Восемь простых схем на транзисторах для начинающих радиолюбителей
Приведены несколько схем простых устройств и узлов, которые могут быть изготовлены начинающими радиолюбителями.
Однокаскадный усилитель ЗЧ
Это простейшая конструкция, которая позволяет продемонстрировать усилительные способности транзистора Правда, коэффициент усиления по напряжению невелик — он не превышает 6, поэтому сфера применения такого устройства ограничена.
Тем не менее его можно подключить, скажем, к детекторному радиоприемнику (он должен быть нагружен на резистор 10 кОм) и с помощью головного телефона BF1 прослушивать передачи местной радиостанции.
Усиливаемый сигнал поступает на входные гнезда X1, Х2, а напряжение питания (как и во всех остальных конструкциях этого автора, оно составляет 6 В — четыре гальванических элемента напряжением по 1,5 В, соединенных последовательно) подается на гнезда ХЗ, Х4.
Делитель R1R2 задает напряжение смещения на базе транзистора, а резистор R3 обеспечивает обратную связь по току, что способствует температурной стабилизации работы усили теля.
Рис. 1. Схема однокаскадного усилителя ЗЧ на транзисторе.
Как происходит стабилизация? Предположим, что под воздействием температуры увеличился ток коллекто ра транзистора Соответственно увеличится падение напряжения на резисто ре R3. В итоге уменьшится ток эмитте ра, а значит, и ток коллектора — он достигнет первоначального значения.
Нагрузка усилительного каскада — головной телефон сопротивлением 60.. 100 Ом. Проверить работу усилителя несложно, нужно коснуться входного гнезда Х1 например, пинцетом в телефоне должно прослушиваться слабое жужжание, как результат наводки пере менного тока. Ток коллектора транзис тора составляет около 3 мА.
Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах разной структуры
Он выполнен с непосредственной связью между каскадами и глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току, что делает его режим независящим от температуры окружающей среды. Основа температурной стабилизации — резистор R4, работаю щий аналогично резистору R3 в предыдущей конструкции
Усилитель более «чувствительный” по сравнению с однокаскадным — коэффициент усиления по напряжению достигает 20.
На входные гнезда можно подавать переменное напряжение амплитудой не более 30 мВ, иначе возникнут искажения, прослушиваемые в головном телефоне.
Проверяют усилитель, прикоснувшись пинцетом (или просто пальцем) входного гнезда Х1 — в телефоне раздастся громкий звук. Усилитель потребляет ток около 8 мА.
Рис. 2. Схема двухкаскадного у
Схемы Подключения Полевых Транзисторов — tokzamer.ru
Схемы включения биполярного транзистора Схемотехники используют следующие схемы подключения: с общей базой, общими электродами эмиттера и включение с общим коллектором Рис. Если пластина имеет показатель n, то будет р.
Предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний. С изолированным затвором делятся на: с встроенным и индуцированным каналом.
Схемы включения полевых транзисторов Подобно тому, как в различных электронных устройствах биполярные транзисторы работают с включением по схеме с общим эмиттером, с общим коллектором или с общей базой, полевые транзисторы во многих случаях можно использовать аналогичным образом включая их: с общим истоком, с общим стоком или с общим затвором.
Транзистор с индуцированным каналом может работать только в режиме обогащения.
Как проверить полевой транзистор с помощью тестера.
Стоко-затворная характеристика показывает то же самое, отличия опять-таки в напряжениях на затворе.
Современные приборы практически не боятся этого, поскольку по входу в них могут быть встроены защитные устройства типа стабилитронов, которые срабатывают при превышении напряжения. Мы получили наглядную модель биполярного транзистора структуры p-n-p.
Время нагрева зависит от температуры утюга и лежит в пределах 30 — 90 секунд. На рис.
С индуцированным каналом Транзисторы со встроенным каналом На схеме вы видите транзистор с встроенным каналом. Типы полевых транзисторов Когда ориентируются по данным деталям электрических схем, то принимают во внимание такие показатели: внутреннее и внешнее сопротивление, напряжение отсечки и крутизна стокозатворной характеристики.
Исток источник носителей заряда, аналог эмиттера на биполярном.
Драйверы для полевых транзисторов, самые простые и распространённые
Что такое транзистор?
Одно из их главных предназначений — работа в ключевом режиме, то есть транзистор либо закрыт, либо полностью открыт, когда сопротивление перехода Сток — Исток практически равно нулю. Вот результаты моделирования такой ситуации.
Встроенный диод, оказывается включенным в обратном направлении и ток через него не протекает.
Это возможно благодаря тому, что не используется инжекция неосновных носителей заряда. Как работает полевой транзистор?
Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем имеет ограниченное применение.
Поделитесь с друзьями:. Транзистор полевой Первоначально определимся с терминологией.
МДП — тран
Управление мотором постоянного тока с помощью одного транзистора [Амперка / Вики]
В данной статье рассматривается наиболее простой способ подключения мотора постоянного тока к Arduino.
Введение
Моторы постоянного тока нельзя подключать напрямую к Arduino. Это обусловлено тем, что пины не способны выдавать ток более 40 мА. Мотору же, в зависимости от нагрузки, необходимо несколько сотен миллиампер. Потому возникает потребность увеличения мощности. Делается это, как-правило, с помощью транзисторов.
В статье «Транзисторы: схема, принцип работы, чем отличаются биполярные и полевые» можно ознакомиться с основными типами транзисторов и их принципами работы.
Так же рекомендуется посмотреть: Видеоуроки по Arduino, 5-я серия — Моторы и транзисторы. В данном уроке Джереми Блюм рассказывает о подключении мотора постоянного тока к Arduino через биполярный транзистор.
Необходимые компоненты
Мы рассмотрим вариант взаимодействия с полевым транзистором. Принципы подключения мотора будут разобраны на конкретном железе: DC-мотор, плата Arduino, N-канальный полевой транзистор, резистор на 10 кОм (R1), резистор на 220 Ом (R2).
Вы же в своих экспериментах вольны использовать то, что есть в наличии. Важны лишь 3 условия:
Максимальный ток потребления мотора (ток при блокировке) не должен превышать максимальный ток стока полевого транзистора.
Затвор транзистора должен отпираться при напряжении 5 В.
Транзистор должен обладать встроенным диодом обратной цепи (flyback диод).
Схема подключения
По-сути, обмотка мотора представляет собой катушку индуктивности. В момент подачи напряжения возникнет обратная электродвижущая сила, которая может вывести из строя транзистор. Flyback диод устанавливается в обратном направлении и предотвращает утечку тока с мотора на транзистор. Поэтому, если в транзисторе нет flyback диода, его необходимо установить дополнительно: анод на исток, катод на сток.
Транзистор IRF530N является мощным и поставляется в корпусе TO-220. Ниже приведена его распиновка.
В данной схеме транзистор будет работать в ключевом режиме: по одной команде (установка уровня HIGH на затворе) от Arduino транзистор будет подключать мотор к источнику питания (отпираться), по другой команде (установка уровня LOW на затворе) — отключать мотор от источника питания.
