначением на схемах. Буквы, обозначающие выводы транзистора, относятся к слоям полупроводника, из которого сделан транзистор. Большинство биполярных транзисторов, используемых сегодня, являются npn-транзисторами потому, что они самые простые в производстве из кремния. Если Вы новичок в электронике, лучше всего начинать изучение с npn-транзисторов.

    Пожалуй, одним из самых известных отечественных транзисторов структуры npn является транзистор КТ315, а структуры pnp — транзистор КТ361.

    Выводы биполярного транзистора обозначаются следующими буквами: B — (база), C — (коллектор), E — (эмиттер), в русском варианте, соответсвенно Б, К и Э. Эти термины относятся к внутренней организации транзистора, но не помогают понять, как транзистор работает. Поэтому, просто запомните их.

    В добавление к pnp-транзисторам и npn-транзисторам (имеющим общее название — транзисторы биполярные) существуют полевые транзисторы, часто называемые FETs. Они имеют другое схематическое обозначение и характеристики.

    Введение в биполярные переходные транзисторы (BJT) | Биполярные переходные транзисторы

    Изобретение биполярного транзистора в 1948 году произвело революцию в электронике. Технические достижения, ранее требовавшие относительно больших, механически хрупких, энергоемких электронных ламп, внезапно стали возможны с помощью крошечных, механически прочных, энергоэффективных частичек кристаллического кремния. Эта революция сделала возможным разработку и производство легких и недорогих электронных устройств, которые мы сейчас принимаем как должное.Понимание того, как работают транзисторы, имеет первостепенное значение для всех, кто интересуется современной электроникой.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    Функции и применение биполярных переходных транзисторов

    Я намерен здесь сосредоточиться как можно более исключительно на практических функциях и применении биполярных транзисторов, а не на исследовании квантового мира теории полупроводников. На мой взгляд, обсуждение дырок и электронов лучше оставить в отдельной главе. Здесь я хочу изучить, как использовать эти компоненты, а не анализировать их внутренние детали.Я не хочу преуменьшать важность понимания физики полупроводников, но иногда пристальное внимание к физике твердого тела отвлекает от понимания функций этих устройств на уровне компонентов. Однако, принимая этот подход, я предполагаю, что читатель обладает определенным минимальным знанием полупроводников: разница между полупроводниками, легированными «P» и «N», функциональные характеристики PN (диодного) перехода и значения терминов «Смещенный назад» и «смещенный вперед».Если вам непонятны эти концепции, лучше всего обратиться к предыдущим главам этой книги, прежде чем переходить к этой.

    Слои BJT

    Биполярный транзистор состоит из трехслойного «сэндвича» из легированных (внешних) полупроводниковых материалов (a и c) либо P-N-P, либо N-P-N (b и c). Каждый слой, образующий транзистор, имеет определенное имя, и каждый слой снабжен проводным контактом для подключения к цепи. Условные обозначения показаны на рисунках (а) и (с).

    BJT-транзистор: (a) схематическое обозначение PNP, (b) расположение (c) схематическое обозначение NPN, (d) расположение.

    Функциональное различие между транзистором PNP и транзистором NPN заключается в правильном смещении (полярности) переходов во время работы.

    Биполярные транзисторы работают как регуляторы тока с регулируемым током. Другими словами, транзисторы ограничивают количество проходящего тока в соответствии с меньшим управляющим током. Основной контролируемый ток проходит от коллектора к эмиттеру или от эмиттера к коллектору, в зависимости от типа транзистора (NPN или PNP, соответственно).Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Небольшой ток, который управляет основным током, идет от базы к эмиттеру или от эмиттера к базе, опять же, в зависимости от типа транзистора (NPN или PNP, соответственно). Согласно стандартам символики полупроводников, стрелка всегда указывает в направлении тока.

    Направление малого управляющего тока и большого управляемого тока для (a) PNP и (b) NPN-транзистора.

    Биполярные транзисторы содержат два типа полупроводникового материала

    Биполярные транзисторы называются биполярными, потому что основной ток через них проходит в двух типах полупроводниковых материалов: P и N, поскольку основной ток идет от эмиттера к коллектору (или наоборот).Другими словами, два типа носителей заряда — электроны и дырки — составляют этот основной ток через транзистор.

    Как видите, управляющий ток и управляемый ток всегда соединяются вместе через эмиттерный провод, и их токи текут в направлении стрелки транзистора. Это первое и главное правило при использовании транзисторов: все токи должны течь в правильном направлении, чтобы устройство могло работать как регулятор тока. Небольшой управляющий ток обычно называют просто базовым током, потому что это единственный ток, который проходит через базовый провод транзистора.И наоборот, большой контролируемый ток называется током коллектора, потому что это единственный ток, который проходит через провод коллектора. Ток эмиттера — это сумма токов базы и коллектора в соответствии с законом Кирхгофа о токах.

    Отсутствие тока через базу транзистора отключает транзистор, как разомкнутый переключатель, и предотвращает прохождение тока через коллектор. Базовый ток включает транзистор, как замкнутый переключатель, и пропускает пропорциональную величину тока через коллектор.Ток коллектора в основном ограничивается базовым током, независимо от величины напряжения, доступного для его толкания. В следующем разделе более подробно рассматривается использование биполярных транзисторов в качестве переключающих элементов.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    ОБЗОР:

    • Биполярные транзисторы названы так потому, что контролируемый ток должен проходить через два типа полупроводникового материала: P и N. Ток состоит из потока электронов и дырок в разных частях транзистора.
    • Биполярные транзисторы состоят из полупроводниковой «сэндвич-структуры» типа P-N-P или N-P-N.
    • Три вывода биполярного транзистора называются эмиттером, базой и коллектором.
    • Транзисторы

    • функционируют как регуляторы тока, позволяя небольшому току управлять большим током. Величина допустимого тока между коллектором и эмиттером в первую очередь определяется величиной тока, проходящего между базой и эмиттером.
    • Для того, чтобы транзистор мог должным образом функционировать в качестве регулятора тока, управляющий (базовый) ток и контролируемый (коллекторный) токи должны идти в правильном направлении: аддитивно сцепляться на эмиттере и двигаться в направлении, указанном стрелкой на эмиттере. .

    СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

    Symbol, конструкция, работа, характеристики и применение

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

    BJT — это краткая форма биполярного переходного транзистора, это твердотельное устройство, управляемое током, которое можно использовать для электронного переключения цепи, вы можете думать об этом как о своем обычном переключателе вентилятора или света, но вместо того, чтобы поворачивать его в ручном режиме им можно управлять электронно.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует С технической точки зрения, BJT — это трехконтактное устройство с эмиттером, коллектором и выводом базы, ток, протекающий через эмиттер и коллектор, регулируется величиной тока, приложенного к базе. Опять же, вы можете представить эмиттер и коллектор как два конца вашего переключателя, и вместо нажатия переключателя у нас есть базовый штырь, который может принимать управляющий сигнал. Но как именно это работает? А как с помощью транзистора построить интересные схемы? Это именно то, на что мы ответим в этом уроке.

    Обозначение биполярных транзисторов

    Начнем с обозначения транзисторов, чтобы вы могли идентифицировать их в цепи. На схеме ниже показаны обозначения двух типов транзисторов. Тот, что слева, является символом транзистора PNP, а тот, что справа, является символом транзистора NPN. Как я уже сказал, вы сможете увидеть три клеммы: эмиттер, коллектор и базу для обоих типов транзисторов.

