N p n схема: Эта страница ещё не существует

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.

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Транзисторы. Определение и история

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

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

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

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

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

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

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

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

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

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

Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?

Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».

Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но 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.

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

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

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

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

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

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

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

Также параметрами биполярного транзистора являются:

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

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

Режимы работы биполярного транзистора

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

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

Схемы включения биполярных транзисторов

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

Схема включения с общим эмиттером

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

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

Схема включения с общей базой

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

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

Схема включения с общим коллектором

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

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

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

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

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

Два слова о каскадах

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

Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.

Тем не менее (спасибо

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. 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

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

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).

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы N-P-N транзистора

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

yandex.ru

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!

Устройство согласования УСМ PNP/NPN и NPN/PNP сигналов

• Согласование логических выходов датчиков с любым типом транзисторных выходов для подключения к нагрузке

• Возможность инвертирования выходного сигнала

• Питание DC10-30В

• Корпус шириной 13мм

НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА

 Устройство согласования предназначено для согласования выходов датчиков с любым типом транзисторных выходов (NPN или PNP) для подключения к нагрузке и возможностью инвертирования выходного сигнала.

КОНСТРУКЦИЯ УСТРОЙСТВА

 Устройство выпускаются в унифицированном пластмассовом корпусе с передним присоединением проводов питания и коммутируемых электрических цепей. Крепление осуществляется на монтажную рейку-DIN шириной 35мм (ГОСТ Р МЭК 60715-2003) или на ровную поверхность. Для установки реле на ровную поверхность, фиксаторы замков необходимо раздвинуть. Конструкция клемм обеспечивает надёжный зажим проводов сечением до 2,5мм². На лицевой панели расположены: зелёный индикатор включения напряжения питания «U», жёлтый индикатор срабатывания встроенного транзистора.

 ВНИМАНИЕ:  Подключение выхода датчика и подключение нагрузки к клеммам устройства производить при отключённом напряжении питания.
 Для удобства монтажа клеммы питания дублируются.

 ВНИМАНИЕ: Момент затяжки винтового соединения должен составлять 0,4 Нм. Следует использовать отвертку 0,6*3,5мм

Схемы подключения датчиков

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ

Уведомление об отказе в декларации смотреть

ТУ 3428-004-31928807-2014

устройство, принцип действия, схемы включения

Слово “транзистор” составлено из слов TRANSfer и resISTOR – преобразователь сопротивления. Он пришел на смену лампам в начале 1950-х. Это прибор с тремя выводами, используется для усиления и переключения в электронных схемах. Прилагательное “биполярный” (bipolar junction transistor) служит для отличия от полевых транзисторов (FET – field effect transistor). Принцип действия биполярного транзистора состоит в использовании двух p-n переходов, образующих запорный слой, который позволяет малому току управлять большим током. Биполярный транзистор используется и как управляемое сопротивление, и как ключ. Транзисторы бывают двух типов: pnp и npn.

P-N переход

Германий (Ge) и кремний (Si) – это полупроводники. Сейчас главным образом используют кремний. Валентность Si и Ge равна четырем. Поэтому если добавить в кристаллическую решетку кремния пятивалентный мышьяк (As), мы получим “лишний” электрон, а если добавить трехвалентный бор (B) – мы получим вакантное место для электрона. В первом случае говорят о “донорном” материале, дающем электроны, во втором случае – об “акцепторном”, принимающем электроны. Также первый тип материала называют N (negative), а второй – P (positive).

Если привести в контакт материалы P и N типов, то между ними возникнет ток и установится динамическое равновесие с обедненной областью, где концентрация носителей заряда – электронов и вакантных мест (“дырок”) – мала. Этот слой обладает односторонней проводимостью и служит основой прибора, называемого диод. Непосредственный контакт материалов не создаст качественный переход, необходимо сплавление (диффузия) или “забивание” в кристалл ионов легирующих примесей в вакууме.

PNP-транзистор

Впервые биполярный транзистор изготовили, вплавляя в кристалл германия (материал n-типа) капли индия. Индий (In) – трехвалентный металл, материал p-типа. Поэтому такой транзистор назвали диффузным (сплавным), имеющим структуру p-n-p (или pnp). Биполярный транзистор на рисунке ниже изготовлен в 1965 году. Его корпус обрезан для наглядности.

Кристалл германия в центре называется базой, а вплавленные в него капли индия – эмиттером и коллектором. Можно рассматривать переходы ЭБ (эмиттерный) и КБ (коллекторный) как обычные диоды, но переход КЭ (коллектор-эмиттерный) имеет особое свойство. Поэтому невозможно изготовить биполярный транзистор из двух отдельных диодов.

Если в транзисторе типа pnp приложить между коллектором (-) и эмиттером (+) напряжение в несколько вольт, в цепи пойдет очень слабый ток, несколько мкА. Если затем приложить небольшое (открывающее) напряжение между базой (-) и эмиттером (+) – для германия оно составляет около 0,3 В (а для кремния 0,6 В) – то ток некоторой величины потечет из эмиттера в базу. Но так как база сделана очень тонкой, то она быстро насытится дырками (“растеряет” свой избыток электронов, которые уйдут в эмиттер). Поскольку эмиттер сильно легирован дырочной проводимостью, а в слабо легированной базе рекомбинация электронов немного запаздывает, то существенно большая часть тока пойдет из эмиттера в коллектор. Коллектор сделан больше эмиттера и слабо легирован, что позволяет иметь на нем большее пробивное напряжение (U_{проб.КЭ} > U_{проб.ЭБ}). Также, поскольку основная часть дырок рекомбинирует в коллекторе, то он и греется сильнее остальных электродов прибора.

Между током коллектора и эмиттера имеется соотношение:

Обычно α лежит в пределах 0,85-0,999 и обратно зависит от толщины базы. Эта величина называется коэффициент передачи тока эмиттера. На практике чаще используют обратную величину (также обозначается как h_21e):

Это коэффициент передачи тока базы, один из самых важных параметров биполярного транзистора. Он чаще определяет усилительные свойства на практике.

Транзистор pnp называют транзистором прямой проводимости. Но бывает и другой тип транзистора, структура которого отлично дополняет pnp в схемотехнике.

NPN-транзистор

Биполярный транзистор может иметь коллектор с эмиттером из материала N-типа. Тогда база делается из материала P-типа. И в этом случае, транзистор npn работает точно, как pnp, за исключением полярности – это транзистор обратной проводимости.

Транзисторы на основе кремния подавляют своим числом все остальные типы биполярных транзисторов. Донорным материалом для коллектора и эмиттера может служить As, имеющий “лишний” электрон. Также изменилась технология изготовления транзисторов. Сейчас они планарные, что дает возможность использовать литографию и делать интегральные схемы. На картинке ниже изображен планарный биполярный транзистор (в составе интегральной схемы при сильном увеличении). По планарной технологии изготавливаются как pnp, так и npn-транзисторы, в том числе и мощные. Сплавные уже сняты с производства.

Планарный биполярный транзистор в разрезе на следующей картинке (упрощенная схема).

Из картинки видно, насколько удачно устроена конструкция планарного транзистора – коллектор эффективно охлаждается подложкой кристалла. Также изготовлен и планарный pnp транзистор.

Условные графические обозначения биполярного транзистора показаны на следующей картинке.

Эти УГО являются международными, и также действительны по ГОСТ 2.730-73.

Схемы включения транзисторов

Обычно биполярный транзистор всегда используется в прямом включении – обратная полярность на КЭ переходе ничего интересного не дает. Для прямой схемы подключения есть три схемы включения: общий эмиттер (ОЭ), общий коллектор (ОК), и общая база (ОБ). Все три включения показаны ниже. Они поясняют только сам принцип работы – если предположить, что рабочая точка каким-то образом, с помощью дополнительного источника питания или вспомогательной цепи установлена. Для открывания кремниевого транзистора (Si) необходимо иметь потенциал ~0,6 В между эмиттером и базой, а для германиевого хватит ~0,3 В.

Общий эмиттер

Напряжение U1 вызывает ток Iб, ток коллектора Iк равен базовому току, умноженному на β. При этом напряжение +E должно быть достаточно большим: 5 В-15 В. Эта схема хорошо усиливает ток и напряжение, следовательно, и мощность. Выходной сигнал противоположен по фазе входному (инвертируется). Это используется в цифровой технике как функция НЕ.

Если транзистор работает не в ключевом режиме, а как усилитель малых сигналов (активный или линейный режим), то при помощи подбора базового тока устанавливают напряжение U₂ равным E/2, чтобы выходной сигнал не искажался. Такое применение используется, например, при усилении аудиосигналов в усилителях высокого класса, с низкими искажениям и, как следствие, низким КПД.

Общий коллектор

По напряжению схема ОК не усиливает, здесь коэффициент усиления равен α ~ 1. Поэтому эта схема называется эмиттерный повторитель. Ток в цепи эмиттера получается в β+1 раз больше, чем в цепи базы. Эта схема хорошо усиливает ток и имеет низкое выходное и очень высокое входное сопротивление. (Тут самое время вспомнить о том, что транзистор называется трансформатором сопротивления.)

Эмиттерный повторитель имеет свойства и рабочие параметры, очень подходящие для пробников осциллографов. Здесь используют его огромное входное сопротивление и низкое выходное, что хорошо для согласования с низкоомным кабелем.

Общая база

Эта схема отличается наиболее низким входным сопротивлением, но усиление по току у нее равно α. Схема с общей базой хорошо усиливает по напряжению, но не по мощности. Ее особенностью является устранение влияния обратной связи по емкости (эфф. Миллера). Каскады с ОБ идеально подходят в качестве входных каскадов усилителей в радиочастотных трактах, согласованных на низких сопротивлениях 50 и 75 Ом.

Каскады с общей базой очень широко используются в технике СВЧ и их применение в радиоэлектронике с каскадом эмиттерного повторителя очень распространено.

Два основных режима работы

Различают режимы работы с использованием “малого” и “большого” сигнала. В первом случае биполярный транзистор работает на маленьком участке своих характеристик и это используется в аналоговой технике. В таких случаях важна линейность усиления сигналов и малые шумы. Это линейный режим.

Во втором случае (ключевой режим), биполярный транзистор работает в полном диапазоне – от насыщения до отсечки, как ключ. Это значит, что если посмотреть на ВАХ p-n перехода – следует для полного запирания транзистора приложить между базой и эмиттером небольшое обратное напряжение, а для полного открывания, когда транзистор переходит в режим насыщения, немного увеличить базовый ток, по сравнению с малосигнальным режимом. Тогда транзистор работает как импульсный ключ. Этот режим используется в импульсных и силовых устройствах, применяется для импульсных источников питания. В таких случаях стараются добиться малого времени переключения транзисторов.

