Potrebna objašnjenja su data, da pređemo na stvar.

Tranzistori. Definicija i istorija

Tranzistor- elektronički poluvodički uređaj u kojem se strujom u krugu od dvije elektrode kontrolira treća elektroda. (transistors.ru)

Tranzistori sa efektom polja su prvi izumljeni (1928), a bipolarni tranzistori su se pojavili 1947. u Bell Labs. I to je, bez pretjerivanja, bila revolucija u elektronici.

Vrlo brzo su tranzistori zamijenili vakuumske cijevi u raznim elektronskim uređajima. S tim u vezi, povećana je pouzdanost takvih uređaja, a njihova veličina se značajno smanjila. I do danas, bez obzira na to koliko je "sofisticiran" mikro krug, još uvijek sadrži mnogo tranzistora (kao i diode, kondenzatore, otpornike, itd.). Samo vrlo male.

Inače, u početku su „tranzistori“ bili otpornici čiji se otpor mogao mijenjati količinom primijenjenog napona. Ako zanemarimo fiziku procesa, onda se moderni tranzistor može predstaviti i kao otpor koji ovisi o signalu koji mu se dovodi.

Koja je razlika između tranzistora s efektom polja i bipolarnih tranzistora? Odgovor leži u samim njihovim imenima. U bipolarnom tranzistoru prijenos naboja uključuje I elektroni, I rupe („bis” - dva puta). I na terenu (aka unipolarni) - ili elektroni, ili rupe.

Također, ove vrste tranzistora se razlikuju po područjima primjene. Bipolarni se koriste uglavnom u analognoj tehnologiji, a terenski - u digitalnoj tehnologiji.

I na kraju: glavno područje primjene bilo kojeg tranzistora- jačanje slabog signala zbog dodatnog izvora napajanja.

Bipolarni tranzistor. Princip rada. Glavne karakteristike

Bipolarni tranzistor se sastoji od tri regije: emitera, baze i kolektora, od kojih se svaki napaja naponom. Ovisno o vrsti vodljivosti ovih područja, razlikuju se n-p-n i p-n-p tranzistori. Obično je područje kolektora šire od područja emitera. Baza je napravljena od lagano dopiranog poluprovodnika (zbog čega ima visoku otpornost) i vrlo je tanka. Budući da je kontaktna površina emiter-baza znatno manja od kontaktne površine baza-kolektor, nemoguće je zamijeniti emiter i kolektor promjenom polariteta priključka. Dakle, tranzistor je asimetričan uređaj.

Prije nego što razmotrimo fiziku rada tranzistora, hajde da opišemo opći problem.


To je kako slijedi: jaka struja teče između emitera i kolektora ( struja kolektora), a između emitera i baze postoji slaba kontrolna struja ( bazna struja). Struja kolektora će se mijenjati ovisno o promjeni struje baze. Zašto?
Razmotrimo p-n spojeve tranzistora. Postoje dva od njih: emiter-baza (EB) i baza-kolektor (BC). U aktivnom načinu rada tranzistora, prvi od njih je povezan s prednagibom, a drugi s obrnutom pristranošću. Šta se dešava na p-n spojevima? Radi veće sigurnosti, razmotrit ćemo n-p-n tranzistor. Za p-n-p sve je slično, samo riječ "elektroni" treba zamijeniti s "rupe".

Budući da je EB spoj otvoren, elektroni lako „pretrčavaju“ na bazu. Tamo se djelimično rekombinuju sa rupama, ali O Većina njih, zbog male debljine baze i niskog dopinga, uspijeva doći do prijelaza baza-kolektor. Što je, kao što se sjećamo, obrnuto pristrasno. A budući da su elektroni u bazi manjinski nosioci naboja, električno polje prijelaza im pomaže da ga savladaju. Dakle, struja kolektora je samo nešto manja od struje emitera. Sada pazi na ruke. Ako povećate osnovnu struju, EB spoj će se jače otvoriti i više elektrona će moći kliziti između emitera i kolektora. A budući da je struja kolektora u početku veća od struje baze, ova promjena će biti vrlo, vrlo primjetna. dakle, slab signal primljen na bazi će biti pojačan. Još jednom, velika promjena struje kolektora je proporcionalan odraz male promjene struje baze.

Sjećam se da je princip rada bipolarnog tranzistora objašnjen mom kolegi iz razreda na primjeru slavine. Voda u njemu je struja kolektora, a osnovna kontrolna struja je za koliko okrećemo dugme. Mala sila (kontrolno djelovanje) je dovoljna da se poveća protok vode iz slavine.

Pored procesa koji se razmatraju, na p-n spojevima tranzistora mogu se pojaviti i brojne druge pojave. Na primjer, sa snažnim povećanjem napona na spoju baza-kolektor, množenje lavinskog naboja može početi zbog udarne jonizacije. I zajedno sa efektom tunela, ovo će prvo dovesti do električnog kvara, a zatim (sa povećanjem struje) do termičkog kvara. Međutim, do termičkog sloma u tranzistoru može doći bez električnog kvara (tj. bez povećanja napona kolektora do napona proboja). Za to će biti dovoljna jedna prekomjerna struja kroz kolektor.

Drugi fenomen je zbog činjenice da se pri promjeni napona na spoju kolektora i emitera mijenja njihova debljina. A ako je baza previše tanka, može doći do efekta zatvaranja (tzv. „probijanje“ baze) - veza između kolektorskog spoja i emiterskog spoja. U tom slučaju, bazna regija nestaje i tranzistor prestaje normalno raditi.

Struja kolektora tranzistora u normalnom aktivnom načinu rada tranzistora je za određeni broj puta veća od struje baze. Ovaj broj se zove strujni dobitak i jedan je od glavnih parametara tranzistora. Određeno je h21. Ako je tranzistor uključen bez opterećenja na kolektoru, tada će pri konstantnom naponu kolektor-emiter omjer struje kolektora i struje baze dati statičko pojačanje struje. Može biti jednak desetinama ili stotinama jedinica, ali vrijedi uzeti u obzir činjenicu da je u stvarnim krugovima ovaj koeficijent manji zbog činjenice da kada je opterećenje uključeno, struja kolektora prirodno se smanjuje.

Drugi važan parametar je ulazni otpor tranzistora. Prema Ohmovom zakonu, to je omjer napona između baze i emitera i kontrolne struje baze. Što je veća, to je niža bazna struja i veći je dobitak.

Treći parametar bipolarnog tranzistora je pojačanje napona. On je jednak omjeru amplitude ili efektivnih vrijednosti izlaznog (emiter-kolektor) i ulaznog (baza-emiter) naizmjeničnog napona. Budući da je prva vrijednost obično vrlo velika (jedinice i desetine volti), a druga vrlo mala (desetine volti), ovaj koeficijent može doseći desetine hiljada jedinica. Vrijedi napomenuti da svaki kontrolni signal baze ima vlastito pojačanje napona.

Tranzistori takođe imaju frekvencijski odziv, koji karakterizira sposobnost tranzistora da pojača signal čija se frekvencija približava graničnoj frekvenciji pojačanja. Činjenica je da kako se frekvencija ulaznog signala povećava, pojačanje se smanjuje. To je zbog činjenice da vrijeme nastanka glavnih fizičkih procesa (vrijeme kretanja nosača od emitera do kolektora, punjenje i pražnjenje kapacitivnih barijerskih spojeva) postaje srazmjerno periodu promjene ulaznog signala. . One. tranzistor jednostavno nema vremena da reaguje na promene u ulaznom signalu i u nekom trenutku jednostavno prestaje da ga pojačava. Učestalost na kojoj se to dešava se naziva granica.

