Reikalingi paaiškinimai pateikti, pereikime prie reikalo.

Tranzistoriai. Apibrėžimas ir istorija

Tranzistorius- elektroninis puslaidininkinis įtaisas, kuriame srovę dviejų elektrodų grandinėje valdo trečiasis elektrodas. (transistors.ru)

Pirmieji buvo išrasti lauko tranzistoriai (1928 m.), o bipoliniai tranzistoriai pasirodė 1947 m. Bell Labs. Ir tai, be perdėto, buvo elektronikos revoliucija.

Labai greitai tranzistoriai pakeitė vakuuminius vamzdžius įvairiuose elektroniniuose įrenginiuose. Šiuo atžvilgiu tokių įrenginių patikimumas padidėjo, o jų dydis gerokai sumažėjo. Ir iki šios dienos, kad ir kokia „sudėtinga“ būtų mikroschema, joje vis dar yra daug tranzistorių (taip pat diodų, kondensatorių, rezistorių ir kt.). Tik labai mažiukai.

Beje, iš pradžių „tranzistoriai“ buvo rezistoriai, kurių varžą buvo galima pakeisti naudojant tiekiamos įtampos dydį. Jei ignoruosime procesų fiziką, tai šiuolaikinį tranzistorių taip pat galima pavaizduoti kaip varžą, kuri priklauso nuo jam tiekiamo signalo.

Kuo skiriasi lauko efekto ir bipoliniai tranzistoriai? Atsakymas slypi pačiuose jų pavadinimuose. Bipoliniame tranzistoryje įkrovos perdavimas apima Ir elektronai, Ir skylės („encore“ - du kartus). Ir lauke (dar žinomas kaip vienpolis) - arba elektronai, arba skyles.

Be to, šie tranzistorių tipai skiriasi taikymo srityse. Dvipoliai naudojami daugiausia analoginėse technologijose, o lauko - skaitmeninėse technologijose.

Ir, galiausiai: pagrindinė bet kokių tranzistorių taikymo sritis- silpno signalo sustiprėjimas dėl papildomo maitinimo šaltinio.

Bipolinis tranzistorius. Veikimo principas. Pagrindinės charakteristikos

Bipolinis tranzistorius susideda iš trijų sričių: emiterio, bazės ir kolektoriaus, kurių kiekvienas tiekiamas įtampa. Priklausomai nuo šių sričių laidumo tipo, išskiriami n-p-n ir p-n-p tranzistoriai. Paprastai kolektoriaus sritis yra platesnė nei emiterio sritis. Pagrindas pagamintas iš lengvai legiruoto puslaidininkio (todėl jis turi didelį atsparumą) ir yra labai plonas. Kadangi emiterio ir pagrindo kontakto plotas yra žymiai mažesnis nei pagrindo ir kolektoriaus kontakto plotas, keičiant jungties poliškumą neįmanoma sukeisti emiterio ir kolektoriaus. Taigi, tranzistorius yra asimetriškas įrenginys.

Prieš svarstydami tranzistoriaus veikimo fiziką, apibūdinkime bendrą problemą.


Tai yra taip: tarp emiterio ir kolektoriaus teka stipri srovė ( kolektoriaus srovė), o tarp emiterio ir bazės yra silpna valdymo srovė ( bazinė srovė). Kolektoriaus srovė pasikeis, kai pasikeis bazinė srovė. Kodėl?
Panagrinėkime tranzistoriaus p-n sandūras. Yra du iš jų: emiteris-bazė (EB) ir bazė-kolektorius (BC). Esant aktyviam tranzistoriaus veikimo režimui, pirmasis iš jų yra prijungtas prie priekio, o antrasis - su atvirkštiniu poslinkiu. Kas nutinka p-n sankryžose? Siekiant didesnio tikrumo, mes apsvarstysime n-p-n tranzistorių. Su p-n-p viskas panašiai, tik žodį „elektronai“ reikia pakeisti „skylės“.

Kadangi EB jungtis yra atvira, elektronai lengvai „bėga“ į pagrindą. Ten jie iš dalies persijungia su skylutėmis, bet O Daugumai jų dėl nedidelio pagrindo storio ir mažo jo dopingo pavyksta pasiekti pagrindo-kolektoriaus perėjimą. Kuris, kaip prisimename, yra atvirkštinis. O kadangi elektronai bazėje yra mažumos krūvininkai, perėjimo elektrinis laukas padeda jiems jį įveikti. Taigi kolektoriaus srovė yra tik šiek tiek mažesnė už emiterio srovę. Dabar stebėkite savo rankas. Jei padidinsite bazinę srovę, EB sandūra atsidarys stipriau, o tarp emiterio ir kolektoriaus galės praslysti daugiau elektronų. Ir kadangi kolektoriaus srovė iš pradžių yra didesnė už bazinę, šis pokytis bus labai labai pastebimas. Taigi, silpnas bazėje gautas signalas bus sustiprintas. Vėlgi, didelis kolektoriaus srovės pokytis yra proporcingas nedidelio bazinės srovės pokyčio atspindys.

Atsimenu, kad dvipolio tranzistoriaus veikimo principą bendramoksliui paaiškino vandens čiaupo pavyzdžiu. Jame esantis vanduo yra kolektoriaus srovė, o bazinė valdymo srovė – kiek pasukame rankenėlę. Vandens srautui iš čiaupo padidinti pakanka nedidelės jėgos (valdymo veiksmų).

Be aptartų procesų, tranzistoriaus p-n sandūrose gali atsirasti ir daugybė kitų reiškinių. Pavyzdžiui, stipriai padidėjus įtampai pagrindo ir kolektoriaus sandūroje, dėl smūginės jonizacijos gali prasidėti lavinos krūvio dauginimasis. Ir kartu su tunelio efektu, tai pirmiausia sukels elektros gedimą, o tada (didėjant srovei) terminį gedimą. Tačiau šiluminis gedimas tranzistoryje gali įvykti ir be elektros gedimo (t.y. nepadidinant kolektoriaus įtampos iki gedimo įtampos). Tam pakaks vienos per didelės srovės per kolektorių.

Kitas reiškinys yra dėl to, kad pasikeitus įtampai kolektoriaus ir emiterio sandūroje, keičiasi jų storis. Ir jei pagrindas yra per plonas, gali atsirasti uždarymo efektas (vadinamasis pagrindo „pramušimas“) - jungtis tarp kolektoriaus ir emiterio jungties. Tokiu atveju bazinė sritis išnyksta ir tranzistorius nustoja normaliai veikti.

Tranzistoriaus kolektoriaus srovė įprastu aktyviu tranzistoriaus veikimo režimu yra tam tikrą skaičių kartų didesnė už bazinę srovę. Šis numeris vadinamas srovės padidėjimas ir yra vienas iš pagrindinių tranzistoriaus parametrų. Jis yra paskirtas h21. Jei tranzistorius įjungiamas neapkraunant kolektoriaus, tada esant pastoviai kolektoriaus-emiterio įtampai, kolektoriaus srovės ir bazinės srovės santykis duos statinės srovės stiprinimas. Jis gali būti lygus dešimčiai ar šimtams vienetų, tačiau verta atsižvelgti į tai, kad realiose grandinėse šis koeficientas yra mažesnis dėl to, kad įjungus apkrovą kolektoriaus srovė natūraliai mažėja.

Antras svarbus parametras yra tranzistoriaus įėjimo varža. Pagal Ohmo dėsnį tai yra įtampos tarp pagrindo ir emiterio santykis su pagrindo valdymo srove. Kuo jis didesnis, tuo mažesnė bazinė srovė ir tuo didesnis stiprinimas.

Trečiasis bipolinio tranzistoriaus parametras yra įtampos padidėjimas. Jis lygus išėjimo (emiterio-kolektoriaus) ir įėjimo (bazės-emiterio) kintamų įtampų amplitudės arba efektyviųjų verčių santykiui. Kadangi pirmoji vertė paprastai yra labai didelė (vienetai ir dešimtys voltų), o antroji yra labai maža (dešimtosios voltų), šis koeficientas gali siekti keliasdešimt tūkstančių vienetų. Verta paminėti, kad kiekvienas bazinis valdymo signalas turi savo įtampos padidėjimą.