Для цифровой логики характерно промежуточное положение между “большим” и “малым” сигналами. Низкий логический уровень ограничивают 10% от напряжения питания, а высокий 90%. Время задержек и переключения стремятся уменьшить до предела. Такой режим работы является ключевым, но мощность здесь стремятся свести к минимальной. Любой логический элемент – это ключ.

Другие виды транзисторов

Основные, уже описанные виды транзисторов, не ограничивают их устройство. Выпускают составные транзисторы (схема Дарлингтона). Их β очень большой и равен произведению коэффициентов обеих транзисторов, поэтому их называют еще “супербета” транзисторами.

Электротехника уже хорошо освоила IGBT-транзисторы (insulated gate bipolar transistor), с изолированным затвором. Затвор полевого транзистора, действительно, изолирован от его канала. Правда, есть вопрос перезарядки его входной емкости при переключениях, так что, без тока и здесь не обходится.

Такие транзисторы используют в мощных силовых ключах: импульсные преобразователи, инверторы и т.д. По входу IGBT очень чувствительны, за счет высокого сопротивления затворов полевых транзисторов. По выходу – дают возможность получать огромные токи и могут быть изготовлены на высокое напряжение. Например, в США есть новая солнечная электростанция, где такие транзисторы в мостовой схеме нагружены на мощные трансформаторы, отдающие энергию в промышленную сеть.

В заключение отметим, что транзисторы, говоря простыми словами, являются “рабочей лошадкой” всей современной электроники. Их используют везде: от электровозов до мобильников. Любой современный компьютер состоит практически из одних транзисторов. Физические основы работы транзисторов хорошо изучены и обещают еще немало новых достижений.

Материалы по теме:

Как работает транзистор npn, pnp (полевой n-канальный и p-канальный)

 Нашу сильную зависимость от электроники в современном мире не описать. Если сказать, что без электроники мы не проживем, это не сказать ничего. Она уже сродни самому неотъемлемому, самому нужному и востребованному.  То количество мест и гаджетов, где мы с ней встречаемся, мы даже перечислять не будем, на это хватит фантазии и у вас. Мы же хотели рассказать об одном обязательной составляющей каждого электронного девайса, о транзисторе.
 Именно на транзисторах строятся все аналоговые и цифровые схемы применяемые в современных устройствах. А значит, от его работы зависит то, как эти самые гаджеты будут работать и то, как впоследствии электроника будет работать на нас. Такая неоспоримая цепочка…

Какие бывают транзисторы

 Мы не будем вводить вас в далекий экскурс с чего все начиналось, что электронные лампы были дедушками и бабушками современных транзисторов. Не будем рассказывать об электронной эмиссии. О том, что процесс в этих самых лампах схож с транзисторами. Не будем описывать и различия между ними.  Мы сразу приступим к главному. Надеясь на то, что все мы пропустили хотя и останется темным пятном, но не станет обременяющим обстоятельством препятствующим пониманию того, как же все-таки работает транзистор.
 Итак, транзисторы бывают биполярные и полевые. Суть работы тех и других одинакова, разве что их кристаллы, вернее то как сращены разные типы кристаллов, различны.

В биполярных транзисторах это своеобразный гамбургер, если хотите пирог: p-n-p или n-p-n. То есть кристаллы с различной проводимостью напаяны последовательно друг за друга. Таким образуют они образуют своеобразный «бутерброд».

 В полевых транзисторах есть также n кристалл и p кристалл, но они между спаяны не последовательно, а параллельно. При этом ток не проходит через разные типы проводимости кристаллов, а идет все время по одному типу. А запирается в этом случае проводимый кристалл с помощью электрического поля управляющего затвора. Отсюда и название полевой.

 Еще транзисторы бывают низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные.  А также могут работать  с различными токами, но это все нюансы…

Как работает транзистор (картинка с анимацией — видео)

Итак, теперь непосредственно о насущном. То есть о том, ради чего мы собственно и начали эту статью.

 Самое сложное, что нам придется вам объяснить, так это то, что как раз и скрыто от глаз человека. Ведь движение тока в проводнике, в различного рода проводимости кристаллах, не посмотришь и не увидишь. Именно поэтому необходимо иметь большую фантазию и очень наглядное пособие, чтобы довести до вас принцип работы транзистора.
 Есть и еще одно «но». Человек всегда привык строить какие-то эквивалентные системы, если непосредственно изучаемая система не дает ему полного представления, а самое главное наглядного примера  о том, как же все-таки все устроено. Так и в нашем случае, взгляните на картинку…

Работа транзистора представлена в виде канала с управляемой средой, даже здесь два канала. В качестве каналов выступают контакты транзистора, а управляемой средой является ток. Управляя запорным клапаном на базе или затворе (маленький канал) мы тем самым открываем и большой канал, между эмиттером и коллектором или стоком и истоком. Именно этот большой канал и является нашей целью управления. Открывая маленький канал, мы открываем и большой! Вот главное правило работы транзистора. По-другому не бывает, по крайней мере, в нормальных режимах работы транзистора без пробоев. Управляющий клапан на базе, то есть  малый канал открывается первым, тем самым провоцируя и открывание большого канала.
 Не знаем, нужны ли вам другие описания почему именно так? Если кратко, то потому что есть зоны запирания, есть сопротивления этих зон и изменения сопротивления в зависимости от потенциала, подаваемого на них. Конечно это не описывает особенностей работы транзистора полностью и подробно, но об этом мы вам и не обещали рассказать. Самое главное было рассказать о принципе срабатывания и показать это на наглядной картинке, что собственно мы и выполнили. Принцип работы в этом случае действителен для всех видов транзисторов о которых, мы упоминали в нашем предыдущем абзаце. А также, для того чтобы закрепить ваше визуально- ассоциативное мышление с реальной невидимой действительностью необходимо взглянуть и на нижний правый угол картинки.
 На нем видно как в зависимости от пропуска тока, через контакты транзистора будут происходить и коммутации вокруг его выводов.

Схема подключения транзисторов npn pnp (полевых транзистор)

Теперь о том же самом, но на примере подключения транзистора в схеме. На входе имеется сигнал достаточный для свечения лампы (светодиода) даже с учетом сопротивления транзистора. Но если подать на управляющий вывод (затвор) запирающий потенциал, то сопротивление увеличиться и лампа погаснет.

* — гиф анимация описывает работу полевого транзистора, когда есть поле, которое и управляет проводимостью в элементе.

На самом деле это лишь один из примеров подключения транзистора. Вариаций его подключений великое множество. Здесь главное донести суть работы радиоэлемента, а не саму схему подключения.

Последнее о чем хотелось сказать в статье о принципах работы транзистора, так это о том, что база должна всегда оставаться чуть «зажата», то есть ограничена сопротивлением. 

  Это позволяет разграничить управляющий малый ток и большой управляемый. Если же убрать сопротивление, то ток будет течь по пути с наименьшим сопротивлением, то есть весь или преимущественно через базу… В этом случае теряется весь смысл транзистора, так как он ничем ни будет управлять, а будет просто пропускать через себя ток. При этом «большой» ток пойдет через базу и может еще и вывести его из строя, что нам совсем не нужно!

Из особенностей надо отметить несколько разные сферы применяемости транзисторов. NPN, PNP транзисторы способны открываться как бы постепенно, и быстродействие у них ниже. То есть они более подходят для аналоговых схем, а вот полевые срабатывают быстрее.  При этом свойства статичного поля может быть использовано даже без подачи какого-либо напряжения на него, если это поле создать за счет подкладки, находящейся в зоне управления тоннелем по которому протекает ток. В итоге получается уже не транзистор, а ячейка памяти. Такие ячейки активно используются в современных SSD дисках.

Ключ на биполярном транзисторе. Нагрузочная прямая.

Приветствую всех снова на нашем сайте 🙂 Мы продолжаем активно погружаться в нюансы работы биполярных транзисторов и сегодня мы перейдем к практическому рассмотрению одной из схем использования БТ — схеме ключа на транзисторе!

Суть схемы довольно проста и заключается в том, что как и любой переключатель, транзистор должен находиться в одном из двух состояний — открытом (включенном) и закрытом (выключенном). То есть либо транзистор пропускает ток, либо не пропускает. Давайте разбираться!

И, первым делом, давайте саму схему и рассмотрим:

Здесь у нас используется n-p-n транзистор. А вот вариант для p-n-p:

И по нашей уже устоявшейся традиции будем разбирать все аспекты работы на примере n-p-n транзистора 🙂 Суть и основные принципы остаются неизменными и для p-n-p. Так что работаем с этой схемой (здесь мы добавили протекающие по цепи токи):

Как вы уже заметили, схема очень напоминает включение транзистора с общим эмиттером. И действительно именно схема с ОЭ чаще всего используется при построении ключей. Только здесь у нас добавились два резистора (R_б и R_к). Вот с них и начнем!

Зачем же нужен резистор в цепи базы?

Итак, нам нужно подать на переход база-эмиттер напряжение прямого смещения. Его величина указывается среди параметров конкретного транзистора и обычно составляет в районе 0.6 В. Также мы знаем, какой управляющий сигнал мы будем подавать на вход для того, чтобы открыть транзистор. Например, при использовании микроконтроллера STM32 для управления ключом, на входе цепи у нас будет либо 0 В (транзистор в данном случае закрыт), либо 3.3 В (транзистор открыт). В данной схеме сигнал на вход подается не с контроллера, а напрямую с источника напряжения E_{вх} при замыкании переключателя S_1.

Таким образом, получаем, что при 3.3 В на входе напряжение на резисторе R_б составит:

U_{R_б} = E_{вх} \medspace — \medspace U_{бэ}

А теперь вспоминаем, что управление биполярным транзистором осуществляется изменением тока базы — а как его менять? Верно — изменяя сопротивление этого самого резистора! То есть, варьируя сопротивление резистора, мы меняем ток базы и, соответственно, этим самым вносим изменения в работу выходной цепи нашей схемы. Чуть позже мы рассмотрим практический пример для конкретных номиналов и величин и посмотрим на деле, как это работает.

Мы уже несколько раз использовали термины «транзистор открыт» и «закрыт». Понятно, что это означает наличие, либо отсутствие коллекторного тока, но давайте рассмотрим эти понятия применительно к режимам работы транзистора. И тут все достаточно просто:

• для того, чтобы закрыть транзистор, мы стремимся перевести его в режим отсечки
• а чтобы открыть — в режим насыщения

То есть при проектировании ключа на биполярном транзисторе мы преследуем цель переводить транзистор то в режим отсечки, то в режим насыщения в зависимости от управляющего сигнала на входе!