Резистор R1 подтягивает к земле затвор транзистора. Номинал не принципиален — можно использовать любые резисторы в диапазоне от 1 до 10 кОм.
Резистор R2 служит для защиты пина микроконтроллера. Диапазон, примерно, от 10 до 500 Ом.
Чтобы запитать данную схему, можно подключить к Arduino внешний источник питания на 6-9 В, либо подать питание непосредственно на макетную плату ( синяя шина — минус, красная шина — плюс).
Программинг
Для наибольшей простоты воспользуемся, пожалуй, самым известным скетчем из готовых примеров — Blink.
- Blink.ino
int led = 13; void setup() { // Инициализация цифрового пина 13 на вывод pinMode(led, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // Включение светодиода и мотора delay(1000); // Задержка на 1 секунду digitalWrite(led, LOW); // Выключение светодиода и мотора delay(1000); // Задержка на 1 секунду }
Посмотрим, что получилось.
Цифровой пин 13 раз в секунду меняет своё состояние. Когда на выходе устанавливается значение HIGH — загорается светодиод и начинает вращаться мотор. Когда устанавливается LOW — светодиод гаснет, а мотор останавливается.
Результаты
Была получена возможность подключать к выводам Arduino мощные устройства, в частности, моторы постоянного тока.
Использование ШИМ для регулировки скорости мотора
Если мотором управлять ничуть не сложнее, чем светодиодом, то, наверное можно изменять яркость скорость вращения мотора точно так же, как при работе со светодиодами? Именно так! С точки зрения Arduino абсолютно не важно с чем мы имеем дело.
Как вы уже, наверно, могли догадаться, для изменения скорости вращения мотора нам понадобится скетч Fade.
- Fade.ino
int led = 9; // Пин, к которому подключён затвор транзистора int brightness = 0; // Теперь эта переменная отвечает за скорость вращения int fadeAmount = 5; // Шаг изменения скорости void setup() { // Настраиваем цифровой пин 9 на вывод pinMode(led, OUTPUT); } void loop() { // Устанавливаем скорость вращения мотора analogWrite(led, brightness); // Увеличиваем текущее значение скорости вращения brightness = brightness + fadeAmount; // Когда скорость становится максимальной/минимальной — начинаем её снижать/повышать if (brightness == 0 || brightness == 255) { fadeAmount = -fadeAmount ; } // Пауза 30 миллисекунд delay(30); }
Схема подключения
Чтобы использовать возможности функции analogWrite(., нам придётся перейти на один из пинов (3/5/6/9/10/11), поддерживающих аппаратный ШИМ. Поскольку, по умолчанию, в скетче Fade задействован 9-й пин, остановим свой выбор на нём.
.)
Результат
Была получена возможность изменять скорость вращения мотора, используя аппаратный ШИМ Arduino.
На чём данная статья подходит к завершению. Теперь вы смело можете использовать моторы постоянного тока в своих проектах!
Схемы включения транзистора и их характеристики: схемы, ВАХ. формулы, подключение
Рассмотрим характерные схемы включения транзистора и соответствующие характеристики.
Схема с общей базой.
Приведенная схема включения транзистора в электрическую цепь называется схемой с общей базой, так как база является общим электродом для источников напряжения. Изобразим ее с использованием условного графического обозначения транзистора (рис. 1.56).
Транзисторы традиционно характеризуют их так называемыми входными и выходными характеристиками.
Для схемы с общей базой входной характеристикой называют зависимость тока iэ от напряжения и 6э при заданном напряжении uбэ, т. е. зависимость вида iэ= f (uбэ) |uкэ= const, где f — некоторая функция.
Входной характеристикой называют и график соответствующей зависимости (это справедливо и для других характеристик).
Выходной характеристикой для схемы с общей базой называют зависимость тока iк от напряжения uкб при заданном токе iэ, т. е. зависимость вида iк = f (uкб) |iэ= const, где f — некоторая функция.
Входные характеристики для схемы с общей базой.
Каждая входная характеристика в значительной степени определяется характеристикой эмиттерного перехода и поэтому аналогична характеристике диода. Изобразим входные характеристики кремниевого транзистора КТ603А (максимальный постоянный ток коллектора — 300 мА, максимальное постоянное напряжение коллектор-база — 30
B при t < 70° С) (рис.
1.57) . Сдвиг характеристик влево при увеличении напряжения uкб объясняется проявлением так называемого эффекта Эрли (эффекта модуляции толщины базы).
Указанный эффект состоит в том, что при увеличении напряжения uкб коллекторный переход расширяется (как и всякий обратно смещенный p-n-переход). Если концентрация атомов примеси в базе меньше концентрации атомов примеси в коллекторе, то расширение коллекторного перехода осуществляется в основном за счет базы. В любом случае толщина базы уменьшается. Уменьшение толщины базы и соответствующее уменьшение ее сопротивления приводит к тому, что при неизменном токе iэ напряжение uбэ уменьшается. Как было отмечено при рассмотрении диода, при малом по модулю обратном напряжении на p-n-переходе это напряжение влияет на ширину перехода больше, чем при большом напряжении. Поэтому различные входные характеристики, соответствующие различным напряжениям uкб, независимо от типа транзистора практически сливаются, если uкб > 5 В (или даже если uкб> 2 В).
Входные характеристики часто характеризуют дифференциальным сопротивлением rдиф, определяемым аналогично дифференциальному сопротивлению диода.
rдиф= (duбэ/diэ) |iэ– заданный, uкб=const
Выходные характеристики для схемы с общей базой.
Изобразим выходные характеристики для транзистора КТ603А (рис. 1.58).
Как уже отмечалось, если коллекторный переход смещен в обратном направлении (uкб> 0), то ток коллектора примерно равен току эмиттера: iк ~ iэ
Это соотношение сохраняется даже при uкб= 0 (если ток эмиттера достаточно велик), так как и в этом случае большинство электронов, инжектированных в базу, захватывается электрическим полем коллекторного перехода и переносится в коллектор.
Только если коллекторный переход смещают в прямом направлении ( uкб< 0), ток коллектора становится равным нулю, так как при этом начинается инжекция электронов из коллектора в базу (или дырок из базы в коллектор).
Эта инжекция компенсирует переход из базы в коллектор тех электронов, которые были инжектированы эмиттером. ток коллектора становится равным нулю при выполнении условия uкб< 0,75 В.
Режим, соответствующий первому квадранту характеристик (uкб> 0, iк > 0, причем ток эмиттера достаточно велик), называют активным режимом работы транзистора. На координатной плоскости ему соответствует так называемая область активной работы.
Режим, соответствующий второму квадранту (uкб< 0), называют режимом насыщения. Ему соответствует область насыщения.
Обратный ток коллектора iкомал (для КТ603Аiко < 10 мкА при t < 25°С). Поэтому выходная характеристика, соответствующая равенствам iэ= 0ik- αст ·iэ+iко=iко,практически сливается с осью напряжений.
При увеличении температуры ток iко возрастает (для КТ603 i ко ~ 100 мкА при t < 85° С) и все выходные характеристики несколько смещаются вверх.
Режим работы транзистора, соответствующий токам коллектора, сравнимым с током i ко, называют режимом отсечки.