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

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

    Конструкция биполярного переходного транзистора

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

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

    Работа транзистора (BJT)

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

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

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

    Основываясь на текущем законе Кирхгофа, мы можем сформулировать текущее уравнение как

    Я  E  = Я  B  + Я  C  

    Где, I E , I B, и I C — ток эмиттера, базы и коллектора соответственно. Здесь базовый ток будет очень мал по сравнению с током эмиттера и коллектора, поэтому I E ~ I C

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

    Характеристики BJT

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

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

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

    Конфигурация общей базы (CB)

    Конфигурация с общей базой также называется конфигурацией с заземленной базой, где база BJT соединена как общая между входным и выходным сигналами. Входной сигнал BJT подается через клеммы базы и эмиттера, а выходной сигнал от BJT поступает через клеммы базы и коллектора.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Входной ток (I E ), протекающий через эмиттер, будет значительно выше по сравнению с током базы (I B ) и током коллектора (I C ), поскольку ток эмиттера является суммой обоих Базовый ток и ток коллектора.Так как ток на выходе коллектора меньше, чем ток на входе эмиттера, коэффициент усиления по току в этой конфигурации будет равен единице (1) или меньше.

    Входные характеристики

    Кривая входных характеристик для конфигураций с общей базой построена между током эмиттера I E и напряжением между базой и эмиттером V EB . Во время конфигурации с общей базой транзистор смещается в прямом направлении, поэтому он будет показывать характеристики, аналогичные характеристикам прямого действия p-n-диода, где I E увеличивается для фиксированного V EB , когда увеличивается V CB .

    Выходные характеристики

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

    Конфигурация с общим эмиттером (CE)

    Конфигурация общего эмиттера также называется конфигурацией заземленного эмиттера, где эмиттер действует как общий вывод между входом, применяемым между базой и эмиттером, и выходом, полученным между коллектором и эмиттером.Эта конфигурация обеспечивает самый высокий ток и усиление мощности по сравнению с двумя другими типами конфигураций, это связано с тем, что входное сопротивление низкое, поскольку оно подключено к смещенному в прямом направлении PN-переходу, тогда как выходное сопротивление высокое, поскольку оно получается для обратносмещенного PN перехода.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    Входные характеристики

    Входные характеристики конфигурации с общим эмиттером рисуются между базовым током I B и напряжением между базой и эмиттером V BE .Здесь наиболее распространенным параметром является напряжение между коллектором и эмиттером. Если бы вы могли видеть, не будет большой разницы между характеристической кривой предыдущей конфигурации, за исключением изменения параметров.

    Выходные характеристики

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

    Общий коллектор (CC) Конфигурация

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

    Применение биполярных переходных транзисторов (BJT)

    BJT может использоваться в различных приложениях, таких как логические схемы, схемы усиления, колебательные схемы, схемы с несколькими вибраторами, схемы ограничения, схемы таймера, схемы задержки времени, схемы переключения и т.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Д.

    Виды упаковки

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

    Поваренная книга по биполярным транзисторам

    — Часть 1


    Биполярный транзистор является наиболее важным «активным» элементом схемы, используемым в современной электронике, и он составляет основу большинства линейных и цифровых ИС, операционных усилителей и т. Д. В своей дискретной форме он может функционировать либо как цифровой переключатель, либо как как линейный усилитель и доступен во многих формах низкой, средней и высокой мощности.В этом вводном эпизоде ​​основное внимание уделяется теории, характеристикам и конфигурациям схем транзисторов. Остальные семь частей серии представят широкий спектр практических схем применения биполярных транзисторов.

    ОСНОВА БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

    Биполярный транзистор (впервые изобретен в 1948 году) представляет собой трехконтактное устройство усиления тока (база, эмиттер и коллектор), в котором небольшой входной ток может управлять величиной гораздо большего выходного тока. Термин «биполярный» означает, что устройство изготовлено из полупроводниковых материалов, в которых проводимость зависит как от положительных, так и от отрицательных (основных и неосновных) носителей заряда.

    Обычный транзистор изготовлен из трехслойного полупроводникового материала n-типа и p-типа, с базовым или «управляющим» выводом, подключенным к центральному слою, а выводы коллектора и эмиттера подключены к внешним слоям. Если он использует многослойную конструкцию n-p-n, как на рисунке 1 (a), он известен как npn-транзистор и использует стандартный символ на рисунке 1 (b).Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    РИСУНОК 1. Базовая конструкция (а) и обозначение (б) npn-транзистора.


    Если он использует структуру p-n-p, как на рисунке 2 (a), он известен как pnp-транзистор и использует символ на рисунке 2 (b).

    РИСУНОК 2. Базовая конструкция (а) и обозначение (б) pnp-транзистора.


    При использовании транзисторам npn и pnp требуется источник питания соответствующей полярности, как показано на рисунке 3.

    РИСУНОК 3. Подключения полярности к (a) npn-транзисторам и (b) pnp-транзисторам.


    Устройству npn требуется источник питания, который делает коллектор положительным по отношению к эмиттеру — его выходной или выходной ток сигнала (I c ) течет от коллектора к эмиттеру, а его амплитуда регулируется входным «управляющим» током ( I b ), который течет от базы к эмиттеру через внешний токоограничивающий резистор (R b ) и положительное напряжение смещения.Транзистору pnp требуется отрицательное питание — ток его основного вывода течет от эмиттера к коллектору и управляется входным током эмиттер-база, который течет до отрицательного напряжения смещения.

    В первые годы использования биполярных транзисторов большинство транзисторов были изготовлены из германиевых полупроводниковых материалов. Такие устройства имели много практических недостатков: они были хрупкими, чрезмерно чувствительными к температуре, с электронным шумом и имели очень низкую мощность передачи. Германиевые транзисторы уже устарели.Практически все современные биполярные транзисторы изготовлены из кремниевых полупроводниковых материалов. Такие устройства надежны, обладают хорошей мощностью, не слишком чувствительны к температуре и генерируют незначительный электронный шум.

    Сегодня доступно очень большое количество превосходных типов кремниевых биполярных транзисторов. На рисунке 4 перечислены основные характеристики двух типичных маломощных типов общего назначения — 2N3904 (npn) и 2N3906 (pnp), каждый из которых размещен в пластиковом корпусе TO-92 и имеет показанные соединения контактов на нижней стороне.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует на диаграмме.

    РИСУНОК 4. Общие характеристики и схема маломощных кремниевых транзисторов 2N3904 и 2N3906.


    Обратите внимание, при чтении списка на Рисунке 4, что V CEO (max) — это максимальное напряжение, которое может быть приложено между коллектором и эмиттером, когда база разомкнута, а V CBO (max) — это максимальное напряжение. максимальное напряжение, которое может быть приложено между коллектором и базой при разомкнутой цепи эмиттера. I C (макс.) — это максимальный средний ток, который может протекать через клемму коллектора устройства, а P T (макс.) — максимальная средняя мощность, которую устройство может рассеять без использования внешний радиатор, при нормальной комнатной температуре.