Переходим к рассмотрению коллекторной цепи разбираемой схемы. В данном резистор R_к выполняет роль нагрузки, а также ограничивает ток в цепи во избежания короткого замыкания источника питания E_{вых}. И вот теперь пришло время вспомнить выходные характеристики, которые мы совсем недавно обсуждали 🙂

Но в данном случае выходные параметры схемы определяются помимо всего прочего еще и нагрузкой (то есть резистором R_к). Для коллекторной цепи мы можем записать:

U_{кэ} + I_к R_к = E_{вых}

Или:

I_к = \frac{E_{вых} \medspace — \medspace U_{кэ}}{R_к}

Этим уравнением задается так называемая нагрузочная характеристика цепи. Поскольку резистор — линейный элемент (U_R = I_R R), то характеристика представляет из себя прямую (которую так и называют — нагрузочная прямая). Наносим ее на выходные характеристики транзистора и получаем следующее:

Рабочая точка в данной схеме будем перемещаться по нагрузочной прямой. То есть величины U_{кэ} и I_к могут принимать только те значения, которые соответствуют точкам пересечения выходной характеристики транзистора и нагрузочной прямой. Иначе быть не может 🙂

И нам нужно обеспечить, чтобы в открытом состоянии рабочая точка оказалась в положении 1. В данном случае падение напряжения U_{кэ} на транзисторе будет минимальным, то есть почти вся полезная мощность от источника окажется на нагрузке. В закрытом же состоянии рабочая точка должна быть в положении 2. Тогда почти все напряжение упадет на транзисторе, а нагрузка будет выключена.

Теперь, когда мы разобрались с теоретическими аспектами работы ключа на транзисторе, давайте рассмотрим как же на практике производятся расчеты и выбор номиналов элементов!

Расчет ключа на биполярном транзисторе.

Добавим в схему полезную нагрузку в виде светодиода. Резистор R_к при этом остается на месте, он будет ограничивать ток через нагрузку и обеспечивать необходимый режим работы:

Пусть для включения светодиода нужно подать на него напряжение 3В (U_д). При этом диод будет потреблять ток равный 50 мА (I_д). Зададим параметры транзистора (в реальных схемах эти значения берутся из документации на используемый транзистор):

• Коэффициент усиления по току h_{21э} = 100…500 (всегда задан именно диапазон, а не конкретное значение)
• Падение напряжения на переходе база-эмиттер, необходимое для открытия этого перехода: U_{бэ} = 0.6 \medspace В.
• Напряжение насыщения: U_{кэ \medspace нас} = 0.1 \medspace В.

Мы берем конкретные значения для расчетов, но на практике все бывает несколько иначе. Как вы помните, параметры транзисторов зависят от многих факторов, в частности, от режима работы, а также от температуры. А температура окружающей среды, естественно, может меняться. Определить четкие значения из характеристик при этом бывает не так просто, поэтому нужно стараться обеспечить небольшой запас. К примеру, коэффициент усиления по току при расчете лучше принять равным минимальному из значений, приведенных в даташите. Ведь если коэффициент в реальности будет больше, то это не нарушит работоспособности схемы, конечно, при этом КПД будет ниже, но тем не менее схема будет работать. А если взять максимальное значение h_{21э}, то при определенных условиях может оказаться, что реальное значение оказалось меньше, и его уже недостаточно для обеспечения требуемого режима работы транзистора.

Итак, возвращаемся к примеру 🙂 Входными данными для расчета кроме прочего являются напряжения источников. В данном случае:

• E_{вх} = 3.3\medspace В. Я выбрал типичное значение, которое встречается на практике при разработке схем на микроконтроллерах. В этом примере подача и отключение этого напряжения осуществляется переключателем S_1.
• E_{вых} = 9\medspace В.

Первым делом нам необходимо рассчитать сопротивление резистора в цепи коллектора. Напряжения и ток выходной цепи во включенном состоянии связаны следующим образом:

U_{кэ \medspace нас} + U_{R_к} + U_д = E_{вых}

При этом по закону Ома:

U_{R_к} = I_к R_к

А ток у нас задан, поскольку мы знаем, какой ток потребляет нагрузка (в данном случае диод) во включенном состоянии. Тогда:

U_{R_к} = I_д R_к

U_{кэ \medspace нас} + I_д R_к + U_д = E_{вых}

Итак, в этой формуле нам известно все, кроме сопротивления, которое и требуется определить:

R_к = \frac{E_{вых} \medspace — \medspace U_д \medspace — \medspace U_{кэ \medspace нас}}{I_д} \enspace= \frac{9 \medspace В \medspace — \medspace 3 \medspace В \medspace — \medspace 0.1 \medspace В}{0.05 \medspace А} \medspace\approx 118 \medspace Ом.

Выбираем доступное значение сопротивления из стандартного ряда номиналов и получаем R_{к} = 120\medspace Ом. Причем важно выбирать именно бОльшее значение. Связано это с тем, что если мы берем значение чуть больше рассчитанного, то ток через нагрузку будет немного меньше. Это не приведет ни к каким сбоям в работе. Если же взять мЕньшее значение сопротивления, то это приведет к тому, что ток и напряжение на нагрузке будут превышать заданные, что уже хуже 🙂

Пересчитаем величину коллекторного тока для выбранного значения сопротивления:

I_к = \frac{U_{R_к}}{R_к} \medspace = \frac{9 \medspace В \medspace — \medspace 3 \medspace В \medspace — \medspace 0.1 \medspace В}{120 \medspace Ом} \medspace\approx\medspace 49.17 \medspace мА

Пришло время определить ток базы, для этого используем минимальное значение коэффициента усиления:

I_б = \frac{I_к}{h_{21э}} = \frac{49.17 \medspace мА}{100} = 491.7 \medspace мкА

А падение напряжения на резисторе R_б:

U_{R_б} = E_{вх} \medspace — \medspace 0.6 \medspace В = 3.3 \medspace В \medspace — \medspace 0.6 \medspace В = 2.7 \medspace В

Теперь мы можем легко определить величину сопротивления:

R_б = \frac{U_{R_б}}{I_б}\medspace = \frac{2. 7 \medspace В}{491.7 \medspace мкА} \approx 5.49 \medspace КОм

Опять обращаемся к ряду допустимых номиналов. Но теперь нам нужно выбрать значение, мЕньшее рассчитанного. Если сопротивление резистора будет больше расчетного, то ток базы будет, напротив, меньше. А это может привести к тому, что транзистор откроется не до конца, и во включенном состоянии бОльшая часть напряжения упадет на транзисторе (U_{кэ}), что, конечно, нежелательно.

Поэтому выбираем для резистора базы значение 5.1 КОм. И этот этап расчета был последним! Давайте резюмируем, наши рассчитанные номиналы составили:

• R_{б} = 5.1\medspace КОм
• R_{к} = 120\medspace Ом

Кстати в схеме ключа на транзисторе обычно добавляют резистор между базой и эмиттером, номиналом, например, 10 КОм. Он нужен для подтяжки базы при отсутствии сигнала на входе. В нашем примере, когда S1 разомкнут, то вход просто висит в воздухе. И под воздействием наводок транзистор будет хаотично открываться и закрываться. Поэтому и добавляется резистор подтяжки, чтобы при отсутствии входного сигнала потенциал базы был равен потенциалу эмиттеру. В этом случае транзистор будет гарантированно закрыт.

Сегодня мы прошлись по классической схеме, которой я стараюсь придерживаться, то есть — от теории к практике 🙂 Надеюсь, что материал будет полезен, а если возникнут какие-либо вопросы, пишите в комментарии, я буду рад помочь!

Режимы работы биполярного транзистора | Основы электроакустики

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

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

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

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

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

1. Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

транзисторов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное

Любимый

80

Приложения I: Коммутаторы

Одно из самых фундаментальных применений транзистора — это его использование для управления потоком энергии к другой части схемы — использование его в качестве электрического переключателя. Управляя им либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения, транзистор может создавать двоичный эффект включения / выключения переключателя.

Транзисторные переключатели являются важными строительными блоками; они используются для создания логических вентилей, которые используются для создания микроконтроллеров, микропроцессоров и других интегральных схем.Ниже приведены несколько примеров схем.

Транзисторный переключатель

Давайте посмотрим на самую фундаментальную схему транзисторного переключателя: переключатель NPN. Здесь мы используем NPN для управления мощным светодиодом:

Наш управляющий вход проходит в базу, выход привязан к коллектору, а на эмиттере поддерживается фиксированное напряжение.

В то время как для обычного переключателя требуется физическое переключение исполнительного механизма, этот переключатель управляется напряжением на базовом выводе. Вывод микроконтроллера ввода / вывода, как и на Arduino, может быть запрограммирован на высокий или низкий уровень для включения или выключения светодиода.

Когда напряжение на базе превышает 0,6 В (или какое бы там значение у вашего транзистора V _th ), транзистор начинает насыщаться и выглядит как короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Когда напряжение на базе меньше 0,6 В, транзистор находится в режиме отсечки — ток не течет, потому что это выглядит как разрыв цепи между C и E.

Схема, приведенная выше, называется переключателем нижнего уровня , потому что переключатель — наш транзистор — находится на стороне низкого (заземления) цепи.В качестве альтернативы мы можем использовать транзистор PNP для создания переключателя верхнего плеча:

Подобно схеме NPN, база — это наш вход, а эмиттер подключен к постоянному напряжению. Однако на этот раз эмиттер имеет высокий уровень, а нагрузка подключена к транзистору со стороны земли.

Эта схема работает так же хорошо, как и переключатель на основе NPN, но есть одно огромное отличие: для включения нагрузки база должна быть низкой. Это может вызвать проблемы, особенно если высокое напряжение нагрузки (V _CC — 12 В, подключенное к эмиттеру V _E на этом рисунке) выше, чем высокое напряжение нашего управляющего входа.Например, эта схема не будет работать, если вы попытаетесь использовать Arduino с напряжением 5 В для выключения двигателя 12 В. В этом случае было бы невозможно выключить выключатель , потому что V _B (соединение с управляющим контактом) всегда будет меньше, чем V _E .

Базовые резисторы!

Вы заметите, что каждая из этих схем использует последовательный резистор между управляющим входом и базой транзистора. Не забудьте добавить этот резистор! Транзистор без резистора на базе похож на светодиод без токоограничивающего резистора.

Напомним, что в некотором смысле транзистор — это просто пара соединенных между собой диодов. Мы смещаем диод база-эмиттер в прямом направлении, чтобы включить нагрузку. Для включения диоду требуется всего 0,6 В, большее напряжение означает больший ток. Некоторые транзисторы могут быть рассчитаны только на ток, протекающий через них не более 10–100 мА. Если вы подаете ток выше максимального номинала, транзистор может взорваться.