Takođe, parametri bipolarnog tranzistora su:

• kolektor-emiter reverzne struje
• na vrijeme
• reverzna struja kolektora
• maksimalna dozvoljena struja

Simboli za n-p-n i p-n-p tranzistore razlikuju se samo u smjeru strelice koja pokazuje emiter. Pokazuje kako struja teče u datom tranzistoru.

Načini rada bipolarnog tranzistora

Gore razmatrana opcija predstavlja normalan aktivni način rada tranzistora. Međutim, postoji još nekoliko kombinacija otvorenih/zatvorenih p-n spojeva, od kojih svaka predstavlja poseban način rada tranzistora.

1. Inverzni aktivni način rada. Ovdje je BC prijelaz otvoren, ali naprotiv, EB je zatvoren. Svojstva pojačanja u ovom režimu su, naravno, lošija nego ikad, pa se tranzistori u ovom režimu koriste veoma retko.
2. Način zasićenja. Oba prelaza su otvorena. U skladu s tim, glavni nosioci naboja kolektora i emitera "trče" do baze, gdje se aktivno rekombiniraju sa svojim glavnim nosiocima. Zbog nastalog viška nosilaca naboja, otpor baze i p-n spoja se smanjuje. Stoga se krug koji sadrži tranzistor u načinu zasićenja može smatrati kratkim spojem, a sam radio element može se predstaviti kao ekvipotencijalna točka.
3. Režim isključenja. Oba prijelaza tranzistora su zatvorena, tj. struja glavnih nosilaca naboja između emitera i kolektora prestaje. Tokovi manjinskih nosilaca naboja stvaraju samo male i nekontrolisane toplotne prelazne struje. Zbog siromaštva baze i prijelaza sa nosiocima naboja, njihov otpor se jako povećava. Stoga se često vjeruje da tranzistor koji radi u režimu prekida predstavlja otvoreni krug.
4. Način rada barijere U ovom režimu, baza je direktno ili preko niskog otpora povezana sa kolektorom. Otpornik je također uključen u kolo kolektora ili emitera, koji postavlja struju kroz tranzistor. Ovo stvara ekvivalent diodnog kola sa serijskim otpornikom. Ovaj način rada je vrlo koristan, jer omogućava da krug radi na gotovo bilo kojoj frekvenciji, u širokom temperaturnom rasponu i nezahtjevan je za parametre tranzistora.

Preklopna kola za bipolarne tranzistore

Budući da tranzistor ima tri kontakta, općenito, napajanje mu se mora napajati iz dva izvora, koji zajedno proizvode četiri izlaza. Stoga se jedan od kontakata tranzistora mora napajati naponom istog predznaka iz oba izvora. A ovisno o kakvom se kontaktu radi, postoje tri kruga za povezivanje bipolarnih tranzistora: sa zajedničkim emiterom (CE), zajedničkim kolektorom (OC) i zajedničkom bazom (CB). Svaki od njih ima i prednosti i nedostatke. Izbor između njih se vrši u zavisnosti od toga koji su nam parametri važni, a koji se mogu žrtvovati.

Priključni krug sa zajedničkim emiterom

Ovaj krug pruža najveći dobitak u naponu i struji (a time i u snazi ​​- do desetina hiljada jedinica), te je stoga najčešći. Ovdje je spoj emiter-baza uključen direktno, a spoj baza-kolektor uključen je obrnuto. A budući da se i baza i kolektor napajaju naponom istog znaka, krug se može napajati iz jednog izvora. U ovom krugu, faza izlaznog AC napona se mijenja u odnosu na fazu ulaznog AC napona za 180 stepeni.

Ali pored svih dobrota, OE šema ima i značajan nedostatak. Leži u činjenici da povećanje frekvencije i temperature dovodi do značajnog pogoršanja svojstava pojačanja tranzistora. Dakle, ako tranzistor mora raditi na visokim frekvencijama, onda je bolje koristiti drugi sklopni krug. Na primjer, sa zajedničkom bazom.

Šema povezivanja sa zajedničkom bazom

Ovaj sklop ne pruža značajno pojačanje signala, ali je dobar na visokim frekvencijama, jer omogućava potpunije korištenje frekvencijskog odziva tranzistora. Ako je isti tranzistor spojen prvo prema krugu sa zajedničkim emiterom, a zatim sa zajedničkom bazom, tada će u drugom slučaju doći do značajnog povećanja njegove granične frekvencije pojačanja. Budući da je kod takvog povezivanja ulazna impedansa niska, a izlazna impedansa nije velika, tranzistorski stupnjevi sastavljeni prema OB kolu koriste se u antenskim pojačavačima, gdje karakteristična impedansa kablova obično ne prelazi 100 Ohma.

U kolu sa zajedničkom bazom, faza signala se ne invertuje, a nivo šuma na visokim frekvencijama je smanjen. Ali, kao što je već spomenuto, njegov trenutni dobitak je uvijek nešto manji od jedinice. Istina, pojačanje napona ovdje je isto kao u krugu sa zajedničkim emiterom. Nedostaci zajedničkog baznog kola također uključuju potrebu za korištenjem dva izvora napajanja.

Šema povezivanja sa zajedničkim kolektorom

Posebnost ovog kola je da se ulazni napon u potpunosti prenosi nazad na ulaz, odnosno negativna povratna sprega je vrlo jaka.

Da vas podsjetim da je negativna povratna sprega takva povratna sprega u kojoj se izlazni signal vraća nazad na ulaz, čime se smanjuje nivo ulaznog signala. Dakle, automatsko podešavanje se dešava kada se parametri ulaznog signala slučajno promijene

Strujni dobitak je skoro isti kao u krugu zajedničkog emitera. Ali pojačanje napona je malo (glavni nedostatak ovog kola). Približava se jedinstvu, ali je uvijek manje od njega. Dakle, dobitak snage je jednak samo nekoliko desetina jedinica.

U zajedničkom kolektorskom kolu nema faznog pomaka između ulaznog i izlaznog napona. Pošto je pojačanje napona blizu jedinice, izlazni napon odgovara ulaznom naponu u fazi i amplitudi, odnosno ponavlja ga. Zato se takvo kolo naziva sljedbenikom emitera. Emiter - jer se izlazni napon uklanja iz emitera u odnosu na zajedničku žicu.

Ova veza se koristi za usklađivanje tranzistorskih stupnjeva ili kada izvor ulaznog signala ima visoku ulaznu impedanciju (na primjer, piezoelektrični prijemnik ili kondenzatorski mikrofon).

Dvije riječi o kaskadama

Dešava se da morate povećati izlaznu snagu (tj. povećati struju kolektora). U ovom slučaju koristi se paralelno povezivanje potrebnog broja tranzistora.

Naravno, po karakteristikama bi trebali biti približno isti. Ali treba imati na umu da maksimalna ukupna struja kolektora ne smije prelaziti 1,6-1,7 maksimalne struje kolektora bilo kojeg od kaskadnih tranzistora.
Međutim (zahvaljujući wrewolfu na napomeni), ovo se ne preporučuje u slučaju bipolarnih tranzistora. Zato što se dva tranzistora, čak i istog tipa, barem malo razlikuju jedan od drugog. Shodno tome, kada su spojeni paralelno, kroz njih će teći struje različitih veličina. Za izjednačavanje ovih struja u emiterske krugove tranzistora ugrađuju se balansirani otpornici. Vrijednost njihovog otpora izračunava se tako da pad napona na njima u opsegu radne struje bude najmanje 0,7 V. Jasno je da to dovodi do značajnog pogoršanja efikasnosti kola.