Tranzistoriai taip pat turi dažnio atsakas, kuris apibūdina tranzistoriaus gebėjimą sustiprinti signalą, kurio dažnis artėja prie ribinio stiprinimo dažnio. Faktas yra tas, kad didėjant įvesties signalo dažniui, stiprinimas mažėja. Taip yra dėl to, kad pagrindinių fizinių procesų (nešiklių judėjimo nuo emiterio iki kolektoriaus, talpinių barjerinių sandūrų įkrovimo ir iškrovimo laikas) atsiradimo laikas tampa proporcingas įvesties signalo pasikeitimo periodui. . Tie. tranzistorius tiesiog nespėja reaguoti į įvesties signalo pokyčius ir tam tikru momentu tiesiog nustoja jį stiprinti. Dažnis, kuriuo tai vyksta, vadinamas riba.

Be to, bipolinio tranzistoriaus parametrai yra šie:

• atvirkštinės srovės kolektorius-emiteris
• laiku
• atvirkštinė kolektoriaus srovė
• didžiausia leistina srovė

n-p-n ir p-n-p tranzistorių simboliai skiriasi tik emiterį nurodančios rodyklės kryptimi. Tai rodo, kaip srovė teka tam tikrame tranzistoryje.

Bipolinio tranzistoriaus veikimo režimai

Aukščiau aptarta parinktis reiškia įprastą aktyvųjį tranzistoriaus veikimo režimą. Tačiau yra dar keletas atvirų/uždarytų p-n sandūrų derinių, kurių kiekvienas reiškia atskirą tranzistoriaus veikimo režimą.

1. Atvirkštinis aktyvus režimas. Čia BC perėjimas yra atviras, bet atvirkščiai, EB uždarytas. Stiprinimo savybės šiame režime, žinoma, yra blogesnės nei bet kada anksčiau, todėl tranzistoriai šiame režime naudojami labai retai.
2. Sodrumo režimas. Abi perėjos atviros. Atitinkamai, pagrindiniai kolektoriaus ir emiterio krūvininkai „bėga“ į bazę, kur jie aktyviai rekombinuojasi su pagrindiniais jo nešikliais. Dėl susidariusio krūvininkų pertekliaus sumažėja pagrindo ir p-n sandūrų varža. Todėl grandinė, kurioje yra tranzistorius soties režimu, gali būti laikoma trumpuoju jungimu, o pats radijo elementas gali būti pavaizduotas kaip ekvipotencialų taškas.
3. Išjungimo režimas. Abu tranzistoriaus perėjimai yra uždari, t.y. pagrindinių krūvininkų srovė tarp emiterio ir kolektoriaus sustoja. Mažumos krūvininkų srautai sukuria tik mažas ir nekontroliuojamas šiluminio pereinamojo laikotarpio sroves. Dėl pagrindo skurdumo ir perėjimų su krūvininkais jų atsparumas labai padidėja. Todėl dažnai manoma, kad tranzistorius, veikiantis išjungimo režimu, reiškia atvirą grandinę.
4. Barjerinis režimasŠiuo režimu pagrindas yra tiesiogiai arba per mažą varžą prijungtas prie kolektoriaus. Rezistorius taip pat yra įtrauktas į kolektoriaus arba emiterio grandinę, kuri nustato srovę per tranzistorių. Taip sukuriamas diodo grandinės su nuosekliai sujungtu rezistorius ekvivalentas. Šis režimas yra labai naudingas, nes leidžia grandinei veikti beveik bet kokiu dažniu, plačiame temperatūrų diapazone ir yra nereiklus tranzistorių parametrams.

Bipolinių tranzistorių perjungimo grandinės

Kadangi tranzistorius turi tris kontaktus, paprastai maitinimas jam turi būti tiekiamas iš dviejų šaltinių, kurie kartu sukuria keturis išėjimus. Todėl vienam iš tranzistorių kontaktų iš abiejų šaltinių turi būti tiekiama to paties ženklo įtampa. Ir priklausomai nuo to, koks tai kontaktas, yra trys dvipolių tranzistorių prijungimo grandinės: su bendru emiteriu (CE), bendru kolektorius (OC) ir bendra baze (CB). Kiekvienas iš jų turi ir privalumų, ir trūkumų. Pasirinkimas tarp jų daromas atsižvelgiant į tai, kurie parametrai mums svarbūs, o kuriuos galima paaukoti.

Sujungimo grandinė su bendru emiteriu

Ši grandinė suteikia didžiausią įtampos ir srovės padidėjimą (taigi ir galią - iki dešimčių tūkstančių vienetų), todėl yra labiausiai paplitusi. Čia emiterio ir bazės jungtis įjungiama tiesiogiai, o pagrindo ir kolektoriaus jungtis įjungiama atvirkščiai. O kadangi ir pagrindas, ir kolektorius tiekiami to paties ženklo įtampa, grandinė gali būti maitinama iš vieno šaltinio. Šioje grandinėje išėjimo kintamosios įtampos fazė, palyginti su įėjimo kintamosios įtampos faze, pasikeičia 180 laipsnių.

Tačiau be visų gėrybių, OE schema turi ir reikšmingą trūkumą. Taip yra dėl to, kad dėl dažnio ir temperatūros padidėjimo labai pablogėja tranzistoriaus stiprinimo savybės. Taigi, jei tranzistorius turi veikti aukštais dažniais, geriau naudoti kitą perjungimo grandinę. Pavyzdžiui, su bendra baze.

Sujungimo schema su bendru pagrindu

Ši grandinė nesuteikia reikšmingo signalo stiprinimo, tačiau yra gera aukštuose dažniuose, nes leidžia visapusiškiau išnaudoti tranzistoriaus dažnio atsaką. Jei tas pats tranzistorius pirmiausia yra prijungtas pagal grandinę su bendru emiteriu, o po to su bendra baze, tada antruoju atveju žymiai padidės jo ribinis stiprinimo dažnis. Kadangi su tokiu jungimu įėjimo varža yra maža, o išėjimo varža nėra labai didelė, tai antenų stiprintuvuose naudojamos tranzistorių kaskados, surinktos pagal OB grandinę, kur būdingoji kabelių varža paprastai neviršija 100 omų.

Bendrosios bazės grandinėje signalo fazė nekeičiama, o aukštų dažnių triukšmo lygis sumažėja. Tačiau, kaip jau minėta, dabartinis jo pelnas visada yra šiek tiek mažesnis už vienybę. Tiesa, įtampos padidėjimas čia toks pat kaip grandinėje su bendru emiteriu. Bendros bazinės grandinės trūkumai taip pat apima būtinybę naudoti du maitinimo šaltinius.

Sujungimo schema su bendru kolektoriumi

Šios grandinės ypatumas yra tas, kad įėjimo įtampa yra visiškai perduodama atgal į įėjimą, ty neigiamas grįžtamasis ryšys yra labai stiprus.

Leiskite jums priminti, kad neigiamas grįžtamasis ryšys yra toks grįžtamasis ryšys, kai išėjimo signalas grąžinamas atgal į įvestį, taip sumažinant įvesties signalo lygį. Taigi, netyčia pasikeitus įvesties signalo parametrams, įvyksta automatinis reguliavimas

Srovės stiprinimas yra beveik toks pat kaip ir įprastoje emiterio grandinėje. Tačiau įtampos padidėjimas yra mažas (pagrindinis šios grandinės trūkumas). Jis artėja prie vienybės, bet visada yra mažesnis už ją. Taigi galios padidėjimas yra lygus tik kelioms dešimčiai vienetų.

Bendroje kolektoriaus grandinėje nėra fazės poslinkio tarp įėjimo ir išėjimo įtampos. Kadangi įtampos padidėjimas yra artimas vienetui, išėjimo įtampa faze ir amplitudėje atitinka įėjimo įtampą, ty ją kartoja. Štai kodėl tokia grandinė vadinama emiterio sekikliu. Emiteris - nes išėjimo įtampa pašalinama iš emiterio bendro laido atžvilgiu.

Ši jungtis naudojama tranzistoriaus pakopoms suderinti arba kai įvesties signalo šaltinis turi didelę įėjimo varžą (pavyzdžiui, pjezoelektrinis imtuvas arba kondensatorinis mikrofonas).

Du žodžiai apie kaskadas

Taip atsitinka, kad reikia padidinti išėjimo galią (ty padidinti kolektoriaus srovę). Šiuo atveju naudojamas lygiagretus reikiamo skaičiaus tranzistorių prijungimas.