Последовательный резистор между нашим источником управления и базой ограничивает ток в базе .Узел база-эмиттер может получить свое счастливое падение напряжения 0,6 В, а резистор может снизить оставшееся напряжение. Значение резистора и напряжение на нем определяют ток.

Резистор должен быть достаточно большим, чтобы эффективно ограничить ток, но достаточно маленьким, чтобы питать базу достаточным током . Обычно достаточно от 1 мА до 10 мА, но чтобы убедиться в этом, проверьте техническое описание транзистора.

Цифровая логика

Транзисторы

можно комбинировать для создания всех наших основных логических вентилей: И, ИЛИ, и НЕ.

(Примечание: в наши дни полевые МОП-транзисторы с большей вероятностью будут использоваться для создания логических вентилей, чем биполярные транзисторы. Полевые МОП-транзисторы более энергоэффективны, что делает их лучшим выбором.)

Инвертор

Вот схема транзистора, которая реализует инвертор , или НЕ вентиль:

Инвертор на транзисторах.

Здесь высокое напряжение на базе включает транзистор, который эффективно соединяет коллектор с эмиттером.Поскольку эмиттер напрямую подключен к земле, коллектор тоже будет (хотя он будет немного выше, где-то около V _{CE (sat)} ~ 0,05-0,2 В). С другой стороны, если на входе низкий уровень, транзистор выглядит как разомкнутая цепь, а выход подтянут до VCC

.

(На самом деле это основная конфигурация транзистора, называемая общим эмиттером . Подробнее об этом позже.)

И Ворота

Вот пара транзисторов, используемых для создания логического элемента И с двумя входами :

2-входной логический элемент И на транзисторах.

Если один из транзисторов выключен, то на выходе коллектора второго транзистора будет установлен низкий уровень. Если оба транзистора включены (на обоих базах высокий уровень), то выходной сигнал схемы также высокий.

OR Выход

И, наконец, логический элемент ИЛИ с двумя входами :

Затвор ИЛИ с 2 входами, построенный на транзисторах.

В этой схеме, если один (или оба) A или B имеют высокий уровень, соответствующий транзистор включается и подтягивает выходной сигнал к высокому уровню.Если оба транзистора выключены, то через резистор выводится низкий уровень.

Н-образный мост

H-мост — это транзисторная схема, способная приводить двигатели как по часовой, так и против часовой стрелки . Это невероятно популярная трасса — движущая сила бесчисленных роботов, которые должны уметь двигаться как вперед на , так и на назад.

По сути, H-мост представляет собой комбинацию из четырех транзисторов с двумя входными линиями и двумя выходами:

Вы можете догадаться, почему это называется H-образным мостом?

(Примечание: обычно у хорошо спроектированного H-моста есть нечто большее, включая обратные диоды, базовые резисторы и триггеры Шмидта. )

Если оба входа имеют одинаковое напряжение, выходы двигателя будут иметь одинаковое напряжение, и двигатель не сможет вращаться. Но если два входа противоположны, двигатель будет вращаться в одном или другом направлении.

H-мост имеет таблицу истинности, которая выглядит примерно так:

Вход A	Вход B	Выход A	Выход B	Направление двигателя
0	0	1	1	Остановлено (торможение)				1	0	По часовой стрелке
1	0	0	1	Против часовой стрелки
1	1	0	торможение (торможение) Осцилляторы Генератор — это схема, которая генерирует периодический сигнал, который колеблется между высоким и низким напряжением. Генераторы используются во всевозможных схемах: от простого мигания светодиода до генерации тактового сигнала для управления микроконтроллером. Есть много способов создать схему генератора, включая кварцевые кристаллы, операционные усилители и, конечно же, транзисторы. Вот пример колебательного контура, который мы называем нестабильным мультивибратором . Используя обратную связь , мы можем использовать пару транзисторов для создания двух дополняющих осциллирующих сигналов. Помимо двух транзисторов, конденсаторы являются настоящим ключом к этой схеме.Колпачки поочередно заряжаются и разряжаются, в результате чего два транзистора поочередно включаются и выключаются. Анализ работы этой схемы — отличное исследование работы как конденсаторов, так и транзисторов. Для начала предположим, что C1 полностью заряжен (сохраняется напряжение около V CC ), C2 разряжен, Q1 включен, а Q2 выключен. Вот что происходит после этого: Если Q1 включен, то левая пластина C1 (на схеме) подключена примерно к 0 В. Это позволит C1 разряжаться через коллектор Q1. Пока C1 разряжается, C2 быстро заряжается через резистор меньшего номинала — R4. Как только C1 полностью разрядится, его правая пластина будет подтянута примерно до 0,6 В, что включит Q2. На этом этапе мы поменяли местами состояния: C1 разряжен, C2 заряжен, Q1 выключен, а Q2 включен. Теперь танцуем в другую сторону. Q2 включен, позволяет C2 разряжаться через коллектор Q2. Когда Q1 выключен, C1 может относительно быстро заряжаться через R1. Как только C2 полностью разрядится, Q1 снова включится, и мы вернемся в состояние, в котором мы начали. Может быть трудно с головой окунуться. Вы можете найти еще одну отличную демонстрацию этой схемы здесь. Выбирая определенные значения для C1, C2, R2 и R3 (и сохраняя R1 и R4 относительно низкими), мы можем установить скорость нашей схемы мультивибратора: Итак, при значениях для конденсаторов и резисторов, установленных на 10 мкФ и 47 кОм соответственно, частота нашего генератора будет около 1. 5 Гц. Это означает, что каждый светодиод будет мигать примерно 1,5 раза в секунду. Как вы, наверное, уже заметили, существует тонн схем, в которых используются транзисторы. Но мы почти не коснулись поверхности. Эти примеры в основном показывают, как транзистор можно использовать в режимах насыщения и отсечки в качестве переключателя, но как насчет усиления? Пришло время увидеть больше примеров! ← Предыдущая страница Режимы работы Принципы работы схем и приложений Транзистор NPN_ Точно так же, как и мозг, компьютеры содержат миллиарды миниатюрных ячеек, называемых транзисторами.Все они являются полупроводниковыми приборами, изготовленными из кремния, химического соединения, которое в больших количествах содержится в песке. С момента своего изобретения транзисторы произвели революцию во многих отраслях промышленности, в том числе в электронной промышленности. Транзистор был изобретен Джоном Бардином, Уильямом Шокли и Уолтером Хаузером Браттейном в 1947 году. Это много разных типов транзисторов, которые можно разделить на PNP, NPN, JFET и MOSFET. Что такое транзистор? Транзисторы — это электронные компоненты, которые используются в схемах для усиления или переключения электрических сигналов или мощности и позволяют использовать их в большом количестве электронных устройств.Транзистор имеет два соединенных друг с другом PN диода. Кроме того, у него есть три терминала с именами эмиттер, база и коллектор. Фундаментальная идея и физический закон, лежащий в основе транзистора, заключаются в том, что он должен позволять вам управлять потоком тока по одному каналу, изменяя интенсивность гораздо меньшего тока, протекающего через другой канал. Другими словами, транзистор работает как электронный переключатель, который может включать и выключать ток. Когда он включен, ток течет от коллектора к эмиттеру, который является основным током. Необходимо, чтобы база имела напряжение около 0,7 В, чтобы пропустить основной ток. Это может произойти, потому что база-эмиттер транзисторов работает как диод, у которого есть прямое напряжение, которое он «берет» из имеющегося напряжения. Мы автоматически получим около 0,7 В, добавив резистор. Итак, это , как использовать транзисторы как электронные переключатели. Мы собираемся углубиться в NPN-транзисторы и сделать их более понятными. Транзисторы — это полупроводниковые устройства с тремя выводами, которые могут усиливать и выпрямлять.(Ссылка: byjus.com) Клеммы транзисторов Как обсуждалось в предыдущем разделе, транзистор состоит из трех выводов: эмиттер , коллектор , база и база , . В этом разделе мы подробно обсуждаем функции каждого терминала. База служит устройством управления затвором для большего источника электроэнергии. Коллектор — это более крупный источник электроэнергии, а выход этого источника — эмиттер. Ток, протекающий через затвор от коллектора, можно регулировать, посылая различные уровни тока от базы.Таким образом, очень небольшое количество тока может использоваться для управления большим током, как в усилителях. Транзистор работает как переключатель или как усилитель. Как обсуждалось ранее, транзистор состоит из трех выводов: эмиттер , база, и коллектор . В этой части мы подробно обсудим работу каждого терминала. База работает как контроллер ворот для более высокого напряжения питания. Коллектор — это более высокий источник питания, а выход этого источника — эмиттерная часть.Ток, проходящий через затвор от коллектора, можно нормализовать, посылая переменные уровни тока от базы. В результате небольшое количество тока можно использовать для управления значительным током, как в усилителях. Как упоминалось ранее, транзисторы работают в системах как переключатель или как усилитель. Физические характеристики клемм можно описать следующим образом: Излучатель: t его часть транзистора находится слева от него. Он среднего размера и сильно легирован. База: его сегмент расположен в центре транзистора. Он тонкий и слегка легированный. Коллектор: этот элемент находится на правой стороне транзисторов. Он больше эмиттера и умеренно легирован. F или направленное смещенное соединение база-эмиттер У нас есть поток электронов (дырок) в направлении эмиттера к базе и дырок (электронов) в противоположном направлении от базы к эмиттеру, но поскольку Концентрация эмиттерных электронов (дырок) более значительна, чем базовых дырок (электронов), этот ток в основном состоит из электронов (дырок). Эти эмиттерные электроны (дырки) выращивают неосновные носители в базе; хотя, поскольку база узкая, в ней происходит очень небольшая рекомбинация электронов и дырок, и эти электроны (дырки) перемещаются к переходу коллектор-база. Обратно смещенный переход коллектор-база Когда эти эмиттерные электроны (дырки) касаются перехода коллектор-база, они втягиваются через переход в коллектор электрического поля из-за истощения ионов. Разновидности транзисторов и их применение У нас есть много типов транзисторов, и каждый транзистор имеет свою особую конструкцию из-за своего применения. Одна из основных классификаций транзисторов проиллюстрирована на рисунке ниже: BJT и FET — это два основных типа транзисторов, и каждый тип имеет свой собственный вид. (Ссылка: byjus.com) Транзистор с биполярным соединением Транзисторы с биполярным соединением, сокращенно называемые BJT, представляют собой устройство с контролем тока, состоящее из двух PN-переходов для своей функции.Они сконфигурированы в двух системах как транзисторы PNP и NPN. Среди этих двух транзистор NPN является наиболее предпочтительным для удобства. NPN-транзистор создается путем помещения материала с примесью P между двумя материалами с примесью азота. С другой стороны, транзистор PNP состоит из размещения материала с примесью азота между двумя материалами с примесью фосфора. Полевой транзистор Полевые транзисторы, сокращенно называемые полевыми транзисторами, представляют собой устройства, управляемые напряжением, в отличие от BJT, которые представляют собой устройства с регулируемым током.Полевой транзистор является униполярным устройством, и это означает, что все они сделаны с использованием материалов p-типа или n-типа в качестве основной подложки. Одним из многих их преимуществ является то, что все они имеют очень высокий входной импеданс. Импеданс этих типов составляет порядка мегаомов. Кроме того, у них есть много других преимуществ, таких как низкое энергопотребление и низкое тепловыделение. В чем разница между биполярным переходным транзистором и полевым транзистором? В этой части мы сравним различные различия между BJT и FET. Биполярный переходной транзистор — это биполярное устройство, а полевой транзистор — униполярное устройство. Биполярный переходной транзистор — это устройство, управляемое током, а полевой транзистор — устройство, управляемое напряжением. Биполярные переходные транзисторы имеют низкое входное сопротивление, тогда как полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление. Биполярные переходные транзисторы имеют низкий уровень шума, в то время как полевые транзисторы имеют высокий уровень шума. Биполярные переходные транзисторы имеют меньшую термическую стабильность, в то время как полевые транзисторы обладают хорошей термической стабильностью. Хотя транзистор работает как усилитель, он служит усилителем энергии. Он входит в состав практичных устройств, таких как слуховые аппараты, поскольку это один из предшествующих устройств, которые мы используем в качестве транзисторов. Слуховые аппараты включают в себя крошечный микрофон, который улавливает звуки для ваших целей и преобразует их в различные электрические токи.Кроме того, микрофоны подключены к транзистору, который поддерживает миниатюрный громкоговоритель, и мы слышим гораздо более громкую версию шума вокруг нас. Транзисторы также могут работать как переключатель. Электрический ток, протекающий через одну часть транзисторов, может вызвать гораздо больший ток в другой части, и именно так работают все компьютерные микросхемы. Например, микросхема памяти содержит сотни транзисторов, каждый из которых может быть включен или выключен по отдельности. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух разных состояниях, они могут хранить два числа ноль и единицу по отдельности.Чип может использовать миллиарды транзисторов, чтобы хранить миллиарды нулей и единиц, а также столько букв и цифр, сколько нам нужно. Применение транзистора Полупроводящие вещества делают возможной работу транзисторов. Большинство из нас могут быть знакомы с электрически непроводящими и проводящими материалами. Металлы обычно считаются проводящими, в то время как пластмассы, дерево, керамика и стекло являются изоляторами или непроводящими веществами. Группа инженеров и ученых открыла, как использовать определенные типы кристаллов и протестировать их в качестве устройств электронного управления, используя их полупроводящие свойства. Тепловой выключатель Термистор — один из важнейших компонентов в цепях термоуправляемого выключателя. Это своего рода резистор, который реагирует на окружающую температуру. Когда температура становится выше, сопротивление уменьшается, и наоборот. Более высокая доля напряжения питания уменьшается на R , когда на термистор подается тепло, и сопротивление термистора падает. Базовый ток возрастает и, как следствие, увеличивается ток коллектора.В результате звучит сирена, а лампочка светится. Эти специальные схемы полностью используются в системах пожарной сигнализации. Интегральные схемы Интегральные схемы содержат резисторы, диоды, транзисторы и конденсаторы, объединенные с тонким кремниевым кристаллом пластины, известным как микрочипы. Интегральные схемы потребляют меньше электроэнергии и занимают небольшое пространство, что делает схему небольшого размера, так что ее можно построить с низкими затратами. Что такое транзистор NPN? NPN-транзистор — это один из типов биполярных переходных транзисторов (BJT).Транзистор NPN состоит из двух полупроводниковых материалов n-типа, и их разделяет тонкий слой полупроводника p-типа. В транзисторах этого типа большинство носителей заряда — электроны. Течение электронов в направлении от эмиттера к коллектору формирует ток в транзисторе NPN. Как правило, NPN-транзистор является наиболее популярным типом биполярных транзисторов и используется гораздо чаще, потому что подвижность электронов выше, чем подвижность дырок. Как обсуждалось ранее, транзистор NPN имеет три вывода — эмиттер, базу и коллектор, как и другие типы.