Također može postojati potreba za tranzistorom sa dobrom osjetljivošću i u isto vrijeme dobrim pojačanjem. U takvim slučajevima koristi se kaskada osjetljivog tranzistora male snage (VT1 na slici) koji kontrolira napajanje moćnijeg kolege (VT2 na slici).

Ostale primjene bipolarnih tranzistora

Tranzistori se mogu koristiti ne samo u krugovima za pojačavanje signala. Na primjer, zbog činjenice da mogu raditi u režimima zasićenja i prekida, koriste se kao elektronički ključevi. Također je moguće koristiti tranzistore u krugovima generatora signala. Ako rade u režimu ključa, tada će se generirati pravokutni signal, a ako u modu pojačanja, onda signal proizvoljnog oblika, ovisno o kontrolnom djelovanju.

Označavanje

Budući da je članak već narastao do nepristojno velikog volumena, u ovom trenutku ću jednostavno dati dvije dobre veze, koje detaljno opisuju glavne sisteme označavanja poluvodičkih uređaja (uključujući tranzistore): http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all .html i .xls fajl (35 kb).

Korisni komentari:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Oznake: Dodajte oznake

Bipolarni tranzistor.

Bipolarni tranzistor- elektronički poluvodički uređaj, jedna od vrsta tranzistora, dizajniran za pojačavanje, generiranje i pretvaranje električnih signala. Tranzistor se zove bipolarni, budući da u radu uređaja istovremeno učestvuju dvije vrste nosača naboja - elektrona I rupe. Po tome se razlikuje od unipolarni(poljski) tranzistor, u kojem je uključen samo jedan tip nosioca naboja.

Princip rada oba tipa tranzistora sličan je radu slavine koja regulira protok vode, samo tok elektrona prolazi kroz tranzistor. U bipolarnim tranzistorima, dvije struje prolaze kroz uređaj - glavna "velika" struja i kontrolna "mala" struja. Snaga glavne struje ovisi o kontrolnoj snazi. Kod tranzistora s efektom polja kroz uređaj prolazi samo jedna struja, čija snaga ovisi o elektromagnetnom polju. U ovom članku ćemo detaljnije pogledati rad bipolarnog tranzistora.

Dizajn bipolarnog tranzistora.

Bipolarni tranzistor se sastoji od tri poluvodička sloja i dva PN spoja. PNP i NPN tranzistori se razlikuju prema vrsti alternacije provodljivosti rupa i elektrona. To je kao dva dioda, povezani licem u lice ili obrnuto.

Bipolarni tranzistor ima tri kontakta (elektrode). Kontakt koji izlazi iz centralnog sloja naziva se baza. Ekstremne elektrode se nazivaju kolekcionar I emiter (kolekcionar I emiter). Osnovni sloj je vrlo tanak u odnosu na kolektor i emiter. Pored toga, oblasti poluprovodnika na ivicama tranzistora su asimetrične. Poluprovodnički sloj na strani kolektora je nešto deblji nego na strani emitera. Ovo je neophodno za ispravan rad tranzistora.

Rad bipolarnog tranzistora.

Razmotrimo fizičke procese koji se dešavaju tokom rada bipolarnog tranzistora. Uzmimo NPN model kao primjer. Princip rada PNP tranzistora je sličan, samo će polaritet napona između kolektora i emitera biti suprotan.

Kao što je već navedeno u članak o vrstama provodljivosti u poluprovodnicima, u tvari P-tipa postoje pozitivno nabijeni joni - rupe. Supstanca N-tipa je zasićena negativno nabijenim elektronima. U tranzistoru, koncentracija elektrona u N području značajno premašuje koncentraciju rupa u P području.

Spojimo izvor napona između kolektora i emitera V CE (V CE). Pod njegovim djelovanjem, elektroni iz gornjeg N dijela će početi da se privlače u plus i skupljaju se u blizini kolektora. Međutim, struja neće moći teći jer električno polje izvora napona ne dopire do emitera. To se sprečava debelim slojem kolektorskog poluprovodnika plus slojem osnovnog poluprovodnika.

Sada spojimo napon između baze i emitera V BE, ali znatno niži od V CE (za silicijumske tranzistore minimalno potrebni V BE je 0,6V). Budući da je sloj P vrlo tanak, plus izvor napona spojen na bazu, moći će svojim električnim poljem „dosjeti“ do N regije emitera. Pod njegovim uticajem, elektroni će biti usmereni na bazu. Neki od njih će početi ispunjavati rupe koje se tamo nalaze (rekombinirati). Drugi dio neće pronaći slobodnu rupu, jer je koncentracija rupa u bazi mnogo manja od koncentracije elektrona u emiteru.

Kao rezultat, središnji sloj baze je obogaćen slobodnim elektronima. Većina njih će ići prema kolektoru, jer je tamo napon mnogo veći. To je također olakšano vrlo malom debljinom središnjeg sloja. Neki dio elektrona, iako mnogo manji, ipak će teći prema plus strani baze.

Kao rezultat, dobijamo dvije struje: malu - od baze do emitera I BE, i veliku - od kolektora do emitera I CE.

Ako povećate napon na bazi, tada će se još više elektrona akumulirati u P sloju. Kao rezultat toga, bazna struja će se malo povećati, a struja kolektora će se značajno povećati. dakle, sa malom promjenom bazne struje I B , struja kolektora I se jako mijenja WITH. To se dešava pojačanje signala u bipolarnom tranzistoru. Odnos struje kolektora I C i bazne struje I B naziva se strujni dobitak. Određeno β , hfe ili h21e, ovisno o specifičnostima proračuna izvedenih s tranzistorom.

Najjednostavnije bipolarno tranzistorsko pojačalo

Razmotrimo detaljnije princip pojačanja signala u električnoj ravni na primjeru kola. Dozvolite mi da unaprijed rezervišem da ova šema nije sasvim tačna. Niko ne povezuje izvor jednosmernog napona direktno na AC izvor. Ali u ovom slučaju bit će lakše i jasnije razumjeti sam mehanizam pojačanja pomoću bipolarnog tranzistora. Također, sama tehnika proračuna u primjeru ispod je donekle pojednostavljena.

1.Opis glavnih elemenata kola

Dakle, recimo da imamo tranzistor sa pojačanjem od 200 (β = 200). Sa kolektorske strane spojit ćemo relativno snažan izvor napajanja od 20V, zbog čije energije će doći do pojačanja. Sa baze tranzistora povezujemo slab izvor napajanja od 2V. Na njega ćemo serijski spojiti izvor naizmjeničnog napona u obliku sinusnog vala, sa amplitudom oscilacija od 0,1V. Ovo će biti signal koji treba pojačati. Otpornik Rb u blizini baze je neophodan kako bi se ograničila struja koja dolazi iz izvora signala, koji obično ima malu snagu.

2. Proračun bazne ulazne struje Ib

Sada izračunajmo osnovnu struju I b. Budući da se radi o naizmjeničnom naponu, potrebno je izračunati dvije vrijednosti struje - na maksimalnom naponu (V max) i minimalnom (V min). Nazovimo ove trenutne vrijednosti redom - I bmax i I bmin.

Takođe, da biste izračunali struju baze, morate znati napon baza-emiter V BE. Postoji jedan PN spoj između baze i emitera. Ispostavilo se da se osnovna struja "susreće" sa poluvodičkom diodom na svom putu. Napon pri kojem poluvodička dioda počinje provoditi je oko 0,6V. Hajde da ne ulazimo u detalje strujno-naponske karakteristike diode, a radi jednostavnosti proračuna, uzet ćemo približni model, prema kojem je napon na diodi koja nosi struju uvijek 0,6V. To znači da je napon između baze i emitera V BE = 0,6V. A pošto je emiter povezan sa zemljom (V E = 0), napon od baze do zemlje je takođe 0,6 V (V B = 0,6 V).

Izračunajmo I bmax i I bmin koristeći Ohmov zakon:

2. Proračun izlazne struje kolektora ic

Sada, znajući pojačanje (β = 200), možete lako izračunati maksimalnu i minimalnu vrijednost struje kolektora (I cmax i I cmin).

3. Proračun izlaznog napona Vout

Struja kolektora teče kroz otpornik Rc, koji smo već izračunali. Ostaje zamijeniti vrijednosti:

4. Analiza rezultata

Kao što se vidi iz rezultata, pokazalo se da je V Cmax manji od V Cmin. To je zbog činjenice da se napon na otporniku V Rc oduzima od napona napajanja VCC. Međutim, u većini slučajeva to nije bitno, jer nas zanima promjenjiva komponenta signala - amplituda, koja se povećala sa 0,1V na 1V. Frekvencija i sinusoidni oblik signala se nisu promijenili. Naravno, omjer V out / V u deset puta daleko je od najboljeg pokazatelja za pojačalo, ali je sasvim prikladan za ilustraciju procesa pojačanja.

Dakle, hajde da sumiramo princip rada pojačala na bazi bipolarnog tranzistora. Kroz bazu teče struja I b, noseći konstantne i promjenjive komponente. Potrebna je konstantna komponenta kako bi PN spoj između baze i emitera počeo provoditi - "otvara se". Varijabilna komponenta je, u stvari, sam signal (korisna informacija). Struja kolektor-emiter unutar tranzistora je rezultat bazne struje pomnožene sa pojačanjem β. Zauzvrat, napon na otporniku Rc iznad kolektora je rezultat množenja pojačane struje kolektora sa vrijednošću otpornika.

Dakle, V out pin prima signal sa povećanom amplitudom oscilovanja, ali istog oblika i frekvencije. Važno je naglasiti da tranzistor uzima energiju za pojačanje iz VCC izvora napajanja. Ako je napon napajanja nedovoljan, tranzistor neće moći u potpunosti raditi, a izlazni signal može biti izobličen.

Načini rada bipolarnog tranzistora

U skladu sa nivoima napona na elektrodama tranzistora, postoje četiri načina njegovog rada:

Režim isključenja.

Aktivan način rada.

Način zasićenja.

Reverzni način rada.

Režim isključenja

Kada je napon baza-emiter manji od 0,6V - 0,7V, PN spoj između baze i emitera je zatvoren. U ovom stanju tranzistor nema baznu struju. Kao rezultat, neće biti ni struje kolektora, jer u bazi nema slobodnih elektrona spremnih da se kreću prema naponu kolektora. Ispostavilo se da je tranzistor, takoreći, zaključan, a kažu da je unutra cut-off mod.

Aktivan način rada

IN aktivni način rada Napon na bazi je dovoljan da se PN spoj između baze i emitera otvori. U ovom stanju tranzistor ima baznu i kolektorsku struju. Struja kolektora jednaka je baznoj struji pomnoženoj sa pojačanjem. To jest, aktivni način rada je normalni način rada tranzistora, koji se koristi za pojačanje.

Način zasićenja

Ponekad bazna struja može biti previsoka. Kao rezultat toga, snaga napajanja jednostavno nije dovoljna da osigura takvu veličinu struje kolektora koja bi odgovarala pojačanju tranzistora. U načinu zasićenja, struja kolektora će biti maksimalna koju napajanje može pružiti i neće ovisiti o baznoj struji. U ovom stanju, tranzistor nije u mogućnosti pojačati signal, jer struja kolektora ne reagira na promjene struje baze.

U režimu zasićenja, vodljivost tranzistora je maksimalna, a pogodniji je za funkciju prekidača (prekidača) u stanju "uključeno". Slično, u režimu isključenja, vodljivost tranzistora je minimalna, a to odgovara prekidaču u isključenom stanju.

Inverzni način rada

U ovom načinu rada, kolektor i emiter mijenjaju uloge: kolektorski PN spoj je prednapet, a emiterski spoj je pristrasan u suprotnom smjeru. Kao rezultat, struja teče od baze do kolektora. Područje poluvodiča kolektora je asimetrično u odnosu na emiter, a pojačanje u inverznom modu je niže nego u normalnom aktivnom modu. Tranzistor je dizajniran na takav način da radi što je moguće efikasnije u aktivnom načinu rada. Stoga se tranzistor praktički ne koristi u inverznom načinu rada.

Osnovni parametri bipolarnog tranzistora.

Trenutni dobitak– odnos struje kolektora I C i bazne struje I B. Određeno β , hfe ili h21e, ovisno o specifičnostima proračuna koji se provode sa tranzistorima.

β je konstantna vrijednost za jedan tranzistor i ovisi o fizičkoj strukturi uređaja. Visoki dobitak se izračunava u stotinama jedinica, mali dobitak - u desetinama. Za dva odvojena tranzistora istog tipa, čak i ako su bili “susjedi cevovoda” tokom proizvodnje, β može biti malo drugačiji. Ova karakteristika bipolarnog tranzistora je možda najvažnija. Ako se drugi parametri uređaja često mogu zanemariti u proračunima, tada je trenutni dobitak gotovo nemoguć.

Ulazna impedansa– otpor u tranzistoru koji "susreće" struju baze. Određeno R in (R unos). Što je veći, to je bolje za karakteristike pojačanja uređaja, jer se na strani baze obično nalazi izvor slabog signala koji treba da troši što je moguće manje struje. Idealna opcija je kada je ulazna impedansa beskonačna.

R ulaz za prosječni bipolarni tranzistor je nekoliko stotina KΩ (kilo-om). Ovdje bipolarni tranzistor mnogo gubi u odnosu na tranzistor sa efektom polja, gdje ulazni otpor dostiže stotine GΩ (gigaoma).

Izlazna vodljivost- provodljivost tranzistora između kolektora i emitera. Što je veća izlazna provodljivost, to će više struje kolektor-emiter moći proći kroz tranzistor pri manjoj snazi.

Također, s povećanjem izlazne provodljivosti (ili smanjenjem izlaznog otpora), povećava se maksimalno opterećenje koje pojačalo može izdržati uz neznatne gubitke u ukupnom pojačanju. Na primjer, ako tranzistor sa niskom izlaznom provodljivošću pojača signal 100 puta bez opterećenja, onda kada se poveže opterećenje od 1 KΩ, on će se već pojačati samo 50 puta. Tranzistor sa istim pojačanjem, ali većom izlaznom provodljivošću će imati manji pad pojačanja. Idealna opcija je kada je izlazna provodljivost beskonačna (ili izlazni otpor R out = 0 (R out = 0)).