Natūralu, kad jų savybės turėtų būti maždaug vienodos. Tačiau reikia atsiminti, kad didžiausia bendra kolektoriaus srovė neturi viršyti 1,6–1,7 didžiausios bet kurio kaskadinio tranzistoriaus kolektoriaus srovės.
Tačiau (ačiū Wrewolf už pastabą) tai nerekomenduojama bipolinių tranzistorių atveju. Nes du net ir to paties tipo tranzistoriai bent šiek tiek skiriasi vienas nuo kito. Atitinkamai, prijungus lygiagrečiai, per juos tekės skirtingo dydžio srovės. Norint išlyginti šias sroves, tranzistorių emiterio grandinėse įrengiami subalansuoti rezistoriai. Jų varžos vertė apskaičiuojama taip, kad įtampos kritimas juose darbinės srovės diapazone būtų ne mažesnis kaip 0,7 V. Akivaizdu, kad dėl to labai pablogėja grandinės efektyvumas.

Taip pat gali prireikti gero jautrumo ir tuo pačiu gero stiprinimo tranzistoriaus. Tokiais atvejais naudojama jautraus, bet mažos galios tranzistoriaus (paveikslėlyje VT1) kaskada, kuri valdo galingesnio kolegos maitinimą (pav. VT2).

Kiti bipolinių tranzistorių pritaikymai

Tranzistoriai gali būti naudojami ne tik signalo stiprinimo grandinėse. Pavyzdžiui, dėl to, kad jie gali veikti prisotinimo ir išjungimo režimais, jie naudojami kaip elektroniniai raktai. Taip pat signalų generatoriaus grandinėse galima naudoti tranzistorius. Jei jie veikia klavišo režimu, bus generuojamas stačiakampis signalas, o jei stiprinimo režimu, tada savavališkos formos signalas, priklausomai nuo valdymo veiksmo.

Žymėjimas

Kadangi straipsnis jau išaugo iki nepadoriai didelės apimties, čia tiesiog pateiksiu dvi geras nuorodas, kuriose išsamiai aprašomos pagrindinės puslaidininkinių įrenginių (įskaitant tranzistorius) žymėjimo sistemos: http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all .html ir .xls failas (35 kb).

Naudingi komentarai:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Žymos: pridėti žymų

Bipolinis tranzistorius.

Bipolinis tranzistorius- elektroninis puslaidininkinis įtaisas, vienas iš tranzistorių tipų, skirtas stiprinti, generuoti ir konvertuoti elektrinius signalus. Tranzistorius vadinamas dvipolis, kadangi įrenginio veikime vienu metu dalyvauja dviejų tipų krūvininkai - elektronų Ir skyles. Tuo jis skiriasi nuo vienpolis(lauko efekto) tranzistorius, kuriame dalyvauja tik vieno tipo krūvininkas.

Abiejų tipų tranzistorių veikimo principas panašus į vandens čiaupo, reguliuojančio vandens srautą, veikimą, per tranzistorių praeina tik elektronų srautas. Bipoliniuose tranzistoriuose per įrenginį praeina dvi srovės - pagrindinė „didelė“ ir valdymo „mažoji“ srovė. Pagrindinė srovės galia priklauso nuo valdymo galios. Naudojant lauko tranzistorius per įrenginį praeina tik viena srovė, kurios galia priklauso nuo elektromagnetinio lauko. Šiame straipsnyje mes atidžiau pažvelgsime į bipolinio tranzistoriaus veikimą.

Bipolinio tranzistoriaus dizainas.

Bipolinis tranzistorius susideda iš trijų puslaidininkių sluoksnių ir dviejų PN jungčių. PNP ir NPN tranzistoriai išskiriami pagal kaitos tipą skylių ir elektronų laidumas. Tai kaip du diodas, sujungti akis į akį arba atvirkščiai.

Bipolinis tranzistorius turi tris kontaktus (elektrodus). Iš centrinio sluoksnio išeinantis kontaktas vadinamas bazė. Kraštutiniai elektrodai vadinami kolekcininkas Ir skleidėjas (kolekcininkas Ir skleidėjas). Bazinis sluoksnis kolektoriaus ir emiterio atžvilgiu yra labai plonas. Be to, puslaidininkių sritys tranzistoriaus kraštuose yra asimetriškos. Puslaidininkio sluoksnis kolektoriaus pusėje yra šiek tiek storesnis nei emiterio pusėje. Tai būtina, kad tranzistorius veiktų tinkamai.

Bipolinio tranzistoriaus veikimas.

Panagrinėkime bipolinio tranzistoriaus veikimo metu vykstančius fizinius procesus. Paimkime NPN modelį kaip pavyzdį. PNP tranzistoriaus veikimo principas panašus, tik įtampos tarp kolektoriaus ir emiterio poliškumas bus priešingas.

Kaip jau buvo nurodyta straipsnis apie puslaidininkių laidumo tipus, P tipo medžiagoje yra teigiamai įkrautų jonų – skylių. N tipo medžiaga yra prisotinta neigiamo krūvio elektronų. Tranzistoryje elektronų koncentracija N srityje žymiai viršija skylių koncentraciją P srityje.

Sujungkime įtampos šaltinį tarp kolektoriaus ir emiterio V CE (V CE). Jo veikimo metu elektronai iš viršutinės N dalies pradės traukti prie pliuso ir kauptis šalia kolektoriaus. Tačiau srovė negalės tekėti, nes įtampos šaltinio elektrinis laukas nepasiekia emiterio. To neleidžia storas kolektoriaus puslaidininkio sluoksnis ir bazinio puslaidininkio sluoksnis.

Dabar prijungkime įtampą tarp bazės ir emiterio V BE , bet žymiai mažesnę nei V CE (silicio tranzistoriams minimalus reikalingas V BE yra 0,6 V). Kadangi sluoksnis P yra labai plonas ir prie pagrindo prijungtas įtampos šaltinis, jis savo elektriniu lauku galės „pasiekti“ emiterio N sritį. Jo įtakoje elektronai bus nukreipti į bazę. Kai kurie iš jų pradės užpildyti ten esančias skyles (rekombinuoti). Kita dalis laisvos skylės neras, nes skylių koncentracija bazėje yra daug mažesnė nei elektronų koncentracija emiteryje.

Dėl to centrinis pagrindo sluoksnis yra praturtintas laisvais elektronais. Dauguma jų eis link kolektoriaus, nes ten įtampa daug didesnė. Tai palengvina ir labai mažas centrinio sluoksnio storis. Kai kuri elektronų dalis, nors ir daug mažesnė, vis tiek tekės link pliusinės bazės pusės.

Dėl to gauname dvi sroves: mažą - nuo pagrindo iki emiterio I BE ir didelę - nuo kolektoriaus iki emiterio I CE.

Jei padidinsite įtampą prie pagrindo, tada P sluoksnyje susikaups dar daugiau elektronų. Dėl to bazinė srovė šiek tiek padidės, o kolektoriaus srovė žymiai padidės. Taigi, šiek tiek pasikeitus bazinei srovei I B , kolektoriaus srovė I labai pasikeičia SU. Taip ir atsitinka signalo stiprinimas bipoliniame tranzistoryje. Kolektoriaus srovės I C ir bazinės srovės I B santykis vadinamas srovės stiprinimo koeficientu. Paskirta β , hfe arba h21e, priklausomai nuo skaičiavimų, atliktų su tranzistoriumi, specifikos.

Paprasčiausias bipolinis tranzistorių stiprintuvas

Išsamiau apsvarstykime signalo stiprinimo elektros plokštumoje principą, naudodamiesi grandinės pavyzdžiu. Leiskite man iš anksto pasakyti, kad ši schema nėra visiškai teisinga. Niekas nejungia nuolatinės srovės šaltinio tiesiai prie kintamosios srovės šaltinio. Tačiau šiuo atveju bus lengviau ir aiškiau suprasti patį stiprinimo mechanizmą naudojant bipolinį tranzistorių. Be to, pati skaičiavimo technika toliau pateiktame pavyzdyje yra šiek tiek supaprastinta.

1.Pagrindinių grandinės elementų aprašymas

Taigi, tarkime, kad turime tranzistorių, kurio stiprinimas yra 200 (β = 200). Kolektoriaus pusėje prijungsime gana galingą 20V maitinimo šaltinį, dėl kurio energijos įvyks stiprinimas. Nuo tranzistoriaus pagrindo prijungiame silpną 2V maitinimo šaltinį. Prie jo nuosekliai prijungsime sinusinės bangos pavidalo kintamos įtampos šaltinį, kurio virpesių amplitudė yra 0,1 V. Tai bus signalas, kurį reikia sustiprinti. Rezistorius Rb šalia pagrindo yra būtinas norint apriboti srovę, gaunamą iš signalo šaltinio, kuris paprastai turi mažą galią.

2. Bazinės įėjimo srovės Ib apskaičiavimas

Dabar apskaičiuokime bazinę srovę I b. Kadangi mes susiduriame su kintamąja įtampa, turime apskaičiuoti dvi srovės reikšmes - esant maksimaliai įtampai (V max) ir mažiausiai (V min). Pavadinkime šias esamas reikšmes atitinkamai - I bmax ir I bmin.

Be to, norint apskaičiuoti bazinę srovę, reikia žinoti bazės emiterio įtampą V BE. Tarp pagrindo ir emiterio yra viena PN jungtis. Pasirodo, kad pagrindinė srovė "susitinka" su puslaidininkiniu diodu savo kelyje. Įtampa, kuriai esant puslaidininkinis diodas pradeda laiduoti, yra apie 0,6 V. Nesileiskime į smulkmenas diodo srovės-įtampos charakteristikos, o skaičiavimų paprastumui paimsime apytikslį modelį, pagal kurį srovės diodo įtampa visada yra 0,6 V. Tai reiškia, kad įtampa tarp pagrindo ir emiterio yra V BE = 0,6 V. O kadangi emiteris yra prijungtas prie žemės (V E = 0), įtampa nuo pagrindo iki žemės taip pat yra 0,6 V (V B = 0,6 V).

Apskaičiuokime I bmax ir I bmin pagal Ohmo dėsnį:

2. Kolektoriaus ic išėjimo srovės apskaičiavimas

Dabar, žinodami stiprinimą (β = 200), galite lengvai apskaičiuoti didžiausias ir minimalias kolektoriaus srovės reikšmes (I cmax ir I cmin).

3. Išėjimo įtampos Vout apskaičiavimas

Kolektoriaus srovė teka per rezistorių Rc, kurį mes jau apskaičiavome. Belieka pakeisti reikšmes:

4. Rezultatų analizė

Kaip matyti iš rezultatų, V Cmax buvo mažesnis nei V Cmin. Taip yra dėl to, kad įtampa per rezistorių V Rc atimama iš maitinimo įtampos VCC. Tačiau daugeliu atvejų tai nesvarbu, nes mus domina kintama signalo sudedamoji dalis - amplitudė, kuri padidėjo nuo 0,1 V iki 1 V. Signalo dažnis ir sinusinė forma nepasikeitė. Žinoma, dešimties kartų V out / V santykis toli gražu nėra geriausias stiprintuvo rodiklis, tačiau jis yra gana tinkamas iliustruoti stiprinimo procesą.

Taigi, apibendrinkime stiprintuvo, pagrįsto bipoliniu tranzistoriumi, veikimo principą. Srovė I b teka per bazę, nešdama pastovias ir kintamas sudedamąsias dalis. Reikalingas pastovus komponentas, kad PN jungtis tarp pagrindo ir emiterio pradėtų vesti - „atsidarytų“. Kintamasis komponentas iš tikrųjų yra pats signalas (naudinga informacija). Tranzistoriaus viduje esanti kolektoriaus-emiterio srovė yra bazės srovės, padaugintos iš stiprinimo β, rezultatas. Savo ruožtu, rezistoriaus Rc įtampa virš kolektoriaus yra sustiprintos kolektoriaus srovės padauginimo iš rezistoriaus vertės rezultatas.

Taigi, V išvesties kaištis gauna signalą su padidinta virpesių amplitudė, bet su tokia pačia forma ir dažniu. Svarbu pabrėžti, kad tranzistorius stiprina energiją iš VCC maitinimo šaltinio. Jei maitinimo įtampa yra nepakankama, tranzistorius negalės visiškai veikti, o išėjimo signalas gali būti iškraipytas.

Bipolinio tranzistoriaus veikimo režimai

Atsižvelgiant į tranzistoriaus elektrodų įtampos lygius, yra keturi jo veikimo režimai:

Išjungimo režimas.

Aktyvus režimas.

Sodrumo režimas.

Atvirkštinis režimas.

Išjungimo režimas

Kai bazės ir emiterio įtampa yra mažesnė nei 0,6 V – 0,7 V, PN jungtis tarp pagrindo ir emiterio uždaroma. Šioje būsenoje tranzistorius neturi bazinės srovės. Dėl to nebus ir kolektoriaus srovės, nes bazėje nėra laisvų elektronų, pasiruošusių judėti link kolektoriaus įtampos. Pasirodo, kad tranzistorius yra tarsi užrakintas, ir jie sako, kad jis yra išjungimo režimas.

Aktyvus režimas

IN aktyvus režimasĮtampa prie pagrindo yra pakankama, kad PN jungtis tarp pagrindo ir emiterio atsidarytų. Šioje būsenoje tranzistorius turi bazės ir kolektoriaus sroves. Kolektoriaus srovė lygi bazinei srovei, padaugintai iš stiprinimo. Tai yra, aktyvusis režimas yra įprastas tranzistoriaus, kuris naudojamas stiprinimui, veikimo režimas.

Sodrumo režimas

Kartais bazinė srovė gali būti per didelė. Dėl to maitinimo galios tiesiog nepakanka, kad būtų užtikrintas toks kolektoriaus srovės dydis, kuris atitiktų tranzistoriaus stiprinimą. Prisotinimo režimu kolektoriaus srovė bus didžiausia, kurią gali suteikti maitinimo šaltinis, ir nepriklausys nuo bazinės srovės. Šioje būsenoje tranzistorius negali sustiprinti signalo, nes kolektoriaus srovė nereaguoja į bazinės srovės pokyčius.

Prisotinimo režimu tranzistoriaus laidumas yra didžiausias ir jis labiau tinka jungiklio (jungiklio) funkcijai „įjungtoje“ būsenoje. Panašiai ir išjungimo režimu tranzistoriaus laidumas yra minimalus, ir tai atitinka jungiklį išjungtoje būsenoje.

Atvirkštinis režimas

Šiame režime kolektoriaus ir emiterio vaidmenys keičiasi: kolektoriaus PN sandūra yra pakreipta į priekį, o emiterio sandūra – priešinga kryptimi. Dėl to srovė teka iš pagrindo į kolektorių. Kolektoriaus puslaidininkio sritis yra asimetriška emiterio atžvilgiu, o stiprinimas atvirkštiniu režimu yra mažesnis nei įprastu aktyviuoju režimu. Tranzistorius suprojektuotas taip, kad aktyviuoju režimu veiktų kuo efektyviau. Todėl atvirkštiniu režimu tranzistorius praktiškai nenaudojamas.

Pagrindiniai dvipolio tranzistoriaus parametrai.

Dabartinis pelnas– kolektoriaus srovės I C ir bazinės srovės I B santykis. Paskirta β , hfe arba h21e, priklausomai nuo skaičiavimų, atliekamų su tranzistoriais, specifikos.

β yra pastovi vieno tranzistoriaus vertė ir priklauso nuo fizinės įrenginio struktūros. Didelis padidėjimas skaičiuojamas šimtais vienetų, mažas padidėjimas - dešimtimis. Dviejų atskirų to paties tipo tranzistorių, net jei gamybos metu jie buvo „vamzdyno kaimynai“, β gali šiek tiek skirtis. Ši bipolinio tranzistoriaus charakteristika yra bene svarbiausia. Jei skaičiuojant dažnai galima nepaisyti kitų prietaiso parametrų, srovės stiprinimas yra beveik neįmanomas.

Įvesties varža– tranzistoriaus varža, „atitinkanti“ bazinę srovę. Paskirta R in (R įvestis). Kuo jis didesnis, tuo geresnės įrenginio stiprinimo charakteristikos, nes bazinėje pusėje dažniausiai yra silpno signalo šaltinis, kuriam reikia sunaudoti kuo mažiau srovės. Idealus variantas yra tada, kai įvesties varža yra begalybė.

Vidutinio bipolinio tranzistoriaus R įvestis yra keli šimtai KΩ (kiloomų). Čia dvipolis tranzistorius labai daug pralaimi lauko tranzistoriui, kur įėjimo varža siekia šimtus GΩ (gigaomų).

Išėjimo laidumas- tranzistoriaus laidumas tarp kolektoriaus ir emiterio. Kuo didesnis išėjimo laidumas, tuo daugiau kolektoriaus-emiterio srovės galės praeiti per tranzistorių su mažesne galia.

Be to, padidėjus išėjimo laidumui (arba sumažėjus išėjimo varžai), padidėja maksimali apkrova, kurią stiprintuvas gali atlaikyti su nereikšmingais bendrojo stiprinimo nuostoliais. Pavyzdžiui, jei tranzistorius su mažu išėjimo laidumu be apkrovos sustiprina signalą 100 kartų, tai prijungus 1 KΩ apkrovą, jis jau sustiprins tik 50 kartų. Tranzistorius, turintis tą patį stiprinimą, bet didesnį išėjimo laidumą, turės mažesnį stiprinimo kritimą. Idealus variantas yra tada, kai išėjimo laidumas yra begalybė (arba išėjimo varža R out = 0 (R out = 0)).