Соответствующую область характеристик вблизи оси напряжений называют областью отсечки.
В активном режиме напряжение u кби мощность Pк= iк ·uкб, выделяющаяся в виде тепла в коллекторном переходе, могут быть значительны. Чтобы транзистор не перегрелся, должно выполняться неравенство Рк < Рк макс где Рк макс — максимально допустимая мощность (для КТ603А Рк мак c= 500 мВт при t < 50° С).
График зависимости iк = Рк макс / uкб (гипербола) изображен на выходных характеристиках пунктир
Для самых начинающих — транзисторы. — Конструкции простой сложности — Схемы для начинающих
ДЛЯ
САМЫХ НАЧИНАЮЩИХ
Транзисторы лежат в основе большинства
электронных устройств. Он могут быть в виде отдельных радиодеталей, или в
составе микросхем. Даже самый сложный микропроцессор состоит из великого
множества малюсеньких транзисторов, плотно размещенных в его могучем
кристалле.
Транзисторы бывают разные.
Две основные
группы — это биполярные и полевые. Биполярный транзистор обозначается на схеме,
так как показано на рисунке 1. Он бывает прямой (р-п-р) и обратной (п-р-п)
проводимости. Структура транзистора, и физические процессы, происходящие в нем
изучается в школе, так что здесь о ней говорить не будем, — так сказать, ближе
к практике. В сущности, разница в том, что р-п-р транзисторы подключают так,
чтобы на их эмиттер поступал положительный потенциал напяжения, а на коллектор
— отрицательный. Для транзисторов n-p-п — все наоборот, на эмиттер дают отрицательный
потенциал, на коллектор — положительный.
Зачем нужен транзистор? В основном его
используют для усиления тока, сигналов, напряжения. А усиление происходит за
счет источника питания. Попробую объяснить принцип работы «на пальцах». В
автомашине есть вакуумный усилитель тормоза. Когда водитель нажимает на педаль
тормоза, его мембрана перемещается и открывается клапан через который двигатель
машины всасывает эту мембрану, добавляя ей усилие.
В результате слабое усилие
нажима на педаль тормоза приводит к сильному усилию на тормозных колодках. А
добавка силы происходит за счет мощности работающего мотора машины.
Вот и с транзистором похоже. На базу подают
слабенький ток (рис. 2). Под действием этого тока проводимость коллектор —
эмиттер увеличивается и через коллектор уже протекает куда более сильный ток,
поступающий от источника питания. Изменяется слабый ток базы, — соответственно
изменяется и сильный ток коллектора. В идеале, график изменения тока коллектора
выглядит как увеличенная копия графика изменения тока базы.
Это различие между слабым током базы и сильным
током коллектора называется коэффициентом усиления транзистора по току, и обозначается
И21э. Определяется так: h31э = Ik /I6 (ток коллектора делить на ток базы). Чем больше данный параметр, тем лучше
усилительные свойства транзистора.
Но это все в идеале. На самом деле зависимость
тока коллектора от напряжения на базе не так уж и линейна.
Следует вспомнить BAX диода, где
в самом низу характеристики тока очень мал, и начинает резко наростать когда
напряжение достигает определенного значения. Поскольку в основе транзистора
лежат те же физические процессы, то и здесь имеется аналогичный «дефект».
Если мы соберем схему усилителя, показанную
на рисунке 3, и будем говорить в микрофон, в динамике звука не будет. Потому
что напряжение на микрофоне очень мало, оно ниже порога открывания транзистора.
Здесь не только не будет усиления, а даже наоборот, будет ослабление сигнала.
Чтобы транзистор заработал как усилитель нужно
увеличить напряжение на его базе. Это можно сделать каким-то образом увеличив
напряжение на выходе микрофона. Но тогда теряеТся смысл усилителя. Или нужно схитрить, и подать на базу транзистора
некоторое постоянное напряжение (рис.4) через резистор, такое чтобы транзистор
приоткрыть. И слабое переменное напряжение подать на базу этого транзистора
через конденсатор. Вот теперь самое важное, — слабое переменное напряжение сложится с
постоянным напряжением на базе.
Напряжение на базе будет изменяться в такт
слабому переменному напряжению. Но так как постоянное напряжение сместило рабочую
точку транзистора на крутой линейный участок характеристики, происходит
усиление.
Проще говоря, у слабого напряжения небыло сил
чтобы открыть транзистор, и мы добавили ему в помощь постоянное напряжение,
которое приоткрыло транзистор. Еще проще (опять с водой), допустим, есть туго
завинченный винтель, и ребенок повернуть его не может. Но
папа может приоткрыть этот винтель, повернув его в приоткрытое положение, в
котором он вращается легко. Теперь ребенок может регулировать напор воды в
некоторых пределах. Вот здесь ребенок — это слабое переменное напряжение, а папа
— это постоянное напряжение, поданное на базу транзистора через резистор.
Постоянное напряжение, которое подают на базу
транзистора чтобы сместить его режим работы в участок с более крутой и линейной
характеристикой, называется напряжением смещения. Изменяя это напряжение мы можем даже
регулировать коэффициент усиления усилительного каскада.
Но транзисторы далеко не всегда используются
с напряжением смещения. Например, в усилительных каскадах передатчиков
напряжение смещения на базы транзисторов могут и не подаваться, так как
амплитуды входного переменного напряжения там вполне достаточно для «раскачки»
транзистора.
И если транзистор используется не в качестве
усилителя, а в качестве ключа, то напряжение смещения тоже на базу не дают.
Просто, когда ключ должен быть закрыт, — напряжение на базе равно нулю, а когда
он должен быть открыт, — подают напряжение на базу достаточное для открывания
транзистора. Это используется обычно в цифровой электронике, где есть только нули
(нет напряжения) и единицы (напряжение есть) и никаких промежуточных значений.
На рисунке 5 показана практическая схема как
сделать из репродуктора радиоточки компьютерную колонку. Нужен простой одно-
программный репродуктор только с одной вилкой для подключения в радиосеть (у
многопрограммного есть вторая вилка для электросети).
Никаких изменений в схему
репродуктора вносить не нужно. К коллектору транзистора он подключается так же
как к радиосети.
Внутри однопрограммного репродуктора есть
динамик, переменный резистор для регулировки громкости и трансформатор. Все это
нужно, и оно остается. Когда вскроете корпус репродуктора, подпаивайте
коллектор транзистора и плюс источника питания к тем местам, к которым подпаян
его провод с вилкой. Сам провод можно убрать.
Для подключения к компьютеру нужен
экранированный провод с соответствующим штекером на конце. Или обычный двухпроводной
провод. Если провод экранированный, — оплетку подключайте к эмиттеру транзистора,
а центральную жилу к конденсатору С1.
Сигнал от компьютерной звуковой карты подают
через штекер на конденсатор С1. Напряжение питания подают от сетевого блока
питания. Лучше всего подходит блок питания от игровой приставки к телевизору,
типа «Денди», «Кенга». Вообще годится любой блок питания с напряжением на
выходе от 7V до 12V.