    Одним из наиболее важных параметров транзистора является его коэффициент передачи прямого тока, или h fe — это коэффициент усиления по току или отношение выходного / входного тока устройства (обычно от 100 до 300 в двух перечисленных устройствах). Наконец, цифра f T указывает доступное произведение коэффициента усиления / полосы пропускания устройства, т. Е. Если транзистор используется в конфигурации обратной связи по напряжению, которая обеспечивает усиление по напряжению x100, ширина полосы составляет 1/100 от f . Значение T , но если коэффициент усиления по напряжению уменьшается до x10, полоса пропускания увеличивается до f T /10 и т. Д.

    ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА

    Чтобы получить максимальное значение от транзистора, пользователь должен понимать как его статические (постоянный ток), так и динамические (переменный ток) характеристики. На рисунке 5 показаны статические эквивалентные схемы npn- и pnp-транзисторов.

    РИСУНОК 5. Статические эквивалентные схемы npn- и pnp-транзисторов.


    Стабилитрон неизбежно формируется каждым из np- или pn-переходов транзистора, и, таким образом, транзистор (в статических терминах) равен паре обратно соединенных стабилитронов, подключенных между выводами коллектора и эмиттера, с выводом базы.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует подключены к их «общей» точке.В большинстве маломощных транзисторов общего назначения переход база-эмиттер имеет типичное значение стабилитрона в диапазоне от 5 В до 10 В — типичное значение стабилитрона перехода база-коллектор находится в диапазоне от 20 В до 100 В.

    Таким образом, переход база-эмиттер транзистора действует как обычный диод при прямом смещении и как стабилитрон при обратном смещении. В кремниевых транзисторах смещенный в прямом направлении переход пропускает небольшой ток, пока напряжение смещения не возрастет примерно до 600 мВ, но при превышении этого значения ток быстро увеличивается.При прямом смещении фиксированным током прямое напряжение перехода имеет тепловой коэффициент около -2 мВ / 0 C. Когда транзистор используется с разомкнутой цепью эмиттера, переход база-коллектор действует так же. описан, но имеет большее значение стабилитрона. Если транзистор используется с разомкнутой базой, путь коллектор-эмиттер действует как стабилитрон, включенный последовательно с обычным диодом.

    Динамические характеристики транзистора можно понять с помощью рисунка 6, на котором показаны типичные характеристики прямого перехода маломощного кремниевого npn-транзистора с номинальным значением h fe (коэффициент усиления по току), равным 100.

    РИСУНОК 6. Типичные передаточные характеристики маломощных npn-транзисторов со значением h fe , равным 100 номиналу.


    Таким образом, когда ток базы (I b ) равен нулю, транзистор пропускает только небольшой ток утечки. Когда напряжение коллектора превышает несколько сотен милливольт, ток коллектора почти прямо пропорционален токам базы и мало зависит от значения напряжения коллектора. Таким образом, устройство может использоваться в качестве генератора постоянного тока, подавая фиксированный ток смещения в базу, или может использоваться в качестве линейного усилителя путем наложения входного сигнала на номинальный входной ток.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

    Транзистор может использоваться во множестве различных конфигураций основных схем, и оставшаяся часть этого вступительного эпизода представляет собой краткое изложение наиболее важных из них. Обратите внимание, что хотя все схемы показаны с использованием транзисторов типа npn, их можно использовать с типами pnp, просто изменив полярность схемы и т. Д.

    ДИОД И ЦЕПИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

    Переход база-эмиттер или база-коллектор кремниевого транзистора может использоваться как простой диод или выпрямитель, или как стабилитрон, используя его с соответствующей полярностью.На рисунке 7 показаны два альтернативных способа использования npn-транзистора в качестве простого диодного зажима, который преобразует прямоугольный входной сигнал, связанный по переменному току, в прямоугольный выходной сигнал, который колеблется между нулем и положительным значением напряжения, то есть который «фиксирует» выходной сигнал до опорная точка нуля вольт через либо внутреннюю базу-эмиттер транзистора, либо «диодный» переход база-коллектор.

    РИСУНОК 7. Схема ограничивающего диода, использующая npn-транзистор в качестве диода.


    На рисунке 8 показан npn-транзистор, используемый в качестве стабилитрона, который преобразует нерегулируемое напряжение питания в стабилизированный выходной сигнал с фиксированным значением с типичным значением в диапазоне от 5 В до 10 В, в зависимости от конкретного транзистора.Для этого приложения подходит только переход база-эмиттер транзистора с обратным смещением. Если используется переход база-коллектор с обратным смещением, значение стабилитрона обычно возрастает до диапазона 30–100 В, и транзистор может самоуничтожиться (из-за перегрева) при довольно низких уровнях тока стабилитрона.

    РИСУНОК 8. Транзистор, используемый в качестве стабилитрона.


    На рисунке 9 показан транзистор, используемый в качестве простого электронного переключателя или цифрового инвертора.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Его база приводится в действие (через R b ) цифровым входом, имеющим либо нулевое напряжение, либо положительное значение, а нагрузка R L подключается между коллектором и положительной шиной питания.Когда входное напряжение равно нулю, транзистор отключен и через нагрузку протекает нулевой ток, поэтому между коллектором и эмиттером появляется полное напряжение питания. Когда на входе высокий уровень, транзисторный ключ полностью включен (насыщен), и в нагрузке протекает максимальный ток, и между коллектором и эмиттером вырабатывается всего несколько сотен милливольт. Таким образом, выходное напряжение представляет собой инвертированную форму входного сигнала.

    РИСУНОК 9. Транзисторный ключ или цифровой инвертор.


    Базовая схема, показанная на Рисунке 9, предназначена для использования в качестве простого цифрового переключателя или инвертора, управляющего чисто резистивной нагрузкой. Его можно использовать в качестве электронного переключателя, который приводит в действие катушку реле или другую высокоиндуктивную нагрузку (например, двигатель постоянного тока), подключив его, как показано на Рисунке 10, на котором диоды D1 и D2 защищают транзистор от отключения высокой мощности. -индуцированные обратные ЭДС от индуктивной нагрузки в момент отключения питания.

    РИСУНОК 10. Транзисторный переключатель (цифровой инвертор), управляющий катушкой реле (или другой индуктивной нагрузкой).


    ЦЕПИ ЛИНЕЙНОГО УСИЛИТЕЛЯ

    Транзистор можно использовать в качестве линейного усилителя тока или напряжения, подав соответствующий ток смещения в его базу, а затем подав входной сигнал между соответствующей парой клемм. В этом случае транзистор может использоваться в любом из трех основных режимов работы, каждый из которых обеспечивает уникальный набор характеристик. Эти три режима известны как «общий эмиттер» (рисунок 11), «общая база» (рисунок 12) и «общий коллектор» (рисунки 13 и 14).

    В схеме с общим эмиттером (которая показана в очень простой форме на рисунке 11) резистивная нагрузка R L подключена между коллектором транзистора и положительной линией питания, а ток смещения подается в базу через резистор R b , значение которого выбирается для установки коллектора на значение половины напряжения покоя (для обеспечения максимальных неискаженных колебаний выходного сигнала).Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Входной сигнал подается между базой транзистора и эмиттером через конденсатор C, а выходной сигнал (который инвертирован по фазе относительно входа) принимается между коллектором и эмиттером.Эта схема дает среднее значение входного импеданса и довольно высокий общий коэффициент усиления по напряжению.