Транзистор NPN в основном используется для усиления и переключения сигналов. Схема транзистора NPN На рисунке ниже показаны символ и структура транзистора NPN. Мы можем наблюдать токи цепи, три вывода транзистора и представления значений напряжения в этой структуре. Теперь поговорим о работе NPN-транзисторов. Символ и структура транзистора NPN в цепи (Ссылка: electronicshub.org) Транзистор NPN рабочий На рисунке ниже показана схема транзистора NPN с резистивными нагрузками и напряжениями питания.Клемма коллектора всегда подключена к положительному напряжению. Вывод эмиттера имеет соединение с отрицательным источником питания, а вывод базы управляет состояниями ВКЛ / ВЫКЛ транзистора в зависимости от приложенного к нему напряжения. Транзистор NPN в цепи с резисторами и источниками напряжения (Ссылка: electronicshub.org) Транзистор NPN работает очень сложно. Как видно на приведенной выше схеме подключения, напряжение питания V B подключено к клемме базы через нагрузку R B .Вывод коллектора подключен к напряжению CC V через нагрузку R L . Нагрузки R B и R L могут ограничивать ток через соответствующие клеммы. В этой системе клеммы коллектора и клеммы базы всегда имеют положительное напряжение по отношению к клемме эмиттера. Если напряжение базы эквивалентно напряжению эмиттера, то транзистор выключен. В то время как базовое напряжение превышает напряжение эмиттера, транзистор все больше переключается, чтобы быть полностью открытым.Если на клемму базы подается достаточное положительное напряжение, то есть в полностью включенном состоянии, генерируется поток электронов, и ток IC проходит через эмиттер на коллектор. Теперь клемма базы работает как вход, а область коллектор-эмиттер — как выход. Для обеспечения правильного протекания тока между эмиттером и коллектором необходимо, чтобы положительное напряжение коллектора было больше, чем напряжение эмиттера транзистора. Между эмиттером и базой есть некоторое падение напряжения, около 0.7В. В результате требование к базовому напряжению превышает падение напряжения 0,7 В; в противном случае транзистор работать не будет. Уравнение тока базы в биполярном NPN-транзисторе: I_ {B} = (V_ {B} -V_ {BE}) / R_ {B} где, V B = Напряжение смещения базы I B = Ток базы R B = Сопротивление базы В BE = 0,7 В = Входное напряжение база-эмиттер Выходной ток коллектора в обычном эмиттерном NPN-транзисторе составляет рассчитывается с использованием закона напряжения Кирхгофа (KVL). Уравнение для напряжения питания коллектора представлено как: V_ {CC} = I_ {C} R_ {L} + V_ {CE} Из приведенного выше уравнения ток коллектора для NPN-транзистора с общим эмиттером равен задано как I_ {C} = (V_ {CC} — V_ {CE}) / R_ {L} В обычном NPN-транзисторе соотношение между током эмиттера и током коллектора представлено как: I_ {C} = \ beta I_ {B} В активной области NPN-транзистор работает как отличный усилитель.В обычном эмиттере полный ток NPN-транзистора, протекающий в транзисторе, определяется как отношение тока коллектора к току базы как I_ {C} / I_ {B}. Это соотношение также известно как «усиление постоянного тока» и не имеет единиц измерения. Это отношение обычно выражается с помощью β, а максимальное значение β составляет около 200. В базовом транзисторе NPN общий коэффициент усиления по току определяется отношением тока коллектора к току эмиттера как I_ {C} / I_ {E}. Это отношение известно как α, и значение обычно равно единице. Взаимосвязи α, β и γ в транзисторах NPN Существует взаимосвязь между двумя параметрами отношения β и α, как будет описано ниже. α = выходной ток / входной ток = усиление постоянного тока для базовой схемы В NPN-транзисторе с общей базой ток коллектора (IC) является выходным током, а ток эмиттера — входным током (IE). \ alpha = I_ {C} / I_ {E} Значение текущего усиления (α) очень близко к единице и немного меньше единицы.Как мы знаем, ток эмиттера равен величине малого базового тока в дополнение к большому току коллектора: I_ {E} = I_ {C} + I_ {B} I_ {B} = I_ {E} — I_ {C} На основе предыдущего уравнения α коллектор: I_ {c} = \ alpha I_ {E} I_ {B} = I_ {E} — \ alpha I_ {E} I_ {B} = I_ {E} (1- \ alpha) β = Выходной ток / Входной ток = усиление постоянного тока для цепи эмиттера Здесь ток коллектора — это выходной ток, а базовый ток — это входной ток. \ beta = I_ {C} / I_ {B} \ beta = I_ {C} / I_ {E} (1- \ alpha) \ beta = \ alpha / (1- \ alpha) На основе приведенных выше уравнений мы можем представить взаимосвязь между α и β как: \ alpha = \ beta (1- \ alpha) = \ beta / (\ beta +1) \ beta = \ alpha (1+ \ beta) = \ alpha / (1- \ alpha) Значение β может варьироваться в диапазоне от 20 до 1000 для маломощных транзисторов, работающих на высоких частотах.Но обычно значение β может иметь значения в диапазоне 50-200. В коллекторных NPN-транзисторах коэффициент усиления по току известен как отношение тока эмиттера IE к базовому току IB. Этот коэффициент усиления по току определяется как γ. \ gamma = I_ {E} / I_ {B} Как известно, ток эмиттера: I_ {E} = I_ {C} + I_ {B} \ gamma = (I_ {C} + I_ {B}) / I_ {B} \ gamma = (I_ {C} / I_ {B}) + 1 \ gamma = \ beta +1 Вот отношения между α, β и γ, как показано ниже: \ alpha = \ beta / (\ beta +1) \ beta = \ alpha / (1- \ alpha) \ gamma = \ beta +1 Пример для NPN-транзистора Здесь мы хотим вычислить базовый ток I B для переключения резистивной нагрузки 4 мА транзистора NPN. {-3}) / 100 = 40 мкА В другом случае для расчета тока базы NPN-транзистора для напряжения смещения 10 В и сопротивления базы 200 кОм. I_ {B} = (V_ {B} -V_ {BE}) / R_ {B} Для значений V B = 10 В, В BE = 0,7 В, В B = 10 В , R B = 200 кОм. Подставляя эти значения в уравнение, получаем: I_ {B} = (V_ {B} -V_ {BE}) / R_ {B} = (10-0,7) / 200 кОм = 46,5 мкА. Конфигурация общего эмиттера NPN-транзистора Типичные схемы конфигурации эмиттера являются одной из трех конфигураций BJT.Эти схемы стандартной конфигурации эмиттера используются в качестве усилителей напряжения в системах. Как правило, BJT-транзисторы включают в себя три клеммы, но мы должны принять любую из клемм как общую в схемных соединениях. Следовательно, мы используем одну из этих трех клемм в качестве общей клеммы как для выходных, так и для входных действий. В этой конфигурации, если мы используем вывод эмиттера в качестве общего вывода, это называется конфигурацией с общим эмиттером. Эта конфигурация принимается как одноступенчатая схема усилителя с общим эмиттером.В этой конфигурации база работает как входная клемма, коллектор является клеммой, а эмиттер — общей клеммой. Функция этой схемы начинается с смещения клеммы базы, а это прямое смещение в переходе база-эмиттер. Небольшой ток управляет током, протекающим в транзисторе и в базе. Эта конфигурация всегда работает в линейной области для усиления сигналов на выходе. Этот усилитель с общим эмиттером обеспечивает инвертированный выход и может иметь очень высокое усиление.На это значение усиления влияют температура и токи смещения. Схемы усилителя с общим эмиттером являются наиболее используемой конфигурацией по сравнению с другими конфигурациями BJT из-за их низкого выходного сопротивления и высокого входного сопротивления, и эта конфигурация усилителя также обеспечивает высокий коэффициент усиления по напряжению и по мощности. Текущее усиление этой конфигурации всегда больше единицы, а обычное значение составляет около 50. Эта конфигурация усилителя в основном используется в приложениях, где нам нужны усилители низкой частоты и радиочастотные схемы.Схема схемы для конфигураций усилителя с общим эмиттером представлена ​​ниже: Схема конфигурации усилителя с общим эмиттером (Ссылка: electronicshub.org) Выходные характеристики NPN-транзистора Кривые выходных характеристик биполярного Семейство транзисторов представлено ниже. Кривые показывают взаимосвязь между напряжением коллектор-эмиттер (VCE) и током коллектора (IC) по отношению к изменяющемуся базовому току (IB).Транзистор находится в состоянии «ВКЛ», когда на его базовый вывод относительно эмиттера подается как минимум небольшой ток и небольшое напряжение; в противном случае транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ». Кривые зависимости между напряжением коллектор-эмиттер (VCE) и током коллектора (IC) по отношению к изменяющемуся базовому току (IB) (Ссылка: electronicshub.org). На ток коллектора (IC) в основном влияет коллектор. напряжение (V CE ) на уровне 1,0 В, но это значение IC не сильно зависит от этого значения.Как мы знаем, ток эмиттера является добавлением базовых токов к токам коллектора: I_ {E} = I_ {C} + I_ {B}. Ток, проходящий через резистивную нагрузку (R L ), такой же, как ток коллектора транзистора. Уравнение для тока коллектора представлено как: I_ {C} = (V_ {CC} -V_ {CE}) / R_ {L} Прямая линия показывает «линию динамической нагрузки», которая представляет собой точки соединения A (с VCE = 0) и B (с IC = 0). Область вдоль этой линии нагрузки описывает «активную область» транзисторов. Кривые характеристик конфигурации с общим эмиттером используются для расчета тока коллектора в терминах заданного напряжения коллектора и тока базы. Красная линия нагрузки используется для определения точки Q на графике. Наклон красной линии нагрузки пропорционален сопротивлению обратной нагрузки: -1 / R L . Применение транзисторов NPN Здесь перечислены некоторые применения транзисторов NPN: Транзисторы NPN в основном используются в коммутационных приложениях. NPN транзисторы используются в схемах усиления. Транзисторы NPN используются в парных схемах Дарлингтона для усиления слабых сигналов. Транзисторы NPN используются в приложениях, где нам нужен ток потребления. NPN-транзисторы используются в некоторых классических схемах усилителя, так же как и в схемах «двухтактного» усилителя. NPN транзисторы используются в датчиках температуры. NPN транзисторы используются в высокочастотных приложениях.Транзисторы NPN используются в логарифмических преобразователях. Эксперимент: разработка схемы транзистора Процедура Примечание: Эта схема была разработана, когда мы только учились обучать работе транзисторов. Теперь мудрее, мы знаем, что ниже есть некоторые ошибки в математике с вычислениями фильтра. Мы перепроектируем эту схему, когда позволят время и ресурсы, но учтите, что схема все еще работает (может усиливать пики). Все, что вам нужно, чтобы построить усилитель, — это транзистор, источник питания, резисторы и конденсаторы. Есть много способов смешать их вместе, что является искусством (Стив Джобс часто называл компоновку схем «цифровым искусством»), но мы дадим вам некоторые основные условия и предположения, с которыми можно поработать, а затем проведем вас через дизайн вашего самого первый простой био-усилитель! Существует несколько конфигураций с использованием транзисторов NPN, но мы будем использовать «конфигурацию с общим эмиттером», потому что она позволяет получить высокий коэффициент усиления по напряжению.Почему его называют «усилителем с общим эмиттером»? — поскольку база — это вход, коллектор — это выход, а «общий» или земля — ​​это эмиттер. Как любой прилежный инженер, давайте начнем с «требований», что является скучным способом сказать: «что мы хотим, чтобы эта машина действительно выполняла». В нашем биоусилителе мы хотим «усилить» очень слабые электрические сигналы в нервах тараканов. Давайте стремимся к «усилению» 150 или увеличению амплитуды сигнала в 150 раз. Мы также хотим ограничить то, что мы усиливаем, чтобы гарантировать, что мы обращаем внимание только на всплески (потенциалы действия), а не на другие электрические сигналы, такие как электрический шум из вашего дома.