Для подключения к блоку питания потребуется
соответствующее гнездо, его нужно установить на корпусе репродуктора,
просверлив для него отверстие. Хотя, конечно, можно подпаять провода от блока
питания и непосредственно к схеме. Подключая источник питания нужно соблюдать
полярность. Диод VD1 в принципе не нужен, но он
защищает схему от выхода из строя, если вы перепутаете плюс с минусом у блока
питания. Без него при неправильном подключении питания транзистор можно сжечь,
а с диодом, если полюса блока питания перепутаете, просто схема не включится.
Транзистор КТ315 в прямоугольном корпусе, у
которого с одной стороны есть скос (на рисунке показано). Вот если этим скосом
повернуть его от себя, а выводами вверх, то слева будет база, справа эмиттер, а
коллектор посредине. Подойдет транзистор КТ315 с любой буквой (КТ315А,
КТ315Б… ). Транзистор нужно запаять правильно, не перепутав его выводы. Если
ошибетесь и включите питание он может сдохнуть. Поэтому, после того как все
спаяете не поленитесь раза три проверить правильность монтажа, правильно ли
подпаяны выводы транзистора, конденсаторов, диода.
И только когда будете
уверены на все 100%, — включайте.
Диод VD1 типа КД209. На нем отмечен анод. Можно
поставить и другой диод, например, 1N4004 или какой-то еще. Если диод впаяете неправильно
схема работать
не будет. Так что, если все включили, но не
работает, начинайте с проверки правильности подключения диода.
Еще несколько причин того, что схема может не
заработать:
— неправильно подключили источник питания.
— нет сигнала на выходе компьютера, либо
громкость уменьшена или выключена регулировками в программе компьютера.
— регулятор громкости репродуктора в минимальном
положении.
Конденсаторы — электролитические, на
напряжение не меньше 12V. Подойдут наши К50-16, К50-35 или импортные аналоги.
Следует заметить, что у наших конденсаторов на корпусе стоит плюсик возле
положительного вывода, а у импортных минусик или широкая вертикальная полоска
у отрицательного вывода. Вместо конденсатора 10 мкф можно выбрать на любую
емкость от 2 мкф до 20 мкф.
Вместо конденсатора на 100 мкФ подойдет конденсатор
любой емкости не менее 100 мкФ.
На рисунке ниже схемы показана монтажная
схема, на ней места паек отмечены точками. Не перепутайте места паек с
пересечением проводов. Монтаж сделан навесным способом, используя выводы
деталей и монтажные проводки. Всю схему желательно поместить внутрь корпуса
репродуктора (там обычно очень много места).
Если все работает, но сильно фонит, — значит,
вы перепутали провода, идущие к звуковой карте. Поменяйте их местами.
Запитывать схему от источника питания
компьютера НЕ СЛЕДУЕТ!
Для стереоварианта можно сделать две колонки,
входы объединив в один стерео- кабель для подключения к звуковой карте, ну и
запитать обе колонки от одного блока питания.
Конечно с одним транзисторным каскадом колонка
будет звучать негромко, но достаточно для прослушивания в небольшой комнате.
Громкость можно регулировать как регулятором компьютера, так и ручкой, что есть
у репродуктора.
Андреев С.
Восемь простых схем на транзисторах для начинающих радиолюбителей
Приведены несколько схем простых устройств и узлов, которые могут быть изготовлены начинающими радиолюбителями.
Однокаскадный усилитель ЗЧ
Это простейшая конструкция, которая позволяет продемонстрировать усилительные способности транзистора Правда, коэффициент усиления по напряжению невелик — он не превышает 6, поэтому сфера применения такого устройства ограничена.
Тем не менее его можно подключить, скажем, к детекторному радиоприемнику (он должен быть нагружен на резистор 10 кОм) и с помощью головного телефона BF1 прослушивать передачи местной радиостанции.
Усиливаемый сигнал поступает на входные гнезда X1, Х2, а напряжение питания (как и во всех остальных конструкциях этого автора, оно составляет 6 В — четыре гальванических элемента напряжением по 1,5 В, соединенных последовательно) подается на гнезда ХЗ, Х4.
Делитель R1R2 задает напряжение смещения на базе транзистора, а резистор R3 обеспечивает обратную связь по току, что способствует температурной стабилизации работы усили теля.
Рис. 1. Схема однокаскадного усилителя ЗЧ на транзисторе.
Как происходит стабилизация? Предположим, что под воздействием температуры увеличился ток коллекто ра транзистора Соответственно увеличится падение напряжения на резисто ре R3. В итоге уменьшится ток эмитте ра, а значит, и ток коллектора — он достигнет первоначального значения.
Нагрузка усилительного каскада — головной телефон сопротивлением 60.. 100 Ом. Проверить работу усилителя несложно, нужно коснуться входного гнезда Х1 например, пинцетом в телефоне должно прослушиваться слабое жужжание, как результат наводки пере менного тока. Ток коллектора транзис тора составляет около 3 мА.
Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах разной структуры
Он выполнен с непосредственной связью между каскадами и глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току, что делает его режим независящим от температуры окружающей среды. Основа температурной стабилизации — резистор R4, работаю щий аналогично резистору R3 в предыдущей конструкции
Усилитель более «чувствительный” по сравнению с однокаскадным — коэффициент усиления по напряжению достигает 20.
На входные гнезда можно подавать переменное напряжение амплитудой не более 30 мВ, иначе возникнут искажения, прослушиваемые в головном телефоне.
Проверяют усилитель, прикоснувшись пинцетом (или просто пальцем) входного гнезда Х1 — в телефоне раздастся громкий звук. Усилитель потребляет ток около 8 мА.
Рис. 2. Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах разной структуры.
Эту конструкцию можно использовать для усиления слабых сигналов например, от микрофона. И конечно он позволит значительно усилить сигнал 34, снимаемый с нагрузки детекторного приемника.
Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах одинаковой структуры
Здесь также использована непосредственная связь между каскадами, но стабилизация режима работы несколько отличается от предыдущих конструкций.
Допустим, что ток коллектора транзистора VТ1 уменьшился Падение напряжения на этом транзисторе увеличится что приведет к увеличению напряжения на резисторе R3, включенном в цепи эмиттера транзис тора VТ2.
Благодаря связи транзисторов через резистор R2, увеличится ток базы входного транзистора, что приведет к увеличению его тока коллектора. В итоге первоначальное изменение тока коллектора этого транзистора будет скомпенсировано.
Рис. 3. Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах одинаковой структуры.
Чувствительность усилителя весьма высока — коэффициент усиления достигает 100. Усиление в сильной степени зависит от емкости конденсатора С2 — если его отключить, усиление снизится. Входное напряжение должно быть не более 2 мВ.
Усилитель хорошо работает с детекторным приемником, с электретным микрофоном и другими источниками слабого сигнала. Ток, потребляемый усилителем — около 2 мА.
Двухтактный усилитель мощности ЗЧ на транзисторах
Он выполнен на транзисторах разной структуры и обладает усилением по напряжению около 10. Наибольшее входное напряжение может быть 0,1 В.
