De nødvendige forklaringer er givet, lad os komme til sagen.

Transistorer. Definition og historie

Transistor- en elektronisk halvlederanordning, hvor strømmen i et kredsløb med to elektroder styres af en tredje elektrode. (transistors.ru)

Felteffekttransistorer var de første, der blev opfundet (1928), og bipolære transistorer dukkede op i 1947 på Bell Labs. Og det var uden overdrivelse en revolution inden for elektronik.

Meget hurtigt erstattede transistorer vakuumrør i forskellige elektroniske enheder. I denne henseende er pålideligheden af ​​sådanne enheder steget, og deres størrelse er faldet betydeligt. Og den dag i dag, uanset hvor "sofistikeret" mikrokredsløbet er, indeholder det stadig mange transistorer (såvel som dioder, kondensatorer, modstande osv.). Kun meget små.

Forresten var "transistorer" oprindeligt modstande, hvis modstand kunne ændres ved hjælp af mængden af ​​påført spænding. Hvis vi ignorerer processernes fysik, så kan en moderne transistor også repræsenteres som en modstand, der afhænger af det signal, der leveres til den.

Hvad er forskellen mellem felteffekt og bipolære transistorer? Svaret ligger i selve deres navne. I en bipolær transistor involverer ladningsoverførsel Og elektroner, Og huller ("encore" - to gange). Og i marken (aka unipolar) - eller elektroner, eller huller.

Disse typer transistorer adskiller sig også i anvendelsesområder. Bipolære dem bruges hovedsageligt i analog teknologi, og felt dem - i digital teknologi.

Og endelig: hovedanvendelsesområde for enhver transistor- forstærkning af et svagt signal på grund af en ekstra strømkilde.

Bipolær transistor. Funktionsprincip. Hovedkarakteristika

En bipolær transistor består af tre områder: emitter, base og kollektor, som hver forsynes med spænding. Afhængigt af typen af ​​ledningsevne af disse områder skelnes n-p-n og p-n-p transistorer. Typisk er solfangerområdet bredere end emitterområdet. Basen er lavet af en let doteret halvleder (hvorfor den har høj modstand) og er lavet meget tynd. Da emitter-base-kontaktområdet er væsentligt mindre end base-kollektor-kontaktareal, er det umuligt at ombytte emitter og solfanger ved at ændre tilslutningens polaritet. Transistoren er således en asymmetrisk enhed.

Før vi overvejer fysikken i, hvordan en transistor fungerer, lad os skitsere det generelle problem.


Det er som følger: en stærk strøm løber mellem emitteren og kollektoren ( samlerstrøm), og mellem emitteren og basen er der en svag styrestrøm ( basisstrøm). Kollektorstrømmen vil ændre sig afhængigt af ændringen i basisstrømmen. Hvorfor?
Lad os overveje transistorens p-n-kryds. Der er to af dem: emitter-base (EB) og base-collector (BC). I transistorens aktive driftstilstand er den første af dem forbundet med fremadgående bias, og den anden med omvendt bias. Hvad sker der ved p-n krydsene? For større sikkerhed vil vi overveje en n-p-n transistor. For p-n-p er alt ens, kun ordet "elektroner" skal erstattes med "huller".

Da EB-forbindelsen er åben, "løber elektroner let henover" til basen. Der rekombinerer de delvist med huller, men O De fleste af dem formår på grund af basens lille tykkelse og dens lave doping at nå base-collector-overgangen. Hvilket, som vi husker, er omvendt forudindtaget. Og da elektroner i basen er minoritetsladningsbærere, hjælper det elektriske felt i overgangen dem med at overvinde det. Kollektorstrømmen er således kun lidt mindre end emitterstrømmen. Pas nu på dine hænder. Hvis du øger basisstrømmen, vil EB-forbindelsen åbne sig stærkere, og flere elektroner vil kunne glide mellem emitter og kollektor. Og da kollektorstrømmen i starten er større end basisstrømmen, vil denne ændring være meget, meget mærkbar. Dermed, det svage signal, der modtages ved basen, vil blive forstærket. Endnu en gang er en stor ændring i kollektorstrøm en proportional afspejling af en lille ændring i basisstrøm.

Jeg kan huske, at princippet om drift af en bipolær transistor blev forklaret for min klassekammerat ved at bruge eksemplet med en vandhane. Vandet i den er kollektorstrømmen, og basiskontrolstrømmen er, hvor meget vi drejer knappen. En lille kraft (kontrolhandling) er nok til at øge strømmen af ​​vand fra hanen.

Ud over de betragtede processer kan en række andre fænomener forekomme ved transistorens p-n-kryds. For eksempel, med en kraftig stigning i spændingen ved base-kollektorforbindelsen, kan lavineladningsmultiplicering begynde på grund af stødionisering. Og kombineret med tunneleffekten vil dette først give et elektrisk nedbrud, og derefter (med stigende strøm) et termisk nedbrud. Imidlertid kan termisk nedbrud i en transistor forekomme uden elektrisk nedbrud (dvs. uden at øge kollektorspændingen til nedbrudsspænding). En for høj strøm gennem solfangeren vil være nok til dette.

Et andet fænomen skyldes det faktum, at når spændingerne på kollektor- og emitterforbindelserne ændres, ændres deres tykkelse. Og hvis basen er for tynd, kan der opstå en lukkeeffekt (den såkaldte "punktur" af basen) - en forbindelse mellem kollektorforbindelsen og emitterforbindelsen. I dette tilfælde forsvinder basisområdet, og transistoren holder op med at fungere normalt.

Transistorens kollektorstrøm i transistorens normale aktive driftstilstand er større end basisstrømmen et vist antal gange. Dette nummer kaldes nuværende gevinst og er en af ​​transistorens hovedparametre. Det er udpeget h21. Hvis transistoren tændes uden belastning på kollektoren, vil forholdet mellem kollektorstrømmen og basisstrømmen ved en konstant kollektor-emitterspænding give statisk strømforstærkning. Det kan være lig med titusinder eller hundredvis af enheder, men det er værd at overveje det faktum, at denne koefficient i rigtige kredsløb er mindre på grund af det faktum, at når belastningen tændes, falder kollektorstrømmen naturligt.

Den anden vigtige parameter er transistor input modstand. Ifølge Ohms lov er det forholdet mellem spændingen mellem basen og emitteren og basens styrestrøm. Jo større den er, jo lavere er basisstrømmen og jo højere forstærkning.

Den tredje parameter for en bipolær transistor er spændingsforstærkning. Det er lig med forholdet mellem amplituden eller effektive værdier for output (emitter-kollektor) og input (base-emitter) vekselspændinger. Da den første værdi normalt er meget stor (enheder og titusinder af volt), og den anden er meget lille (tiendedele af volt), kan denne koefficient nå titusindvis af enheder. Det er værd at bemærke, at hvert basisstyresignal har sin egen spændingsforstærkning.

Det har transistorer også frekvensrespons, som karakteriserer transistorens evne til at forstærke et signal, hvis frekvens nærmer sig cut-off forstærkningsfrekvensen. Faktum er, at når frekvensen af ​​inputsignalet stiger, falder forstærkningen. Dette skyldes det faktum, at tidspunktet for forekomsten af ​​de vigtigste fysiske processer (tidspunktet for bevægelse af bærere fra emitteren til opsamleren, opladningen og afladningen af ​​kapacitive barriereforbindelser) kommer i forhold til perioden for ændring af inputsignalet . De der. transistoren har simpelthen ikke tid til at reagere på ændringer i indgangssignalet og stopper på et tidspunkt simpelthen med at forstærke det. Den frekvens, hvormed dette sker, kaldes grænse.