    РИСУНОК 11. Линейный усилитель с общим эмиттером.


    В схеме с общей базой на рисунке 12 база смещена через R b и развязана по переменному току (или заземлена по переменному току) через конденсатор C b . Входной сигнал эффективно применяется между эмиттером и базой через C1, а усиленный, но не инвертированный выходной сигнал эффективно берется между коллектором и базой.Эта схема отличается хорошим коэффициентом усиления по напряжению, почти единичным коэффициентом усиления по току и очень низким входным сопротивлением.

    РИСУНОК 12. Линейный усилитель с общей базой.


    В схеме общего коллектора постоянного тока на Рисунке 13 коллектор закорочен на низкоомную положительную шину питания и, таким образом, фактически находится на уровне импеданса «виртуальной земли». Входной сигнал подается между базой и землей (виртуальный коллектор), а неинвертированный выход берется между эмиттером и землей (виртуальный коллектор).Эта схема дает почти единичный общий коэффициент усиления по напряжению, а ее выход «следует» за входным сигналом. Таким образом, он известен как повторитель постоянного напряжения (или эмиттерный повторитель) и имеет очень высокий входной импеданс (равный произведению значений R L и h fe ).

    РИСУНОК 13. Линейный усилитель постоянного тока с общим коллектором или повторитель напряжения.


    Обратите внимание, что приведенная выше схема может быть модифицирована для использования переменного тока, просто смещая транзистор на половину напряжения питания и соединяя входной сигнал с базой по переменному току, как показано в базовой схеме на рисунке 14, в которой делитель потенциала R1- R2 обеспечивает смещение половинного напряжения питания.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    РИСУНОК 14. Усилитель с общим коллектором переменного тока или повторитель напряжения.


    В таблице на Рисунке 15 приведены характеристики трех основных конфигураций усилителя. Таким образом, усилитель с общим коллектором дает почти единичный общий коэффициент усиления по напряжению и высокий входной импеданс, в то время как усилители с общим эмиттером и общей базой дают высокие значения усиления по напряжению, но имеют значения входного сопротивления от среднего до низкого.

    РИСУНОК 15. Сравнительные характеристики трех основных схемных конфигураций.


    ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

    Рисунок 16 показывает — в базовой форме — как пару усилителей типа базового рисунка 11 можно соединить вместе, чтобы получить «дифференциальный» усилитель или «длинно-хвостовую пару», которая производит выходной сигнал, пропорциональный разнице между два входных сигнала. В этом случае Q1 и Q2 имеют общий эмиттерный резистор («хвост»), а схема смещена (через R1-R2 и R3-R4), так что два транзистора пропускают идентичные токи коллектора (таким образом, давая нулевую разницу между два напряжения коллектора) в условиях покоя с нулевым входом.

    РИСУНОК 16. Дифференциальный усилитель или длиннохвостая пара.


    Если в приведенной выше схеме возрастающее входное напряжение подается только на вход одного транзистора, это приводит к падению выходного напряжения этого транзистора и (в результате действия связи эмиттеров) вызывает выходное напряжение другого транзистора. транзистор поднимается на аналогичную величину, что дает большое дифференциальное выходное напряжение между двумя коллекторами. С другой стороны, если на входы обоих транзисторов подаются идентичные сигналы, оба коллектора будут перемещаться на одинаковые величины, и, таким образом, схема будет производить нулевой дифференциальный выходной сигнал.Таким образом, схема выдает выходной сигнал, пропорциональный разнице между двумя входными сигналами.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДАРЛИНГТОНА

    Входной импеданс схемы эмиттерного повторителя на рисунке 13 равен произведению значений R L и значений h fe транзистора — если требуется сверхвысокий входной импеданс, его можно получить, заменив одиночный транзистор парой. транзисторов, подключенных по схеме «Дарлингтон» или «Супер-Альфа», как показано на рисунке 17.Здесь эмиттерный ток входного транзистора подается непосредственно на базу выходного транзистора, и пара действует как один транзистор с общим значением h fe , равным произведению двух отдельных значений hfe, т. Е. Если каждое из них Транзистор имеет значение h fe , равное 100, пара действует как одиночный транзистор с h fe , равным 10 000, а полная схема имеет входное сопротивление 10 000 x R L .

    РИСУНОК 17.Эмиттер-повторитель Дарлингтона или Супер-Альфа постоянного тока.


    ЦЕПИ МУЛЬТИВИБРАТОРА

    Мультивибратор — это, по сути, цифровая схема с двумя состояниями, которая может переключаться из состояния с высоким выходом в состояние с низким выходом или наоборот, с помощью сигнала запуска, который может быть получен от внешнего источника или с помощью автоматического или срабатывающий механизм синхронизации. Транзисторы могут использоваться в четырех основных типах схем мультивибратора, как показано на рисунках 18–21.

    Схема, показанная на рисунке 18, представляет собой простой бистабильный мультивибратор с перекрестной связью, запускаемый вручную, в котором смещение базы каждого транзистора происходит от коллектора другого, так что один транзистор автоматически отключается при включении другого, и наоборот.

    РИСУНОК 18. Бистабильный мультивибратор с ручным запуском.


    Таким образом, выход может быть понижен путем кратковременного отключения Q2 через S2, таким образом закорачивая путь Q2 база-эмиттер. Когда Q2 отключает привод базы питания R2-R4 на базу Q1, схема автоматически блокируется в этом состоянии до тех пор, пока Q1 не будет аналогичным образом отключен через S1, после чего выход снова блокируется в высоком состоянии, и так до бесконечности.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    На рис. 19 в базовой форме показан моностабильный мультивибратор или схема генератора однократных импульсов.Его выход (от коллектора Q1) обычно низкий, так как Q1 обычно смещается через R5, но переключается на высокий уровень в течение заданного периода (определяемого значениями компонентов C1-R5), если Q1 на короткое время выключается мгновенным закрытием кнопки « Пуск »переключатель S1.

    РИСУНОК 19. Моностабильный мультивибратор с ручным запуском.


    Фактический период времени моностабильности начинается при отпускании кнопочного переключателя «Пуск» и имеет период (P) примерно 0,7 x C1 x R5, где P — в мкСм, C — в мкФ, а R — в килом.

    На рисунке 20 показан нестабильный мультивибратор или автономный генератор прямоугольной волны, в котором периоды включения и выключения прямоугольной волны определяются значениями компонентов C1-R4 и C2-R3. По сути, эта схема действует как пара перекрестно связанных моностабильных схем, которые последовательно автоматически запускают друг друга. Если периоды синхронизации C1-R4 и C2-R3 идентичны, схема генерирует свободный прямоугольный выходной сигнал. Если два периода синхронизации не идентичны, схема генерирует асимметричный выходной сигнал.

    РИСУНОК 20. Нестабильный мультивибратор или автономный прямоугольный генератор.


    Наконец, на рисунке 21 показан базовый триггер Шмитта или схема преобразователя синусоидальной формы в прямоугольную. Действие схемы здесь таково, что Q2 внезапно переключается из состояния «включено» в состояние «выключено» или наоборот, когда база Q1 поднимается выше или ниже заранее определенных уровней «триггерного» напряжения.

    РИСУНОК 21. Триггер Шмитта или преобразователь синусоидального сигнала в прямоугольный.


    Если на вход схемы подается синусоидальный сигнал разумной амплитуды, схема, таким образом, генерирует выходной сигнал симпатической прямоугольной формы.NV


    Схема работы транзистора

    NPN, характеристики, применение

    Введение

    Транзистор

    NPN является одним из типов биполярных переходных транзисторов (BJT).Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Транзистор NPN состоит из двух полупроводниковых материалов n-типа, разделенных тонким слоем полупроводника p-типа. Здесь основными носителями заряда являются электроны. Прохождение этих электронов от эмиттера к коллектору формирует ток в транзисторе. Обычно NPN-транзисторы являются наиболее часто используемым типом биполярных транзисторов, поскольку подвижность электронов выше подвижности дырок.Транзистор NPN имеет три вывода — эмиттер, базу и коллектор. Транзистор NPN в основном используется для усиления и переключения сигналов.

    На рисунке выше показаны символ и структура транзистора NPN. В этой структуре мы можем наблюдать три вывода транзистора, токи цепи и значения напряжения. Теперь давайте посмотрим на работу транзистора NPN с объяснением.

    НАЗАД НАЗАД

    Схема транзистора NPN

    На рисунке выше показана схема транзистора NPN с напряжениями питания и резистивными нагрузками.Здесь клемма коллектора всегда подключена к положительному напряжению, клемма эмиттера подключена к отрицательному источнику питания, а клемма базы управляет состояниями ВКЛ / ВЫКЛ транзистора в зависимости от приложенного к нему напряжения.

    НАЗАД НАЗАД

    NPN-транзистор рабочий

    Работа NPN-транзистора довольно сложна. В приведенных выше схемах подключения мы заметили, что напряжение питания VB подается на клемму базы через нагрузку RB. Вывод коллектора подключен к напряжению VCC через нагрузку RL.Здесь обе нагрузки RB и RL могут ограничивать ток, протекающий через соответствующие клеммы. Здесь клеммы базы и коллектора всегда содержат положительное напряжение по отношению к клемме эмиттера.

    Если напряжение базы равно напряжению эмиттера, то транзистор находится в выключенном состоянии. Если базовое напряжение увеличивается по сравнению с напряжением эмиттера, тогда транзистор становится более переключаемым, пока не перейдет в полностью открытое состояние. Если на клемму базы i.е. состояние полностью включено, затем генерируются потоки электронов и ток (IC) течет от эмиттера к коллектору.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Здесь базовый вывод действует как вход, а область коллектор-эмиттер действует как выход.

    Для правильного протекания тока между эмиттером и коллектором необходимо, чтобы напряжение на коллекторе было положительным, а также превышало напряжение эмиттера транзистора. Некоторое падение напряжения между базой и эмиттером, например 0,7 В. Таким образом, базовое напряжение должно быть больше падения напряжения 0.7V, иначе транзистор работать не будет. Уравнение для тока базы биполярного NPN-транзистора равно,

    I B = (V B -V BE ) / R B

    Где,

    I B = Ток базы
    В B = Напряжение смещения базы
    В BE = Входное напряжение база-эмиттер = 0,7 В
    R B = Сопротивление базы

    Выходной ток коллектора NPN-транзистора с общим эмиттером можно рассчитать, применив закон Кирхгофа по напряжению (KVL).

    Уравнение для напряжения питания коллектора задается как

    В CC = I C R L + V CE ………… (1)

    Из приведенного выше уравнения коллекторный ток для NPN-транзистора с общим эмиттером равен

    .

    I C = (V CC -V CE ) / R L

    В NPN-транзисторе с общим эмиттером соотношение между током коллектора и током эмиттера задается как

    I C = β I B

    В активной области транзистор NPN действует как хороший усилитель.В NPN-транзисторе с общим эмиттером полный ток, протекающий через транзистор, определяется как отношение тока коллектора к току базы IC / IB. Это соотношение также называется «усилением постоянного тока» и не имеет единиц измерения. Это отношение обычно обозначается буквой β, а максимальное значение β составляет около 200. В NPN-транзисторе с общей базой общий коэффициент усиления по току выражается отношением тока коллектора к току эмиттера IC / IE. Это соотношение обозначается как α, и это значение обычно равно единице.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    НАЗАД НАЗАД

    Взаимосвязь α, β и γ в NPN-транзисторе

    Теперь давайте посмотрим на взаимосвязь между двумя параметрами отношения α и β.

    α = усиление постоянного тока для цепи с общей базой = выходной ток / входной ток

    В общей базе выходной ток NPN-транзистора равен току коллектора (IC), а входной ток — току эмиттера (IE).

    α = I C / I E ……… .. (2)

    Это текущее значение усиления (α) очень близко к единице, но меньше единицы.
    Мы знаем, что ток эмиттера складывается из малого тока базы и большого тока коллектора.

    I E = I C + I B

    I B = I E — I C

    из уравнения 2, коллектор

    I C = αI E

    I B = I E — αI E

    I B = I E (1-α)

    β = усиление постоянного тока для цепи с общим эмиттером = выходной ток / входной ток

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

    β = I C / I B

    β = I C / I E (1-α)

    β = α / (1-α)

    Из приведенных выше уравнений соотношение между α и β можно выразить как

    α = β (1-α) = β / (β + 1)

    β = α (1 + β) = α / (1-α)

    Значение β может изменяться от 20 до 1000 для маломощных транзисторов, которые работают на высоких частотах. Но в целом это значение β может иметь значения в диапазоне от 50 до 200.

    Теперь мы увидим взаимосвязь между факторами α, β и γ.

    В NPN-транзисторе с общим коллектором коэффициент усиления по току определяется как отношение тока эмиттера IE к базовому току IB. Этот коэффициент усиления по току представлен как γ.

    γ = I E / I B

    Мы знаем, что эмиттер ток

    I E = I C + I B

    γ = (I C + I B ) / I B

    γ = (I C / I B ) + 1

    γ = β +1

    Следовательно, отношения между α, β и γ приведены ниже

    α = β / (β + 1), β = α / (1-α), γ = β +1

    НАЗАД НАЗАД

    Примеры транзисторов NPN

    1.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует Вычислите базовый ток IB для переключения резистивной нагрузки 4 мА биполярного NPN-транзистора, имеющего коэффициент усиления по току (β) 100.

    I B = I C / β = (4 * 10 -3 ) / 100 = 40 мкА

    2. Рассчитайте ток базы биполярного NPN-транзистора с напряжением смещения 10 В и входным сопротивлением базы 200 кОм.

    Мы знаем, что уравнение для базового тока IB равно,

    I B = (V B -V BE ) / R B

    Мы знаем ценности,

    В BE = 0.7В,

    В В = 10 В,

    R B = 200 Ом.

    Теперь мы подставляем эти значения в приведенное выше уравнение,

    Получаем,

    I B = (V B -V BE ) / R B = (10-0,7) / 200 кОм = 46,5 мкА.

    Базовый ток NPN-транзистора 46,5 мкА.

    НАЗАД НАЗАД

    Конфигурация общего эмиттера

    Схема конфигурации с общим эмиттером является одной из трех конфигураций BJT.Эти схемы с общей конфигурацией эмиттеров используются в качестве усилителей напряжения. Обычно биполярные транзисторы имеют три вывода, но при подключении к схеме нам нужно использовать любую одну клемму как общую. Таким образом, мы используем одну из трех клемм в качестве общей клеммы как для входных, так и для выходных действий. В этой конфигурации мы используем терминал эмиттера в качестве общего терминала, поэтому он называется конфигурацией с общим эмиттером.