Усилитель двухкаскадный первый собран на транзисторе VТ1 второй — на VТ2 и VТЗ разной структуры.
Первый ка скад усиливает сигнал 34 по напряжению причем обе полуволны одинаково. Второй — усиливает сигнал по току но каскад на транзисторе VТ2 “работает” при положительных полуволнах, а на транзисторе VТЗ — при отрицательных.
Рис. 4. Двухтактный усилитель мощности ЗЧ на транзисторах.
Режим по постоянному току выбран таким что напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов второго каскада равно примерно половине напряжения источника питания.
Это достигается включением резистора R2 обратной связи Ток коллектора входного транзистора, протекая через диод VD1, приводит к падению на нем напряжения. которое является напряжением смещения на базах выходных транзисторов (относительно их эмиттеров), — оно позволяет уменьшить искажения усиливаемого сигнала.
Нагрузка (несколько параллельно включенных головных телефонов либо динамическая головка) подключена к усилителю через оксидный конденсатор С2.
Если усилитель будет работать на динамическую головку (сопротивлением 8 -.
10 Ом), емкость этого конденсатора должна бы ь минимум вдвое больше Обратите внимание на подключение нагрузки первого каскада — резистора R4 Его верхний по схеме вывод соединен не с плюсом питания, как это обычно делается, а с нижним выводом нагрузки.
Это так называемая цепь вольтодобавки, при которой в базовую цепь выходных транзисторов поступает небольшое на пряжение ЗЧ положительной обратной связи, выравнивающее условия работы транзисторов.
Двухуровневый индикатор напряжения
Такое устройство можно использовать. например, для индикации “истощения” батареи питания либо индикации уровня воспроизводимого сигнала в бытовом магнитофоне. Макет индикатора позволит продемонстрировать принцип его работы.
Рис. 5. Схема двухуровневого индикатора напряжения.
В нижнем по схеме положении движка переменного резистора R1 оба транзистора закрыты, светодиоды HL1, HL2 погашены. При перемещении движкарезистора вверх, напряжение на нем увеличивается. Когда оно достигнет напряжения открывания транзистора VТ1 вспыхнет светодиод HL1
Если продолжать перемещать движок.
наступит момент, когда вслед за диодом VD1 откроется транзистор VТ2. Вспыхнет и светодиод HL2. Иными словами, малое напряжение на входе индикатора вызывает свечение только светодиода HL1 а большее обоих светодиодов.
Плавно уменьшая входное напряжение переменным резистором, заметим что вначале гаснет светодиод HL2, а затем — HL1. Яркость светодиодов зависит от ограничительных резисторов R3 и R6 при увеличении их сопротивлений яркость падает.
Чтобы подключить индикатор к реальному устройству, нужно отсоединить верхний по схеме вывод переменного резистора от плюсового провода источника питания и подать контролируемое напряжение на крайние выводы этого резистора. Перемещением его движка подбирают
| Schemi di var apparecchi radio a Транзистор degli anni ’50 e ’60 | ||||
| Воздух Главный FM-приемник | ||||
| Allocchio Bacchini mod.  2002 | ||||
| Allocchio Bacchini mod.Макс 2011 | ||||
| Brionvega TS-502 V 2G | Brionvega TS-502 стр. | |||
| C.G.E. мод. РТ 242 | C.G.E. RT242 стр. | |||
| Дюмон мод.Семь Транзисторов | ||||
| Орел Международный 6 Транзисторный Радио | ||||
| G.B.C. мод. Флорида SM 3350 | | G.B.C. Флорида стр. | ||
| Geloso мод.  Полярис G-3303 | ||||
| Grundig Коробка Транзистора 59 | ||||
| Дом произведено — 1961 г. | ||||
| Дом сделано — Jaguaro -1960 | ||||
| Дом сделано — Jaguaro II | ||||
| Lafayette 4 Воздушный ресивер | ||||
| Минерва мод.597-1 Пикник | ||||
| Мерфи мод. B385 | ||||
| Phonola мод. Т 501 | ||||
| Phonola мод. Т 601 | ||||
| Phonola мод.  Т 605 | ||||
| Регентство мод.TR1 — патент стр.3 | ||||
| Регентство мод. Схема TR1 | ||||
| Регентство мод. TR1 TR4 | ||||
| Sanyo мод. 7S-P6 | ||||
| Sanyo мод.Супер Шесть | ||||
| Сименс RRT 8419 | ||||
| Сименс SMT 818T | ||||
| Sinclair мод. 6001 Дино высший | ||||
| Sony мод.TR86 | ||||
| Sony мод.  TR610 | Sony TR610 стр. | |||
| Sony мод. TR712 | ||||
| Sony мод. TR714 | ||||
| Тран Kit Electronics Co. | ||||
| Унда Радио мод. 61-1 Бел-Ами | ||||
| Voxon мод. 762 «Спортсмен 70» | Voxon «Спортсмен70» стр. | |||
| Voxon мод.Зефир 5 | Voxon Зефир 5 стр. | |||
| Voxon Карманный мод.  725 Зефир | ||||
| Вт Радио мод. WR8 | ||||
| Зенит мод. Королевский 50 стр.1, стр. 2 | Зенит Royal 50 стр. | |||
| Зенит Трансокеанский мод. Роял 1000 | Зенит Royal 1000 стр. | |||
| Зенит Трансокеанский мод.Роял 1000-Д | Зенит Royal 1000-D стр. | |||
| Зенит Трансокеанский мод. Роял 3000-1 | Зенит Royal 3000-1 стр. | |||
Работа транзисторов в качестве усилителя и переключателя
Первый транзистор с биполярным переходом был изобретен в 1947 году в лабораториях Bell.
«Две полярности» сокращенно обозначают как биполярный, отсюда и название Транзистор с биполярным переходом . BJT — трехконтактное устройство с коллектором (C), базой (B) и эмиттером (E). Для идентификации выводов транзистора требуется схема выводов конкретной части BJT. Он будет доступен в таблице данных. Есть два типа BJT — NPN и PNP транзисторы. В этом уроке мы поговорим о транзисторах PNP. Давайте рассмотрим два примера транзисторов PNP — 2N3906 и PN2907A, показанных на изображениях выше.
В зависимости от процесса изготовления конфигурация выводов может измениться, и эти детали доступны в соответствующем техническом описании транзистора. В основном все транзисторы PNP имеют указанную выше конфигурацию контактов. По мере увеличения номинальной мощности транзистора необходимо прикрепить к корпусу транзистора необходимый радиатор. Несмещенный транзистор или транзистор без напряжения, приложенного к клеммам, аналогичен двум диодам, соединенным друг с другом, как показано на рисунке ниже.
Наиболее важным применением транзистора PNP является переключение на стороне высокого напряжения и комбинированный усилитель класса B.
Диод D1 имеет свойство обратной проводимости, основанное на прямой проводимости диода D2. Когда ток течет через диод D2 от эмиттера к базе, диод D1 определяет ток, и пропорциональный ток может течь в обратном направлении от вывода эмиттера к выводу коллектора при условии, что на выводе коллектора приложен потенциал земли.Константа пропорциональности — это усиление (β).
Работа транзисторов PNP:
Как обсуждалось выше, транзистор представляет собой устройство с регулируемым током, которое имеет два обедненных слоя с определенным барьерным потенциалом, необходимым для диффузии обедненного слоя. Потенциал барьера для кремниевого транзистора составляет 0,7 В при 25 ° C и 0,3 В при 25 ° C для германиевого транзистора. Наиболее распространенным типом транзисторов является кремний, потому что это самый распространенный элемент на Земле после кислорода.
Внутреннее управление:
Конструкция pnp-транзистора заключается в том, что области коллектора и эмиттера легированы материалом p-типа, а базовая область легирована небольшим слоем материала n-типа. Область эмиттера сильно легирована по сравнению с областью коллектора. Эти три области образуют два стыка. Это переход коллектор-база (CB) и переход база-эмиттер.
Когда отрицательный потенциал VBE применяется к переходу база-эмиттер, уменьшающийся с 0 В, электроны и дырки начинают накапливаться в области истощения.Когда потенциал падает ниже 0,7 В, достигается барьерное напряжение и происходит диффузия. Следовательно, электроны текут к положительному выводу, а ток базы (IB) противоположен потоку электронов. Кроме того, ток от эмиттера к коллектору начинает течь, если на выводе коллектора подано напряжение VCE. Транзистор PNP может действовать как переключатель и усилитель.
Зона действия в зависимости от режима работы:
1.
Активная область, IC = β × IB– Работа усилителя
2.Область насыщения, IC = ток насыщения — переключение (полностью включено)
3. Область отключения, IC = 0 — переключение (полностью выключено)
Транзистор как переключатель:
PNP-транзистор используется для работы в качестве переключателя на стороне высокого напряжения. Чтобы объяснить с помощью модели PSPICE, был выбран транзистор PN2907A . Первое, что нужно иметь в виду — использовать в базе резистор, ограничивающий ток. Более высокие базовые токи повредят BJT. Из таблицы данных максимальный непрерывный ток коллектора составляет -600 мА, а соответствующее усиление (hFE или β) указано в таблице данных в качестве условий тестирования.Также доступны соответствующие напряжения насыщения и базовые токи.
Шаги для выбора компонентов:
1. Найдите ток коллектора — это ток, потребляемый вашей нагрузкой. В этом случае это будет 200 мА (параллельные светодиоды или нагрузки) и резистор = 60 Ом.
2. Чтобы перевести транзистор в состояние насыщения, необходимо отвести достаточный базовый ток, чтобы транзистор был полностью открыт. Расчет тока базы и соответствующего резистора, который будет использоваться.
Для полного насыщения базовый ток составляет примерно 2,5 мА (не слишком высокий или слишком низкий). Таким образом, ниже приведена схема с 12 В на базу, такая же, как и на эмиттер относительно земли, во время которой переключатель находится в состоянии ВЫКЛ.
Теоретически переключатель полностью разомкнут, но практически может наблюдаться протекание тока утечки. Этим током можно пренебречь, поскольку они выражены в паа или нА. Для лучшего понимания управления током транзистор можно рассматривать как переменный резистор на коллекторе (C) и эмиттере (E), сопротивление которого изменяется в зависимости от тока через базу (B ).
Первоначально, когда ток не течет через базу, сопротивление на CE очень велико, и ток не течет через него.
Когда на базовом выводе появляется разность потенциалов 0,7 В и выше, соединение BE диффундирует и вызывает диффузию перехода CB. Теперь ток течет от эмиттера к коллектору пропорционально току от эмиттера к базе, а также коэффициенту усиления.
Теперь давайте посмотрим, как контролировать выходной ток, управляя базовым током.Исправьте IC = 100 мА, несмотря на то, что нагрузка составляет 200 мА, соответствующее усиление из таблицы находится где-то между 100 и 300, и, следуя той же формуле выше, мы получаем
Транзисторы
— learn.sparkfun.com
Добавлено в избранное
Любимый
73
Введение
Транзисторы вращают наш мир электроники. Они критически важны как источник управления практически в каждой современной цепи. Иногда вы их видите, но чаще всего они спрятаны глубоко внутри кристалла интегральной схемы.В этом уроке мы познакомим вас с основами самого распространенного транзистора: биполярного переходного транзистора (BJT).
В небольших дискретных количествах транзисторы можно использовать для создания простых электронных переключателей, цифровой логики и схем усиления сигналов. В количествах тысяч, миллионов и даже миллиардов транзисторы соединены между собой и встроены в крошечные микросхемы для создания компьютерной памяти, микропроцессоров и других сложных ИС.
рассматривается в этом учебном пособии
После прочтения этого руководства мы хотим, чтобы вы получили широкое представление о том, как работают транзисторы.Мы не будем углубляться в физику полупроводников или эквивалентные модели, но мы достаточно углубимся в предмет, чтобы вы поняли, как транзистор может использоваться как переключатель или усилитель .
Это руководство разделено на несколько разделов, охватывающих:
Существует два типа базовых транзисторов: биполярный переход (BJT) и металлооксидный полевой транзистор (MOSFET). В этом уроке мы сфокусируемся на BJT , потому что его немного легче понять.
Если копать еще глубже в типы транзисторов, на самом деле существует две версии BJT: NPN и PNP . Мы сфокусируемся еще больше, ограничив наше раннее обсуждение NPN. Если сузить наш фокус — получить твердое представление о NPN — будет легче понять PNP (или даже МОП-транзисторы), сравнив, чем он отличается от NPN.
и nbsp
и nbsp
Рекомендуемая литература
Перед тем, как углубиться в это руководство, мы настоятельно рекомендуем просмотреть его:
- Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома — Введение в основы электроники.
- Основы электричества — Мы поговорим немного об электричестве как потоке электронов. Узнайте, как текут эти электроны, в этом уроке.
- Electric Power — Одно из основных применений транзисторов — усиление — увеличение мощности сигнала. Увеличение мощности означает, что мы можем увеличивать либо ток, либо напряжение, узнайте почему в этом руководстве.
- Диоды — Транзистор — это полупроводниковый прибор, похожий на диод. В каком-то смысле это то, что вы получили бы, если бы сложили два диода вместе и связали их аноды вместе.Понимание того, как работает диод, будет иметь большое значение для раскрытия работы транзистора.
Хотите изучить транзисторы?
Мы вас прикрыли!
Комплект деталей SparkFun для начинающих
В наличии
КОМПЛЕКТ-13973
Комплект деталей для начинающих SparkFun — это небольшой контейнер с часто используемыми деталями, который дает вам все основные компоненты, которые вы…
12
Символы, контакты и конструкция
Транзисторы — это в основном трехконтактные устройства.
На биполярном переходном транзисторе (BJT) эти контакты обозначены как коллектор (C), база (B) и эмиттер (E). Обозначения схем как для NPN, так и для PNP BJT приведены ниже:
Единственное различие между NPN и PNP — это направление стрелки на эмиттере. Стрелка на NPN указывает, а на PNP указывает. Полезная мнемоника для запоминания:
NPN: N ot P ointing i N
Обратная логика, но работает!
Конструкция транзистора
Транзисторы полагаются на полупроводники, чтобы творить чудеса.Полупроводник — это не совсем чистый проводник (например, медный провод), но и не изолятор (например, воздух). Проводимость полупроводника — насколько легко он позволяет электронам течь — зависит от таких переменных, как температура или наличие большего или меньшего количества электронов. Заглянем вкратце под капот транзистора. Не волнуйтесь, мы не будем углубляться в квантовую физику.
Транзистор как два диода
Транзисторы похожи на продолжение другого полупроводникового компонента: диодов.В некотором смысле транзисторы — это всего лишь два диода со связанными вместе катодами (или анодами):
Диод, соединяющий базу с эмиттером, здесь важен; он соответствует направлению стрелки на схематическом символе и показывает , в каком направлении должен проходить ток через транзистор.
Изображение диодов — хорошее место для начала, но оно далеко не точное. Не основывайте свое понимание работы транзистора на этой модели (и определенно не пытайтесь воспроизвести ее на макете, это не сработает).Существует множество странных вещей уровня квантовой физики, управляющих взаимодействием между тремя терминалами.
(Эта модель полезна, если вам нужно проверить транзистор. Используя функцию проверки диодов (или сопротивления) на мультиметре, вы можете измерить контакты BE и BC, чтобы проверить наличие этих «диодов».)
Структура и работа транзистора
Транзисторы
состоят из трех разных слоев полупроводникового материала.В некоторые из этих слоев добавлены дополнительные электроны (процесс, называемый «легированием»), а в других электроны удалены (допирование «дырками» — отсутствие электронов). Полупроводниковый материал с дополнительными электронами называется n-типа ( n для отрицательного заряда, потому что электроны имеют отрицательный заряд), а материал с удаленными электронами называется p-типа (для положительного). Транзисторы создаются путем наложения n поверх p поверх n или p поверх n поверх p .
Упрощенная схема структуры NPN. Заметили происхождение акронимов?
Помахав рукой, мы можем сказать, что электронов могут легко перетекать из n областей в p областей , если у них есть небольшая сила (напряжение), чтобы толкать их. Но перейти из области p в область n действительно сложно (требуется лот напряжения). Но особенность транзистора — та часть, которая делает нашу модель с двумя диодами устаревшей — это тот факт, что электронов могут легко течь от базы p-типа к коллектору n-типа, пока база- эмиттерный переход смещен в прямом направлении (это означает, что база находится под более высоким напряжением, чем эмиттер).
Транзистор NPN предназначен для передачи электронов от эмиттера к коллектору (поэтому обычный ток течет от коллектора к эмиттеру). Эмиттер «испускает» электроны в базу, которая контролирует количество электронов, испускаемых эмиттером. Большинство испускаемых электронов «собираются» коллектором, который отправляет их в следующую часть цепи.
PNP работает таким же, но противоположным образом. База по-прежнему контролирует ток, но этот ток течет в противоположном направлении — от эмиттера к коллектору.Вместо электронов эмиттер испускает «дырки» (концептуальное отсутствие электронов), которые собираются коллектором.
Транзистор похож на электронный клапан . Базовый штифт похож на ручку, которую вы можете отрегулировать, чтобы позволить большему или меньшему количеству электронов течь от эмиттера к коллектору. Давайте исследуем эту аналогию дальше …
Расширение аналогии с водой
Если вы в последнее время читали много руководств по концепциям электричества, вы, вероятно, уже привыкли к аналогиям с водой.Мы говорим, что ток аналогичен скорости потока воды, напряжение — это давление, проталкивающее воду по трубе, а сопротивление — это ширина трубы.
Неудивительно, что аналогию с водой можно распространить и на транзисторы: транзистор похож на водяной клапан — механизм, который мы можем использовать для управления скоростью потока .
Есть три состояния, в которых мы можем использовать клапан, каждое из которых по-разному влияет на скорость потока в системе.
1) Вкл — короткое замыкание
Клапан можно полностью открыть, позволяя воде свободно течь — проходить, как если бы клапана даже не было.
Аналогичным образом, при определенных обстоятельствах транзистор может выглядеть как , короткое замыкание между контактами коллектора и эмиттера. Ток может свободно течь через коллектор и выходить из эмиттера.
2) Выкл. — обрыв цепи
В закрытом состоянии клапан может полностью перекрыть поток воды.
Таким же образом транзистор может быть использован для создания разомкнутой цепи между выводами коллектора и эмиттера.
3) Линейное управление потоком
С некоторой точной настройкой клапан может быть отрегулирован для точного регулирования расхода до некоторой точки между полностью открытым и закрытым.
Транзистор может делать то же самое — линейно регулирует ток через цепь в какой-то момент между полностью выключенным (разомкнутая цепь) и полностью включенным (короткое замыкание).
Из нашей аналогии с водой, ширина трубы аналогична сопротивлению в цепи. Если клапан может точно регулировать ширину трубы, то транзистор может точно регулировать сопротивление между коллектором и эмиттером. Таким образом, транзистор подобен переменному регулируемому резистору .
Усилительная мощность
Есть еще одна аналогия, которую мы можем провести здесь. Представьте себе, что с помощью легкого поворота клапана вы могли бы контролировать скорость потока затворов плотины Гувера. Ничтожное усилие, которое вы можете приложить, чтобы повернуть эту ручку, может создать усилие в тысячи раз сильнее. Мы расширяем аналогию до предела, но эта идея распространяется и на транзисторы. Транзисторы особенные, потому что они могут усиливать электрических сигналов, превращая сигнал малой мощности в аналогичный сигнал гораздо большей мощности.
Вид. Это еще не все, но это хорошее место для начала! В следующем разделе вы найдете более подробное объяснение работы транзистора.
Режимы работы
В отличие от резисторов, которые обеспечивают линейную зависимость между напряжением и током, транзисторы являются нелинейными устройствами. У них есть четыре различных режима работы, которые описывают протекающий через них ток. (Когда мы говорим о токе, протекающем через транзистор, мы обычно имеем в виду ток , протекающий от коллектора к эмиттеру NPN .)
Четыре режима работы транзистора:
- Насыщение — Транзистор действует как короткое замыкание . Ток свободно течет от коллектора к эмиттеру.
- Отсечка — Транзистор действует как разомкнутая цепь . Нет тока от коллектора к эмиттеру.
- Активный — Ток от коллектора к эмиттеру на пропорционален току, протекающему в базу.
- Reverse-Active — Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении.Ток течет от эмиттера к коллектору (не совсем то, для чего были предназначены транзисторы).
Чтобы определить, в каком режиме находится транзистор, нам нужно посмотреть на напряжения на каждом из трех контактов и на то, как они соотносятся друг с другом. Напряжения от базы к эмиттеру (V BE ) и от базы к коллектору (V BC ) устанавливают режим транзистора:
Упрощенный квадрантный график выше показывает, как положительное и отрицательное напряжение на этих клеммах влияет на режим.На самом деле все немного сложнее.
Давайте рассмотрим все четыре режима транзистора по отдельности; мы исследуем, как перевести устройство в этот режим и как это влияет на ток.