Parametrene for den bipolære transistor er også:

• omvendt strømkollektor-emitter
• en gang
• omvendt kollektorstrøm
• maksimalt tilladt strøm

Symbolerne for n-p-n og p-n-p transistorer adskiller sig kun i retningen af ​​pilen, der angiver emitteren. Det viser, hvordan strømmen løber i en given transistor.

Driftstilstande for en bipolær transistor

Muligheden diskuteret ovenfor repræsenterer den normale aktive driftstilstand for transistoren. Der er dog flere kombinationer af åbne/lukkede p-n-kryds, som hver repræsenterer en separat driftsform for transistoren.

1. Omvendt aktiv tilstand. Her er BC-overgangen åben, men tværtimod er EB lukket. Forstærkningsegenskaberne i denne tilstand er selvfølgelig værre end nogensinde, så transistorer bruges meget sjældent i denne tilstand.
2. Mætningstilstand. Begge kryds er åbne. Følgelig "løber" de vigtigste ladningsbærere af opsamleren og emitteren til basen, hvor de aktivt rekombinerer med dens hovedbærere. På grund af det resulterende overskud af ladningsbærere falder modstanden af ​​base- og p-n-forbindelserne. Derfor kan et kredsløb, der indeholder en transistor i mætningstilstand, betragtes som kortsluttet, og selve dette radioelement kan repræsenteres som et ækvipotentialpunkt.
3. Afskæringstilstand. Begge transistorens overgange er lukkede, dvs. strømmen af ​​hovedladningsbærerne mellem emitter og solfanger stopper. Strømme af minoritetsladningsbærere skaber kun små og ukontrollerbare termiske overgangsstrømme. På grund af basens fattigdom og overgange med ladningsbærere øges deres modstand meget. Derfor antages det ofte, at en transistor, der arbejder i cutoff-tilstand, repræsenterer et åbent kredsløb.
4. Barrieretilstand I denne tilstand er basen direkte eller gennem en lav modstand forbundet til solfangeren. En modstand er også inkluderet i kollektor- eller emitterkredsløbet, som indstiller strømmen gennem transistoren. Dette skaber det, der svarer til et diodekredsløb med en modstand i serie. Denne tilstand er meget nyttig, da den tillader kredsløbet at fungere ved næsten enhver frekvens, over et bredt temperaturområde og er krævende for transistorernes parametre.

Omskifterkredsløb for bipolære transistorer

Da transistoren har tre kontakter, skal den generelt tilføres strøm fra to kilder, som tilsammen producerer fire udgange. Derfor skal en af ​​transistorkontakterne forsynes med en spænding med samme fortegn fra begge kilder. Og afhængigt af hvilken slags kontakt det er, er der tre kredsløb til tilslutning af bipolære transistorer: med en fælles emitter (CE), en fælles kollektor (OC) og en fælles base (CB). Hver af dem har både fordele og ulemper. Valget mellem dem træffes alt efter hvilke parametre der er vigtige for os, og hvilke der kan ofres.

Tilslutningskredsløb med fælles emitter

Dette kredsløb giver den største gevinst i spænding og strøm (og dermed i effekt - op til titusindvis af enheder), og er derfor den mest almindelige. Her tændes emitter-base-forbindelsen direkte, og base-kollektor-forbindelsen tændes omvendt. Og da både basen og solfangeren forsynes med spænding af samme fortegn, kan kredsløbet forsynes fra én kilde. I dette kredsløb ændres fasen af ​​udgangs-AC-spændingen i forhold til fasen af ​​input-AC-spændingen med 180 grader.

Men udover alt det gode har OE-ordningen også en væsentlig ulempe. Det ligger i det faktum, at en stigning i frekvens og temperatur fører til en betydelig forringelse af transistorens forstærkningsegenskaber. Så hvis transistoren skal fungere ved høje frekvenser, er det bedre at bruge et andet skiftekredsløb. For eksempel med en fælles base.

Tilslutningsdiagram med fælles base

Dette kredsløb giver ikke signifikant signalforstærkning, men er godt ved høje frekvenser, da det tillader mere fuld udnyttelse af transistorens frekvensgang. Hvis den samme transistor først er forbundet i henhold til et kredsløb med en fælles emitter og derefter med en fælles base, vil der i det andet tilfælde være en betydelig stigning i dens afskæringsfrekvens for forstærkning. Da indgangsimpedansen ved en sådan forbindelse er lav og udgangsimpedansen ikke er særlig høj, anvendes transistorkaskader samlet efter OB-kredsløbet i antenneforstærkere, hvor kablernes karakteristiske impedans normalt ikke overstiger 100 Ohm.

I et common-base-kredsløb inverteres signalfasen ikke, og støjniveauet ved høje frekvenser reduceres. Men som allerede nævnt er dens nuværende gevinst altid lidt mindre end enhed. Sandt nok er spændingsforstærkningen her den samme som i et kredsløb med en fælles emitter. Ulemperne ved et fælles basiskredsløb inkluderer også behovet for at bruge to strømforsyninger.

Tilslutningsdiagram med fælles solfanger

Det særlige ved dette kredsløb er, at indgangsspændingen sendes fuldstændigt tilbage til indgangen, dvs. den negative feedback er meget stærk.

Lad mig minde dig om, at negativ feedback er en sådan feedback, hvor udgangssignalet føres tilbage til inputtet, hvorved niveauet af inputsignalet reduceres. Der sker således automatisk justering, når inputsignalets parametre ved et uheld ændres

Strømforstærkningen er næsten den samme som i det fælles emitterkredsløb. Men spændingsforstærkningen er lille (den største ulempe ved dette kredsløb). Det nærmer sig enhed, men er altid mindre end det. Således er effektforstærkningen kun lig med nogle få tiere enheder.

I et fælles kollektorkredsløb er der ingen faseforskydning mellem indgangs- og udgangsspændingen. Da spændingsforstærkningen er tæt på enhed, svarer udgangsspændingen til indgangsspændingen i fase og amplitude, dvs. gentager den. Det er derfor et sådant kredsløb kaldes en emitterfølger. Emitter - fordi udgangsspændingen fjernes fra emitteren i forhold til den fælles ledning.

Denne forbindelse bruges til at matche transistortrin, eller når indgangssignalkilden har en høj indgangsimpedans (for eksempel en piezoelektrisk pickup eller en kondensatormikrofon).

To ord om kaskader

Det sker, at du skal øge udgangseffekten (dvs. øge kollektorstrømmen). I dette tilfælde anvendes parallelforbindelse af det nødvendige antal transistorer.

Naturligvis skal de have omtrent samme egenskaber. Men det skal huskes, at den maksimale samlede kollektorstrøm ikke bør overstige 1,6-1,7 af den maksimale kollektorstrøm for nogen af ​​kaskadetransistorerne.
Men (tak til Wrewolf for notatet), anbefales dette ikke i tilfælde af bipolære transistorer. Fordi to transistorer, selv af samme type, er i det mindste lidt forskellige fra hinanden. Følgelig vil strømme af forskellig størrelse strømme gennem dem, når de er forbundet parallelt. For at udligne disse strømme er der installeret balancerede modstande i transistorernes emitterkredsløb. Værdien af ​​deres modstand beregnes således, at spændingsfaldet over dem i driftsstrømområdet er mindst 0,7 V. Det er klart, at dette fører til en betydelig forringelse af kredsløbets effektivitet.