Итак, как и в реальном SpikerBox, мы хотим измерять только сигналы с компонентами выше 300 Гц (циклов в секунду). Это также называется «высокочастотным» сигналом. Таким образом, у нас есть два требования Прирост 150. Настройка фильтра: фильтр высоких частот 300 Гц. А теперь вернемся к искусству дизайна электроники. В основе нашего усилителя лежит превосходная книга Пола Шерца «Практическая электроника для изобретателей». Детали Помимо упомянутых выше тараканов, кабеля и электрода, вам необходимо посетить местный дружественный RadioShack, чтобы получить: два NPN транзистора (2N4401) — из набора образцов транзисторов четыре 4. Резисторы 7 кОм — из набора образцов резисторов четыре резистора 1 кОм из того же набора образцов один резистор 50 Ом из того же набора образцов два конденсатора по 1 мкФ четыре конденсатора по 10 мкФ перемычка макетная плата без пайки разъем аккумулятора 9В батарея 9В разъем RCA динамик RadioShack (мы любим эти вещи) Вам также понадобится небольшой кусок пробки или пенопласта, на который можно положить ногу таракана. Проектирование схемы Эмиттерные и коллекторные резисторы Поскольку мы будем использовать батарею на 9 В, и наши шипы имеют как положительный, так и отрицательный компонент: Мы хотим, чтобы нейронный сигнал превышал +4,5 В, чтобы у нас было достаточно «места» для напряжения, чтобы усилить как отрицательную, так и положительную части сигнала. Таким образом, необходимо, чтобы V c , или напряжение на коллекторе, составляло 1/2 V cc (это сбивает с толку, но Vcc означает «общий ток» или, в более общем смысле, наш источник питания 9 В). Таким образом, нам нужно поставить резистор на V c , чтобы установить V c = 1/2 V cc , и мы используем закон Ома V = IR, который мы можем переписать как: I c — это ток через коллектор и функция транзистора (для его расчета используйте лист данных транзистора). Мы будем использовать значение 1 мА для I c . 4,7 кОм — стандартное значение для комплекта резисторов, поэтому мы будем использовать 4,7 кОм для R c . Коэффициент усиления нашей схемы, как он есть, составляет ΔV c / ΔV e , что равно отношению R c / R e . Мы уже установили R c = 4,7 кОм, а R e уже встроен в транзистор. Его R e называется транссопротивлением, которое рассчитывается как: I e примерно такое же, как I c , поэтому сопротивление составляет 26 Ом. Мы можем рассчитать выигрыш следующим образом: Однако в транзисторе может быть нестабильное сопротивление, поэтому нам нужно добавить собственное сопротивление R в дополнение к сопротивлению. Шерц рекомендует V e с напряжением 1 В для стабилизации нестабильности сопротивления, поэтому согласно закону Ома: Но обратите внимание, что добавление этого R к схеме: У нас будет изменение в прибыли. Новое усиление: О, нет! Наше первоначальное усиление 180 исчезло! И наш выигрыш теперь намного меньше, чем нам нужно! Но, не бойтесь, мы можем добавить конденсатор параллельно с резистором 1 кОм, который фактически заставит 1 кОм исчезнуть для нашего пикового сигнала.Мы все равно хотим добавить конденсатор, так как нам нужно сделать: Фильтр высоких частот Параллельно подключенные резистор и конденсатор действуют как фильтры верхних частот, и, как указано выше, мы хотим, чтобы наш фильтр высоких частот составлял 300 Гц. Это легко подсчитать. У нас уже есть R = 1 кОм, а f должно быть 300 Гц, поэтому емкость конденсатора составляет 20 мкФ. Все, что остается, — это входной конденсатор для устранения любого смещения постоянного тока на входном сигнале и поддержания стабильности нашей схемы. Давайте просто установим его на 1 мкФ. Установка напряжения смещения Помните из нашей теории транзисторов, что транзистор не включится без нажатия нижнего предела напряжения, а это примерно 0,6 В для схем на основе кремния. Нам нужно добавить резисторы смещения. Мы хотим, чтобы напряжение на базе V b было на 0,6 В выше, чем напряжение на уровне V e , поэтому Мы знаем, что V e должно быть 1 В из-за падения напряжения, рассчитанного выше, поэтому V b должно быть 1.6В. Сделаем делитель напряжения! Наш V в имеет курс 9 В, а наш V out равен 1,6 В, и мы используем классическое уравнение делителя напряжения: Мы можем переставить уравнение и вычислить … Таким образом, R1 должен быть в ~ 4,6 раза больше, чем R2. Звучит достаточно просто, но, как показывает практика, для этой конструкции транзистора: Итак, мы просто выберем R2 = 1 кОм и R1 = 4,7 кОм в качестве значений, поскольку мы уже используем эти значения резисторов и имеем их под рукой. Вот и все! Пришло время … Построить схему Вы посчитали, и теперь пришло время физически построить вашу схему. Поместите батарею, транзистор, резисторы, конденсаторы и компоненты ввода / вывода на макетную плату, как показано ниже: Присмотритесь к схеме на макетной плате: Вставьте электроды в лапу таракана, как вы делали в предыдущих экспериментах, и подключите динамик к цепи.Полностью поверните динамик и почистите ногу таракана зубочисткой. Вы можете услышать очень слабый ответ, но он будет скрыт в шуме. Давайте еще немного усилим шипы. Вы можете создать «вторую стадию» усиления, как мы это делаем с нашим обычным SpikerBox, где у вас есть выход схемы, переходящий во вход другой копии схемы, как показано ниже: Однако вы обнаружите, что это «удвоение» делает схему немного нестабильной, поэтому давайте немного снизим усиление на втором этапе.Мы добавили резистор 50 Ом параллельно с R и , чтобы немного снизить усиление второй ступени, но все равно сделают более громкие всплески, когда вы подключите эту схему к ноге таракана. Смотрите видео ниже. Теперь вы создали свой собственный усилитель на транзисторах! Поздравляю! Сообщите нам, если вы придумали способ сделать схему проще, чище и с большим усилением. Обсуждение Вы находитесь на пути к изобретению еще многих чудесных вещей.История науки определяется изобретением нового оборудования в руках творческих умов. Телескоп позволяет видеть вещи очень далеко. Микроскоп позволяет увидеть очень маленькое. Аппарат ПЦР позволяет измерять молекулы ДНК, а транзистор позволяет наблюдать крошечные электрические сигналы. С помощью этих инструментов мы можем видеть и пытаться понять мир, недоступный нашим невооруженным чувствам. Теперь начнем открывать. Вопросы для обсуждения Почему спайки от нашего простого двухтранзисторного биоусилителя «шумнее», чем SpikerBox? Что делает SpikerBox? Подсказка: SpikerBox имеет намного больше транзисторов и использует их для создания операционных усилителей, которые затем смешиваются с инструментальными усилителями. Добро пожаловать в искусство электроники! Транзисторы 101 Транзисторы 101 Изучение транзисторов (через простую схему драйвера светодиода) Светодиод Светодиод — это устройство, показанное выше. Кроме красные, они также могут быть желтыми, зелеными и синими. Буквы LED означают свет Излучающий диод. Что важно помнить о диодах (включая светодиоды) заключается в том, что ток может течь только в одном направлении. Чтобы светодиод заработал, нужен источник питания и резистор.Если вы попытаетесь использовать светодиод без резистора, вы, вероятно, перегорите светодиод. Светодиод имеет очень маленькое сопротивление поэтому через него будет протекать большой ток, если вы не ограничите ток с резистором. Если вы попытаетесь использовать светодиод без источника питания, вы можете быть очень разочарованы. Итак, в первую очередь сделаем наш Светодиод загорается при настройке схемы ниже. Шаг 1.) Сначала вам нужно найти положительная нога светодиода. Самый простой способ сделать это — поискать нога, которая длиннее. Шаг 2.) Как только вы узнаете, с какой стороны положительный, включите светодиод макет таким образом, положительный отрезок находится в одном ряду, а отрицательный — в другом. (На картинке ниже ряды вертикальные.) Шаг 3.) Поместите одну ногу 220 резистор ом (неважно на какой ножке) в том же ряду, что и отрицательный ножка светодиода. Затем поместите другую ножку резистора в пустой ряд. Шаг 4.) Отключите блок питания. адаптер от блока питания. Затем поместите заземляющий (черный провод) конец адаптер питания в боковом ряду с синей полосой рядом Это.Затем вставьте положительный (красный провод) конец адаптера источника питания в боковой ряд с красной полосой рядом. Шаг 5.) Используйте короткую перемычку. (используйте красный цвет, так как он будет подключен к положительному напряжению), чтобы перейти от положительный ряд мощности (тот, рядом с которым есть красная полоса) к положительному ножка светодиода (не в том же отверстии, а в том же ряду). Использовать другой короткая перемычка (используйте черный цвет) для перехода от заземляющего ряда к резистору (ножка, не подключенная к светодиоду).См. Картинку ниже если необходимо. Макетная плата должна выглядеть как на картинке ниже. Теперь подключите блок питания к стену, а затем подключите другой конец к адаптеру питания и Светодиод должен загореться. Ток течет от положительной ножки светодиода. через светодиод к отрицательной ножке. Попробуйте повернуть светодиод. Должно не загорается. Ток не может течь от отрицательного полюса светодиода к положительная нога. Люди часто думают, что резистор должен быть первым на пути от положительного к отрицательному, чтобы ограничить количество тока, протекающего через светодиод.Но ток ограничен резистор независимо от того, где находится резистор. Даже когда вы впервые включаете мощность, ток будет ограничен определенной величиной, и его можно найти используя закон Ома. Вездесущая полезность закона Ома: [Напряжение (вольт) = ток (амперы) X сопротивление (Ом)] Закон Ома может использоваться с резисторами чтобы найти ток, протекающий по цепи. Закон I = V / R (где I = ток, V = напряжение на резисторе и R = сопротивление).Для В приведенной выше схеме мы можем использовать только закон Ома для резистора, поэтому мы должны использовать то что при горит светодиоде на нем падение напряжения 1.9 (Кстати: падение напряжения зависит от типа светодиода). Это означает, что если положительная нога подключена к 5 вольт, отрицательная на ноге будет 3,1 вольта (т. е. 5,0–1,9 = 3,1). Теперь, когда мы знаем напряжение на обеих сторонах резистор и может использовать закон Ома для расчета силы тока. Текущий (5,0-1,9) / 220 = 3,6 / 2000 = 0.0014 Ампер = 14 мА Это ток, протекающий через путь от 5В к GND. Это означает, что через оба Светодиод и резистор (так как они включены последовательно). Если мы хотим изменить ток, протекающий через светодиода (таким образом, изменяя яркость) мы можем поменять резистор. Меньший резистор пропускает больше тока, а резистор большего размера пропускает меньше текущий поток. Будьте осторожны при использовании резисторов меньшего размера, потому что они будут раздражаться. Кроме того, некоторые светодиоды будут повреждены, если вы ими воспользуетесь. за пределами их максимального текущего рейтинга…поэтому не используйте такой маленький резистор что вы будете генерировать чрезвычайно высокий ток (примечание: наш светодиод имеет максимум рабочий ток 20 мА). Далее мы хотим иметь возможность повернуть светодиод включается и выключается без изменения схемы. Для этого мы научимся использовать другой электронный компонент, транзистор. Транзистор Транзисторы — основные компоненты во всей современной электронике. Это просто переключатели, которые мы можем использовать для включения и выключения.Несмотря на то, что они просты, они самый важный электрический компонент. Например, транзисторы почти единственные компоненты, используемые для построения процессора Pentium. Один Pentium 4 имеет около 55 миллионов транзисторов (именно поэтому эти микросхемы становятся такими чертовыми). горячий). Те, что в Pentium, меньше чем те, которые мы будем использовать, но они работают одинаково. Транзисторы (2N2222), которые мы будем использовать в наших проектах, выглядят так: Транзистор имеет три ножки, Коллектор (C), база (B) и эмиттер (E).Иногда они помечаются плоская сторона транзистора. Транзисторы обычно имеют одну круглую сторону и одна плоская сторона. Если плоская сторона обращена к вам, ножка Эмиттера Слева опорная ножка находится посередине, а коллекторная ножка находится на справа (примечание: некоторые специальные транзисторы имеют другую конфигурацию выводов, чем пакет ТО-92, описанный выше). Символ транзистора В электрические схемы (схемы) для представления NPN транзистора Базовая схема База (B) — переключатель включения / выключения для транзистора.Если к базе идет ток, будет путь от коллектора (C) к эмиттеру (E), где может течь ток (Переключатель включен.) Если к базе не течет ток, значит, нет ток может течь от коллектора к эмиттеру. (Переключатель выключен.) Ниже приведена базовая схема, которую мы будем использовать для всех наших транзисторов. Чтобы построить эту схему, нам нужно только добавить транзистор и еще один резистор к схеме, которую мы построили выше для светодиода.Перед внесением любых изменений отключите блок питания от адаптера блока питания. на макете. Чтобы вставить транзистор в макет, разъедините ножки и поместите его на макетную плату так, чтобы каждая ножка находилась в отдельном ряду. В ножка коллектора должна быть в том же ряду, что и ножка резистора, который подключен к земле (с помощью черной перемычки). Затем переместите перемычку. переход от земли к резистору 220 Ом к эмиттеру транзистора. Затем поместите одну ногу 100 кОм резистор в ряду с базой транзистора и другой ножкой в пустая строка, и ваша макетная плата должна выглядеть, как на картинке ниже. Теперь наденьте один конец желтой перемычки. провод в положительном ряду (рядом с красной линией), а другой конец — в ряд с ножкой резистора 100 кОм (конец не подключен к База). Снова подключите источник питания, транзистор включится и Загорится светодиод. Теперь переместите один конец желтой перемычки из положительный ряд к основному ряду (рядом с синей линией). Как только ты снимите желтую перемычку с плюса питания, есть ток не течет к базе.