Šiame straipsnyje aptarėme tokį svarbų tranzistoriaus parametrą kaip beta koeficientas (β) . Tačiau tranzistoryje yra dar vienas įdomus parametras. Pats savaime jis yra nereikšmingas, bet gali padaryti daug verslo! Tai tarsi akmenukas, patekęs į sportininko sportbačius: atrodo mažas, bet bėgiojant sukelia nepatogumų. Taigi, kaip šis „akmenukas“ trukdo tranzistoriui? Išsiaiškinkime...

Tiesioginis ir atvirkštinis PN jungties prijungimas

Kaip prisimename, tranzistorius susideda iš trijų puslaidininkių. , kurį vadiname baziniu skleidėju emiterio sandūra, o pagrindo-kolektoriaus perėjimas yra kolektoriaus perėjimas.

Kadangi šiuo atveju turime NPN tranzistorių, tai reiškia, kad srovė tekės iš kolektoriaus į emiterį, su sąlyga, kad atidarysime bazę, įjungdami į ją didesnę nei 0,6 volto įtampą (gerai, kad tranzistorius atsidarytų) .

Hipotetiškai paimkime ploną, ploną peilį ir išpjaukime emiterį tiesiai išilgai PN sankryžos. Mes baigsime kažką panašaus:

Sustabdyti! Ar turime diodą? Taip, jis yra tas! Atminkite, kad straipsnyje srovės įtampos charakteristika (CVC) apžvelgėme diodo CVC:

Dešinėje srovės-įtampos charakteristikos pusėje matome, kaip grafiko atšaka labai staigiai pakilo aukštyn. Šiuo atveju diodui taikėme nuolatinę įtampą, tai yra, taip buvo tiesioginis diodo prijungimas.

Diodas per save praleido elektros srovę. Mes netgi atlikome eksperimentus su tiesioginiu ir atvirkštiniu diodo prijungimu. Kas neprisimena, gali paskaityti.

Bet jei pakeisite poliškumą

tada mūsų diodas nepraleis srovės. Mes visada taip buvome mokomi, ir tame yra dalis tiesos, bet... mūsų pasaulis nėra idealus).

Kaip veikia PN jungtis? Įsivaizdavome tai kaip piltuvą. Taigi, šiam piešiniui

mūsų piltuvas bus apverstas upelio link

Vandens tekėjimo kryptis yra elektros srovės judėjimo kryptis. Piltuvėlis yra diodas. Bet vanduo, kuris pateko per siaurą piltuvo kaklelį? Kaip tai galima vadinti? Ir vadinasi atvirkštinė PN jungties srovė (grįšiu).

Kaip manote, ar padidinus vandens tekėjimo greitį padidės vandens kiekis, praeinantis per siaurą piltuvo kaklelį? Tikrai! Tai reiškia, kad jei pridėsite įtampą U arr., tada padidės atvirkštinė srovė aš arr., ką matome kairėje diodo srovės-įtampos charakteristikos grafiko pusėje:

Bet iki kokios ribos galite padidinti vandens tekėjimo greitį? Jei jis labai didelis, mūsų piltuvėlis neatlaikys, sienos sutrūkinės ir suskils į gabalus, tiesa? Todėl kiekvienam diodui galite rasti tokį parametrą kaip U aps.maks, kurio viršijimas diodui prilygsta mirčiai.

Pavyzdžiui, diodui D226B:

U aps.maks= 500 voltų ir maksimalus atvirkštinis impulsas U arr. imp.maks= 600 voltų. Tačiau atminkite, kad elektroninės grandinės yra suprojektuotos, kaip sakoma, „su 30% marža“. Ir net jei grandinėje atvirkštinė diodo įtampa yra 490 voltų, tada grandinėje bus sumontuotas diodas, galintis atlaikyti daugiau nei 600 voltų. Su kritinėmis vertybėmis geriau nežaisti). Impulsinė atvirkštinė įtampa yra staigus įtampos padidėjimas, kurio amplitudė gali siekti iki 600 voltų. Bet čia taip pat geriau imti su nedidele marža.

Taigi... kodėl aš visa tai apie diodą ir apie diodą... Atrodo, kad mes tiriame tranzistorius. Bet kad ir ką sakytume, diodas yra tranzistoriaus kūrimo blokas. Taigi, jei kolektoriaus sandūroje pritaikysime atvirkštinę įtampą, tada per sandūrą tekės atvirkštinė srovė, kaip ir diode? Būtent. Ir šis tranzistoriaus parametras vadinamas . Mes jį žymime kaip Aš KBO, tarp buržuazijos - Aš CBO. Reiškia "Srovė tarp kolektoriaus ir bazės, kai emiteris atidarytas". Grubiai tariant, emiterio koja niekur nesikimba ir pakimba ore.

Norint išmatuoti kolektoriaus atvirkštinę srovę, pakanka surinkti šias paprastas grandines:

NPN tranzistoriui PNP tranzistoriui

Silicio tranzistorių atvirkštinė kolektoriaus srovė yra mažesnė nei 1 µA, germanio tranzistorių: 1–30 µA. Kadangi matuoju tik nuo 10 µA, o germanio tranzistorių po ranka neturiu, šio eksperimento atlikti negalėsiu, nes įrenginio skiriamoji geba to neleidžia.

Vis dar neatsakėme į klausimą, kodėl kolektoriaus atvirkštinė srovė tokia svarbi ir yra įtraukta į žinynus? Reikalas tas, kad veikimo metu tranzistorius išsklaido tam tikrą galią į erdvę, o tai reiškia, kad jis įkaista. Atbulinė kolektoriaus srovė labai priklauso nuo temperatūros ir padvigubina jos vertę kas 10 laipsnių Celsijaus. Ne, bet kas negerai? Tegul auga, atrodo, kad tai niekam netrukdo.

Atvirkštinės kolektoriaus srovės poveikis

Reikalas tas, kad kai kuriose perjungimo grandinėse dalis šios srovės eina per emiterio jungtį. Ir kaip mes prisimename, pagrindinė srovė teka per emiterio sandūrą. Kuo didesnė valdymo srovė (bazinė srovė), tuo didesnė valdoma srovė (kolektoriaus srovė). Tai aptarėme straipsnyje. Vadinasi, menkiausias bazinės srovės pokytis lemia didelį kolektoriaus srovės pokytį ir visa grandinė pradeda veikti netinkamai.

Kaip kovoti su atvirkštine kolektoriaus srove

Tai reiškia, kad svarbiausias tranzistoriaus priešas yra temperatūra. Kaip su tuo kovoja radioelektroninės įrangos (REA) kūrėjai?

– naudokite tranzistorius, kuriuose atvirkštinė kolektoriaus srovė yra labai maža. Tai, žinoma, silicio tranzistoriai. Maža užuomina - silicio tranzistorių žymėjimas prasideda raidėmis „KT“, o tai reiškia KAM diržas T tranzistorius.

– naudoti grandines, kurios sumažina kolektoriaus atvirkštinę srovę.

Atvirkštinė kolektoriaus srovė yra svarbus tranzistoriaus parametras. Jis pateikiamas kiekvieno tranzistoriaus duomenų lape. Grandinėse, kurios naudojamos esant ekstremalioms temperatūroms, kolektoriaus grįžtamoji srovė vaidins labai svarbų vaidmenį. Todėl, jei surenkate grandinę, kurioje nenaudojamas radiatorius ir ventiliatorius, tada, žinoma, geriau pasiimti tranzistorius su minimalia atvirkštinio kolektoriaus srove.

Sveikinimai, mieli draugai! Šiandien kalbėsime apie dvipolius tranzistorius ir informacija bus naudinga pirmiausia pradedantiesiems. Taigi, jei jus domina, kas yra tranzistorius, jo veikimo principas ir apskritai kam jis naudojamas, tai pasiimkite patogesnę kėdę ir prieikite arčiau.

Tęskime, ir mes turime čia turinį, bus patogiau naršyti straipsnį :)

Tranzistorių tipai

Tranzistoriai daugiausia yra dviejų tipų: bipoliniai tranzistoriai ir lauko tranzistoriai. Žinoma, viename straipsnyje buvo galima apsvarstyti visų tipų tranzistorius, bet aš nenoriu virti košės jūsų galvoje. Todėl šiame straipsnyje apžvelgsime tik dvipolius tranzistorius, o apie lauko tranzistorius kalbėsiu viename iš šių straipsnių. Nemaišykime visko į vieną krūvą, o kreipkime dėmesį į kiekvieną atskirai.

Bipolinis tranzistorius

Dvipolis tranzistorius yra vamzdinių triodų, tų, kurie buvo XX amžiaus televizoriuose, palikuonis. Triodai nuėjo į užmarštį ir užleido vietą funkcionalesniems broliams – tranzistoriams, tiksliau – bipoliniams tranzistoriams.

Triodai, išskyrus retas išimtis, naudojami melomanų įrangoje.

Bipoliniai tranzistoriai gali atrodyti taip.

Kaip matote, bipoliniai tranzistoriai turi tris gnybtus ir struktūriškai gali atrodyti visiškai kitaip. Tačiau elektros schemose jie atrodo paprasti ir visada vienodi. Ir visas šis grafinis spindesys atrodo maždaug taip.

Šis tranzistorių vaizdas dar vadinamas UGO (Įprastinis grafinis simbolis).

Be to, bipoliniai tranzistoriai gali turėti skirtingus laidumo tipus. Yra NPN tipo ir PNP tipo tranzistoriai.

Skirtumas tarp n-p-n tranzistoriaus ir p-n-p tranzistoriaus yra tik tas, kad jis yra elektros krūvio (elektronų arba "skylių") "nešiklis". Tie. Pnp tranzistoriaus atveju elektronai juda iš emiterio į kolektorių ir yra varomi bazės. N-p-n tranzistoriaus atveju elektronai eina iš kolektoriaus į emiterį ir yra valdomi bazės. Dėl to darome išvadą, kad norint grandinėje pakeisti vieno laidumo tipo tranzistorių kitu, pakanka pakeisti tiekiamos įtampos poliškumą. Arba kvailai pakeiskite maitinimo šaltinio poliškumą.

Bipoliniai tranzistoriai turi tris gnybtus: kolektorius, emiterį ir bazę. Manau, kad bus sunku supainioti su UGO, bet tikrame tranzistoriuje susipainioti lengviau nei bet kada.

Paprastai tai, kuri išvestis nustatoma, yra iš žinyno, bet galite tiesiog . Tranzistoriaus gnybtai skamba kaip du diodai, sujungti bendrame taške (tranzistoriaus pagrindo srityje).

Kairėje yra p-n-p tipo tranzistoriaus paveikslėlis, kai bandote, atsiranda jausmas (per multimetro rodmenis), kad priešais jus yra du diodai, kurie yra sujungti viename taške savo katodais. n-p-n tranzistoriaus diodai baziniame taške yra sujungti jų anodais. Manau, paeksperimentavus su multimetru bus aiškiau.

Dvipolio tranzistoriaus veikimo principas

Dabar pabandysime išsiaiškinti, kaip veikia tranzistorius. Aš nesileisiu į detales apie vidinę tranzistorių struktūrą, nes ši informacija tik suklaidins. Geriau pažiūrėkite į šį piešinį.

Šis vaizdas geriausiai paaiškina tranzistoriaus veikimo principą. Šiame paveikslėlyje asmuo valdo kolektoriaus srovę naudodamas reostatą. Jis žiūri į bazinę srovę, jei padidėja bazinė srovė, tada žmogus taip pat padidina kolektoriaus srovę, atsižvelgdamas į tranzistoriaus h21E stiprinimą. Jei bazinė srovė nukrenta, tada sumažės ir kolektoriaus srovė - žmogus ją ištaisys naudodamas reostatą.

Ši analogija neturi nieko bendra su tikruoju tranzistoriaus veikimu, tačiau leidžia lengviau suprasti jo veikimo principus.

Dėl tranzistorių galima atkreipti dėmesį į taisykles, kurios padės lengviau suprasti dalykus. (Šios taisyklės paimtos iš knygos).

1. Kolektorius turi didesnį teigiamą potencialą nei emiteris
2. Kaip jau sakiau, bazinio kolektoriaus ir bazinio emiterio grandinės veikia kaip diodai
3. Kiekvienam tranzistoriui būdingos ribinės vertės, tokios kaip kolektoriaus srovė, bazės srovė ir kolektoriaus-emiterio įtampa.
4. Jei laikomasi 1-3 taisyklių, tada kolektoriaus srovė Ik yra tiesiogiai proporcinga bazinei srovei Ib. Šį ryšį galima parašyti kaip formulę.

Iš šios formulės galime išreikšti pagrindinę tranzistoriaus savybę – maža bazinė srovė valdo didelę kolektoriaus srovę.

Dabartinis pelnas.

Jis taip pat žymimas kaip

Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, tranzistorius gali veikti keturiais režimais:

1. Tranzistoriaus išjungimo režimas— šiuo režimu bazinio emiterio jungtis uždaryta, tai gali atsitikti, kai bazinio emiterio įtampa yra nepakankama. Dėl to nėra bazinės srovės, todėl nebus ir kolektoriaus srovės.
2. Tranzistoriaus aktyvusis režimas- tai įprastas tranzistoriaus veikimo režimas. Šiuo režimu bazės-emiterio įtampa yra pakankama, kad atsidarytų bazės-emiterio jungtis. Pakanka bazinės srovės, taip pat yra kolektoriaus srovė. Kolektoriaus srovė lygi bazinei srovei, padaugintai iš stiprinimo.
3. Tranzistoriaus prisotinimo režimas - Tranzistorius persijungia į šį režimą, kai bazinė srovė tampa tokia didelė, kad maitinimo šaltinio galios tiesiog neužtenka dar labiau padidinti kolektoriaus srovę. Šiuo režimu kolektoriaus srovė negali padidėti padidėjus bazinei srovei.
4. Atvirkštinis tranzistoriaus režimas— šis režimas naudojamas itin retai. Šiuo režimu tranzistoriaus kolektorius ir emiteris sukeičiami. Dėl tokių manipuliacijų tranzistoriaus stiprinimas labai nukenčia. Iš pradžių tranzistorius nebuvo sukurtas veikti tokiu specialiu režimu.

Norėdami suprasti, kaip veikia tranzistorius, turite pažvelgti į konkrečius grandinės pavyzdžius, todėl pažvelkime į kai kuriuos iš jų.

Tranzistorius perjungimo režimu

Tranzistorius perjungimo režimu yra vienas iš tranzistorių grandinių su bendru emiteriu atvejų. Tranzistoriaus grandinė perjungimo režimu naudojama labai dažnai. Ši tranzistoriaus grandinė naudojama, pavyzdžiui, kai reikia valdyti galingą apkrovą naudojant mikrovaldiklį. Valdiklio kojelė nepajėgi traukti galingos apkrovos, bet tranzistorius gali. Pasirodo, valdiklis valdo tranzistorių, o tranzistorius – galingą apkrovą. Na, pirmieji dalykai.

Pagrindinė šio režimo idėja yra ta, kad bazinė srovė valdo kolektoriaus srovę. Be to, kolektoriaus srovė yra daug didesnė už bazinę srovę. Čia plika akimi matosi, kad srovės signalas yra sustiprintas. Šis stiprinimas atliekamas naudojant maitinimo šaltinio energiją.

Paveikslėlyje parodyta tranzistoriaus veikimo perjungimo režimu schema.

Tranzistorių grandinėms įtampos nevaidina didelio vaidmens, svarbios tik srovės. Todėl, jei kolektoriaus srovės ir bazinės srovės santykis yra mažesnis nei tranzistoriaus stiprinimas, tada viskas gerai.

Tokiu atveju, net jei į bazę įjungsime 5 voltų įtampą, o kolektoriaus grandinėje – 500 voltų, nieko blogo nenutiks, tranzistorius paklusniai perjungs aukštos įtampos apkrovą.

Svarbiausia, kad šios įtampos neviršytų tam tikro tranzistoriaus ribinių verčių (nustatytų tranzistoriaus charakteristikose).

Kiek žinome, dabartinė vertė yra apkrovos charakteristika.

Nežinome lemputės varžos, bet žinome, kad lemputės veikimo srovė yra 100 mA. Kad tranzistorius atsidarytų ir leistų tokiai srovei tekėti, reikia pasirinkti atitinkamą bazinę srovę. Bazinę srovę galime reguliuoti keisdami bazinio rezistoriaus reikšmę.

Kadangi minimali tranzistoriaus stiprinimo vertė yra 10, tada, kad tranzistorius atsidarytų, bazinė srovė turi tapti 10 mA.

Mums reikalinga srovė yra žinoma. Įtampa per pagrindinį rezistorių bus Ši įtampos vertė rezistoriuje yra dėl to, kad bazės ir emiterio sandūroje nukrenta 0,6 V–0, 7 V, ir mes neturime pamiršti į tai atsižvelgti.

Dėl to mes galime lengvai rasti rezistoriaus varžą

Belieka pasirinkti konkrečią reikšmę iš daugybės rezistorių ir viskas.

Dabar tikriausiai manote, kad tranzistoriaus jungiklis veiks taip, kaip turėtų? Kad pajungus bazinį rezistorių prie +5 V užsidega lemputė, išjungus lemputė užgęsta? Atsakymas gali būti teigiamas arba ne.

Reikalas tas, kad čia yra nedidelis niuansas.

Kai rezistoriaus potencialas bus lygus žemės potencialui, lemputė užges. Jei rezistorius tiesiog atjungtas nuo įtampos šaltinio, tada viskas nėra taip paprasta. Bazinio rezistoriaus įtampa gali stebuklingai atsirasti dėl trukdžių ar kitos anapusinės piktosios dvasios :)

Norėdami išvengti šio poveikio, atlikite šiuos veiksmus. Kitas rezistorius Rbe yra prijungtas tarp pagrindo ir emiterio. Šis rezistorius pasirenkamas bent 10 kartų didesne nei bazinis rezistorius Rb (mūsų atveju mes paėmėme 4,3 kOhm rezistorių).

Kai bazė yra prijungta prie bet kokios įtampos, tranzistorius veikia kaip turėtų, rezistorius Rbe jam netrukdo. Šis rezistorius sunaudoja tik nedidelę bazinės srovės dalį.

Tuo atveju, kai įtampa prie pagrindo neteikiama, bazė patraukiama iki įžeminimo potencialo, o tai apsaugo mus nuo visų rūšių trukdžių.

Taigi iš esmės mes išsiaiškinome, kaip tranzistorius veikia rakto režimu, ir, kaip matote, rakto veikimo režimas yra tam tikras signalo įtampos stiprinimas. Juk 12 V įtampą valdėme naudodami žemą 5 V įtampą.

Emiterio sekėjas

Emiterio sekėjas yra ypatingas bendro kolektoriaus tranzistorių grandinių atvejis.

Išskirtinis grandinės su bendru kolektorius nuo grandinės su bendru emiteriu (pasirinktis su tranzistoriniu jungikliu) bruožas yra tas, kad ši grandinė nestiprina įtampos signalo. Kas pateko per bazę, išėjo per emiterį, su ta pačia įtampa.

Iš tiesų, tarkime, kad bazei prijungėme 10 voltų, nors žinome, kad bazės ir emiterio sankryžoje nukrenta maždaug 0,6–0,7 V. Pasirodo, kad išėjime (prie emiterio, prie apkrovos Rн) bus minus 0,6 V bazinė įtampa.

Pasirodė 9,4V, žodžiu, beveik tiek, kiek įėjo ir išėjo. Įsitikinome, kad ši grandinė mums nepadidins signalo įtampos atžvilgiu.

„Kokia prasmė įjungti tranzistorių taip? Tačiau pasirodo, kad ši schema turi dar vieną labai svarbią savybę. Tranzistoriaus prijungimo prie bendro kolektoriaus grandinė sustiprina signalą galios atžvilgiu. Galia yra srovės ir įtampos sandauga, bet kadangi įtampa nekinta, galia didėja tik dėl srovės! Apkrovos srovė yra bazinės srovės ir kolektoriaus srovės suma. Bet jei palyginsite bazinę srovę ir kolektoriaus srovę, bazinė srovė yra labai maža, palyginti su kolektoriaus srove. Pasirodo, apkrovos srovė lygi kolektoriaus srovei. Ir rezultatas yra tokia formulė.

Dabar manau, kad aišku, kokia yra emiterio sekėjų grandinės esmė, bet tai dar ne viskas.

Emiterio sekėjas turi dar vieną labai vertingą savybę – didelę įėjimo varžą. Tai reiškia, kad ši tranzistoriaus grandinė beveik nevartoja įvesties srovės ir nesukuria jokios apkrovos signalo šaltinio grandinei.

Norint suprasti tranzistoriaus veikimo principą, šių dviejų tranzistorių grandinių pakaks. O jei eksperimentuosite su lituokliu rankose, epifanija tiesiog neužtruks, nes teorija yra teorija, o praktika ir asmeninė patirtis šimtus kartų vertingesnė!

Kur galima nusipirkti tranzistorių?

Kaip ir visus kitus radijo komponentus, tranzistorius galima įsigyti bet kurioje netoliese esančioje radijo dalių parduotuvėje. Jei gyvenate kur nors pakraštyje ir negirdėjote apie tokias parduotuves (kaip aš dariau anksčiau), tada lieka paskutinė galimybė – užsisakykite tranzistorius iš internetinės parduotuvės. Aš pats dažnai užsakau radijo komponentus per internetines parduotuves, nes įprastoje neprisijungus parduotuvėje kažko gali tiesiog nebūti.

Tačiau jei įrenginį surenkate tik sau, galite dėl to nesijaudinti, o ištraukti jį iš senojo ir, taip sakant, įkvėpti senam radijo komponentui naujos gyvybės.

Na, draugai, tai viskas man. Aš tau pasakiau viską, ką šiandien planavau. Jei turite klausimų, užduokite juos komentaruose, jei neturite klausimų, vis tiek rašykite komentarus, man visada svarbi jūsų nuomonė. Beje, nepamirškite, kad visi pirmą kartą palikę komentarą gaus dovanėlę.

Taip pat būtinai užsiprenumeruokite naujus straipsnius, nes ir toliau jūsų laukia daug įdomių ir naudingų dalykų.

Linkiu sėkmės, sėkmės ir saulėtos nuotaikos!

Iš n/a Vladimiras Vasiljevas

P.S. Draugai, būtinai užsiprenumeruokite naujienas! Prenumeruodami gausite naują medžiagą tiesiai į savo el. Ir beje, kiekvienas užsiregistravęs gaus naudingą dovanėlę!

Tranzistorius

Tranzistorius yra puslaidininkinis įtaisas, leidžiantis valdyti stipresnį signalą naudojant silpną signalą. Dėl šios savybės jie dažnai kalba apie tranzistoriaus gebėjimą sustiprinti signalą. Nors iš tikrųjų jis nieko nepadidina, o tiesiog leidžia įjungti ir išjungti didelę srovę daug silpnesnėmis srovėmis. Elektronikoje tranzistoriai yra labai paplitę, nes bet kurio valdiklio išėjimas retai gali pagaminti didesnę nei 40 mA srovę, todėl net 2-3 mažos galios šviesos diodai negali būti maitinami tiesiai iš mikrovaldiklio. Čia į pagalbą ateina tranzistoriai. Straipsnyje aptariami pagrindiniai tranzistorių tipai, P-N-P ir N-P-N dvipolių tranzistorių skirtumai, P-kanalo ir N kanalo lauko tranzistoriai, aptariamos pagrindinės tranzistorių sujungimo subtilybės ir atskleidžiama jų taikymo sritis.

Nepainiokite tranzistoriaus su rele. Relė yra paprastas jungiklis. Jo darbo esmė yra uždaryti ir atidaryti metalinius kontaktus. Tranzistorius yra sudėtingesnis ir jo veikimas pagrįstas elektronų skylės perėjimu. Jei norite sužinoti daugiau apie tai, galite žiūrėti puikų vaizdo įrašą, kuriame aprašomas tranzistoriaus veikimas nuo paprasto iki sudėtingo. Nesijaudinkite dėl vaizdo įrašo sukūrimo metų – nuo ​​to laiko fizikos dėsniai nepasikeitė, o naujesnio vaizdo įrašo, kuriame taip gerai pateikiama medžiaga, nepavyko rasti:

Tranzistorių tipai

Bipolinis tranzistorius

Dvipolis tranzistorius skirtas valdyti silpnas apkrovas (pavyzdžiui, mažos galios variklius ir servus). Jis visada turi tris išėjimus:

Kolektorius - tiekiama aukšta įtampa, kurią valdo tranzistorius

• Bazė - srovė tiekiama arba išjungiama, norint atidaryti arba uždaryti tranzistorių

Emitter (angl. emitter) - tranzistoriaus „išvestis“. Per jį teka srovė iš kolektoriaus ir pagrindo.

Bipolinis tranzistorius valdomas srove. Kuo daugiau srovės tiekiama į bazę, tuo daugiau srovės tekės iš kolektoriaus į emiterį. Srovės, einančios iš emiterio į kolektorių, ir tranzistoriaus pagrindo srovės santykis vadinamas stiprinimu. Žymima kaip hfe (anglų literatūroje jis vadinamas pelnu).