Der kan også være behov for en transistor med god følsomhed og samtidig god gain. I sådanne tilfælde bruges en kaskade af en følsom, men laveffekttransistor (VT1 i figuren), som styrer strømforsyningen til en mere kraftfuld fyr (VT2 i figuren).

Andre anvendelser af bipolære transistorer

Transistorer kan ikke kun bruges i signalforstærkningskredsløb. For eksempel, på grund af det faktum, at de kan fungere i mætning og cutoff-tilstande, bruges de som elektroniske nøgler. Det er også muligt at anvende transistorer i signalgeneratorkredsløb. Hvis de fungerer i nøgletilstanden, vil der blive genereret et rektangulært signal, og hvis de er i forstærkningstilstanden, så et signal med vilkårlig form, afhængigt af kontrolhandlingen.

Mærkning

Da artiklen allerede er vokset til et uanstændigt stort volumen, vil jeg på dette tidspunkt blot give to gode links, som i detaljer beskriver de vigtigste mærkningssystemer for halvlederenheder (inklusive transistorer): http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all .html- og .xls-fil (35 kb).

Nyttige kommentarer:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Tags: Tilføj tags

Bipolær transistor.

Bipolær transistor- en elektronisk halvlederanordning, en af ​​de typer transistorer, designet til at forstærke, generere og konvertere elektriske signaler. Transistoren kaldes bipolar, da to typer ladebærere samtidig deltager i driften af ​​enheden - elektroner Og huller. Sådan adskiller det sig fra unipolær(felteffekt) transistor, hvori kun én type ladningsbærer er involveret.

Funktionsprincippet for begge typer transistorer ligner driften af ​​en vandhane, der regulerer strømmen af ​​vand, kun en strøm af elektroner passerer gennem transistoren. I bipolære transistorer passerer to strømme gennem enheden - den vigtigste "store" strøm og kontrol "lille" strøm. Hovedstrømmen afhænger af styreeffekten. Med felteffekttransistorer passerer kun én strøm gennem enheden, hvis effekt afhænger af det elektromagnetiske felt. I denne artikel vil vi se nærmere på driften af ​​en bipolær transistor.

Bipolær transistor design.

En bipolær transistor består af tre halvlederlag og to PN-forbindelser. PNP- og NPN-transistorer skelnes afhængigt af typen af ​​alternering hul- og elektronledningsevne. Det er ligesom to diode, forbundet ansigt til ansigt eller omvendt.

En bipolær transistor har tre kontakter (elektroder). Kontakten, der kommer ud af det centrale lag kaldes grundlag. De ekstreme elektroder kaldes samler Og udsender (samler Og udsender). Basislaget er meget tyndt i forhold til solfangeren og emitteren. Ud over dette er halvlederområderne ved transistorens kanter asymmetriske. Halvlederlaget på kollektorsiden er lidt tykkere end på emittersiden. Dette er nødvendigt for at transistoren kan fungere korrekt.

Drift af en bipolær transistor.

Lad os overveje de fysiske processer, der forekommer under driften af ​​en bipolær transistor. Lad os tage NPN-modellen som et eksempel. Funktionsprincippet for en PNP-transistor er ens, kun polariteten af ​​spændingen mellem kollektor og emitter vil være modsat.

Som allerede nævnt i artikel om typer af ledningsevne i halvledere, i et P-type stof er der positivt ladede ioner - huller. N-type stof er mættet med negativt ladede elektroner. I en transistor overstiger koncentrationen af ​​elektroner i N-regionen væsentligt koncentrationen af ​​huller i P-regionen.

Lad os forbinde en spændingskilde mellem solfangeren og emitteren V CE (V CE). Under dens handling vil elektroner fra den øvre N-del begynde at blive tiltrukket af plus og samle sig nær samleren. Strømmen vil dog ikke kunne flyde, fordi spændingskildens elektriske felt ikke når frem til emitteren. Dette forhindres af et tykt lag kollektorhalvleder plus et lag basishalvleder.

Lad os nu forbinde spændingen mellem base og emitter V BE, men væsentligt lavere end V CE (for siliciumtransistorer er den mindst nødvendige VBE 0,6V). Da laget P er meget tyndt, plus en spændingskilde forbundet til basen, vil det være i stand til at "nå" med sit elektriske felt til N-området af emitteren. Under dens indflydelse vil elektroner blive rettet mod basen. Nogle af dem vil begynde at fylde hullerne der er placeret (rekombinere). Den anden del vil ikke finde et frit hul, fordi koncentrationen af ​​huller i basen er meget lavere end koncentrationen af ​​elektroner i emitteren.

Som et resultat er det centrale lag af basen beriget med frie elektroner. De fleste af dem vil gå mod opsamleren, da spændingen er meget højere der. Dette lettes også af den meget lille tykkelse af det centrale lag. En del af elektronerne, selvom de er meget mindre, vil stadig strømme mod plussiden af ​​basen.

Som et resultat får vi to strømme: en lille - fra basen til emitteren I BE, og en stor - fra samleren til emitteren I CE.

Hvis du øger spændingen ved basen, så vil der ophobes endnu flere elektroner i P-laget. Som et resultat vil basisstrømmen stige lidt, og kollektorstrømmen vil stige betydeligt. Dermed, med en lille ændring i basisstrøm I B , samlerstrømmen I ændrer sig meget MED. Det er, hvad der sker signalforstærkning i en bipolær transistor. Forholdet mellem kollektorstrømmen I C og basisstrømmen I B kaldes strømforstærkningen. Udpeget β , hfe eller h21e, afhængigt af detaljerne i de beregninger, der udføres med transistoren.

Den enkleste bipolære transistorforstærker

Lad os overveje mere detaljeret princippet om signalforstærkning i det elektriske plan ved hjælp af eksemplet på et kredsløb. Lad mig på forhånd tage forbehold for, at denne ordning ikke er helt korrekt. Ingen forbinder en DC-spændingskilde direkte til en AC-kilde. Men i dette tilfælde vil det være lettere og mere klart at forstå selve forstærkningsmekanismen ved hjælp af en bipolær transistor. Også selve beregningsteknikken i eksemplet nedenfor er noget forenklet.

1.Beskrivelse af hovedelementerne i kredsløbet

Så lad os sige, at vi har en transistor med en forstærkning på 200 (β = 200). På solfangersiden vil vi tilslutte en relativt kraftig 20V strømkilde, på grund af hvis energi forstærkning vil ske. Fra bunden af ​​transistoren forbinder vi en svag 2V strømkilde. Vi forbinder til den i serie en vekselspændingskilde i form af en sinusbølge med en oscillationsamplitude på 0,1V. Dette vil være et signal, der skal forstærkes. Modstanden Rb nær basen er nødvendig for at begrænse strømmen, der kommer fra signalkilden, som normalt har lav effekt.

2. Beregning af basisindgangsstrøm Ib

Lad os nu beregne basisstrømmen I b. Da vi har at gøre med vekselspænding, skal vi beregne to strømværdier - ved maksimal spænding (V max) og minimum (V min). Lad os kalde disse aktuelle værdier henholdsvis - I bmax og I bmin.

For at beregne basisstrømmen skal du også kende base-emitterspændingen V BE. Der er én PN-forbindelse mellem basen og emitteren. Det viser sig, at basisstrømmen "møder" halvlederdioden på dens vej. Spændingen, ved hvilken en halvlederdiode begynder at lede, er omkring 0,6V. Lad os ikke gå i detaljer diodens strøm-spændingskarakteristika, og for nemheds skyld vil vi tage en omtrentlig model, ifølge hvilken spændingen på den strømførende diode altid er 0,6V. Det betyder, at spændingen mellem base og emitter er V BE = 0,6V. Og da emitteren er forbundet til jord (VE = 0), er spændingen fra base til jord også 0,6V (V B = 0,6V).

Lad os beregne I bmax og I bmin ved hjælp af Ohms lov:

2. Beregning af udgangsstrømmen af ​​kollektor ic

Nu ved at kende forstærkningen (β = 200), kan du nemt beregne maksimum- og minimumværdierne for kollektorstrømmen (I cmax og I cmin).

3. Beregning af udgangsspænding Vout

Kollektorstrømmen løber gennem modstanden Rc, som vi allerede har beregnet. Det er tilbage at erstatte værdierne:

4. Analyse af resultater

Som det kan ses af resultaterne, viste V Cmax sig at være mindre end V Cmin. Dette skyldes, at spændingen over modstanden V Rc trækkes fra forsyningsspændingen VCC. Men i de fleste tilfælde betyder dette ikke noget, da vi er interesseret i den variable komponent af signalet - amplituden, som er steget fra 0,1V til 1V. Frekvensen og sinusformen af ​​signalet har ikke ændret sig. Selvfølgelig er V ud / V i forholdet ti gange langt fra den bedste indikator for en forstærker, men den er ganske velegnet til at illustrere forstærkningsprocessen.

Så lad os opsummere princippet om drift af en forstærker baseret på en bipolær transistor. En strøm I b flyder gennem basen og bærer konstante og variable komponenter. En konstant komponent er nødvendig, så PN-forbindelsen mellem basen og emitteren begynder at lede - "åbner". Den variable komponent er i virkeligheden selve signalet (nyttig information). Kollektor-emitterstrømmen inde i transistoren er resultatet af basisstrømmen ganget med forstærkningen β. Til gengæld er spændingen over modstanden Rc over kollektoren resultatet af at gange den forstærkede kollektorstrøm med modstandsværdien.

V out-stiften modtager således et signal med en øget oscillationsamplitude, men med samme form og frekvens. Det er vigtigt at understrege, at transistoren tager energi til forstærkning fra VCC-strømkilden. Hvis forsyningsspændingen er utilstrækkelig, vil transistoren ikke være i stand til at fungere fuldt ud, og udgangssignalet kan blive forvrænget.

Driftstilstande for en bipolær transistor

I overensstemmelse med spændingsniveauerne på transistorens elektroder er der fire driftsformer:

Afskæringstilstand.

Aktiv tilstand.

Mætningstilstand.

Omvendt tilstand.

Afskæringstilstand

Når base-emitter-spændingen er lavere end 0,6V - 0,7V, er PN-forbindelsen mellem basen og emitteren lukket. I denne tilstand har transistoren ingen basisstrøm. Som følge heraf vil der heller ikke være nogen kollektorstrøm, da der ikke er frie elektroner i basen, der er klar til at bevæge sig mod kollektorspændingen. Det viser sig, at transistoren så at sige er låst, og de siger, at den er inde afskæringstilstand.

Aktiv tilstand

I aktiv tilstand Spændingen ved basen er tilstrækkelig til, at PN-forbindelsen mellem basen og emitteren åbner. I denne tilstand har transistoren base- og kollektorstrømme. Kollektorstrømmen er lig med basisstrømmen ganget med forstærkningen. Det vil sige, at den aktive tilstand er den normale driftstilstand for transistoren, som bruges til forstærkning.

Mætningstilstand

Nogle gange kan basisstrømmen være for høj. Som et resultat er forsyningseffekten simpelthen ikke nok til at give en sådan størrelse kollektorstrøm, der ville svare til transistorens forstærkning. I mætningstilstand vil kollektorstrømmen være det maksimale, som strømforsyningen kan levere, og vil ikke afhænge af basisstrømmen. I denne tilstand er transistoren ikke i stand til at forstærke signalet, da kollektorstrømmen ikke reagerer på ændringer i basisstrømmen.

I mætningstilstand er transistorens ledningsevne maksimal, og den er mere egnet til funktionen af ​​en switch (switch) i "on" tilstand. Tilsvarende i afskæringstilstanden er transistorens ledningsevne minimal, og dette svarer til kontakten i slukket tilstand.

Omvendt tilstand

I denne tilstand skifter solfangeren og emitteren roller: kollektor-PN-forbindelsen er forspændt i fremadgående retning, og emitterforbindelsen er forspændt i den modsatte retning. Som et resultat løber der strøm fra basen til opsamleren. Kollektorhalvlederområdet er asymmetrisk i forhold til emitteren, og forstærkningen i invers tilstand er lavere end i normal aktiv tilstand. Transistoren er designet på en sådan måde, at den fungerer så effektivt som muligt i aktiv tilstand. Derfor bruges transistoren praktisk talt ikke i invers tilstand.

Grundlæggende parametre for en bipolær transistor.

Nuværende gevinst– forholdet mellem kollektorstrøm I C og basisstrøm I B. Udpeget β , hfe eller h21e, afhængigt af detaljerne i de beregninger, der udføres med transistorer.

β er en konstant værdi for en transistor og afhænger af enhedens fysiske struktur. En høj forstærkning beregnes i hundredvis af enheder, en lav forstærkning - i tiere. For to separate transistorer af samme type, selvom de var "rørledningsnaboer" under produktionen, kan β være lidt anderledes. Denne egenskab ved en bipolær transistor er måske den vigtigste. Hvis andre parametre for enheden ofte kan forsømmes i beregninger, er den aktuelle forstærkning næsten umulig.

Indgangsimpedans– modstand i transistoren, der "møder" basisstrømmen. Udpeget R i (R input). Jo større det er, jo bedre for enhedens forstærkningsegenskaber, da der på basissiden normalt er en kilde til et svagt signal, som skal forbruge så lidt strøm som muligt. Den ideelle mulighed er, når indgangsimpedansen er uendelig.

R input for en gennemsnitlig bipolær transistor er flere hundrede KΩ (kilo-ohm). Her taber den bipolære transistor meget til felteffekttransistoren, hvor indgangsmodstanden når hundredvis af GΩ (gigaohm).

Output ledningsevne- transistorens ledningsevne mellem kollektor og emitter. Jo større udgangskonduktansen er, jo mere kollektor-emitter-strøm vil kunne passere gennem transistoren med mindre effekt.

Også med en stigning i udgangskonduktivitet (eller et fald i udgangsmodstand) øges den maksimale belastning, som forstærkeren kan modstå med ubetydelige tab i den samlede forstærkning. For eksempel, hvis en transistor med lav udgangskonduktivitet forstærker signalet 100 gange uden en belastning, så når en 1 KΩ belastning er tilsluttet, vil den allerede kun forstærke 50 gange. En transistor med samme forstærkning men højere udgangskonduktans vil have et mindre forstærkningsfald. Den ideelle mulighed er, når udgangskonduktiviteten er uendelig (eller udgangsmodstand R ud = 0 (R ud = 0)).

I denne artikel diskuterede vi en så vigtig transistorparameter som beta-koefficienten (β) . Men der er en anden interessant parameter i transistoren. I sig selv er han ubetydelig, men han kan gøre mange forretninger! Det er som en småsten, der kommer ind i en atlets sneaker: den virker lille, men den forårsager ulejlighed, når den løber. Så hvordan forstyrrer denne "småsten" transistoren? Lad os finde ud af det...

Direkte og omvendt tilslutning af PN-kryds

Som vi husker, består en transistor af tre halvledere. , som vi kalder base-emitter emitter junction, og base-collector overgangen er samlerovergang.

Da vi i dette tilfælde har en NPN-transistor, betyder det, at strømmen vil flyde fra kollektoren til emitteren, forudsat at vi åbner basen ved at påføre en spænding på mere end 0,6 volt til den (nå, så transistoren åbner) .

Lad os hypotetisk tage en tynd, tynd kniv og skære emitteren ud direkte langs PN-krydset. Vi ender med noget som dette:

Hold op! Har vi en diode? Ja, han er den ene! Husk, i artiklen strømspændingskarakteristik (CVC) så vi på diodens CVC:

På højre side af strøm-spændingskarakteristikken ser vi, hvordan grenen af ​​grafen fløj meget skarpt op. I dette tilfælde påførte vi en konstant spænding på dioden som denne, det vil sige, den var direkte tilslutning af dioden.

Dioden førte elektrisk strøm gennem sig selv. Vi udførte endda eksperimenter med direkte og omvendt tilslutning af dioden. Dem, der ikke kan huske, kan læse den.

Men hvis du ændrer polariteten

så vil vores diode ikke passere strøm. Vi er altid blevet undervist på denne måde, og der er noget sandhed i det, men... vores verden er ikke ideel).

Hvordan fungerer et PN-kryds? Vi forestillede os det som en tragt. Så til denne tegning

vores tragt bliver vendt på hovedet mod åen

Vandstrømmens retning er retningen for bevægelse af elektrisk strøm. Tragten er dioden. Men vandet, der kom gennem tragtens smalle hals? Hvad kan vi kalde det? Og det hedder omvendt strøm af PN-kryds (jeg vender tilbage).

Hvad tror du, hvis du øger vandstrømmens hastighed, vil mængden af ​​vand, der passerer gennem tragtens smalle hals, stige? Helt bestemt! Det betyder, at hvis du tilføjer spænding U arr., så vil den omvendte strøm stige jeg arr., hvilket er, hvad vi ser på venstre side af grafen over diodens strømspændingskarakteristik:

Men til hvilken grænse kan vandstrømmens hastighed øges? Hvis den er meget stor, holder vores tragt ikke stand, væggene vil revne, og den vil flyve i stykker, ikke? Derfor kan du for hver diode finde en parameter som f.eks U omdr.max, der overstiger hvad for en diode svarer til død.

For eksempel for diode D226B:

U omdr.max= 500 volt, og den maksimale omvendte puls U arr. imp.max= 600 volt. Men husk, at elektroniske kredsløb er designet, som de siger, "med en margin på 30 %." Og selvom den omvendte spænding på dioden i kredsløbet er 490 volt, så vil en diode, der kan modstå mere end 600 volt, blive installeret i kredsløbet. Det er bedre ikke at lege med kritiske værdier). Puls omvendt spænding er en pludselig stigning i spænding, der kan nå en amplitude på op til 600 volt. Men også her er det bedre at tage med en lille margin.

Så ... hvorfor er jeg alt det her om dioden og om dioden ... Det er som om vi studerer transistorer. Men uanset hvad man kan sige, er en diode en byggesten til at bygge en transistor. Så hvis vi anvender en omvendt spænding til kollektorforbindelsen, vil en omvendt strøm strømme gennem krydset, som i en diode? Nemlig. Og denne parameter i en transistor kaldes . Vi betegner det som I KBO blandt bourgeoisiet - Jeg CBO. Står for "strøm mellem opsamler og base, med emitter åben". Groft sagt klamrer emitterbenet sig ingen steder og hænger i luften.

For at måle kollektorens omvendte strøm er det nok at samle disse enkle kredsløb:

For NPN transistor til PNP transistor

For siliciumtransistorer er den omvendte kollektorstrøm mindre end 1 µA, for germaniumtransistorer: 1-30 µA. Da jeg kun måler fra 10 µA, og jeg ikke har germaniumtransistorer ved hånden, vil jeg ikke være i stand til at udføre dette eksperiment, da enhedens opløsning ikke tillader det.

Vi har stadig ikke besvaret spørgsmålet, hvorfor er samler omvendt strøm så vigtig og er opført i opslagsbøger? Sagen er, at transistoren under drift spreder noget strøm ud i rummet, hvilket betyder, at den opvarmes. Den omvendte kollektorstrøm er meget afhængig af temperaturen og fordobler sin værdi for hver 10 grader Celsius. Nej, men hvad er der galt? Lad det vokse, det ser ikke ud til at genere nogen.

Effekt af omvendt kollektorstrøm

Sagen er, at i nogle koblingskredsløb passerer en del af denne strøm gennem emitterforbindelsen. Og som vi husker, løber basisstrømmen gennem emitterforbindelsen. Jo større styrestrømmen (basisstrøm), jo større er den kontrollerede strøm (kollektorstrøm). Vi diskuterede dette i artiklen. Følgelig fører den mindste ændring i basisstrømmen til en stor ændring i kollektorstrømmen, og hele kredsløbet begynder at fungere forkert.

Sådan bekæmpes omvendt kollektorstrøm

Det betyder, at transistorens vigtigste fjende er temperaturen. Hvordan bekæmper udviklere af radio-elektronisk udstyr (REA) det?

– brug transistorer, hvor den omvendte kollektorstrøm har en meget lille værdi. Det er selvfølgelig siliciumtransistorer. Et lille tip - mærkningen af ​​siliciumtransistorer begynder med bogstaverne "KT", hvilket betyder TIL bælte T transistor.

– brugen af ​​kredsløb, der minimerer kollektorens omvendte strøm.

Omvendt kollektorstrøm er en vigtig parameter for transistoren. Det er angivet i databladet for hver transistor. I kredsløb, der bruges under ekstreme temperaturforhold, vil kollektorreturstrøm spille en meget stor rolle. Derfor, hvis du samler et kredsløb, der ikke bruger en radiator og ventilator, så er det selvfølgelig bedre at tage transistorer med minimal omvendt kollektorstrøm.

Hilsen, kære venner! I dag vil vi tale om bipolære transistorer, og oplysningerne vil primært være nyttige for begyndere. Så hvis du er interesseret i, hvad en transistor er, dens funktionsprincip og generelt hvad den bruges til, så tag en mere behagelig stol og kom tættere på.

Lad os fortsætte, og vi har indhold her, det vil være mere praktisk at navigere i artiklen :)

Typer af transistorer

Transistorer er hovedsageligt af to typer: bipolære transistorer og felteffekttransistorer. Selvfølgelig var det muligt at overveje alle typer transistorer i en artikel, men jeg vil ikke koge grød i dit hoved. Derfor vil vi i denne artikel udelukkende se på bipolære transistorer, og jeg vil tale om felteffekttransistorer i en af ​​de følgende artikler. Lad os ikke slå alt sammen, men være opmærksomme på hver enkelt individuelt.

Bipolær transistor

Den bipolære transistor er en efterkommer af rørtrioder, dem der var i fjernsyn i det 20. århundrede. Triodes gik i glemmebogen og gav plads til mere funktionelle brødre - transistorer eller rettere bipolære transistorer.

Med sjældne undtagelser bruges trioder i udstyr til musikelskere.

Bipolære transistorer kan se sådan ud.

Som du kan se, har bipolære transistorer tre terminaler og strukturelt kan de se helt anderledes ud. Men på elektriske diagrammer ser de enkle ud og altid ens. Og al denne grafiske pragt ser sådan ud.

Dette billede af transistorer kaldes også UGO (konventionelt grafisk symbol).

Desuden kan bipolære transistorer have forskellige typer ledningsevne. Der er NPN type og PNP type transistorer.

Forskellen mellem en n-p-n-transistor og en p-n-p-transistor er kun, at den er en "bærer" af elektrisk ladning (elektroner eller "huller"). De der. For en pnp-transistor bevæger elektroner sig fra emitteren til kollektoren og drives af basen. For en n-p-n transistor går elektroner fra kollektoren til emitteren og styres af basen. Som et resultat kommer vi til den konklusion, at for at erstatte en transistor af en ledningsevnetype med en anden i et kredsløb, er det nok at ændre polariteten af ​​den påførte spænding. Eller dumt ændre strømkildens polaritet.

Bipolære transistorer har tre terminaler: kollektor, emitter og base. Jeg tror, ​​det vil være svært at blive forvirret med UGO, men i en rigtig transistor er det nemmere end nogensinde at blive forvirret.

Normalt er det fra opslagsbogen, hvilket output der bestemmes, men du kan simpelthen. Transistorens terminaler lyder som to dioder forbundet på et fælles punkt (i området af transistorens base).

Til venstre er et billede af en transistor af p-n-p-typen; når du tester, får du en fornemmelse (gennem multimeteraflæsninger), at foran dig er to dioder, der er forbundet på et punkt med deres katoder. For en n-p-n transistor er dioderne i basispunktet forbundet med deres anoder. Jeg tror, ​​at efter at have eksperimenteret med et multimeter, vil det være mere klart.

Princippet om drift af en bipolær transistor

Nu vil vi prøve at finde ud af, hvordan en transistor fungerer. Jeg vil ikke gå i detaljer om den interne struktur af transistorer, da disse oplysninger kun vil forvirre. Tag hellere et kig på denne tegning.

Dette billede forklarer bedst arbejdsprincippet for en transistor. På dette billede styrer en person kollektorstrømmen ved hjælp af en reostat. Han ser på basisstrømmen; hvis basisstrømmen stiger, så øger personen også kollektorstrømmen under hensyntagen til forstærkningen af ​​transistoren h21E. Hvis basisstrømmen falder, vil kollektorstrømmen også falde - personen vil korrigere det ved hjælp af en reostat.

Denne analogi har intet at gøre med den faktiske drift af en transistor, men den gør det lettere at forstå principperne for dens drift.

For transistorer kan regler noteres for at gøre tingene lettere at forstå. (Disse regler er hentet fra bogen).

1. Samleren har et mere positivt potentiale end emitteren
2. Som jeg allerede har sagt, fungerer base-kollektor- og base-emitter-kredsløbene som dioder
3. Hver transistor er kendetegnet ved grænseværdier som kollektorstrøm, basisstrøm og kollektor-emitterspænding.
4. Hvis regel 1-3 følges, så er kollektorstrømmen Ik direkte proportional med basisstrømmen Ib. Dette forhold kan skrives som en formel.

Fra denne formel kan vi udtrykke hovedegenskaben ved en transistor - en lille basisstrøm styrer en stor kollektorstrøm.

Nuværende gevinst.

Det er også betegnet som

Baseret på ovenstående kan transistoren fungere i fire tilstande:

1. Transistor afskæringstilstand— i denne tilstand er base-emitter-forbindelsen lukket, dette kan ske, når base-emitter-spændingen er utilstrækkelig. Som følge heraf er der ingen basisstrøm, og derfor vil der heller ikke være nogen kollektorstrøm.
2. Transistor aktiv tilstand- dette er transistorens normale driftsform. I denne tilstand er base-emitter-spændingen tilstrækkelig til at få base-emitter-forbindelsen til at åbne. Basisstrømmen er tilstrækkelig, og kollektorstrømmen er også tilgængelig. Kollektorstrømmen er lig med basisstrømmen ganget med forstærkningen.
3. Transistormætningstilstand - Transistoren skifter til denne tilstand, når basisstrømmen bliver så stor, at strømkildens effekt simpelthen ikke er nok til at øge kollektorstrømmen yderligere. I denne tilstand kan kollektorstrømmen ikke stige efter en stigning i basisstrømmen.
4. Invers transistortilstand— denne tilstand bruges ekstremt sjældent. I denne tilstand er transistorens kollektor og emitter ombyttet. Som et resultat af sådanne manipulationer lider transistorens forstærkning meget. Transistoren var ikke oprindeligt designet til at fungere i en sådan speciel tilstand.

For at forstå, hvordan en transistor fungerer, skal du se på specifikke kredsløbseksempler, så lad os se på nogle af dem.

Transistor i switch mode

En transistor i switch mode er et af tilfældene af transistorkredsløb med en fælles emitter. Transistorkredsløbet i skiftetilstand bruges meget ofte. Dette transistorkredsløb bruges for eksempel, når det er nødvendigt at styre en kraftig belastning ved hjælp af en mikrocontroller. Controllerbenet er ikke i stand til at trække en kraftig belastning, men det kan transistoren. Det viser sig, at controlleren styrer transistoren, og transistoren styrer en kraftig belastning. Nå, første ting først.

Hovedideen med denne tilstand er, at basisstrømmen styrer kollektorstrømmen. Desuden er kollektorstrømmen meget større end basisstrømmen. Her kan man med det blotte øje se, at det aktuelle signal er forstærket. Denne forstærkning udføres ved hjælp af energien fra strømkilden.

Figuren viser et diagram over driften af ​​en transistor i skiftetilstand.

For transistorkredsløb spiller spændinger ikke nogen stor rolle, kun strømme betyder noget. Derfor, hvis forholdet mellem kollektorstrømmen og basisstrømmen er mindre end transistorens forstærkning, er alt i orden.

I dette tilfælde, selv hvis vi har en spænding på 5 volt påført basen og 500 volt i kollektorkredsløbet, vil der ikke ske noget dårligt, transistoren vil lydigt skifte højspændingsbelastningen.

Det vigtigste er, at disse spændinger ikke overstiger grænseværdierne for en specifik transistor (indstillet i transistoregenskaberne).

Så vidt vi ved, er den aktuelle værdi en karakteristik af belastningen.

Vi kender ikke pærens modstand, men vi ved, at pærens driftsstrøm er 100 mA. For at transistoren kan åbne og tillade en sådan strøm at flyde, skal du vælge den passende basisstrøm. Vi kan justere basisstrømmen ved at ændre værdien af ​​basismodstanden.

Da minimumsværdien af ​​transistorforstærkningen er 10, skal basisstrømmen blive 10 mA for at transistoren kan åbne.

Den strøm, vi har brug for, er kendt. Spændingen over basismodstanden vil være Denne spændingsværdi over modstanden skyldes, at 0,6V-0,7V falder ved base-emitter junction og det må vi ikke glemme at tage højde for.

Som et resultat kan vi nemt finde modstanden af ​​modstanden

Tilbage er blot at vælge en specifik værdi fra et antal modstande, og det er gjort.

Nu tror du sikkert, at transistorkontakten vil fungere som den skal? At når basismodstanden er tilsluttet +5 V lyser pæren, når den er slukket går pæren ud? Svaret kan være ja eller ej.

Sagen er, at der er en lille nuance her.

Pæren slukker, når modstandspotentialet er lig med jordpotentialet. Hvis modstanden simpelthen er afbrudt fra spændingskilden, så er alt ikke så enkelt. Spændingen på basismodstanden kan mirakuløst opstå som følge af interferens eller andre onde ånder fra andre verden :)

For at forhindre, at denne effekt opstår, skal du gøre følgende. En anden modstand Rbe er forbundet mellem basen og emitteren. Denne modstand er valgt med en værdi, der er mindst 10 gange større end basismodstanden Rb (I vores tilfælde tog vi en 4,3 kOhm modstand).

Når basen er forbundet til enhver spænding, fungerer transistoren som den skal, modstanden Rbe forstyrrer den ikke. Denne modstand forbruger kun en lille del af basisstrømmen.

I det tilfælde, hvor spænding ikke påføres basen, trækkes basen op til jordpotentialet, hvilket sparer os for alle former for interferens.

Så i princippet har vi fundet ud af transistorens drift i nøgletilstanden, og som du kan se, er nøgledriften en slags spændingsforstærkning af signalet. Vi styrede jo en spænding på 12 V ved hjælp af en lavspænding på 5V.

Senderfølger

En emitterfølger er et specialtilfælde af common-collector transistorkredsløb.

Et karakteristisk træk ved et kredsløb med en fælles kollektor fra et kredsløb med en fælles emitter (mulighed med en transistorkontakt) er, at dette kredsløb ikke forstærker spændingssignalet. Det, der gik ind gennem basen, kom ud gennem emitteren med samme spænding.

Faktisk, lad os sige, at vi påførte 10 volt til basen, mens vi ved, at der ved base-emitter-forbindelsen et sted omkring 0,6-0,7V falder. Det viser sig, at der ved udgangen (ved emitteren, ved belastningen Rн) vil være en basisspænding på minus 0,6V.

Det blev til 9,4V, i et ord, næsten lige så meget som gik ind og ud. Vi sørgede for, at dette kredsløb ikke vil øge spændingen for os.

"Hvad er så meningen med at tænde for transistoren sådan her?" spørger du. Men det viser sig, at denne ordning har en anden meget vigtig egenskab. Kredsløbet til at forbinde en transistor med en fælles kollektor forstærker signalet med hensyn til effekt. Effekt er produktet af strøm og spænding, men da spændingen ikke ændrer sig, så effekt stiger kun på grund af strøm! Belastningsstrømmen er summen af ​​basisstrømmen plus kollektorstrømmen. Men hvis du sammenligner basisstrømmen og kollektorstrømmen, er basisstrømmen meget lille i forhold til kollektorstrømmen. Det viser sig, at belastningsstrømmen er lig med kollektorstrømmen. Og resultatet er denne formel.

Nu tror jeg, det er klart, hvad essensen af ​​emitterfølgerkredsløbet er, men det er ikke alt.

Emitterfølgeren har en anden meget værdifuld kvalitet - høj indgangsimpedans. Dette betyder, at dette transistorkredsløb næsten ikke forbruger nogen indgangsstrøm og ikke skaber nogen belastning på signalkildekredsløbet.

For at forstå princippet om drift af en transistor vil disse to transistorkredsløb være ganske tilstrækkelige. Og hvis du eksperimenterer med en loddekolbe i dine hænder, vil åbenbaringen simpelthen ikke lade dig vente, for teori er teori, og praksis og personlig erfaring er hundredvis af gange mere værdifuldt!

Hvor kan jeg købe transistorer?

Som alle andre radiokomponenter kan transistorer købes i enhver nærliggende radioreservebutik. Hvis du bor et sted i udkanten og ikke har hørt om sådanne butikker (som jeg gjorde før), forbliver den sidste mulighed - bestil transistorer fra en onlinebutik. Jeg bestiller selv ofte radiokomponenter gennem netbutikker, fordi noget måske simpelthen ikke er tilgængeligt i en almindelig offline butik.

Men hvis du samler en enhed udelukkende til dig selv, så kan du ikke bekymre dig om det, men udtrække den fra den gamle, og så at sige puste nyt liv i den gamle radiokomponent.

Nå venner, det er alt for mig. Jeg fortalte dig alt, hvad jeg havde planlagt i dag. Hvis du har spørgsmål, så stil dem i kommentarerne, hvis du ikke har nogen spørgsmål, så skriv kommentarer alligevel, din mening er altid vigtig for mig. Forresten, glem ikke, at alle, der lægger en kommentar for første gang, vil modtage en gave.

Sørg også for at abonnere på nye artikler, for en masse interessante og nyttige ting venter dig yderligere.

Jeg ønsker dig held og lykke, succes og et solrigt humør!

Fra n/a Vladimir Vasiliev

P.S. Venner, sørg for at abonnere på opdateringer! Ved at abonnere vil du modtage nyt materiale direkte til din e-mail! Og i øvrigt får alle der tilmelder sig en brugbar gave!

Transistor

En transistor er en halvlederenhed, der giver dig mulighed for at styre et stærkere signal ved hjælp af et svagt signal. På grund af denne egenskab taler de ofte om en transistors evne til at forstærke et signal. Selvom det faktisk ikke forbedrer noget, men giver dig blot mulighed for at tænde og slukke for en stor strøm med meget svagere strømme. Transistorer er meget almindelige i elektronik, fordi output fra enhver controller sjældent kan producere en strøm på mere end 40 mA, derfor kan selv 2-3 laveffekt-LED'er ikke strømforsynes direkte fra mikrocontrolleren. Det er her, transistorer kommer til undsætning. Artiklen diskuterer hovedtyperne af transistorer, forskellene mellem P-N-P og N-P-N bipolære transistorer, P-kanal og N-kanal felteffekttransistorer, diskuterer de vigtigste finesser ved at forbinde transistorer og afslører deres anvendelsesområde.

Forveksle ikke en transistor med et relæ. Et relæ er en simpel kontakt. Essensen af ​​dets arbejde er at lukke og åbne metalkontakter. Transistoren er mere kompleks, og dens drift er baseret på en elektron-hul overgang. Hvis du er interesseret i at lære mere om dette, kan du se en fremragende video, der beskriver driften af ​​en transistor fra simpel til kompleks. Bliv ikke forvirret over det år, hvor videoen blev produceret - fysikkens love har ikke ændret sig siden da, og en nyere video, der præsenterer materialet så godt, kunne ikke findes:

Typer af transistorer

Bipolær transistor

Den bipolære transistor er designet til at styre svage belastninger (for eksempel laveffektmotorer og servoer). Den har altid tre udgange:

Collector - der tilføres en højspænding, som transistoren styrer

• Basis - strøm tilføres eller slukkes for at åbne eller lukke transistoren

Emitter (engelsk: emitter) - "output" output fra en transistor. Strøm løber gennem den fra opsamleren og basen.

Den bipolære transistor styres af strøm. Jo mere strøm der tilføres til basen, jo mere strøm vil der flyde fra kollektoren til emitteren. Forholdet mellem strømmen, der går fra emitteren til kollektoren, og strømmen ved bunden af ​​transistoren kaldes forstærkningen. Benævnt som h fe (i engelsk litteratur hedder det gain).

For eksempel hvis h fe= 150, og 0,2 mA passerer gennem basen, så vil transistoren maksimalt passere 30 mA gennem sig selv. Hvis en komponent, der trækker 25 mA (såsom en LED), er tilsluttet, vil der blive leveret 25 mA til den. Hvis der tilsluttes en komponent, der trækker 150 mA, vil den kun blive forsynet med de maksimale 30 mA. Dokumentationen for kontakten angiver de maksimalt tilladte værdier af strømme og spændinger base-> udsender Og samler -> udsender . Overskridelse af disse værdier fører til overophedning og svigt af transistoren.

Sjove billeder:

NPN og PNP bipolære transistorer

Der er 2 typer polære transistorer: NPN Og PNP. De adskiller sig i vekslen af ​​lag. N (fra negativ) er et lag med et overskud af negative ladningsbærere (elektroner), P (fra positiv) er et lag med et overskud af positive ladningsbærere (huller). Mere information om elektroner og huller er beskrevet i videoen ovenfor.

Transistors opførsel afhænger af vekslen mellem lag. Animationen ovenfor viser NPN transistor. I PNP transistorstyring er omvendt - strøm løber gennem transistoren, når basen er jordet og blokeres, når der føres strøm gennem basen. Som vist i diagrammet PNP Og NPN afvige i pilens retning. Pilen peger altid på overgangen fra N Til P:

Betegnelse af NPN (venstre) og PNP (højre) transistorer i diagrammet

NPN-transistorer er mere almindelige i elektronik, fordi de er mere effektive.

Felteffekt transistor

Felteffekttransistorer adskiller sig fra bipolære transistorer i deres interne struktur. MOS-transistorer er de mest almindelige i amatørelektronik. MOS er et akronym for metal-oxid-leder. Det samme på engelsk: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, forkortet MOSFET. MOS-transistorer giver dig mulighed for at styre høje kræfter med relativt små størrelser af selve transistoren. Transistoren styres af spænding, ikke strøm. Da transistoren er styret af elektrisk Mark, transistoren fik sit navn - Mark hyle.

Felteffekttransistorer har mindst 3 terminaler:

Drain - højspænding påføres det, som du vil kontrollere

Gate - spænding påføres den for at styre transistoren

Kilde - strøm løber gennem den fra drænet, når transistoren er "åben"

Der burde være en animation med en felteffekttransistor, men den adskiller sig ikke på nogen måde fra en bipolær transistor bortset fra den skematiske visning af selve transistorerne, så der bliver ingen animation.

N-kanal og P-kanal felteffekttransistorer

Felteffekttransistorer er også opdelt i 2 typer afhængigt af enhed og adfærd. N kanal(N-kanal) åbner, når der tilføres spænding til porten og lukker. når der ikke er spænding. P kanal(P-kanal) fungerer omvendt: mens der ikke er nogen spænding ved porten, strømmer der strøm gennem transistoren. Når der tilføres spænding til porten, stopper strømmen. I diagrammet er felteffekttransistorer afbildet lidt anderledes:

I analogi med bipolære transistorer adskiller felttransistorer sig i polaritet. N-kanal transistoren blev beskrevet ovenfor. De er de mest almindelige.

P-kanal, når den er udpeget, adskiller sig i pilens retning og har igen en "omvendt" adfærd.

Der er en misforståelse om, at en felteffekttransistor kan styre vekselstrøm. Det er forkert. Brug et relæ til at styre vekselstrøm.

Darlington transistor

Det er ikke helt korrekt at klassificere Darlington-transistoren som en separat type transistor. Det er dog umuligt ikke at nævne dem i denne artikel. Darlington-transistoren findes oftest i form af et mikrokredsløb, der omfatter flere transistorer. For eksempel ULN2003. Darlington-transistoren er kendetegnet ved evnen til hurtigt at åbne og lukke (og giver dig derfor mulighed for at arbejde med) og samtidig modstå høje strømme. Det er en type sammensat transistor og er en kaskadeforbindelse af to eller sjældent flere transistorer forbundet på en sådan måde, at belastningen i emitteren i det foregående trin er basis-emitterforbindelsen af ​​transistoren i det næste trin, dvs. er, at transistorerne er forbundet med kollektorer, og indgangstransistorens emitter er forbundet med basedagen. Derudover kan den resistive belastning af emitteren fra den tidligere transistor bruges som en del af kredsløbet for at fremskynde lukningen. En sådan forbindelse som helhed betragtes som en transistor, hvis strømforstærkning, når transistorerne arbejder i aktiv tilstand, er omtrent lig med produktet af forstærkningerne af alle transistorer.

Transistorforbindelse

Det er ingen hemmelighed, at Arduino-kortet er i stand til at levere en spænding på 5 V til udgangen med en maksimal strøm på op til 40 mA. Denne strøm er ikke nok til at forbinde en kraftig belastning. Hvis du for eksempel forsøger at tilslutte en LED-stribe eller motor direkte til udgangen, vil du med garanti beskadige Arduino-udgangen. Det er muligt, at hele bestyrelsen fejler. Derudover kan nogle tilsluttede komponenter kræve mere end 5V for at fungere. Transistoren løser begge disse problemer. Det vil hjælpe, ved at bruge en lille strøm fra Arduino-stiften, at styre en kraftig strøm fra en separat strømforsyning, eller at bruge en spænding på 5 V til at styre en højere spænding (selv de svageste transistorer har sjældent en maksimal spænding under 50 V) . Som et eksempel kan du overveje at tilslutte en motor:

I diagrammet ovenfor er motoren forbundet til en separat strømkilde. Mellem motorkontakten og strømforsyningen til motoren placerede vi en transistor, som vil blive styret ved hjælp af en hvilken som helst Arduino digital pin. Når vi tilfører et HØJ-signal til controller-outputtet fra controller-udgangen, tager vi en meget lille strøm for at åbne transistoren, og en stor strøm vil strømme gennem transistoren og vil ikke beskadige controlleren. Vær opmærksom på modstanden installeret mellem Arduino-stiften og bunden af ​​transistoren. Det er nødvendigt for at begrænse strømmen langs mikrocontroller-transistor-jordruten og forhindre kortslutninger. Som tidligere nævnt er den maksimale strøm, der kan trækkes fra Arduino-stiften, 40 mA. Derfor skal vi have en modstand på mindst 125 Ohm (5V/0,04A=125 Ohm). Du kan roligt bruge en 220 Ohm modstand. Faktisk bør modstanden vælges under hensyntagen til den strøm, der skal leveres til basen for at opnå den nødvendige strøm gennem transistoren. For at vælge den korrekte modstand skal du tage højde for forstærkningsfaktoren ( h fe).

VIGTIG!! Hvis du tilslutter en kraftig belastning fra en separat strømforsyning, skal du fysisk forbinde jorden (“minus”) af belastningsstrømforsyningen og jorden (“GND” pin) på Arduino. Ellers vil du ikke være i stand til at styre transistoren.

Ved brug af en felteffekttransistor er der ikke behov for en strømbegrænsende modstand på porten. Transistoren styres udelukkende af spænding, og der løber ingen strøm gennem porten.