U ovom članku smo raspravljali o tako važnom parametru tranzistora kao što je beta koeficijent (β) . Ali postoji još jedan zanimljiv parametar u tranzistoru. On sam po sebi je beznačajan, ali može mnogo poslova! To je poput kamenčića koji ulazi u tenisice sportaša: djeluje malo, ali izaziva neugodnost pri trčanju. Pa kako ovaj "kamenčić" ometa tranzistor? Saznajmo...

Direktno i obrnuto povezivanje PN spoja

Kao što se sjećamo, tranzistor se sastoji od tri poluprovodnika. , koji nazivamo bazni emiter emiterski spoj, a prijelaz baza-kolektor je tranzicija kolektora.

Pošto u ovom slučaju imamo NPN tranzistor, to znači da će struja teći od kolektora do emitera, pod uslovom da otvorimo bazu tako što na nju dovedemo napon veći od 0,6 volti (pa, da se tranzistor otvori) .

Uzmimo hipotetički tanak, tanak nož i izrežemo emiter direktno duž PN spoja. Na kraju ćemo dobiti nešto poput ovoga:

Stani! Imamo li diodu? Da, on je taj! Zapamtite, u članku strujno-naponska karakteristika (CVC) pogledali smo CVC diode:

Na desnoj strani strujno-naponske karakteristike vidimo kako je grana grafa vrlo oštro poletjela prema gore. U ovom slučaju smo na diodu primijenili konstantan napon ovako, odnosno bio je direktno povezivanje diode.

Dioda je propuštala električnu struju kroz sebe. Čak smo provodili eksperimente s direktnim i obrnutom vezom diode. Oni koji se ne sećaju mogu da je pročitaju.

Ali ako promijenite polaritet

tada naša dioda neće proći struju. Oduvijek su nas tako učili i ima istine u tome, ali... naš svijet nije idealan).

Kako funkcionira PN spoj? Zamislili smo ga kao lijevak. Dakle, za ovaj crtež

naš lijevak će biti okrenut naopako prema potoku

Smjer strujanja vode je smjer kretanja električne struje. Lijevak je dioda. Ali voda koja je prošla kroz uski vrat lijevka? Kako to možemo nazvati? I zove se reverzna struja PN spoja (I povratak).

Šta mislite, ako povećate brzinu protoka vode, hoće li se povećati količina vode koja prolazi kroz uski vrat lijevka? Definitivno! To znači da ako dodate napon U arr., tada će se inverzna struja povećati I dol., što vidimo na lijevoj strani grafikona strujno-naponske karakteristike diode:

Ali do koje granice se može povećati brzina protoka vode? Ako je jako velik, naš lijevak neće izdržati, zidovi će popucati i razletjeti se u komade, zar ne? Stoga za svaku diodu možete pronaći parametar kao što je U rev.max, prekoračenje koje je za diodu ekvivalentno smrti.

Na primjer, za diodu D226B:

U rev.max= 500 Volti, i maksimalni obrnuti impuls U arr. imp.max= 600 volti. Ali imajte na umu da su elektronska kola dizajnirana, kako kažu, „sa maržom od 30%. Čak i ako je u krugu obrnuti napon na diodi 490 volti, tada će se u krug ugraditi dioda koja može izdržati više od 600 volti. Bolje je ne igrati se sa kritičnim vrijednostima). Pulsni reverzni napon je iznenadni skok napona koji može doseći amplitudu do 600 volti. Ali i ovdje je bolje uzeti s malom marginom.

Pa... zašto sam sve ovo o diodi i o diodi... Kao da proučavamo tranzistore. Ali šta god da se kaže, dioda je građevinski blok za izgradnju tranzistora. Dakle, ako primijenimo obrnuti napon na spoj kolektora, tada će reverzna struja teći kroz spoj, kao u diodi? Upravo. I ovaj parametar u tranzistoru se zove . Označavamo ga kao I KBO, među buržoazijom - I CBO. Stoji za “struja između kolektora i baze, sa otvorenim emiterom”. Grubo govoreći, noga emitera se nigdje ne drži i visi u zraku.

Za mjerenje povratne struje kolektora, dovoljno je sastaviti ove jednostavne krugove:

Za NPN tranzistor za PNP tranzistor

Za silicijumske tranzistore, struja obrnutog kolektora je manja od 1 µA, za germanijumske tranzistore: 1-30 µA. S obzirom da mjerim samo od 10 µA, a nemam pri ruci germanijeve tranzistore, neću moći da izvedem ovaj eksperiment, jer rezolucija uređaja to ne dozvoljava.

Još uvijek nismo odgovorili na pitanje, zašto je kolektorska reverzna struja toliko bitna i navedena u priručniku? Stvar je u tome da tokom rada tranzistor raspršuje određenu snagu u prostor, što znači da se zagrijava. Reverzna struja kolektora veoma zavisi od temperature i udvostručuje svoju vrednost za svakih 10 stepeni Celzijusa. Ne, ali šta nije u redu? Neka raste, čini se da nikome ne smeta.

Utjecaj reverzne kolektorske struje

Stvar je u tome što u nekim sklopnim krugovima dio ove struje prolazi kroz emiterski spoj. I kao što se sjećamo, struja baze teče kroz emiterski spoj. Što je veća kontrolna struja (bazna struja), veća je i kontrolirana struja (struja kolektora). O tome smo raspravljali u članku. Posljedično, najmanja promjena struje baze dovodi do velike promjene struje kolektora i cijeli krug počinje raditi nepravilno.

Kako se boriti protiv reverzne struje kolektora

To znači da je najvažniji neprijatelj tranzistora temperatura. Kako se razvijači radio-elektronske opreme (REA) bore protiv toga?

– koristiti tranzistore u kojima struja obrnutog kolektora ima vrlo malu vrijednost. To su, naravno, silicijumski tranzistori. Mali savjet - označavanje silikonskih tranzistora počinje slovima "KT", što znači TO pojas T tranzistor.

– korištenje sklopova koji minimiziraju obrnutu struju kolektora.

Reverzna struja kolektora je važan parametar tranzistora. Naveden je u datasheet-u za svaki tranzistor. U krugovima koji se koriste u ekstremnim temperaturnim uvjetima, povratna struja kolektora će igrati vrlo veliku ulogu. Stoga, ako sastavljate krug koji ne koristi radijator i ventilator, onda je, naravno, bolje uzeti tranzistore s minimalnom strujom obrnutog kolektora.

Pozdrav dragi prijatelji! Danas ćemo govoriti o bipolarnim tranzistorima i informacije će biti korisne prvenstveno početnicima. Dakle, ako vas zanima šta je tranzistor, njegov princip rada i općenito čemu služi, uzmite udobniju stolicu i priđite bliže.

Nastavimo, a ovdje imamo sadržaja, bit će zgodnije kretati se po članku :)

Vrste tranzistora

Tranzistori su uglavnom dva tipa: bipolarni tranzistori i tranzistori sa efektom polja. Naravno, bilo je moguće razmotriti sve vrste tranzistora u jednom članku, ali ne želim kuhati kašu u vašoj glavi. Stoga ćemo se u ovom članku baviti isključivo bipolarnim tranzistorima, a o tranzistorima s efektom polja ću govoriti u jednom od sljedećih članaka. Nemojmo sve skupljati, nego obratimo pažnju na svakog pojedinačno.

Bipolarni tranzistor

Bipolarni tranzistor je potomak cijevnih trioda, onih koje su bile u televizorima 20. stoljeća. Triode su otišle u zaborav i ustupile mjesto funkcionalnijoj braći - tranzistorima, odnosno bipolarnim tranzistorima.

Uz rijetke izuzetke, triode se koriste u opremi za ljubitelje muzike.

Bipolarni tranzistori mogu izgledati ovako.

Kao što vidite, bipolarni tranzistori imaju tri terminala i strukturno mogu izgledati potpuno drugačije. Ali na električnim dijagramima izgledaju jednostavno i uvijek isto. I sav ovaj grafički sjaj izgleda otprilike ovako.

Ova slika tranzistora se naziva i UGO (Konvencionalni grafički simbol).

Štaviše, bipolarni tranzistori mogu imati različite vrste provodljivosti. Postoje tranzistori tipa NPN i PNP tipa.

Razlika između n-p-n tranzistora i p-n-p tranzistora je samo u tome što je "nosač" električnog naboja (elektrona ili "rupa"). One. Za pnp tranzistor, elektroni se kreću od emitera do kolektora i pokreću ih baza. Za n-p-n tranzistor, elektroni idu od kolektora do emitera i kontrolira ih baza. Kao rezultat toga, dolazimo do zaključka da je za zamjenu tranzistora jedne vrste vodljivosti drugim u krugu dovoljno promijeniti polaritet primijenjenog napona. Ili glupo promijenite polaritet izvora napajanja.

Bipolarni tranzistori imaju tri terminala: kolektor, emiter i bazu. Mislim da će se biti teško zbuniti sa UGO-om, ali u pravom tranzistoru je lakše nego ikad.

Obično je ono što se određuje iz referentne knjige, ali možete jednostavno. Terminali tranzistora zvuče kao dvije diode spojene u zajedničkoj točki (u području baze tranzistora).

Na lijevoj strani je slika za tranzistor tipa p-n-p; prilikom testiranja imate osjećaj (preko očitavanja multimetra) da su ispred vas dvije diode koje su u jednoj tački povezane svojim katodama. Za n-p-n tranzistor, diode u baznoj tački su povezane svojim anodama. Mislim da će nakon eksperimentiranja s multimetrom biti jasnije.

Princip rada bipolarnog tranzistora

Sada ćemo pokušati shvatiti kako radi tranzistor. Neću ulaziti u detalje unutrašnje strukture tranzistora jer će ove informacije samo zbuniti. Bolje pogledajte ovaj crtež.

Ova slika najbolje objašnjava princip rada tranzistora. Na ovoj slici, osoba kontrolira struju kolektora pomoću reostata. On gleda na osnovnu struju; ako se bazna struja povećava, tada osoba također povećava struju kolektora, uzimajući u obzir pojačanje tranzistora h21E. Ako bazna struja padne, tada će se smanjiti i struja kolektora - osoba će to ispraviti pomoću reostata.

Ova analogija nema nikakve veze sa stvarnim radom tranzistora, ali olakšava razumijevanje principa njegovog rada.

Za tranzistore se mogu zabilježiti pravila kako bi se stvari lakše razumile. (Ova pravila su preuzeta iz knjige).

1. Kolektor ima pozitivniji potencijal od emitera
2. Kao što sam već rekao, krugovi baza-kolektor i baza-emiter rade kao diode
3. Svaki tranzistor karakteriziraju granične vrijednosti kao što su struja kolektora, struja baze i napon kolektor-emiter.
4. Ako se poštuju pravila 1-3, tada je struja kolektora Ik direktno proporcionalna struji baze Ib. Ovaj odnos se može napisati kao formula.

Iz ove formule možemo izraziti glavno svojstvo tranzistora - mala bazna struja kontrolira veliku struju kolektora.

Trenutni dobitak.

Takođe se označava kao

Na osnovu navedenog, tranzistor može raditi u četiri načina:

1. Tranzistor cut-off mod— u ovom načinu rada spoj baza-emiter je zatvoren, to se može dogoditi kada je napon baza-emiter nedovoljan. Kao rezultat toga, nema bazne struje, pa stoga neće biti ni struje kolektora.
2. Tranzistor aktivan mod- ovo je normalan način rada tranzistora. U ovom načinu rada, napon baza-emiter je dovoljan da izazove otvaranje spoja baza-emiter. Struja baze je dovoljna i struja kolektora je također dostupna. Struja kolektora jednaka je baznoj struji pomnoženoj sa pojačanjem.
3. Način zasićenja tranzistora - Tranzistor prelazi u ovaj način rada kada struja baze postane tolika da snaga izvora energije jednostavno nije dovoljna za dalje povećanje struje kolektora. U ovom načinu rada, struja kolektora se ne može povećati nakon povećanja struje baze.
4. Inverzni tranzistorski način rada— ovaj način rada se koristi izuzetno rijetko. U ovom načinu rada, kolektor i emiter tranzistora se zamjenjuju. Kao rezultat takvih manipulacija, pojačanje tranzistora uvelike pati. Tranzistor nije prvobitno dizajniran da radi u tako posebnom režimu.

Da biste razumjeli kako tranzistor radi, morate pogledati konkretne primjere kola, pa pogledajmo neke od njih.

Tranzistor u prekidačkom režimu

Tranzistor u prekidačkom režimu je jedan od slučajeva tranzistorskih kola sa zajedničkim emiterom. Tranzistorsko kolo u komutacijskom načinu se koristi vrlo često. Ovaj tranzistorski krug se koristi, na primjer, kada je potrebno kontrolirati snažno opterećenje pomoću mikrokontrolera. Noga kontrolera nije sposobna povući snažno opterećenje, ali tranzistor može. Ispostavilo se da kontroler kontrolira tranzistor, a tranzistor kontrolira snažno opterećenje. Pa, prvo prvo.

Glavna ideja ovog načina rada je da struja baze kontrolira struju kolektora. Štaviše, struja kolektora je mnogo veća od struje baze. Ovdje možete vidjeti golim okom da je trenutni signal pojačan. Ovo pojačanje se izvodi pomoću energije izvora energije.

Na slici je prikazan dijagram rada tranzistora u prekidačkom režimu.

Za tranzistorska kola naponi ne igraju veliku ulogu, bitne su samo struje. Stoga, ako je omjer struje kolektora i struje baze manji od pojačanja tranzistora, onda je sve u redu.

U ovom slučaju, čak i ako imamo napon od 5 volti primijenjen na bazu i 500 volti u krugu kolektora, onda se ništa loše neće dogoditi, tranzistor će poslušno prebaciti visokonaponsko opterećenje.

Glavna stvar je da ovi naponi ne prelaze granične vrijednosti za određeni tranzistor (postavljene u karakteristikama tranzistora).

Koliko znamo, trenutna vrijednost je karakteristika opterećenja.

Ne znamo otpor sijalice, ali znamo da je radna struja sijalice 100 mA. Da bi se tranzistor otvorio i dozvolio takvoj struji da teče, potrebno je odabrati odgovarajuću baznu struju. Struju baze možemo podesiti promjenom vrijednosti baznog otpornika.

Pošto je minimalna vrijednost pojačanja tranzistora 10, onda da bi se tranzistor otvorio, struja baze mora postati 10 mA.

Poznata je struja koja nam je potrebna. Napon na baznom otporniku će biti Ova vrijednost napona na otporniku je zbog činjenice da 0,6V-0,7V pada na spoju baza-emiter i to ne smijemo zaboraviti uzeti u obzir.

Kao rezultat toga, lako možemo pronaći otpor otpornika

Ostaje samo da odaberete određenu vrijednost od većeg broja otpornika i gotovo je.

Sada vjerovatno mislite da će tranzistorski prekidač raditi kako treba? Da kad se bazni otpornik spoji na +5 V sijalica svijetli, kad se ugasi sijalica se gasi? Odgovor može biti da, ali ne mora.

Stvar je u tome što ovdje postoji mala nijansa.

Sijalica će se ugasiti kada je potencijal otpornika jednak potencijalu zemlje. Ako se otpornik jednostavno odvoji od izvora napona, onda sve nije tako jednostavno. Napon na baznom otporniku može nekim čudom nastati kao rezultat smetnji ili nekih drugih vanzemaljskih zlih duhova :)

Da biste spriječili ovaj efekat, učinite sljedeće. Drugi otpornik Rbe je povezan između baze i emitera. Ovaj otpornik je odabran s vrijednošću najmanje 10 puta većom od osnovnog otpornika Rb (u našem slučaju uzeli smo otpornik od 4,3 kOhm).

Kada je baza spojena na bilo koji napon, tranzistor radi kako treba, otpornik Rbe ga ne ometa. Ovaj otpornik troši samo mali dio struje baze.

U slučaju kada na bazu nije doveden napon, baza se povlači do potencijala zemlje, što nas spašava od svih vrsta smetnji.

Dakle, u principu smo shvatili rad tranzistora u ključnom modu, a kao što vidite, ključni način rada je svojevrsno naponsko pojačanje signala. Na kraju krajeva, kontrolirali smo napon od 12 V koristeći niski napon od 5 V.

Emitter follower

Emiterski sljedbenik je poseban slučaj tranzistorskih kola sa zajedničkim kolektorom.

Posebnost kola sa zajedničkim kolektorom od kola sa zajedničkim emiterom (opcija s tranzistorskim prekidačem) je da ovaj krug ne pojačava naponski signal. Ono što je ušlo kroz bazu izašlo je kroz emiter, sa istim naponom.

Zaista, recimo da smo primijenili 10 volti na bazu, dok znamo da na spoju baza-emiter pada negdje oko 0,6-0,7V. Ispada da će na izlazu (na emiteru, na opterećenju Rn) postojati osnovni napon od minus 0,6V.

Ispalo je 9,4V, jednom riječju, skoro onoliko koliko je ulazilo i izlazilo. Uvjerili smo se da nam ovaj krug neće povećati napon.

"Koja je onda svrha ovakvog uključivanja tranzistora?", pitate. Ali ispostavilo se da ova šema ima još jedno vrlo važno svojstvo. Krug za povezivanje tranzistora sa zajedničkim kolektorom pojačava signal u smislu snage. Snaga je proizvod struje i napona, ali pošto se napon ne mijenja, snaga se povećava samo zbog struje! Struja opterećenja je zbir struje baze plus struja kolektora. Ali ako uporedite struju baze i struju kolektora, struja baze je vrlo mala u poređenju sa strujom kolektora. Ispada da je struja opterećenja jednaka struji kolektora. A rezultat je ova formula.

Sada mislim da je jasno šta je suština emiterskog sljedbenog kola, ali to nije sve.

Emiterski pratilac ima još jednu vrlo vrijednu kvalitetu - visoku ulaznu impedanciju. To znači da ovaj tranzistorski krug ne troši gotovo nikakvu ulaznu struju i ne stvara opterećenje na krugu izvora signala.

Za razumijevanje principa rada tranzistora, ova dva tranzistorska kruga bit će sasvim dovoljna. A ako eksperimentišete sa lemilom u rukama, epifanija vas jednostavno neće naterati da čekate, jer teorija je teorija, a praksa i lično iskustvo su stotine puta vredniji!

Gdje mogu kupiti tranzistore?

Kao i sve ostale radio komponente, tranzistori se mogu kupiti u bilo kojoj obližnjoj radnji radio dijelova. Ako živite negdje na periferiji i niste čuli za takve trgovine (kao što sam ja prije), onda ostaje posljednja opcija - naručite tranzistore iz online trgovine. I sam često naručujem radio komponente preko internetskih trgovina, jer nešto jednostavno nije dostupno u običnoj offline trgovini.

Međutim, ako sastavljate uređaj isključivo za sebe, onda ne možete brinuti o tome, već ga izvući iz starog i, da tako kažem, udahnuti novi život staroj radio komponenti.

Pa prijatelji, to je sve za mene. Rekao sam ti sve što sam danas planirao. Ako imate pitanja, onda ih postavite u komentarima, ako nemate pitanja, onda napišite komentare svejedno, vaše mišljenje mi je uvijek važno. Inače, ne zaboravite da će svako ko prvi put ostavi komentar dobiti poklon.

Također, obavezno se pretplatite na nove članke, jer vas dalje očekuje puno zanimljivih i korisnih stvari.

Želim vam puno sreće, uspjeha i sunčanog raspoloženja!

Od n/a Vladimir Vasiliev

P.S. Prijatelji, obavezno se pretplatite na ažuriranja! Pretplatom ćete primati nove materijale direktno na svoju e-poštu! I usput, svi koji se prijave dobiće koristan poklon!

Tranzistor

Tranzistor je poluvodički uređaj koji vam omogućava da kontrolirate jači signal koristeći slab signal. Zbog ovog svojstva često govore o sposobnosti tranzistora da pojača signal. Iako u stvari, ne poboljšava ništa, već vam jednostavno omogućava da uključite i isključite veliku struju s mnogo slabijim strujama. Tranzistori su vrlo česti u elektronici, jer izlaz bilo kojeg kontrolera rijetko može proizvesti struju veću od 40 mA, pa se čak 2-3 LED diode male snage ne mogu napajati direktno iz mikrokontrolera. Tu u pomoć priskaču tranzistori. U članku se razmatraju glavne vrste tranzistora, razlike između P-N-P i N-P-N bipolarnih tranzistora, P-kanalnih i N-kanalnih tranzistora s efektom polja, raspravlja se o glavnim suptilnostima povezivanja tranzistora i otkriva njihov opseg primjene.

Nemojte brkati tranzistor sa relejem. Relej je jednostavan prekidač. Suština njegovog rada je zatvaranje i otvaranje metalnih kontakata. Tranzistor je složeniji i njegov rad se zasniva na tranziciji elektron-rupa. Ako ste zainteresirani da saznate više o tome, možete pogledati odličan video koji opisuje rad tranzistora od jednostavnog do složenog. Neka vas ne zbuni godina snimanja videa - zakoni fizike se od tada nisu promijenili, a noviji video koji tako dobro predstavlja materijal nije se mogao pronaći:

Vrste tranzistora

Bipolarni tranzistor

Bipolarni tranzistor je dizajniran za kontrolu slabih opterećenja (na primjer, motori male snage i servo). Uvijek ima tri izlaza:

Kolektor - napaja se visoki napon kojim upravlja tranzistor

• Baza - struja se dovodi ili isključuje za otvaranje ili zatvaranje tranzistora

Emiter (engleski: emitter) - “izlazni” izlaz tranzistora. Kroz njega teče struja od kolektora i baze.

Bipolarni tranzistor se kontrolira strujom. Što je više struje dovedeno do baze, to će više struje teći od kolektora do emitera. Odnos struje koja prolazi od emitera do kolektora i struje na bazi tranzistora naziva se pojačanje. Označeno kao hfe (u engleskoj literaturi to se zove dobit).

Na primjer, ako hfe= 150, a 0,2 mA prolazi kroz bazu, tada će tranzistor proći maksimalno 30 mA kroz sebe. Ako je spojena komponenta koja troši 25 mA (kao što je LED), 25 mA će joj biti osigurano. Ako je spojena komponenta koja troši 150 mA, ona će imati samo maksimalno 30 mA. U dokumentaciji za kontakt naznačene su maksimalno dozvoljene vrijednosti struja i napona baza-> emiter I kolekcionar -> emiter . Prekoračenje ovih vrijednosti dovodi do pregrijavanja i kvara tranzistora.

smiješne slike:

NPN i PNP bipolarni tranzistori

Postoje 2 vrste polarnih tranzistora: NPN I PNP. Razlikuju se po izmjeni slojeva. N (od negativnog) je sloj sa viškom nosilaca negativnog naboja (elektrona), P (od pozitivnog) je sloj sa viškom nosilaca pozitivnog naboja (rupa). Više informacija o elektronima i rupama opisano je u videu iznad.

Ponašanje tranzistora ovisi o izmjeni slojeva. Animacija iznad pokazuje NPN tranzistor. IN PNP Upravljanje tranzistorom je obrnuto - struja teče kroz tranzistor kada je baza uzemljena i blokirana je kada struja prolazi kroz bazu. Kao što je prikazano na dijagramu PNP I NPN razlikuju se u smjeru strelice. Strelica uvijek pokazuje na prijelaz iz N To P:

Oznaka NPN (lijevo) i PNP (desno) tranzistora na dijagramu

NPN tranzistori su češći u elektronici jer su efikasniji.

Tranzistor sa efektom polja

Tranzistori sa efektom polja razlikuju se od bipolarnih tranzistora po svojoj unutrašnjoj strukturi. MOS tranzistori su najčešći u amaterskoj elektronici. MOS je akronim za metal-oksid-provodnik. Isto na engleskom: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, skraćeno MOSFET. MOS tranzistori vam omogućavaju da kontrolišete velike snage sa relativno malim veličinama samog tranzistora. Tranzistorom upravlja napon, a ne struja. Budući da je tranzistor kontroliran električnom energijom polje, tranzistor je dobio ime - polje urlaj.

Tranzistori sa efektom polja imaju najmanje 3 terminala:

Odvod - na njega se primjenjuje visoki napon koji želite kontrolirati

Gate - napon se primjenjuje na njega za kontrolu tranzistora

Izvor - struja teče kroz njega iz drena kada je tranzistor "otvoren"

Trebalo bi da postoji animacija sa tranzistorom sa efektom polja, ali se neće ni po čemu razlikovati od bipolarnog tranzistora osim po šematskom prikazu samih tranzistora, tako da neće biti animacije.

N kanalni i P kanalni tranzistori sa efektom polja

Tranzistori sa efektom polja se također dijele na 2 tipa ovisno o uređaju i ponašanju. N kanal(N kanal) se otvara kada se napon dovede na kapiju i zatvara. kada nema napona. P kanal(P kanal) radi obrnuto: dok na gejtu nema napona, struja teče kroz tranzistor. Kada se napon dovede na kapiju, struja prestaje. Na dijagramu su tranzistori sa efektom polja prikazani malo drugačije:

Po analogiji s bipolarnim tranzistorima, tranzistori polja razlikuju se po polaritetu. N-kanalni tranzistor je opisan gore. Oni su najčešći.

P-kanal kada je određen razlikuje se u smjeru strelice i opet ima "obrnuto" ponašanje.

Postoji zabluda da tranzistor sa efektom polja može kontrolirati naizmjeničnu struju. Ovo je pogrešno. Za kontrolu naizmjenične struje koristite relej.

Darlington tranzistor

Nije sasvim ispravno klasificirati Darlington tranzistor kao zasebnu vrstu tranzistora. Međutim, nemoguće ih je ne spomenuti u ovom članku. Darlington tranzistor se najčešće nalazi u obliku mikrokola koji uključuje nekoliko tranzistora. Na primjer, ULN2003. Darlington tranzistor karakterizira sposobnost brzog otvaranja i zatvaranja (i stoga vam omogućava rad s njim) i istovremeno izdržavanje velike struje. To je vrsta složenog tranzistora i predstavlja kaskadni spoj dva ili, ređe, više tranzistora povezanih na način da je opterećenje u emiteru prethodnog stepena baza-emiterski spoj tranzistora sledeće faze, tj. je, tranzistori su povezani kolektorima, a emiter ulaznog tranzistora je spojen na bazni dan. Osim toga, otporno opterećenje emitera prethodnog tranzistora može se koristiti kao dio kola za ubrzavanje zatvaranja. Takva veza u cjelini smatra se jednim tranzistorom, čiji je strujni dobitak, kada tranzistori rade u aktivnom načinu rada, približno jednak proizvodu dobitaka svih tranzistora.

Tranzistorska veza

Nije tajna da Arduino ploča može isporučiti napon od 5 V na izlaz sa maksimalnom strujom do 40 mA. Ova struja nije dovoljna za povezivanje snažnog opterećenja. Na primjer, ako pokušate spojiti LED traku ili motor direktno na izlaz, garantirano ćete oštetiti Arduino izlaz. Moguće je da će cijela ploča otkazati. Osim toga, neke povezane komponente mogu zahtijevati više od 5V za rad. Tranzistor rješava oba ova problema. Pomoći će, koristeći malu struju iz Arduino pina, za kontrolu moćne struje iz zasebnog izvora napajanja, ili korištenjem napona od 5 V za kontrolu većeg napona (čak i najslabiji tranzistori rijetko imaju maksimalni napon ispod 50 V) . Kao primjer, razmislite o povezivanju motora:

Na dijagramu iznad, motor je povezan na poseban izvor napajanja. Između kontakta motora i napajanja za motor, postavili smo tranzistor koji će se kontrolirati pomoću bilo kojeg Arduino digitalnog pina. Kada primijenimo VISOK signal na izlaz kontrolera sa izlaza kontrolera, uzimat ćemo vrlo malu struju da otvorimo tranzistor, a velika struja će teći kroz tranzistor i neće oštetiti kontroler. Obratite pažnju na otpornik instaliran između Arduino pina i baze tranzistora. Potrebno je ograničiti struju koja teče duž putanje mikrokontroler - tranzistor - zemlja i spriječiti kratke spojeve. Kao što je ranije spomenuto, maksimalna struja koja se može izvući iz Arduino pina je 40 mA. Stoga će nam trebati otpornik od najmanje 125 Ohm (5V/0.04A=125 Ohm). Možete bezbedno koristiti otpornik od 220 Ohma. Zapravo, otpornik treba odabrati uzimajući u obzir struju koja se mora dovesti do baze da bi se dobila potrebna struja kroz tranzistor. Da biste odabrali ispravan otpornik, morate uzeti u obzir faktor pojačanja ( hfe).

BITAN!! Ako povežete snažno opterećenje iz zasebnog izvora napajanja, tada morate fizički spojiti uzemljenje („minus“) napajanja opterećenja i uzemljenje („GND“ pin) Arduina. U suprotnom, nećete moći kontrolirati tranzistor.

Kada koristite tranzistor sa efektom polja, otpornik za ograničavanje struje na kapiji nije potreban. Tranzistor se kontrolira isključivo naponom i struja ne teče kroz kapiju.