Pavyzdžiui, jei hfe= 150, o 0,2 mA praeina per bazę, tada tranzistorius per save praleis daugiausia 30 mA. Jei prijungiamas komponentas, sunaudojantis 25 mA (pvz., šviesos diodas), jam bus tiekiama 25 mA. Jei prijungiamas komponentas, kuris suvartoja 150 mA, jam bus tiekiama tik maksimali 30 mA. Kontakto dokumentacijoje nurodytos didžiausios leistinos srovių ir įtampų vertės bazė-> skleidėjas Ir kolekcininkas -> skleidėjas . Viršijus šias vertes, tranzistorius perkaista ir sugenda.

Juokingi paveiksliukai:

NPN ir PNP dvipoliai tranzistoriai

Yra 2 poliarinių tranzistorių tipai: NPN Ir PNP. Jie skiriasi sluoksnių kaitaliojimu. N (iš neigiamo) – sluoksnis su neigiamų krūvininkų (elektronų) pertekliumi, P (iš teigiamo) – sluoksnis su teigiamų krūvininkų (skylių) pertekliumi. Daugiau informacijos apie elektronus ir skyles aprašyta aukščiau esančiame vaizdo įraše.

Tranzistorių elgesys priklauso nuo sluoksnių kaitos. Aukščiau pateikta animacija rodo NPN tranzistorius. IN PNP tranzistoriaus valdymas yra atvirkščiai - srovė teka per tranzistorių, kai bazė yra įžeminta, o blokuojama, kai srovė teka per bazę. Kaip parodyta diagramoje PNP Ir NPN skiriasi rodyklės kryptimi. Rodyklė visada rodo perėjimą iš NĮ P:

NPN (kairėje) ir PNP (dešinėje) tranzistorių žymėjimas diagramoje

NPN tranzistoriai yra labiau paplitę elektronikoje, nes jie yra efektyvesni.

Lauko efekto tranzistorius

Lauko tranzistoriai nuo dvipolių tranzistorių skiriasi savo vidine struktūra. MOS tranzistoriai yra labiausiai paplitę mėgėjų elektronikoje. MOS yra metalo oksido laidininko santrumpa. Tas pats angliškai: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, sutrumpintai MOSFET. MOS tranzistoriai leidžia valdyti dideles galias esant santykinai mažiems paties tranzistoriaus dydžiams. Tranzistorius valdomas įtampa, o ne srove. Kadangi tranzistorius valdomas elektra lauke, tranzistorius gavo savo pavadinimą - lauke kaukti.

Lauko efekto tranzistoriai turi mažiausiai 3 gnybtus:

Nutekėjimas – jai tiekiama aukšta įtampa, kurią norite valdyti

Vartai - įtampa į jį įvedama tranzistoriui valdyti

Šaltinis - srovė teka per jį iš kanalizacijos, kai tranzistorius yra „atidarytas“

Turėtų būti animacija su lauko tranzistoriumi, bet ji niekuo nesiskirs nuo dvipolio tranzistoriaus, išskyrus pačių tranzistorių scheminį atvaizdavimą, todėl animacijos nebus.

N kanalo ir P kanalo lauko efekto tranzistoriai

Lauko tranzistoriai taip pat skirstomi į 2 tipus, priklausomai nuo įrenginio ir elgesio. N kanalas(N kanalas) atsidaro, kai įtampa tiekiama į vartus, ir užsidaro. kai nėra įtampos. P kanalas(P kanalas) veikia atvirkščiai: kol prie vartų nėra įtampos, srovė teka per tranzistorių. Kai įtampa patenka į vartus, srovė sustoja. Diagramoje lauko tranzistoriai pavaizduoti šiek tiek kitaip:

Pagal analogiją su bipoliniais tranzistoriais lauko tranzistoriai skiriasi poliškumu. N kanalo tranzistorius buvo aprašytas aukščiau. Jie yra labiausiai paplitę.

P kanalas, kai jis pažymėtas, skiriasi rodyklės kryptimi ir vėl veikia „apverstu“.

Yra klaidinga nuomonė, kad lauko efekto tranzistorius gali valdyti kintamąją srovę. Tai yra blogai. Norėdami valdyti kintamąją srovę, naudokite relę.

Darlingtono tranzistorius

Darlingtono tranzistorių priskirti atskiram tranzistorių tipui nėra visiškai teisinga. Tačiau šiame straipsnyje jų nepaminėti neįmanoma. Darlingtono tranzistorius dažniausiai randamas mikroschemos, apimančios kelis tranzistorius, pavidalu. Pavyzdžiui, ULN2003. Darlingtono tranzistorius pasižymi gebėjimu greitai atsidaryti ir uždaryti (todėl leidžia dirbti) ir tuo pačiu atlaikyti dideles sroves. Tai yra sudėtinių tranzistorių tipas ir yra dviejų arba, retai, daugiau tranzistorių pakopinė jungtis, sujungta taip, kad ankstesnės pakopos emiterio apkrova yra kitos pakopos tranzistoriaus bazės-emiterio sandūra, yra, tranzistoriai yra sujungti kolektoriais, o įvesties tranzistoriaus emiteris yra prijungtas prie bazinės poilsio dienos. Be to, ankstesnio tranzistoriaus emiterio varžinė apkrova gali būti naudojama kaip grandinės dalis, siekiant pagreitinti uždarymą. Toks ryšys kaip visuma laikomas vienu tranzistoriumi, kurio srovės stiprinimas, kai tranzistoriai veikia aktyviu režimu, yra maždaug lygus visų tranzistorių stiprinimo sandaugai.

Tranzistoriaus jungtis

Ne paslaptis, kad „Arduino“ plokštė gali tiekti 5 V įtampą į išvestį, kurios maksimali srovė yra iki 40 mA. Šios srovės nepakanka norint prijungti galingą apkrovą. Pavyzdžiui, jei bandysite prijungti LED juostelę arba variklį tiesiai prie išvesties, galite sugadinti Arduino išvestį. Gali būti, kad suges visa lenta. Be to, kai kuriems prijungtiems komponentams gali prireikti daugiau nei 5 V įtampos. Tranzistorius išsprendžia abi šias problemas. Tai padės, naudojant nedidelę srovę iš Arduino kaiščio, valdyti galingą srovę iš atskiro maitinimo šaltinio arba naudojant 5 V įtampą aukštesnei įtampai valdyti (net silpniausių tranzistorių maksimali įtampa retai būna mažesnė nei 50 V). . Pavyzdžiui, apsvarstykite variklio prijungimą:

Aukščiau pateiktoje diagramoje variklis prijungtas prie atskiro maitinimo šaltinio. Tarp variklio kontakto ir variklio maitinimo šaltinio įdėjome tranzistorių, kuris bus valdomas naudojant bet kurį Arduino skaitmeninį kaištį. Kai į valdiklio išvestį iš valdiklio išvesties pateiksime HIGH signalą, tranzistoriui atidaryti imsime labai mažą srovę, o per tranzistorių tekės didelė srovė ir nepažeis valdiklio. Atkreipkite dėmesį į rezistorių, sumontuotą tarp Arduino kaiščio ir tranzistoriaus pagrindo. Jis reikalingas norint apriboti srovę, tekančią mikrovaldiklio - tranzistoriaus - įžeminimo maršrutu, ir užkirsti kelią trumpiesiems jungimams. Kaip minėta anksčiau, maksimali srovė, kurią galima paimti iš Arduino kaiščio, yra 40 mA. Todėl mums reikės bent 125 Ohm rezistoriaus (5V/0,04A=125Om). Galite saugiai naudoti 220 omų rezistorių. Tiesą sakant, rezistorius turėtų būti parenkamas atsižvelgiant į srovę, kuri turi būti tiekiama į bazę, kad per tranzistorių gautų reikiamą srovę. Norėdami pasirinkti tinkamą rezistorių, turite atsižvelgti į stiprinimo koeficientą ( hfe).

SVARBU!! Jei prijungiate galingą apkrovą iš atskiro maitinimo šaltinio, turite fiziškai prijungti apkrovos maitinimo šaltinio žemę („minusą“) ir „Arduino“ įžeminimą („GND“ kaištį). Priešingu atveju negalėsite valdyti tranzistoriaus.

Naudojant lauko efekto tranzistorių, srovės ribojimo rezistorius ant vartų nereikalingas. Tranzistorius valdomas tik įtampa ir per vartus neteka srovė.