    Эта конфигурация используется как одноступенчатая схема усилителя с общим эмиттером.В этой конфигурации основание действует как входной терминал, коллектор действует как выходной терминал, а эмиттер — как общий терминал. Работа этой схемы начинается с смещения клеммы базы, так что прямое смещение перехода база-эмиттер. Небольшой ток в базе управляет током, протекающим в транзисторе. Эта конфигурация всегда работает в линейной области для усиления сигналов на выходной стороне.Биполярный npn транзистор: Эта страница ещё не существует

    Этот усилитель с общим эмиттером дает инвертированный выходной сигнал и может иметь очень высокое усиление.На это значение усиления влияют температура и ток смещения. Схема усилителя с общим эмиттером чаще всего используется в конфигурации, чем другие конфигурации BJT, из-за ее высокого входного сопротивления и низкого выходного сопротивления, а также эта конфигурация усилителя обеспечивает высокий коэффициент усиления по напряжению и по мощности.

    Коэффициент усиления по току для этой конфигурации всегда больше единицы, обычно типичное значение составляет около 50. Эти усилители конфигурации в основном используются в приложениях, где требуются усилители низкой частоты и радиочастотные цепи.Принципиальная схема усилителя с общим эмиттером показана ниже.

    НАЗАД НАЗАД

    Выходные характеристики NPN-транзистора

    Семейство кривых выходных характеристик биполярного транзистора приведено ниже. Кривые показывают взаимосвязь между током коллектора (IC) и напряжением коллектор-эмиттер (VCE) при изменении тока базы (IB). Мы знаем, что транзистор находится в состоянии «ВКЛ», только когда к его базовому выводу относительно эмиттера приложен хотя бы небольшой ток и небольшое количество напряжения, в противном случае транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ».

    На ток коллектора (IC) больше всего влияет напряжение коллектора (VCE) на уровне 1,0 В, но это значение IC не сильно изменяется выше этого значения. Мы уже знаем, что ток эмиттера — это сумма токов базы и коллектора. т.е. IE = IC + IB. Ток, протекающий через резистивную нагрузку (RL), равен току коллектора транзистора. Уравнение для тока коллектора равно,

    I C = (V CC -V CE ) / R L

    Прямая линия указывает «линию динамической нагрузки», которая соединяет точки A (где V CE = 0) и B (где I C = 0).Область вдоль этой линии нагрузки представляет собой «активную область» транзистора.

    Кривые характеристик конфигурации общего эмиттера используются для расчета тока коллектора, когда заданы напряжение коллектора и ток базы. Линия нагрузки (красная линия) используется для определения точки Q на графике. Наклон линии нагрузки равен сопротивлению нагрузки, обратному сопротивлению. то есть -1 / RL.

    НАЗАД НАЗАД

    Применение транзисторов NPN

    • Транзисторы NPN в основном используются в коммутационных приложениях.
    • Используется в схемах усиления.
    • Используется в парных схемах Дарлингтона для усиления слабых сигналов.
    • Транзисторы

    • NPN используются в приложениях, где требуется отвод тока.
    • Используется в некоторых классических схемах усилителя, например, в двухтактных схемах усилителя.
    • В датчиках температуры.
    • Применения с очень высокой частотой.
    • Используется в логарифмических преобразователях.

    НАЗАД

    ПРЕДЫДУЩИЙ — ТИПЫ ТРАНЗИСТОРОВ

    ДАЛЕЕ — ТРАНЗИСТОР PNP

    Биполярный переходной транзистор (BJT)

    Биполярный переходный транзистор (BJT)

    (Внешняя ссылка в Википедии)

    Биполярный переходный транзистор (BJT) имеет три терминала, подключенных к трем.
    легированные полупроводниковые области.В NPN-транзисторе тонкий и слегка легированный
    База P-типа зажата между сильно легированным эмиттером N-типа.
    и еще один коллектор N-типа; в то время как в транзисторе PNP тонкий и
    Слегка легированная основа N-типа зажата между сильно легированной базой P-типа.
    эмиттер и еще один коллектор П-типа. В дальнейшем мы будем
    рассматривать только NPN BJT.

    На многих схемах транзисторных цепей (особенно при наличии
    большое количество транзисторов в схеме) кружок в условном обозначении
    транзистор отсутствует.На рисунках ниже показано сечение двух
    Транзисторы NPN. Обратите внимание, что хотя и коллектор, и эмиттер
    Транзисторы изготовлены из полупроводникового материала N-типа, полностью
    разная геометрия и поэтому не подлежат замене местами.

    Все ранее рассмотренные компоненты (резистор, конденсатор, катушка индуктивности и
    диод) имеют два вывода (вывода) и поэтому могут характеризоваться
    единственное соотношение между протекающим током и напряжением
    через два отведения.Иначе транзистор — это трехконтактный компонент,
    которую можно рассматривать как двухпортовую сеть с входным портом и
    выходной порт, каждый из которых образован двумя из трех терминалов и характеризуется
    соотношением входных и выходных токов и напряжений.

    В зависимости от того, какая из трех клемм используется в качестве общей клеммы, существует
    может быть три возможных конфигурации для двухпортовой сети, образованной
    транзистор:

    • Общий эмиттер (CE),
    • Общая база (CB),
    • Коллектор общий (CC).
    • Конфигурация Common-Base (CB)

      Конфигурацию CB можно рассматривать как схему с 2 портами. Вход
      Порт образован эмиттером и базой, выходной порт образован
      коллектор и база. Применяются два напряжения и
      соответственно к эмиттеру и коллектору, относительно
      общая база, так что соединение BE смещено вперед, в то время как
      Переход CB имеет обратное смещение.

      Полярность и направление, связанные с
      PN-переходы между E и B такие же, как и связанные с
      диод, полярность напряжения: положительный на P, отрицательный на N, ток
      направление: от P до N, но и направление
      связаны с PN-переходом между базой и коллектором.
      определяется противоположным образом.

      Поведение NPN-транзистора определяется двумя его PN-переходами:

      • PN-переход база-эмиттер (BE) с прямым смещением позволяет
        основные носители заряда, электроны, в эмиттере N-типа, чтобы идти
        через PN-переход, чтобы добраться до базы P-типа, образуя
        эмиттерный ток.

      • Поскольку основание тонкое и слегка легированное, только небольшое количество
        электроны из эмиттера (например, 1%) объединяются с
        большинство носителей, отверстия, в основании P-типа для формирования основания
        ток .Процент зависит от легирования и геометрии
        материала.

      • Большая часть электронов из эмиттера (например, 99%), теперь
        неосновные носители в базе P-типа, могут пройти через обратный
        смещенный PN-переход коллектор-база для прихода к коллектору N-типа
        формирование коллекторного тока
        .

      Коэффициент усиления по току или коэффициент передачи тока этой цепи выключателя,
      обозначается, определяется как отношение между током коллектора
      рассматривается как выход, а ток эмиттера рассматривается как
      Вход:

      e.грамм. (8)

      т.е.

      Соотношения между током и напряжением как на входе
      и выходные порты описываются следующими входами и выходами
      характеристики.

      • Входные характеристики:

        Входной ток является функцией, а также входного
        напряжение, которое намного преобладает:

        (10)

        Обратите внимание, что это мало влияет на.
        Здесь и связанный с PN-переходом эмиттер-база
        удовлетворяют соотношению для диода:

        (11)

        Напряжение на смещенном в прямом направлении PN-переходе можно приблизительно определить
        по
        .

      • Выходные характеристики:

        Выходной ток зависит от выходного напряжения.
        а также входной ток, который намного преобладает:

        (12)

        As, т.е. переход CB обратный
        предвзято, ток зависит только от. Когда ,

        ток, вызванный пересечением неосновных носителей заряда
        PN-переход. Это похоже на диод ток-напряжение.
        характеристики, указанные ранее, за исключением того, что обе оси перевернуты (
        полярность и направление противоположно определены).Когда увеличивается,
        является
        соответственно увеличился. Однако, поскольку выше не вызывает
        больше электронов из эмиттера, на это мало влияет.

        Обратите внимание, что когда PN-переход между базой и коллектором
        не смещен (закорочен), все равно ненулевой коллектор
        ток, образованный электронами, выходящими из эмиттера,
        через оба PN-перехода, чтобы сформировать ток замкнутого контура.

    • Конфигурация с общим эмиттером (CE)

      Два напряжения и приложены соответственно к базе
      и коллектор по отношению к общему эмиттеру.Обычно

      , т.е. переход BE смещен вперед, в то время как CB
      переход имеет обратное смещение, как и конфигурация CB. Напряжения
      конфигураций CB и CE связаны между собой:

      или (13)

      Конфигурацию CE можно рассматривать как схему с 2 портами. Вход
      Порт образован эмиттером и базой, выходной порт образован
      коллектор и эмиттер. Текущее усиление цепи CE, обозначенное
      по, определяется как отношение между током коллектора
      рассматривается как выход, а базовый ток — как вход:

      (14)

      Например, если
      , потом
      .

      Эти два параметра и связаны любым из
      следующий:

      (15)

      Соотношения между током и напряжением как на входе
      и выходные порты описываются следующими входами и выходами
      характеристики.

    Соотношение между входным и выходным токами CB и CE
    конфигурации приведены ниже:

    (18)
    • Общая база:


    • Общий эмиттер:


    Коллекторные характеристики с общей базой (CB) и с общим эмиттером
    (CE) конфигурации имеют следующие отличия:

    • В цепи выключателя
      немного меньше, а
      в цепи CE
      намного больше, чем.
    • В цепи выключателя, когда; в то время как в цепи CE
      когда (как
      имеет подавляющий эффект).
    • Увеличено немного увеличится но больше
      сильно увеличить
      , тем самым вызывая больше
      значительно увеличился.
    • в CB является функцией двух переменных и,
      но первое гораздо более значимо, чем второе.
      в CE является функцией двух переменных и,
      но первое гораздо более значимо, чем второе.
    • в CB является функцией двух переменных и.Когда маленький, его небольшое увеличение вызовет значительное увеличение
      из . Но его дальнейшее увеличение не вызовет особых изменений в должной мере.
      до насыщения (все доступные носители заряда движутся со скоростью насыщения
      прибыть в коллектор C),
      в основном определяется.
    • в CE является функцией двух переменных и.
      Когда мал (
      ), его небольшое увеличение вызовет
      значительное увеличение. Но когда
      , его дальнейшее увеличение
      не вызовет больших изменений из-за насыщения (весь доступный заряд
      носители движутся со скоростью насыщения и достигают коллектора C),

      в основном определяется.

    Различные параметры транзистора изменяются в зависимости от температуры.
    Например, увеличивается вместе с температурой.

    Что такое транзистор NPN? — Определение, строительство и работа

    Определение: Транзистор, в котором один материал p-типа помещен между двумя материалами n-типа, известен как NPN-транзистор. Транзистор NPN усиливает слабый сигнал, поступающий на базу, и производит сильные сигналы усиления на конце коллектора.В транзисторе NPN направление движения электрона — от эмиттера к области коллектора, из-за чего в транзисторе возникает ток. Такой тип транзисторов чаще всего используется в схеме, потому что их основными носителями заряда являются электроны, которые имеют большую подвижность по сравнению с дырками.

    Конструкция NPN-транзистора

    NPN-транзистор имеет два диода, соединенных спина к спине. Диод на левой стороне называется диодом эмиттер-база, а диоды на левой стороне — диодом коллектор-база.Эти имена даны согласно названиям терминалов.

    NPN-транзистор имеет три вывода: эмиттер, коллектор и базу. Средняя часть NPN-транзистора слегка легирована, и это самый важный фактор работы транзистора. Эмиттер умеренно легирован, а коллектор сильно легирован.

    Схема

    NPN транзистора

    Принципиальная схема транзистора NPN показана на рисунке ниже. Коллектор и база соединены с обратным смещением, в то время как эмиттер и база соединены с прямым смещением.Коллектор всегда подключен к положительному источнику питания, а база — к отрицательному источнику питания для управления состояниями ВКЛ / ВЫКЛ транзистора.

    Работа транзистора NPN

    Принципиальная схема транзистора NPN показана на рисунке ниже. Прямое смещение применяется к переходу эмиттер-база, а обратное смещение применяется к переходу коллектор-база. Напряжение прямого смещения V EB мало по сравнению с напряжением обратного смещения V CB .

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

    База NPN-транзистора слегка легирована. Из-за чего только несколько электронов объединяются, а оставшиеся составляют базовый ток I B . Этот базовый ток входит в область коллектора.Обратный потенциал смещения области коллектора прикладывает высокую силу притяжения к электронам, достигающим коллекторного перехода. Таким образом притягивают или собирают электроны на коллекторе.

    В базу вводится весь ток эмиттера. Таким образом, мы можем сказать, что ток эмиттера складывается из тока коллектора или базы.

    Общие сведения о транзисторах с биполярным переходом

    Введение

    Транзисторы — это фундаментальный компонент цифровой электроники, от которого мы
    может создавать схемы, которые могут выполнять логику.По своей сути они действуют как
    переключатели включения / выключения, которыми можно управлять электрически, и хотя это
    простая концепция, мне было трудно понять, как именно они работали в
    реальный мир. Например, в сообщении в блоге я написал о понимании
    комплект колеса рулетки, я не мог понять, что будет за транзистор
    делаю так, как серия резистор-конденсатор находилась в процессе зарядки; как близко к
    будет ли конденсатор полностью заряжен до включения затвора?

    Многие веб-сайты объясняют, что делают NPN-транзисторы и как коллектор,
    base и emitter связаны с этим поведением.Например, Sparkfun’s
    страница транзистора разбивает режимы работы
    ваш стандартный транзистор NPN в следующий:

    • Режим насыщения наступает, когда напряжение на базе (по отношению к
      земля; В база ) выше как напряжение на эмиттере
      и коллектор (опять же относительно земли; V эмиттер и
      В коллектор )
    • активный режим возникает, когда базовое напряжение (V base ) выше
      чем эмиттер V эмиттер но ниже коллектора
      В коллектор
    • Режим отсечки

    • происходит, когда базовое напряжение (V base ) ниже, чем
      как коллектор (V , коллектор ) и эмиттер (V , эмиттер )

    Но простых соотношений и нескольких уравнений было недостаточно, чтобы помочь
    я понимаю, как я могу использовать эти транзисторы в реальных схемах.Так что для
    ради развития моего собственного понимания транзисторов (в частности, биполярных
    переходные транзисторы, или BJT), я установил несколько тестов, чтобы охарактеризовать поведение
    транзистора 2N2222 NPN.

    Построение испытательной схемы

    Чтобы получить практическое представление о том, как эти режимы выглядят на практике, я
    построил схему с потенциометром 10K, подключенным к базе, чтобы я мог
    посмотрим, в какой момент транзистор начал проводить:

    где

    • R1 подтягивает напряжение эмиттера от земли (вместе с R4 ), так что мы можем
      продемонстрировать режим отсечки
    • R2 снимает напряжение коллектора
    • R3 — блокиратор обратного хода для предотвращения короткого замыкания цепи, когда потенциометр
      сопротивление идет на ноль
    • R4 поднимает напряжение эмиттера от земли
    • R5 — потенциометр 10 кОм для проверки эффекта изменения
      V база на эмиттере V

    С помощью этой схемы мы можем напрямую измерить три напряжения, которые управляют
    поведение нашего NPN-транзистора при включении схемы в трех местах:

    , а затем измерения, когда потенциометр отклоняется от нулевого сопротивления.
    на полные 10 кОм.Самый простой способ — использовать простой мультиметр.
    способ провести этот эксперимент, если это немного утомительно:

    На фото выше черный зажим прикреплен к земле, а красный зажим — к земле.
    прикреплен к коллектору.

    Эксперименты с тестовой схемой

    Медленно поворачивая потенциометр и измеряя напряжение на
    коллектор, база, эмиттер, мы можем очень четко увидеть, как влияет напряжение на
    База (V base ) имеет на эмиттер и коллектор.Набор в
    потенциометр для установки V base на значения в диапазоне от 0 до 3,3 В с шагом 0,1 В
    и измерение других напряжений дает нам следующее:

    На этой диаграмме много интересных данных, поэтому давайте рассмотрим несколько
    вещи, которые он говорит нам о транзисторах NPN.

    1. Определение различных режимов транзистора

    Как обсуждалось выше, транзисторы NPN могут работать в одном из трех режимов:

    Режим Критерии Поведение
    Насыщенность V цоколь > V коллектор
    V цоколь > V эмиттер
    Действует как замкнутый выключатель
    Активный V коллектор > V цоколь > V эмиттер V Излучатель пропорционален базе V
    Отсечка V цоколь коллектор
    V цоколь эмиттер
    Работает как разомкнутый выключатель

    На нашем графике измеренных данных эти режимы представлены следующим образом:

    И действительно, мы видим, что

    • в режиме отсечки,
      коллектор остается под постоянным высоким напряжением, в то время как эмиттер остается
      при постоянном низком напряжении
    • в режиме насыщения,
      коллектор находится под тем же напряжением, что и эмиттер, и действует как короткозамкнутый
      цепь
    • в активном режиме,
      разница напряжений коллектор-эмиттер уменьшается по мере того, как напряжение базы
      увеличивается

    Поведение во всех трех регионах заметно линейно; поскольку V base является
    увеличивается, результирующее изменение двух других напряжений напрямую
    пропорциональный.Это удобно, потому что другие цифровые компоненты
    (как и серия RC) не имеют простого линейного поведения; хорошо знать, что
    NPN-транзистор не усложняет еще больше, вводя другие
    нелинейное поведение.

    2. Определение напряжения включения

    Одним из практических аспектов работы транзисторов является диапазон напряжений, в котором они
    должен быть в активном режиме, но транзистор по-прежнему ведет себя так, как если бы он был в
    режим отсечки — то есть V base > V emitter но
    транзистор по-прежнему не пропускает ток.В наших измеренных данных
    это происходит между базовыми значениями V от 0,6 В до 1,2 В:

    Это минимальное напряжение для получения любой проводимости называется напряжением включения.
    Получается, что когда разница между V base и
    В эмиттер ниже этого напряжения включения 0,6 В, транзистор
    ведет себя так, как будто он все еще находится в режиме отсечки. Это V BE <0,6 В критерии - внутреннее свойство транзистора; даже если V коллектора составляет 5 В (или выше), этот порог 0.Остается 6 В
    постоянный.

    Это критическое свойство транзисторов с биполярным переходом, поскольку любой источник
    сопротивление, которое вы поставите после того, как эмиттер подтянет V эмиттер и
    поэтому увеличьте базу V

    , которую вам нужно поставить, чтобы
    транзистор начать проводить. Например, прикрепив светодиод к эмиттеру
    в цепи 3,3 В может не всегда работать должным образом — у вас есть только 0,7 В
    поиграйте с опережением коллектора после падения 2,0 В на светодиодах, и это
    Напряжение включения 0,6 В.

    Характеристики транзисторов PNP

    Транзисторы

    PNP могут работать в одном из трех режимов:

    Режим Критерии Поведение
    Насыщенность V цоколь коллектор
    V цоколь эмиттер
    Действует как замкнутый выключатель
    Активный V эмиттер > V цоколь > V коллектор V Излучатель пропорционален базе V
    Отсечка V цоколь > V коллектор
    V цоколь > V эмиттер
    Работает как разомкнутый выключатель

    , что по сравнению с таблицей для транзисторов NPN представляет собой почти
    полная противоположность режимам NPN.А если подключить резистор PNP (например, 2N2907)
    в нашу тестовую схему как есть и запускаем эксперимент, мы получаем очень странные результаты:

    Согласно приведенной выше таблице, почти все значения V base мы
    тестирование происходит в четвертом режиме, который называется реверсивно-активным режимом,
    где V эмиттер база коллектор .
    Это происходит потому, что ток течет от эмиттера к коллектору в PNP.
    транзисторы; мы только что перевернули наш PNP-транзистор!

    Чтобы применить экспериментальную технику, которую мы использовали для характеристики NPN
    транзисторов на транзисторах PNP, есть несколько изменений, которые мы должны внести в
    наша тестовая схема:

    1. Мы должны заменить NPN 2N2222 на PNP 2N2907 и поменять местами
      полярность так, чтобы эмиттер находился под более высоким напряжением, чем коллектор.
    2. R1 теперь должен быть подключен после R2 . В нашей тестовой схеме NPN R1
      работа заключалась в том, чтобы поднять напряжение на стороне низкого напряжения транзистора, чтобы мы
      мог наблюдать режим отсечки, где V base был ниже, чем
      V Излучатель . В этой испытательной схеме PNP будет наблюдаться режим отсечки.
      когда V base выше, чем V emitter , поэтому перемещение R1 приведет к
      Вытаскиваем V эмиттер из нашего +3.Источник 3 В.
    3. R2 следует заменить на более низкое сопротивление, чтобы мы могли наблюдать
      режим насыщения. В тестовой схеме NPN задача R2 заключалась в том, чтобы тянуть
      V коллектор внизу V база , где V база
      регулировался (частично) R3 . Режим насыщения в этом случае PNP требует
      чтобы V эмиттер был выше, чем V base (опять же,
      частично на R3 ), поэтому R2 не должен быть больше R3 .