Примечание: Большая часть этой страницы посвящена NPN транзисторам . Чтобы понять, как работает транзистор PNP, просто поменяйте полярность или знаки> и <.
Режим насыщенности
Насыщенность — это в режиме транзистора.Транзистор в режиме насыщения действует как короткое замыкание между коллектором и эмиттером.
В режиме насыщения оба «диода» в транзисторе смещены в прямом направлении. Это означает, что V BE должен быть больше 0, и , поэтому должен быть V BC . Другими словами, V B должен быть выше, чем V E и V C .
Поскольку переход от базы к эмиттеру выглядит как диод, на самом деле V BE должен быть больше порогового напряжения , чтобы войти в насыщение.Есть много сокращений для этого падения напряжения — V th , V γ и V d несколько — и фактическое значение варьируется между транзисторами (и даже больше в зависимости от температуры). Для многих транзисторов (при комнатной температуре) мы можем оценить это падение примерно в 0,6 В.
Еще один облом реальности: между эмиттером и коллектором не будет идеальной проводимости. Между этими узлами образуется небольшое падение напряжения. В технических характеристиках транзисторов это напряжение определяется как напряжение насыщения CE, В CE (насыщение) — напряжение от коллектора к эмиттеру, необходимое для насыщения.Это значение обычно составляет 0,05-0,2 В. Это значение означает, что V C должен быть немного больше, чем V E (но оба все еще меньше, чем V B ), чтобы транзистор находился в режиме насыщения.
Режим отсечки
Режим отсечки противоположен насыщению. Транзистор в режиме отсечки: выключен, — нет тока коллектора и, следовательно, нет тока эмиттера. Это почти похоже на обрыв цепи.
Чтобы перевести транзистор в режим отсечки, базовое напряжение должно быть меньше, чем напряжения эмиттера и коллектора.Оба V BC и V BE должны быть отрицательными.
На самом деле, V BE может находиться в диапазоне от 0 В до и (~ 0,6 В) для достижения режима отсечки.
Активный режим
Для работы в активном режиме значение V BE транзистора должно быть больше нуля, а V BC должно быть отрицательным. Таким образом, базовое напряжение должно быть меньше, чем на коллекторе, но больше, чем на эмиттере. Это также означает, что коллектор должен быть больше эмиттера.
На самом деле нам нужно ненулевое прямое падение напряжения (сокращенно V th , V γ или V d ) от базы к эмиттеру (V BE ), чтобы «включить» транзистор. Обычно это напряжение обычно составляет около 0,6 В.
Усиление в активном режиме
Активный режим — самый мощный режим транзистора, потому что он превращает устройство в усилитель . Ток, идущий на вывод базы, усиливает ток, идущий в коллектор и выходящий из эмиттера.
Наше сокращенное обозначение для коэффициента усиления (коэффициент усиления) транзистора — β (вы также можете увидеть его как β F или h FE ). β линейно связывает ток коллектора ( I C ) с базовым током ( I B ):
Фактическое значение β зависит от транзистора. Обычно это около 100 , но может варьироваться от 50 до 200 … даже 2000, в зависимости от того, какой транзистор вы используете и сколько тока проходит через него.Если, например, у вашего транзистора β = 100, это будет означать, что входной ток в 1 мА на базу может производить ток 100 мА через коллектор.
Модель с активным режимом. V BE = V th и I C = βI B .
А как насчет тока эмиттера, I E ? В активном режиме токи коллектора и базы идут в устройство , а выходит I E . Чтобы связать ток эмиттера с током коллектора, у нас есть другое постоянное значение: α .α — коэффициент усиления по току общей базы, он связывает эти токи как таковые:
α обычно очень близко к, но меньше 1. Это означает, что I C очень близко, но меньше I E в активном режиме.
Вы можете использовать β для вычисления α или наоборот:
Если, например, β равно 100, это означает, что α равно 0,99. Так, если, например, я C равен 100 мА, то я E равен 101 мА.
Реверс Активный
Так же, как насыщение противоположно отсечке, обратный активный режим противоположен активному режиму.Транзистор в обратном активном режиме проводит, даже усиливает, но ток течет в противоположном направлении, от эмиттера к коллектору. Обратной стороной активного режима является то, что β (β R в данном случае) на намного меньше на .
Чтобы перевести транзистор в обратный активный режим, напряжение эмиттера должно быть больше, чем на базе, которая должна быть больше, чем на коллекторе (V BE <0 и V BC > 0).
Обратный активный режим обычно не является состоянием, в котором вы хотите управлять транзистором.Приятно знать, что он есть, но он редко превращается в приложение.
Относительно PNP
После всего, о чем мы говорили на этой странице, мы все еще покрыли только половину спектра BJT. А как насчет транзисторов PNP? PNP работает очень похоже на NPN — у них те же четыре режима, но все изменилось. Чтобы узнать, в каком режиме находится PNP-транзистор, поменяйте местами все знаки <и>.
Например, чтобы перевести PNP в режим насыщения, V C и V E должны быть выше, чем V B .Вы опускаете базу ниже, чтобы включить PNP, и поднимаете ее выше, чем коллектор и эмиттер, чтобы выключить его. И, чтобы перевести PNP в активный режим, V E должен иметь более высокое напряжение, чем V B , которое должно быть выше, чем V C .
Итого:
| Соотношение напряжений | Режим NPN | Режим PNP |
|---|---|---|
| В E | Активный | Обратный |
| V E | Насыщенность | Отсечка |
| V E > V B | Отсечка | Насыщенность |
| V E > V B > V C | Задний ход | Активный |
Другой противоположной характеристикой NPN и PNP является направление тока.В активном режиме и режиме насыщения ток в PNP протекает от эмиттера к коллектору . Это означает, что эмиттер обычно должен иметь более высокое напряжение, чем коллектор.
Если вы перегорели концептуальными вещами, перейдите к следующему разделу. Лучший способ узнать, как работает транзистор, — это изучить его в реальных схемах. Давайте посмотрим на некоторые приложения!
Приложения I: Коммутаторы
Одно из самых фундаментальных применений транзистора — это использование его 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 связан с коллектором, 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 0.6V транзистор находится в режиме отсечки — ток не течет, потому что это похоже на разрыв цепи между C и E.
Схема, приведенная выше, называется переключателем нижнего уровня , потому что переключатель — наш транзистор — находится на стороне нижнего (заземления) цепи. В качестве альтернативы мы можем использовать транзистор PNP для создания переключателя верхнего плеча:
Как и в 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 различие: чтобы включить нагрузку, 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 переключатель , 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 входом управления 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 в прямом направлении диод база-эмиттер, 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 ограничивать 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 транзисторная схема, 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 к VCC
.
(На самом деле это фундаментальная 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 какой-либо из транзисторов выключен, то на выходе коллектора второго транзистора будет установлен низкий уровень. Если оба транзистора включены (на обоих базах высокий уровень), то на выходе схемы также высокий уровень.
OR Выход
И, наконец, вот 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
Н-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 четырех транзисторов с двумя входными линиями и двумя выходами:
Вы можете догадаться, почему это называется Н-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 | 0 |