Это заставляет транзистор выключиться и ток не может течь через светодиод. Как мы увидим позже, очень через резистор 100 кОм протекает небольшой ток. Это очень важно потому что это означает, что мы можем контролировать большой ток в одной части цепи (ток, протекающий через светодиод) только с небольшим током от Вход. Вернуться к закону Ома Мы хотим использовать закон Ома, чтобы найти ток на пути от входа к базе транзистора и ток, протекающий через светодиод.Для этого нам нужно использовать два основных факты о конкретных транзисторах, которые мы используем: 1.) Если транзистор включен, тогда базовое напряжение на 0,7 вольт выше, чем напряжение эмиттера. 2.) Если транзистор включен, напряжение на коллекторе на 1,6 вольт выше, чем напряжение эмиттера. Итак, когда резистор 100 кОм подключен к 5 В постоянного тока, схема будет выглядеть так: Таким образом, ток, протекающий через резистор 100 кОм, равен (5-0.7) / 100000 = 0,000043 А = 0,043 мА. Ток, протекающий через резистор 220 Ом, равен (3,1 — 1,6) / 220 = 0,0068 А = 6,8 мА. Если мы хотим, чтобы ток протекал больше через светодиод, мы можем использовать меньший резистор (вместо 220) и мы будет получать больше тока через светодиод без изменения величины тока который идет от входной линии к базовому резистору 100 кОм. Это означает , что мы можем контролировать вещи, которые используют большая мощность (например, электродвигатели) с дешевыми транзисторными схемами малой мощности. Скоро вы узнаете, как использовать компьютер для управления событиями в реальном мире. Несмотря на то выходы стандартного компьютера под управлением Windows не могут обеспечить достаточный ток для включения света и двигателей включения и выключения, компьютер может включать и выключать транзисторы (поскольку для этого требуется слабый ток) и Транзисторы могут управлять большим током для ламп и двигателей. Эта концепция называется усилением и представляет собой фундаментальную концепцию компьютерного интерфейса для эксперименты в реальном мире. Примечание : Это руководство во многом основано на том, что изначально появилось на несуществующем веб-сайте www.iguanalabs.com (Посмертное спасибо ребятам из лаборатории игуаны). Только NPN транзисторные H-мостовые схемы Рис. 1 Принципиальная транзисторная Н-мостовая схема. , автор Lewis Loflin Здесь мы рассмотрим конструкцию всех схем h-моста на NPN-транзисторе. Это делается для дальнейшего изучения теории транзисторов и решения проблемы труднодоступных и часто дорогих силовых транзисторов PNP. На рис. 1 показан пример схемы h-моста с использованием биполярных транзисторов. Обратите внимание, что если для поглощения противоэлектродвижущей силы используются транзисторы без внутренних диодов, они должны питаться извне. В следующих ниже примерах будут использоваться транзисторы Дарлингтона NPN, такие как TIP120, со встроенными диодами, и мы работаем исходя из предположения, что схема будет управляться стандартным 5-вольтовым микроконтроллером, таким как Arduino или PIC. Если действительно требуется очень большой ток привода, скажем, более 4 ампер, рассмотрите возможность использования 2N3055, скажем, с TIP31 в конфигурации предварительного драйвера Дарлингтона.Историю по этим вопросам см .: Фиг.2 Здесь на рис. 2 мы заменили PNP-транзисторы Q1 и Q2 на рис. 1 (одна из этих схем для каждого транзистора) на силовой NPN-транзистор Q3 и два управляющих транзистора Q1 и Q2. Q1 действует как переключатель для подачи базового тока (Ib) на Q3, включая его. Q2 используется для включения Q1 и защиты 5-вольтового ввода-вывода Arduino от высокого напряжения на базе Q1. Фиг.3 На рис.3 мы заменили Q1 и Q2 одним оптопаром 4N25, фототранзистор Q2 которого включается для подачи тока базы для Q3. 4N25 обеспечивает изоляцию по напряжению между микроконтроллером и источником питания 12-вольтного двигателя. См. Драйверы оптоизолированных транзисторов для микроконтроллеров Рис. 4 Здесь мы перерисовали схему, используя все те же силовые транзисторы NPN с оптопарами для Q1 и Q2. Схема на рис. 2 работает точно так же. Все 4 входа представляют собой прямое 5-вольтовое соединение TTL. Фиг.5 На рис. 5 мы включаем D1, который включает Q1, и мы также включаем Q4, создавая путь тока для двигателя, чтобы он работал по часовой стрелке. Фиг.6 На рис. 6 мы включаем D2, Q2 и Q3, создавая противоположный путь тока для двигателя, который теперь вращается против часовой стрелки. На этом мы завершаем краткое введение в h-мостовые схемы на NPN-транзисторах. Ардуино Другие схемы Цепи общего пользования с тегом «npn» — CircuitLab Теперь показаны схемы 1–12 из 12.Сортировать по недавно измененное имя И ВОРОТ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ БИПОЛЯРНЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ ПУБЛИЧНЫЙ по johnthunder | обновлено 12 сентября 2021 г. и bjt логика нпн pnp тайм-аут snu BJT NPN contoh 0001a ПУБЛИЧНЫЙ Contoh pengerjaan dasar untuk tugas praktik perancangan rangkaian sakelar elektronik sederhana dengan BJT NPN.Untuk tahap pertama pentuk mengacu pada рейтинг beban (загрузка). Кемудиан унтук … по sunupradana | обновлено: 22 мая 2021 г. bjt нпн переключение транзистор snu BJT NPN contoh salah 0002a ПУБЛИЧНЫЙ Contoh pemilihan / penggunaan komponen BJT NPN yang salah. Perlu untuk melihat dan mengacu таблица данных. Салах сату контох унтук тугас практика. по sunupradana | обновлено: 22 мая 2021 г. bjt нпн переключатель транзистор Силовой привод Arduino NPN ПУБЛИЧНЫЙ по Paulmirel | обновлено 16 февраля 2017 г. ардуино нпн сила звездная точка транзистор Выходная мощность NPN ПУБЛИЧНЫЙ по Paulmirel | обновлено 25 сентября 2015 г. базовый нпн транзистор Конвертер квадрата в триггер ПУБЛИЧНЫЙ от Жанвье | обновлено 16 июля 2014 г. аналог bjt дифференциатор высокая частота HPF Низкая частота отрицательный триггер нпн курок Прототип CW передатчика ПУБЛИЧНЫЙ по nathanpc | обновлено 25 мая 2014 г. cw нпн осциллятор рф передатчик xtal Светодиодный мигалка ПУБЛИЧНЫЙ Это схема, в которой используются транзисторы npn и pnp для кратковременного мигания светодиода каждые несколько секунд. по шагасу | обновлено 6 мая 2013 г. мигалка вел светодиодная мигалка нпн pnp рассчитанный транзистор LED 3x3x3 Куб ПУБЛИЧНЫЙ Это схема куба LED 3x3x3. Катоды светодиодов спаяны вместе в 3 ряда, а аноды припаяны 3 высоко в 9 столбцах. Этот конкретный куб будет подключен к ардуино. 3 NPN … по dan89156108 | обновлено 5 января 2013 г. 3x3x3 ардуино куб вел mosfet нпн Цепь LDR NPN ПУБЛИЧНЫЙ по isain27 | обновлено 12 декабря 2012 г. ldr нпн Переменное управление с помощью цепи управления освещением ПУБЛИЧНЫЙ Светодиодные индикаторы основаны на сопротивлении фоторезистора и потенциометра по lucasmoten | обновлено 30 марта 2012 г. вел нпн фоторезистор потенциометр БЮЦ [нпн] мультивибратор Astable ПУБЛИЧНЫЙ Doublie clignotant, alternant les deux led D2 et D1, ainsi qu’une sortie de signial carée омега-лаборатория | обновлено 3 марта 2012 г. нестабильный bjts мультивибратор нпн Что такое транзистор NPN? — Определение, конструкция, работа и применение Определение: NPN-транзистор представляет собой схему с регулируемым током , которая состоит из трех выводов: эмиттера, базы и коллектора. Он формируется путем размещения слоя материала N-типа между двумя слоями материала P-типа. Он действует как источник тока , потому что он обеспечивает ток через базовый вывод. Транзистор NPN прямо противоположен транзистору PNP. Транзистор NPN можно понимать как отрицательно-положительно-отрицательный транзистор . Это связано с тем, что слой полупроводника N-типа состоит из электронов в качестве основного носителя. Поскольку NPN-транзистор состоит из эмиттера N-типа, основными носителями заряда в NPN-транзисторе являются электроны. Эти электроны, перемещаясь от перехода с низким сопротивлением, то есть перехода эмиттер-база, к переходу, который состоит из области высокого сопротивления, то есть переходу коллектор-база, они генерируют ток. Транзистор NPN предпочтительнее транзистора PNP, потому что подвижность электронов больше, чем подвижность дырок. В NPN-транзисторах большинство носителей — электроны, а в PNP — дырки. Таким образом, подвижность носителей заряда в NPN будет больше, чем у PNP. Символ, который используется для обозначения транзистора NPN в электронных схемах, приведен на схеме ниже. Строительство NPN-транзистор состоит из трех слоев, два из которых относятся к полупроводнику N-типа, а другой — к полупроводнику P-типа. Часто говорят, что транзистор образован путем соединения двух диодов друг за другом. Но это не так, это просто для представления конструкции. Если он сформирован путем соединения двух диодов друг за другом, то результирующая структура будет иметь четыре легированных области, потому что каждый из диодов имеет 2 легированных области.В этом состоянии база, образованная путем соединения ее спиной к спине, не будет иметь однородного легирования, которое является предварительным условием для транзистора. Таким образом, он всегда образован тремя слоями, один из которых является слаболегированным, то есть базовым, второй сильно легированным, то есть эмиттерным, а последний — умеренно легированным коллектором. База P-типа зажата между эмиттером и коллектором N-типа. Это приводит к образованию полупроводника N-типа. Взаимозаменяемы ли эмиттер и коллектор? Область эмиттера и коллектора не взаимозаменяемы, потому что размер эмиттера меньше по сравнению с размером коллектора.Коллектор выполнен большего размера по сравнению с эмиттером, потому что, если размер коллектора большой, он будет собирать все больше и больше носителей заряда, а тепло также может легко рассеиваться через переход большей площади. рабочая Переход база-эмиттер должен иметь прямое смещение, а переход коллектор-база — обратное. Следовательно, N-вывод соединения эмиттер-база подключен к отрицательному выводу V BE, , а P-вывод батареи подсоединен к положительному выводу V BE . Для обратного смещения перехода коллектор-база, N-вывод подключается к положительному выводу V CB , а P-вывод подключается к отрицательному выводу батареи V CE . Это сделает широкий обедненный слой на переходе коллектор-база и узкий обедненный слой на переходе эмиттер-база. Когда прямое смещение применяется к переходу эмиттер-база, электроны в N-области будут отталкиваться от отрицательной клеммы батареи и будут двигаться к области базы.Базовая область очень мала по сравнению с эмиттерной и коллекторной областями. К тому же интенсивность легирования основания самая низкая. Таким образом, он состоит из меньшего количества отверстий. Из-за небольшого количества дырок в основной области только несколько электронов рекомбинируют с дырками. Остальные электроны, которые еще не рекомбинировали, будут двигаться в сторону коллектора. Это будет составлять ток в цепи. Размер коллектора большой, поэтому он может собирать больше носителей заряда и рассеивать тепло. Ток в транзисторе NPN возникает из-за электронов, потому что электроны являются основными носителями заряда в транзисторе NPN. Ток эмиттера в NPN-транзисторе равен сумме тока базы и коллектора. Математически это можно записать как: — Приложения Транзистор NPN может использоваться как усилитель, переключатель, логарифмические преобразователи, датчики температуры и т. Д. Транзистор также известен как BJT, что является аббревиатурой от биполярного переходного транзистора. Он назван так потому, что проводимость в БЮТ обусловлена ​​биполярными элементами, т.е.как положительный, так и отрицательный. Транзистор NPN составляет ток из-за частиц отрицательного заряда, а транзистор PNP составляет ток из-за дыр в качестве основного носителя заряда, несущего положительный заряд. . alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Цены на газ: Цена на газ в Европе превысила 1000$ на фоне заявлений США о «вторжении» — РБК 18.10.197517.02.2022 Какие плакаты из перечисленных относятся к предупреждающим: Вопрос: Какие плакаты относятся к предупреждающим? : Смотреть ответ 21.05.202110.11.2020 Почему не включают отопление в москве: график и при какой температуре происходит включение и отключение 13.02.202011.03.2021 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт