De nodige uitleg is gegeven, laten we ter zake komen.

Transistoren. Definitie en geschiedenis

Transistor- een elektronisch halfgeleiderapparaat waarin de stroom in een circuit van twee elektroden wordt geregeld door een derde elektrode. (transistors.ru)

Veldeffecttransistors waren de eersten die werden uitgevonden (1928), en bipolaire transistors verschenen in 1947 bij Bell Labs. En het was, zonder overdrijving, een revolutie in de elektronica.

Zeer snel vervingen transistors de vacuümbuizen in verschillende elektronische apparaten. In dit opzicht is de betrouwbaarheid van dergelijke apparaten toegenomen en is hun omvang aanzienlijk afgenomen. En tot op de dag van vandaag, hoe "geavanceerd" de microschakeling ook is, bevat deze nog steeds veel transistors (evenals diodes, condensatoren, weerstanden, enz.). Alleen hele kleine.

Overigens waren ‘transistoren’ aanvankelijk weerstanden waarvan de weerstand kon worden gewijzigd met behulp van de hoeveelheid aangelegde spanning. Als we de fysica van processen negeren, kan een moderne transistor ook worden weergegeven als een weerstand die afhangt van het signaal dat eraan wordt geleverd.

Wat is het verschil tussen veldeffect- en bipolaire transistors? Het antwoord ligt in hun namen. Bij een bipolaire transistor is sprake van ladingsoverdracht En elektronen, En gaten ("toegift" - tweemaal). En in het veld (ook wel unipolair genoemd) - of elektronen, of gaten.

Ook verschillen dit soort transistoren in toepassingsgebieden. Bipolaire exemplaren worden voornamelijk gebruikt in analoge technologie, en veld-technologieën - in digitale technologie.

En tenslotte: het belangrijkste toepassingsgebied van alle transistors- versterking van een zwak signaal door een extra stroombron.

Bipolaire transistor. Werkingsprincipe. Belangrijkste kenmerken

Een bipolaire transistor bestaat uit drie gebieden: emitter, basis en collector, die elk van spanning worden voorzien. Afhankelijk van het type geleidbaarheid van deze gebieden worden n-p-n- en p-n-p-transistoren onderscheiden. Meestal is het collectoroppervlak breder dan het emitteroppervlak. De basis is gemaakt van een licht gedoteerde halfgeleider (daarom heeft deze een hoge weerstand) en is zeer dun gemaakt. Omdat het contactoppervlak tussen emitter en basis aanzienlijk kleiner is dan het contactoppervlak tussen basis en collector, is het onmogelijk om de emitter en de collector te verwisselen door de aansluitpolariteit te veranderen. De transistor is dus een asymmetrisch apparaat.

Voordat we ingaan op de fysica van hoe een transistor werkt, schetsen we eerst het algemene probleem.


Het gaat als volgt: er vloeit een sterke stroom tussen de emitter en de collector ( collectorstroom), en tussen de emitter en de basis is er een zwakke stuurstroom ( basisstroom). De collectorstroom zal veranderen afhankelijk van de verandering in de basisstroom. Waarom?
Laten we eens kijken naar de pn-overgangen van de transistor. Er zijn er twee: emitter-basis (EB) en basis-collector (BC). In de actieve werkingsmodus van de transistor is de eerste verbonden met voorwaartse voorspanning en de tweede met tegengestelde voorspanning. Wat gebeurt er op de p-n-overgangen? Voor meer zekerheid zullen we een n-p-n-transistor beschouwen. Voor p-n-p is alles hetzelfde, alleen het woord ‘elektronen’ hoeft te worden vervangen door ‘gaten’.

Omdat de EB-overgang open is, ‘lopen’ elektronen gemakkelijk naar de basis. Daar recombineren ze gedeeltelijk met gaten, maar O De meeste van hen slagen er, vanwege de kleine dikte van de basis en de lage dotering, in om de basis-collectorovergang te bereiken. Wat, zoals we ons herinneren, omgekeerd bevooroordeeld is. En aangezien elektronen in de basis minderheidsladingsdragers zijn, helpt het elektrische veld van de overgang hen deze te overwinnen. De collectorstroom is dus slechts iets minder dan de emitterstroom. Let nu op je handen. Als je de basisstroom verhoogt, gaat de EB-overgang sterker open en kunnen er meer elektronen tussen de emitter en de collector glippen. En aangezien de collectorstroom aanvankelijk groter is dan de basisstroom, zal deze verandering zeer, zeer merkbaar zijn. Dus, het zwakke signaal dat op de basis wordt ontvangen, wordt versterkt. Nogmaals, een grote verandering in de collectorstroom is een proportionele weerspiegeling van een kleine verandering in de basisstroom.

Ik herinner me dat het werkingsprincipe van een bipolaire transistor aan mijn klasgenoot werd uitgelegd aan de hand van het voorbeeld van een waterkraan. Het water daarin is de collectorstroom, en de basisregelstroom is hoeveel we aan de knop draaien. Een kleine kracht (controleactie) is voldoende om de waterstroom uit de kraan te vergroten.

Naast de beschouwde processen kunnen zich nog een aantal andere verschijnselen voordoen op de p-n-overgangen van de transistor. Bij een sterke toename van de spanning op de basis-collectorovergang kan bijvoorbeeld de vermenigvuldiging van de lawinelading beginnen als gevolg van impactionisatie. En in combinatie met het tunneleffect zal dit eerst een elektrische storing veroorzaken en vervolgens (bij toenemende stroom) een thermische storing. Thermische doorslag in een transistor kan echter optreden zonder elektrische doorslag (dat wil zeggen zonder de collectorspanning te verhogen tot doorslagspanning). Hiervoor is één overmatige stroom door de collector voldoende.

Een ander fenomeen is te wijten aan het feit dat wanneer de spanningen op de collector- en emitterovergangen veranderen, hun dikte verandert. En als de basis te dun is, kan er een sluitend effect optreden (de zogenaamde "punctie" van de basis) - een verbinding tussen de collectorovergang en de emitterovergang. In dit geval verdwijnt het basisgebied en werkt de transistor niet meer normaal.

De collectorstroom van de transistor in de normale actieve bedrijfsmodus van de transistor is een bepaald aantal keren groter dan de basisstroom. Dit nummer wordt gebeld huidige winst en is een van de belangrijkste parameters van de transistor. Het is aangewezen u21. Als de transistor wordt ingeschakeld zonder belasting op de collector, zal bij een constante collector-emitterspanning de verhouding tussen de collectorstroom en de basisstroom geven statische stroomversterking. Het kan gelijk zijn aan tientallen of honderden eenheden, maar het is de moeite waard om te overwegen dat deze coëfficiënt in echte circuits kleiner is vanwege het feit dat wanneer de belasting wordt ingeschakeld, de collectorstroom op natuurlijke wijze afneemt.

De tweede belangrijke parameter is ingangsweerstand van de transistor. Volgens de wet van Ohm is dit de verhouding tussen de spanning tussen de basis en de emitter en de stuurstroom van de basis. Hoe groter het is, hoe lager de basisstroom en hoe hoger de versterking.

De derde parameter van een bipolaire transistor is spanningsversterking. Het is gelijk aan de verhouding van de amplitude of effectieve waarden van de uitgangs- (emitter-collector) en ingangs- (basis-emitter) wisselspanningen. Omdat de eerste waarde meestal erg groot is (eenheden en tientallen volt), en de tweede erg klein (tienden van volt), kan deze coëfficiënt tienduizenden eenheden bereiken. Het is vermeldenswaard dat elk basisstuursignaal zijn eigen spanningsversterking heeft.

Transistoren hebben dat ook frequentierespons, wat het vermogen van de transistor karakteriseert om een ​​signaal te versterken waarvan de frequentie de grensversterkingsfrequentie benadert. Het is een feit dat naarmate de frequentie van het ingangssignaal toeneemt, de versterking afneemt. Dit komt door het feit dat het tijdstip waarop de belangrijkste fysieke processen plaatsvinden (de tijd van beweging van dragers van de emitter naar de collector, het opladen en ontladen van capacitieve barrière-overgangen) evenredig wordt met de periode van verandering van het ingangssignaal. . Die. de transistor heeft eenvoudigweg geen tijd om te reageren op veranderingen in het ingangssignaal en stopt op een gegeven moment gewoon met het versterken ervan. De frequentie waarmee dit gebeurt, wordt genoemd grens.

Ook zijn de parameters van de bipolaire transistor:

• tegenstroomcollector-emitter
• op tijd
• omgekeerde collectorstroom
• maximaal toelaatbare stroom

De symbolen voor n-p-n- en p-n-p-transistors verschillen alleen in de richting van de pijl die de emitter aangeeft. Het laat zien hoe de stroom vloeit in een bepaalde transistor.

Bedrijfsmodi van een bipolaire transistor

De hierboven besproken optie vertegenwoordigt de normale actieve werkingsmodus van de transistor. Er zijn echter nog meer combinaties van open/gesloten pn-overgangen, die elk een afzonderlijke werkingsmodus van de transistor vertegenwoordigen.

1. Omgekeerde actieve modus. Hier is de BC-overgang open, maar integendeel, de EB is gesloten. De versterkingseigenschappen in deze modus zijn uiteraard slechter dan ooit, dus transistors worden in deze modus zeer zelden gebruikt.
2. Verzadiging modus. Beide kruispunten zijn open. Dienovereenkomstig "rennen" de belangrijkste ladingsdragers van de collector en de emitter naar de basis, waar ze actief recombineren met de belangrijkste dragers. Door de resulterende overmaat aan ladingsdragers neemt de weerstand van de basis- en pn-overgangen af. Daarom kan een circuit met een transistor in verzadigingsmodus als kortgesloten worden beschouwd, en dit radio-element zelf kan worden weergegeven als een equipotentiaalpunt.
3. Afgesneden modus. Beide overgangen van de transistor zijn gesloten, d.w.z. de stroom van de hoofdladingsdragers tussen de emitter en de collector stopt. Stromen van minderheidsladingsdragers creëren slechts kleine en oncontroleerbare thermische overgangsstromen. Door de armoede van de basis en transities met ladingsdragers neemt hun weerstand enorm toe. Daarom wordt vaak aangenomen dat een transistor die in de afsnijmodus werkt, een open circuit vertegenwoordigt.
4. Barrièremodus In deze modus is de basis rechtstreeks of via een lage weerstand verbonden met de collector. In het collector- of emittercircuit is ook een weerstand opgenomen, die de stroom door de transistor instelt. Hierdoor ontstaat het equivalent van een diodeschakeling met een weerstand in serie. Deze modus is erg handig, omdat het circuit hierdoor op vrijwel elke frequentie en over een breed temperatuurbereik kan werken en weinig veeleisend is voor de parameters van de transistors.

Schakelcircuits voor bipolaire transistors

Omdat de transistor drie contacten heeft, moet er over het algemeen stroom aan worden geleverd vanuit twee bronnen, die samen vier uitgangen produceren. Daarom moet een van de transistorcontacten vanuit beide bronnen worden voorzien van een spanning met hetzelfde teken. En afhankelijk van wat voor soort contact het is, zijn er drie circuits voor het aansluiten van bipolaire transistors: met een gemeenschappelijke emitter (CE), een gemeenschappelijke collector (OC) en een gemeenschappelijke basis (CB). Elk van hen heeft zowel voor- als nadelen. De keuze hiertussen wordt gemaakt afhankelijk van welke parameters voor ons belangrijk zijn en welke kunnen worden opgeofferd.

Aansluitcircuit met gemeenschappelijke emitter

Dit circuit levert de grootste winst in spanning en stroom (en dus in vermogen - tot tienduizenden eenheden), en is daarom het meest gebruikelijk. Hier wordt de emitter-basisovergang direct ingeschakeld, en de basis-collectorovergang omgekeerd. En aangezien zowel de basis als de collector een spanning van hetzelfde teken krijgen, kan het circuit vanuit één bron worden gevoed. In dit circuit verandert de fase van de AC-uitgangsspanning ten opzichte van de fase van de AC-ingangsspanning met 180 graden.

Maar naast al het lekkers heeft de OE-regeling ook een belangrijk nadeel. Het ligt in het feit dat een toename in frequentie en temperatuur leidt tot een aanzienlijke verslechtering van de versterkingseigenschappen van de transistor. Als de transistor dus op hoge frequenties moet werken, is het beter om een ​​ander schakelcircuit te gebruiken. Bijvoorbeeld met een gemeenschappelijke basis.

Aansluitschema met een gemeenschappelijke basis

Deze schakeling biedt geen significante signaalversterking, maar is goed bij hoge frequenties, omdat hierdoor vollediger gebruik kan worden gemaakt van de frequentierespons van de transistor. Als dezelfde transistor eerst wordt aangesloten volgens een circuit met een gemeenschappelijke emitter en vervolgens met een gemeenschappelijke basis, dan zal er in het tweede geval een aanzienlijke toename zijn van de afsnijfrequentie van de versterking. Omdat bij een dergelijke aansluiting de ingangsimpedantie laag is en de uitgangsimpedantie niet erg hoog, worden in antenneversterkers samengestelde transistorcascades gebruikt in antenneversterkers, waarbij de karakteristieke impedantie van de kabels doorgaans niet groter is dan 100 Ohm.

In een common-base-circuit wordt de signaalfase niet omgekeerd en wordt het ruisniveau bij hoge frequenties verminderd. Maar zoals reeds vermeld is de huidige winst altijd iets minder dan één. Het is waar dat de spanningsversterking hier hetzelfde is als in een circuit met een gemeenschappelijke emitter. De nadelen van een gemeenschappelijk basiscircuit omvatten ook de noodzaak om twee voedingen te gebruiken.

Aansluitschema met een gemeenschappelijke collector

De eigenaardigheid van dit circuit is dat de ingangsspanning volledig wordt teruggestuurd naar de ingang, d.w.z. dat de negatieve feedback erg sterk is.

Laat me je eraan herinneren dat negatieve feedback een feedback is waarbij het uitgangssignaal wordt teruggekoppeld naar de ingang, waardoor het niveau van het ingangssignaal wordt verlaagd. Er vindt dus automatische aanpassing plaats wanneer de parameters van het ingangssignaal per ongeluk veranderen

De stroomversterking is bijna hetzelfde als in het gemeenschappelijke emittercircuit. Maar de spanningsversterking is klein (het belangrijkste nadeel van dit circuit). Het benadert eenheid, maar is altijd minder dan dat. De vermogenswinst is dus gelijk aan slechts enkele tientallen eenheden.

In een gemeenschappelijk collectorcircuit is er geen faseverschuiving tussen de ingangs- en uitgangsspanning. Omdat de spanningsversterking dicht bij de eenheid ligt, komt de uitgangsspanning qua fase en amplitude overeen met de ingangsspanning, d.w.z. herhaalt deze. Daarom wordt zo'n circuit een emittervolger genoemd. Emitter - omdat de uitgangsspanning van de emitter wordt verwijderd ten opzichte van de gemeenschappelijke draad.

Deze aansluiting wordt gebruikt om transistortrappen aan te passen of wanneer de ingangssignaalbron een hoge ingangsimpedantie heeft (bijvoorbeeld een piëzo-elektrische pickup of een condensatormicrofoon).

Twee woorden over cascades

Het komt voor dat u het uitgangsvermogen moet vergroten (d.w.z. de collectorstroom moet verhogen). In dit geval wordt een parallelle aansluiting van het vereiste aantal transistors gebruikt.

Uiteraard moeten ze qua kenmerken ongeveer hetzelfde zijn. Maar er moet aan worden herinnerd dat de maximale totale collectorstroom niet groter mag zijn dan 1,6-1,7 van de maximale collectorstroom van een van de cascadetransistoren.
Dit wordt echter niet aanbevolen (met dank aan Wrewolf voor de opmerking) in het geval van bipolaire transistors. Omdat twee transistors, zelfs van hetzelfde type, op zijn minst enigszins van elkaar verschillen. Dienovereenkomstig zullen, wanneer ze parallel zijn aangesloten, stromen van verschillende grootten er doorheen stromen. Om deze stromen gelijk te maken, worden gebalanceerde weerstanden geïnstalleerd in de emittercircuits van de transistors. De waarde van hun weerstand wordt zo berekend dat de spanningsval erover in het bedrijfsstroombereik minimaal 0,7 V bedraagt. Het is duidelijk dat dit leidt tot een aanzienlijke verslechtering van de efficiëntie van het circuit.

Er kan ook behoefte zijn aan een transistor met een goede gevoeligheid en tegelijkertijd een goede versterking. In dergelijke gevallen wordt een cascade van een gevoelige transistor met laag vermogen (VT1 in de figuur) gebruikt, die de stroomvoorziening van een krachtigere kerel (VT2 in de figuur) regelt.

Andere toepassingen van bipolaire transistors

Transistoren kunnen niet alleen worden gebruikt in signaalversterkingscircuits. Omdat ze bijvoorbeeld in verzadigings- en uitschakelmodi kunnen werken, worden ze bijvoorbeeld gebruikt als elektronische sleutels. Het is ook mogelijk om transistors te gebruiken in signaalgeneratorcircuits. Als ze in de sleutelmodus werken, wordt een rechthoekig signaal gegenereerd, en als ze in de versterkingsmodus staan, dan een signaal van willekeurige vorm, afhankelijk van de besturingsactie.

Markering

Omdat het artikel al is uitgegroeid tot een onfatsoenlijk groot volume, zal ik op dit punt eenvoudigweg twee goede links geven, die in detail de belangrijkste markeersystemen voor halfgeleiderapparaten (inclusief transistors) beschrijven: http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all .html- en .xls-bestand (35 kb).

Nuttige opmerkingen:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Tags: tags toevoegen

Bipolaire transistor.

Bipolaire transistor- een elektronisch halfgeleiderapparaat, een van de typen transistors, ontworpen om elektrische signalen te versterken, genereren en omzetten. De transistor wordt genoemd bipolair, aangezien twee soorten ladingsdragers tegelijkertijd deelnemen aan de werking van het apparaat - elektronen En gaten. Dit is hoe het verschilt van unipolair(veldeffect)transistor, waarbij slechts één type ladingsdrager betrokken is.

Het werkingsprincipe van beide typen transistors is vergelijkbaar met de werking van een waterkraan die de waterstroom regelt, alleen een stroom elektronen passeert de transistor. In bipolaire transistors passeren twee stromen door het apparaat: de belangrijkste "grote" stroom en de besturing "kleine" stroom. Het hoofdstroomvermogen is afhankelijk van het stuurvermogen. Bij veldeffecttransistors gaat er slechts één stroom door het apparaat, waarvan de kracht afhangt van het elektromagnetische veld. In dit artikel gaan we dieper in op de werking van een bipolaire transistor.

Bipolair transistorontwerp.

Een bipolaire transistor bestaat uit drie halfgeleiderlagen en twee PN-overgangen. PNP- en NPN-transistoren worden onderscheiden op basis van het type afwisseling gat- en elektronengeleidbaarheid. Het is net als twee diode, face-to-face verbonden of omgekeerd.

Een bipolaire transistor heeft drie contacten (elektroden). Het contact dat uit de centrale laag komt, wordt gebeld baseren. De extreme elektroden worden genoemd verzamelaar En emitter (verzamelaar En emitter). De basislaag is erg dun ten opzichte van de collector en emitter. Bovendien zijn de halfgeleidergebieden aan de randen van de transistor asymmetrisch. De halfgeleiderlaag aan de collectorzijde is iets dikker dan aan de emitterzijde. Dit is nodig om de transistor correct te laten werken.

Werking van een bipolaire transistor.

Laten we eens kijken naar de fysieke processen die plaatsvinden tijdens de werking van een bipolaire transistor. Laten we het NPN-model als voorbeeld nemen. Het werkingsprincipe van een PNP-transistor is vergelijkbaar, alleen de polariteit van de spanning tussen de collector en de emitter zal tegengesteld zijn.

Zoals al vermeld in artikel over soorten geleidbaarheid in halfgeleiders, in een P-type stof zitten positief geladen ionen - gaten. N-type stof is verzadigd met negatief geladen elektronen. In een transistor is de concentratie van elektronen in het N-gebied aanzienlijk groter dan de concentratie van gaten in het P-gebied.

Laten we een spanningsbron aansluiten tussen de collector en emitter V CE (V CE). Onder zijn werking zullen elektronen uit het bovenste N-deel aangetrokken worden tot de plus en zich verzamelen nabij de collector. Er kan echter geen stroom vloeien omdat het elektrische veld van de spanningsbron de emitter niet bereikt. Dit wordt voorkomen door een dikke laag collectorhalfgeleider plus een laag basishalfgeleider.

Laten we nu de spanning tussen basis en emitter V BE aansluiten, maar aanzienlijk lager dan V CE (voor siliciumtransistors is de minimaal vereiste V BE 0,6 V). Omdat de laag P erg dun is, plus een spanningsbron die op de basis is aangesloten, zal deze met zijn elektrisch veld het N-gebied van de emitter kunnen "bereiken". Onder zijn invloed zullen elektronen naar de basis worden geleid. Sommigen van hen zullen de gaten die zich daar bevinden beginnen te vullen (recombineren). Het andere deel zal geen vrij gat vinden, omdat de concentratie van gaten in de basis veel lager is dan de concentratie van elektronen in de emitter.

Als gevolg hiervan wordt de centrale laag van de basis verrijkt met vrije elektronen. De meeste zullen richting de collector gaan, omdat de spanning daar veel hoger is. Dit wordt ook vergemakkelijkt door de zeer kleine dikte van de centrale laag. Een deel van de elektronen, hoewel veel kleiner, zal nog steeds naar de positieve kant van de basis stromen.

Als resultaat krijgen we twee stromen: een kleine - van de basis naar de emitter I BE, en een grote - van de collector naar de emitter I CE.

Als je de spanning aan de basis verhoogt, hopen zich nog meer elektronen op in de P-laag. Als gevolg hiervan zal de basisstroom iets toenemen en de collectorstroom aanzienlijk toenemen. Dus, met een kleine verandering in basisstroom I B , de collectorstroom I verandert enorm MET. Dat is wat er gebeurt signaalversterking in een bipolaire transistor. De verhouding tussen de collectorstroom I C en de basisstroom I B wordt de stroomversterking genoemd. Toegewezen β , hfe of h21e, afhankelijk van de details van de berekeningen die met de transistor zijn uitgevoerd.

De eenvoudigste bipolaire transistorversterker

Laten we het principe van signaalversterking in het elektrische vlak nader bekijken aan de hand van het voorbeeld van een circuit. Laat ik vooraf een voorbehoud maken dat dit schema niet helemaal correct is. Niemand sluit een gelijkspanningsbron rechtstreeks aan op een wisselstroombron. Maar in dit geval zal het gemakkelijker en duidelijker zijn om het versterkingsmechanisme zelf te begrijpen met behulp van een bipolaire transistor. Ook is de rekentechniek zelf in het onderstaande voorbeeld enigszins vereenvoudigd.

1. Beschrijving van de belangrijkste elementen van het circuit

Laten we dus zeggen dat we een transistor hebben met een versterking van 200 (β = 200). Aan de collectorkant zullen we een relatief krachtige 20V-stroombron aansluiten, waardoor er versterking zal optreden. Vanaf de basis van de transistor verbinden we een zwakke 2V-voedingsbron. We zullen er in serie een wisselspanningsbron op aansluiten in de vorm van een sinusgolf, met een oscillatie-amplitude van 0,1V. Dit is een signaal dat versterkt moet worden. De weerstand Rb nabij de basis is nodig om de stroom te beperken die afkomstig is van de signaalbron, die meestal een laag vermogen heeft.

2. Berekening van basisingangsstroom Ib

Laten we nu de basisstroom I b berekenen. Omdat we te maken hebben met wisselspanning, moeten we twee stroomwaarden berekenen: bij de maximale spanning (V max) en de minimale (V min). Laten we deze huidige waarden respectievelijk I bmax en I bmin noemen.

Om de basisstroom te berekenen, moet u ook de basis-emitterspanning VBE kennen. Er is één PN-overgang tussen de basis en de emitter. Het blijkt dat de basisstroom de halfgeleiderdiode op zijn pad "ontmoet". De spanning waarbij een halfgeleiderdiode begint te geleiden is ongeveer 0,6V. Laten we niet in details treden stroom-spanningskarakteristieken van de diode, en voor de eenvoud van de berekeningen zullen we een benaderend model nemen, volgens welke de spanning op de stroomvoerende diode altijd 0,6V is. Dit betekent dat de spanning tussen de basis en de emitter VBE = 0,6V is. En aangezien de emitter met aarde is verbonden (VE = 0), is de spanning van basis naar aarde ook 0,6V (VB = 0,6V).

Laten we I bmax en I bmin berekenen met behulp van de wet van Ohm:

2. Berekening van de uitgangsstroom van de collectoric

Nu u de versterking kent (β = 200), kunt u eenvoudig de maximale en minimale waarden van de collectorstroom berekenen (I cmax en I cmin).

3. Berekening van uitgangsspanning Vout

De collectorstroom vloeit door de weerstand Rc, die we al hebben berekend. Het blijft nodig om de waarden te vervangen:

4. Analyse van resultaten

Zoals uit de resultaten blijkt, bleek V Cmax kleiner te zijn dan V Cmin. Dit komt door het feit dat de spanning over de weerstand VRc wordt afgetrokken van de voedingsspanning VCC. In de meeste gevallen doet dit er echter niet toe, omdat we geïnteresseerd zijn in de variabele component van het signaal: de amplitude, die is toegenomen van 0,1V naar 1V. De frequentie en sinusoïdale vorm van het signaal zijn niet veranderd. Natuurlijk is de V out / V in verhouding van tien keer verre van de beste indicator voor een versterker, maar hij is wel heel geschikt om het versterkingsproces te illustreren.

Laten we dus het werkingsprincipe van een versterker op basis van een bipolaire transistor samenvatten. Er stroomt een stroom I b door de basis, met constante en variabele componenten. Er is een constante component nodig zodat de PN-overgang tussen de basis en de emitter begint te geleiden - "opent". De variabele component is in feite het signaal zelf (nuttige informatie). De collector-emitterstroom in de transistor is het resultaat van de basisstroom vermenigvuldigd met de versterking β. Op zijn beurt is de spanning over de weerstand Rc boven de collector het resultaat van het vermenigvuldigen van de versterkte collectorstroom met de weerstandswaarde.

De V-out-pin ontvangt dus een signaal met een grotere oscillatie-amplitude, maar met dezelfde vorm en frequentie. Het is belangrijk om te benadrukken dat de transistor energie voor versterking nodig heeft van de VCC-stroombron. Als de voedingsspanning onvoldoende is, kan de transistor niet volledig werken en kan het uitgangssignaal vervormd raken.

Bedrijfsmodi van een bipolaire transistor

In overeenstemming met de spanningsniveaus op de elektroden van de transistor zijn er vier werkingsmodi:

Afgesneden modus.

Actieve modus.

Verzadiging modus.

Omgekeerde modus.

Afgesneden modus

Wanneer de basis-emitterspanning lager is dan 0,6V - 0,7V, is de PN-overgang tussen de basis en de emitter gesloten. In deze toestand heeft de transistor geen basisstroom. Als gevolg hiervan zal er ook geen collectorstroom zijn, omdat er geen vrije elektronen in de basis aanwezig zijn die klaar zijn om naar de collectorspanning te bewegen. Het blijkt dat de transistor als het ware vergrendeld is, en ze zeggen dat hij erin zit afgesneden modus.

Actieve modus

IN actieve modus De spanning aan de basis is voldoende om de PN-overgang tussen de basis en de emitter te openen. In deze toestand heeft de transistor basis- en collectorstromen. De collectorstroom is gelijk aan de basisstroom vermenigvuldigd met de versterking. Dat wil zeggen, de actieve modus is de normale bedrijfsmodus van de transistor, die wordt gebruikt voor versterking.

Verzadiging modus

Soms kan de basisstroom te hoog zijn. Als gevolg hiervan is het voedingsvermogen eenvoudigweg niet voldoende om een ​​dergelijke grootte aan collectorstroom te leveren die overeenkomt met de versterking van de transistor. In de verzadigingsmodus zal de collectorstroom het maximum zijn dat de voeding kan leveren en zal deze niet afhankelijk zijn van de basisstroom. In deze toestand kan de transistor het signaal niet versterken, omdat de collectorstroom niet reageert op veranderingen in de basisstroom.

In de verzadigingsmodus is de geleidbaarheid van de transistor maximaal en is deze meer geschikt voor de functie van een schakelaar (schakelaar) in de "aan" -toestand. Op dezelfde manier is in de uitschakelmodus de geleidbaarheid van de transistor minimaal, en dit komt overeen met de schakelaar in de uit-stand.

Omgekeerde modus

In deze modus wisselen de collector en de emitter van rol: de collector-PN-overgang is voorgespannen in de voorwaartse richting en de emitterovergang is voorgespannen in de tegenovergestelde richting. Als gevolg hiervan vloeit er stroom van de basis naar de collector. Het collectorhalfgeleidergebied is asymmetrisch ten opzichte van de emitter en de versterking in de inverse modus is lager dan in de normale actieve modus. De transistor is zo ontworpen dat hij in actieve modus zo efficiënt mogelijk werkt. Daarom wordt de transistor praktisch niet in de inverse modus gebruikt.

Basisparameters van een bipolaire transistor.

Huidige winst– verhouding van collectorstroom I C tot basisstroom I B. Toegewezen β , hfe of h21e, afhankelijk van de details van de berekeningen uitgevoerd met transistors.

β is een constante waarde voor één transistor en hangt af van de fysieke structuur van het apparaat. Een hoge winst wordt berekend in honderden eenheden, een lage winst in tientallen. Voor twee afzonderlijke transistors van hetzelfde type, zelfs als ze tijdens de productie ‘pijplijnburen’ waren, kan β enigszins verschillen. Dit kenmerk van een bipolaire transistor is misschien wel het belangrijkste. Als andere parameters van het apparaat bij berekeningen vaak kunnen worden verwaarloosd, is de huidige versterking vrijwel onmogelijk.

Ingangsimpedantie– weerstand in de transistor die “voldoet” aan de basisstroom. Toegewezen R in (R invoer). Hoe groter het is, hoe beter voor de versterkingseigenschappen van het apparaat, aangezien er aan de basiszijde meestal een bron van een zwak signaal is, die zo min mogelijk stroom hoeft te verbruiken. De ideale optie is wanneer de ingangsimpedantie oneindig is.

R-ingang voor een gemiddelde bipolaire transistor is enkele honderden KΩ (kilo-ohm). Hier verliest de bipolaire transistor veel van de veldeffecttransistor, waar de ingangsweerstand honderden GΩ (gigaohm) bereikt.

Uitgangsgeleiding- geleidbaarheid van de transistor tussen collector en emitter. Hoe groter de uitgangsgeleiding, hoe meer collector-emitterstroom bij minder vermogen door de transistor kan stromen.

Bovendien neemt bij een toename van de uitgangsgeleiding (of een afname van de uitgangsweerstand) de maximale belasting die de versterker kan weerstaan ​​met onbeduidende verliezen in de algehele versterking toe. Als een transistor met een lage uitgangsgeleiding het signaal bijvoorbeeld 100 keer versterkt zonder belasting, zal deze, wanneer een belasting van 1 KΩ is aangesloten, al slechts 50 keer versterken. Een transistor met dezelfde versterking maar een hogere uitgangsgeleiding zal een kleinere versterkingsval hebben. De ideale optie is wanneer de uitgangsgeleiding oneindig is (of uitgangsweerstand R uit = 0 (R uit = 0)).

In dit artikel hebben we zo'n belangrijke transistorparameter besproken als de bètacoëfficiënt (β) . Maar er zit nog een interessante parameter in de transistor. Op zichzelf is hij onbeduidend, maar hij kan veel zaken doen! Het is als een steentje dat in de sneaker van een atleet terechtkomt: het lijkt klein, maar veroorzaakt ongemak tijdens het hardlopen. Dus hoe interfereert dit "kiezeltje" met de transistor? Dat zoeken we uit...

Directe en omgekeerde aansluiting van PN-verbinding

Zoals we ons herinneren, bestaat een transistor uit drie halfgeleiders. , die we basisemitter noemen emitter-overgang, en de basis-collectorovergang is collector overgang.

Omdat we in dit geval een NPN-transistor hebben, betekent dit dat de stroom van de collector naar de emitter zal vloeien, op voorwaarde dat we de basis openen door er een spanning van meer dan 0,6 Volt op aan te leggen (nou ja, zodat de transistor opent) .

Laten we hypothetisch een dun, dun mes nemen en de emitter direct langs de PN-overgang uitsnijden. We eindigen met zoiets als dit:

Stop! Hebben we een diode? Ja, hij is het! Bedenk dat we in het artikel stroom-spanningskarakteristiek (CVC) naar de CVC van de diode hebben gekeken:

Aan de rechterkant van de stroom-spanningskarakteristiek zien we hoe de tak van de grafiek heel scherp omhoog vloog. In dit geval hebben we op deze manier een constante spanning op de diode aangelegd, dat wil zeggen: dat was het geval directe aansluiting van de diode.

De diode liet elektrische stroom door zichzelf gaan. We hebben zelfs experimenten uitgevoerd met directe en omgekeerde aansluiting van de diode. Wie het zich niet herinnert, kan het lezen.

Maar als je de polariteit verandert

dan zal onze diode geen stroom doorlaten. Dit is ons altijd zo geleerd, en er zit een kern van waarheid in, maar... onze wereld is niet ideaal).

Hoe werkt een PN-knooppunt? We stelden ons het voor als een trechter. Dus voor deze tekening

onze trechter zal ondersteboven worden gedraaid richting de stroom

De richting van de waterstroom is de bewegingsrichting van de elektrische stroom. De trechter is de diode. Maar het water dat door de smalle hals van de trechter kwam? Hoe kunnen we het noemen? En het heet tegenstroom van PN-overgang (I retour).

Wat denk je dat als je de snelheid van de waterstroom verhoogt, de hoeveelheid water die door de smalle hals van de trechter stroomt, zal toenemen? Zeker! Dit betekent dat als u spanning toevoegt U arr., dan zal de tegenstroom toenemen Ik kom., wat we zien aan de linkerkant van de grafiek van de stroom-spanningskarakteristiek van de diode:

Maar tot welke grens kan de snelheid van de waterstroom worden verhoogd? Als het erg groot is, houdt onze trechter het niet, de muren zullen barsten en het zal in stukken vliegen, toch? Daarom kunt u voor elke diode een parameter vinden zoals U toerenmax, waarbij een overschrijding voor een diode gelijk staat aan de dood.

Voor diode D226B bijvoorbeeld:

U toerenmax= 500 Volt, en de maximale tegenpuls U arr. imp.max= 600 Volt. Maar houd er rekening mee dat elektronische circuits, zoals ze zeggen, zijn ontworpen ‘met een marge van 30%’. En zelfs als in het circuit de sperspanning op de diode 490 volt is, wordt er een diode in het circuit geïnstalleerd die bestand is tegen meer dan 600 volt. Het is beter om niet met kritische waarden te spelen). Puls-sperspanning is een plotselinge spanningsstoot die een amplitude van maximaal 600 volt kan bereiken. Maar ook hier is het beter om met een kleine marge te nemen.

Dus... waarom ga ik dit allemaal over de diode en over de diode... Het is alsof we transistors bestuderen. Maar wat je ook zegt, een diode is een bouwsteen voor het bouwen van een transistor. Dus als we een sperspanning op de collectorovergang aanleggen, zal er een tegenstroom door de kruising vloeien, zoals in een diode? Precies. En deze parameter in een transistor wordt genoemd . Wij duiden het aan als ik KBO, onder de bourgeoisie - Ik CBO. Betekent “stroom tussen collector en basis, met emitter open”. Grof gezegd blijft het emitterpootje nergens hangen en hangt het in de lucht.

Om de tegenstroom van de collector te meten, volstaat het om deze eenvoudige circuits samen te stellen:

Voor NPN-transistor voor PNP-transistor

Voor siliciumtransistors is de tegencollectorstroom minder dan 1 µA, voor germaniumtransistoren: 1-30 µA. Omdat ik pas meet vanaf 10 µA, en ik geen germaniumtransistors bij de hand heb, kan ik dit experiment niet uitvoeren, omdat de resolutie van het apparaat dit niet toestaat.

We hebben de vraag nog steeds niet beantwoord: waarom is collector-tegenstroom zo belangrijk en wordt deze vermeld in naslagwerken? Het punt is dat de transistor tijdens bedrijf wat stroom in de ruimte dissipeert, wat betekent dat hij opwarmt. De omgekeerde collectorstroom is sterk afhankelijk van de temperatuur en verdubbelt zijn waarde voor elke 10 graden Celsius. Nee, maar wat is er aan de hand? Laat het maar groeien, het lijkt niemand te storen.

Effect van omgekeerde collectorstroom

Het punt is dat in sommige schakelcircuits een deel van deze stroom door de emitterovergang gaat. En zoals we ons herinneren, vloeit de basisstroom door de emitterovergang. Hoe groter de stuurstroom (basisstroom), hoe groter de geregelde stroom (collectorstroom). We hebben dit besproken in het artikel. Bijgevolg leidt de kleinste verandering in de basisstroom tot een grote verandering in de collectorstroom en begint het hele circuit verkeerd te werken.

Hoe omgekeerde collectorstroom te bestrijden

Dit betekent dat de belangrijkste vijand van de transistor temperatuur is. Hoe bestrijden ontwikkelaars van radio-elektronische apparatuur (REA) dit?

– gebruik transistors waarbij de tegencollectorstroom een ​​zeer kleine waarde heeft. Dit zijn uiteraard siliciumtransistoren. Een kleine hint: de markering van siliciumtransistors begint met de letters "KT", wat betekent NAAR riem T transistor.

– het gebruik van circuits die de tegenstroom van de collector minimaliseren.

Omkeercollectorstroom is een belangrijke parameter van de transistor. Het staat vermeld in het gegevensblad van elke transistor. In circuits die onder extreme temperatuuromstandigheden worden gebruikt, zal de retourstroom van de collector een zeer grote rol spelen. Daarom, als je een circuit assembleert dat geen radiator en ventilator gebruikt, is het natuurlijk beter om transistors te nemen met een minimale omgekeerde collectorstroom.

Gegroet, lieve vrienden! Vandaag zullen we het hebben over bipolaire transistors en de informatie zal vooral nuttig zijn voor beginners. Dus als je geïnteresseerd bent in wat een transistor is, het werkingsprincipe ervan en in het algemeen waarvoor hij wordt gebruikt, neem dan een comfortabelere stoel en kom dichterbij.

Laten we doorgaan, en we hebben hier inhoud, het zal handiger zijn om door het artikel te navigeren :)

Soorten transistors

Er zijn hoofdzakelijk twee typen transistors: bipolaire transistors en veldeffecttransistors. Natuurlijk was het mogelijk om alle soorten transistors in één artikel te beschouwen, maar ik wil geen pap in je hoofd koken. Daarom zullen we in dit artikel uitsluitend naar bipolaire transistors kijken, en in een van de volgende artikelen zal ik het hebben over veldeffecttransistors. Laten we niet alles op één hoop gooien, maar aandacht besteden aan ieder afzonderlijk.

Bipolaire transistor

De bipolaire transistor is een afstammeling van buistriodes, die in televisies van de 20e eeuw zaten. Triodes raakten in de vergetelheid en maakten plaats voor meer functionele broers: transistors, of liever bipolaire transistors.

Op enkele uitzonderingen na worden triodes gebruikt in apparatuur voor muziekliefhebbers.

Bipolaire transistors kunnen er zo uitzien.

Zoals je kunt zien, hebben bipolaire transistors drie aansluitingen en structureel kunnen ze er compleet anders uitzien. Maar op elektrische schema's zien ze er eenvoudig en altijd hetzelfde uit. En al deze grafische pracht ziet er ongeveer zo uit.

Dit beeld van transistors wordt ook wel UGO (Conventioneel grafisch symbool) genoemd.

Bovendien kunnen bipolaire transistors verschillende soorten geleidbaarheid hebben. Er zijn NPN-type en PNP-type transistors.

Het verschil tussen een n-p-n-transistor en een p-n-p-transistor is alleen dat het een ‘drager’ is van elektrische lading (elektronen of ‘gaten’). Die. Bij een pnp-transistor bewegen elektronen van de emitter naar de collector en worden ze aangedreven door de basis. Bij een n-p-n-transistor gaan elektronen van de collector naar de emitter en worden ze bestuurd door de basis. Als resultaat komen we tot de conclusie dat om een ​​transistor van het ene geleidingstype door een ander in een circuit te vervangen, het voldoende is om de polariteit van de aangelegde spanning te veranderen. Of verander op een domme manier de polariteit van de stroombron.

Bipolaire transistors hebben drie aansluitingen: collector, emitter en basis. Ik denk dat het moeilijk zal zijn om in de war te raken met de UGO, maar in een echte transistor is het gemakkelijker dan ooit om in de war te raken.

Meestal wordt uit het naslagwerk bepaald welke output wordt bepaald, maar dat kan ook gewoon. De aansluitingen van de transistor klinken als twee diodes die op een gemeenschappelijk punt zijn aangesloten (in het gebied van de basis van de transistor).

Aan de linkerkant is een afbeelding voor een pnp-transistor; tijdens het testen krijg je het gevoel (door middel van multimetermetingen) dat er voor je twee diodes zijn die op één punt zijn verbonden door hun kathodes. Voor een n-p-n-transistor zijn de diodes op het basispunt verbonden door hun anodes. Ik denk dat na het experimenteren met een multimeter het duidelijker zal zijn.

Het werkingsprincipe van een bipolaire transistor

Nu zullen we proberen erachter te komen hoe een transistor werkt. Ik zal niet ingaan op de details van de interne structuur van transistors, omdat deze informatie alleen maar voor verwarring zal zorgen. Kijk eens beter naar deze tekening.

Deze afbeelding legt het werkingsprincipe van een transistor het beste uit. In deze afbeelding regelt een persoon de collectorstroom met behulp van een reostaat. Hij kijkt naar de basisstroom; als de basisstroom toeneemt, verhoogt de persoon ook de collectorstroom, rekening houdend met de versterking van de transistor h21E. Als de basisstroom daalt, neemt de collectorstroom ook af - de persoon corrigeert deze met behulp van een reostaat.

Deze analogie heeft niets te maken met de feitelijke werking van een transistor, maar maakt het gemakkelijker om de principes van de werking ervan te begrijpen.

Voor transistors kunnen regels worden opgesteld om de zaken begrijpelijker te maken. (Deze regels zijn overgenomen uit het boek).

1. De collector heeft een positiever potentieel dan de emitter
2. Zoals ik al zei, werken de basiscollector- en basis-emittercircuits als diodes
3. Elke transistor wordt gekenmerkt door grenswaarden zoals collectorstroom, basisstroom en collector-emitterspanning.
4. Als regels 1-3 worden gevolgd, is de collectorstroom Ik rechtevenredig met de basisstroom Ib. Deze relatie kan als een formule worden geschreven.

Uit deze formule kunnen we de belangrijkste eigenschap van een transistor uitdrukken: een kleine basisstroom bestuurt een grote collectorstroom.

Huidige winst.

Het wordt ook wel aangeduid als

Op basis van het bovenstaande kan de transistor in vier modi werken:

1. Transistor-uitschakelmodus— in deze modus is de basis-emitterovergang gesloten, dit kan gebeuren als de basis-emitterspanning onvoldoende is. Hierdoor is er geen basisstroom en dus ook geen collectorstroom.
2. Transistor actieve modus- dit is de normale werkingsmodus van de transistor. In deze modus is de basis-emitterspanning voldoende om de basis-emitterovergang te openen. De basisstroom is voldoende en de collectorstroom is ook beschikbaar. De collectorstroom is gelijk aan de basisstroom vermenigvuldigd met de versterking.
3. Transistorverzadigingsmodus - De transistor schakelt naar deze modus wanneer de basisstroom zo groot wordt dat het vermogen van de stroombron simpelweg niet genoeg is om de collectorstroom verder te vergroten. In deze modus kan de collectorstroom niet toenemen als gevolg van een toename van de basisstroom.
4. Inverse transistormodus— deze modus wordt uiterst zelden gebruikt. In deze modus worden de collector en de emitter van de transistor verwisseld. Als gevolg van dergelijke manipulaties lijdt de versterking van de transistor enorm. De transistor was oorspronkelijk niet ontworpen om in zo'n speciale modus te werken.

Om te begrijpen hoe een transistor werkt, moet je naar specifieke circuitvoorbeelden kijken, dus laten we er een paar bekijken.

Transistor in schakelmodus

Een transistor in schakelmodus is een van de gevallen van transistorcircuits met een gemeenschappelijke emitter. Het transistorcircuit in schakelmodus wordt heel vaak gebruikt. Dit transistorcircuit wordt bijvoorbeeld gebruikt wanneer het nodig is om een ​​krachtige belasting te besturen met behulp van een microcontroller. De controllerpoot kan geen krachtige belasting trekken, maar de transistor wel. Het blijkt dat de controller de transistor bestuurt en dat de transistor een krachtige belasting bestuurt. Nou ja, de eerste dingen eerst.

Het belangrijkste idee van deze modus is dat de basisstroom de collectorstroom regelt. Bovendien is de collectorstroom veel groter dan de basisstroom. Hier kun je met het blote oog zien dat het stroomsignaal versterkt wordt. Deze versterking wordt uitgevoerd met behulp van de energie van de stroombron.

De figuur toont een diagram van de werking van een transistor in schakelmodus.

Voor transistorcircuits spelen spanningen geen grote rol, alleen stromen zijn van belang. Daarom, als de verhouding tussen de collectorstroom en de basisstroom kleiner is dan de versterking van de transistor, dan is alles in orde.

In dit geval, zelfs als we een spanning van 5 volt op de basis en 500 volt in het collectorcircuit hebben, zal er niets ergs gebeuren, de transistor zal gehoorzaam de hoogspanningsbelasting schakelen.

Het belangrijkste is dat deze spanningen de grenswaarden voor een specifieke transistor (ingesteld in de transistorkarakteristieken) niet overschrijden.

Voor zover wij weten is de huidige waarde een kenmerk van de belasting.

We weten de weerstand van de lamp niet, maar we weten wel dat de bedrijfsstroom van de lamp 100 mA is. Om de transistor te laten openen en een dergelijke stroom te laten stromen, moet u de juiste basisstroom selecteren. We kunnen de basisstroom aanpassen door de waarde van de basisweerstand te veranderen.

Omdat de minimumwaarde van de transistorversterking 10 is, moet de basisstroom 10 mA worden om de transistor te laten openen.

De stroom die we nodig hebben is bekend. De spanning over de basisweerstand zal bedragen. Deze spanningswaarde over de weerstand is te wijten aan het feit dat er 0,6V-0,7V valt op de basis-emitterovergang en we mogen niet vergeten hiermee rekening te houden.

Hierdoor kunnen we gemakkelijk de weerstand van de weerstand vinden

Het enige dat overblijft is een specifieke waarde kiezen uit een aantal weerstanden en klaar is kees.

Nu denk je waarschijnlijk dat de transistorschakelaar zal werken zoals het hoort? Dat als de basisweerstand op +5 V wordt aangesloten, het lampje gaat branden en als het wordt uitgeschakeld, het lampje uitgaat? Het antwoord kan wel of niet ja zijn.

Het punt is dat er hier een kleine nuance is.

De lamp gaat uit als het weerstandspotentieel gelijk is aan het aardpotentiaal. Als de weerstand eenvoudigweg wordt losgekoppeld van de spanningsbron, is alles niet zo eenvoudig. De spanning op de basisweerstand kan op wonderbaarlijke wijze ontstaan ​​als gevolg van interferentie of andere buitenaardse boze geesten :)

Om dit effect te voorkomen, doet u het volgende. Een andere weerstand Rbe is aangesloten tussen de basis en de emitter. Deze weerstand is gekozen met een waarde die minstens 10 keer groter is dan de basisweerstand Rb (in ons geval hebben we een weerstand van 4,3 kOhm genomen).

Wanneer de basis op een willekeurige spanning is aangesloten, werkt de transistor zoals het hoort, de weerstand Rbe interfereert er niet mee. Deze weerstand verbruikt slechts een klein deel van de basisstroom.

In het geval dat er geen spanning op de basis wordt toegepast, wordt de basis omhoog getrokken naar het aardpotentiaal, wat ons behoedt voor allerlei soorten interferentie.

Dus in principe hebben we de werking van de transistor in de sleutelmodus ontdekt, en zoals je kunt zien, is de sleutelmodus een soort spanningsversterking van het signaal. We hebben immers een spanning van 12 V geregeld met een laagspanning van 5V.

Emitter-volger

Een emittervolger is een speciaal geval van gemeenschappelijke collector-transistorcircuits.

Een onderscheidend kenmerk van een circuit met een gemeenschappelijke collector ten opzichte van een circuit met een gemeenschappelijke emitter (optie met een transistorschakelaar) is dat dit circuit het spanningssignaal niet versterkt. Wat via de basis naar binnen ging, kwam er via de emitter uit, met dezelfde spanning.

Laten we zeggen dat we 10 volt op de basis hebben toegepast, terwijl we weten dat er op de basis-emitterovergang ergens rond de 0,6-0,7 V valt. Het blijkt dat er aan de uitgang (aan de emitter, aan de belasting Rн) een basisspanning zal zijn van minus 0,6V.

Het bleek 9,4V te zijn, in één woord bijna net zoveel als er in en uit ging. We hebben ervoor gezorgd dat dit circuit de spanning voor ons niet verhoogt.

“Wat heeft het dan voor zin om de transistor op deze manier aan te zetten?”, vraag je. Maar het blijkt dat dit schema nog een zeer belangrijke eigenschap heeft. De schakeling voor het verbinden van een transistor met een gemeenschappelijke collector versterkt het signaal qua vermogen. Vermogen is het product van stroom en spanning, maar aangezien de spanning niet verandert, het vermogen neemt alleen toe als gevolg van de stroom! De belastingsstroom is de som van de basisstroom plus de collectorstroom. Maar als je de basisstroom en de collectorstroom vergelijkt, is de basisstroom erg klein vergeleken met de collectorstroom. Het blijkt dat de belastingsstroom gelijk is aan de collectorstroom. En het resultaat is deze formule.

Nu denk ik dat het duidelijk is wat de essentie van het emittervolgcircuit is, maar dat is nog niet alles.

De emittervolger heeft nog een andere zeer waardevolle kwaliteit: hoge ingangsimpedantie. Dit betekent dat dit transistorcircuit vrijwel geen ingangsstroom verbruikt en geen belasting op het signaalbroncircuit veroorzaakt.

Om het werkingsprincipe van een transistor te begrijpen, zullen deze twee transistorcircuits voldoende zijn. En als je experimenteert met een soldeerbout in je handen, laat de openbaring je gewoon niet wachten, want theorie is theorie, en praktijk en persoonlijke ervaring zijn honderden keren waardevoller!

Waar kan ik transistoren kopen?

Net als alle andere radiocomponenten kunnen transistors worden gekocht bij een nabijgelegen radio-onderdelenwinkel. Als je ergens in de buitenwijken woont en nog nooit van dergelijke winkels hebt gehoord (zoals ik eerder deed), dan blijft de laatste optie over: transistors bestellen bij een online winkel. Zelf bestel ik vaak radiocomponenten via webwinkels, omdat iets in een reguliere offline winkel simpelweg niet leverbaar is.

Als je een apparaat echter puur voor jezelf in elkaar zet, kun je je daar geen zorgen over maken, maar het uit het oude halen en als het ware de oude radiocomponent nieuw leven inblazen.

Nou vrienden, dat is alles voor mij. Ik heb je alles verteld wat ik vandaag van plan was. Als je vragen hebt, stel ze dan in de reacties, als je geen vragen hebt, schrijf dan toch reacties, jouw mening is altijd belangrijk voor mij. Vergeet trouwens niet dat iedereen die voor het eerst een reactie achterlaat, een cadeautje krijgt.

Zorg er ook voor dat u zich abonneert op nieuwe artikelen, want er staan ​​u nog veel interessante en nuttige dingen te wachten.

Ik wens je veel geluk, succes en een zonnig humeur!

Van n.v.t. Vladimir Vasiliev

P.S. Vrienden, abonneer je op updates! Als u zich abonneert, ontvangt u nieuwe materialen rechtstreeks in uw e-mail! En trouwens: iedereen die zich aanmeldt, krijgt een nuttig cadeau!

Transistor

Een transistor is een halfgeleiderapparaat waarmee u een sterker signaal kunt besturen met behulp van een zwak signaal. Vanwege deze eigenschap praten ze vaak over het vermogen van een transistor om een ​​signaal te versterken. Hoewel het in feite niets verbetert, maar je eenvoudigweg een grote stroom met veel zwakkere stromen kunt in- en uitschakelen. Transistors zijn heel gebruikelijk in de elektronica, omdat de uitgang van een controller zelden een stroom van meer dan 40 mA kan produceren, waardoor zelfs 2-3 energiezuinige LED's niet rechtstreeks vanuit de microcontroller kunnen worden gevoed. Dit is waar transistors te hulp komen. Het artikel bespreekt de belangrijkste typen transistors, de verschillen tussen P-N-P en N-P-N bipolaire transistors, P-kanaal en N-kanaal veldeffecttransistors, bespreekt de belangrijkste subtiliteiten van het verbinden van transistors en onthult hun toepassingsgebied.

Verwar een transistor niet met een relais. Een relais is een eenvoudige schakelaar. De essentie van zijn werk is het sluiten en openen van metalen contacten. De transistor is complexer en de werking ervan is gebaseerd op een elektron-gat-overgang. Als je hier meer over wilt weten, kun je een uitstekende video bekijken die de werking van een transistor beschrijft, van eenvoudig tot complex. Laat je niet in de war brengen door het jaar waarin de video werd geproduceerd - de wetten van de natuurkunde zijn sindsdien niet veranderd, en een nieuwere video die het materiaal zo goed presenteert, kon niet worden gevonden:

Soorten transistors

Bipolaire transistor

De bipolaire transistor is ontworpen om zwakke belastingen te besturen (bijvoorbeeld motoren en servo's met laag vermogen). Het heeft altijd drie uitgangen:

Collector - er wordt een hoge spanning geleverd, die de transistor bestuurt

• Basis - stroom wordt toegevoerd of uitgeschakeld om de transistor te openen of te sluiten

Emitter (Engels: emitter) - "uitvoer" -uitgang van een transistor. Er stroomt stroom doorheen vanuit de collector en de basis.

De bipolaire transistor wordt bestuurd door stroom. Hoe meer stroom aan de basis wordt geleverd, hoe meer stroom er van de collector naar de emitter zal vloeien. De verhouding tussen de stroom die van de emitter naar de collector gaat en de stroom aan de basis van de transistor wordt de versterking genoemd. Aangeduid als h fe (in de Engelse literatuur wordt dit gain genoemd).

Bijvoorbeeld als h fe= 150, en 0,2 mA gaat door de basis, dan zal de transistor maximaal 30 mA door zichzelf passeren. Als er een component wordt aangesloten die 25 mA trekt (zoals een LED), wordt daar 25 mA aan geleverd. Als er een component wordt aangesloten die 150 mA trekt, wordt deze alleen voorzien van de maximale 30 mA. De documentatie voor het contact geeft de maximaal toegestane waarden van stromen en spanningen aan basis-> emitter En verzamelaar -> emitter . Het overschrijden van deze waarden leidt tot oververhitting en uitval van de transistor.

Grappige foto's:

NPN en PNP bipolaire transistoren

Er zijn 2 soorten polaire transistoren: NPN En PNP. Ze verschillen in de afwisseling van lagen. N (van negatief) is een laag met een overmaat aan negatieve ladingsdragers (elektronen), P (van positief) is een laag met een overschot aan positieve ladingsdragers (gaten). Meer informatie over elektronen en gaten wordt beschreven in de video hierboven.

Het gedrag van transistors hangt af van de afwisseling van lagen. De animatie hierboven laat het zien NPN transistor. IN PNP De transistorbesturing is andersom: de stroom vloeit door de transistor wanneer de basis geaard is en wordt geblokkeerd wanneer er stroom door de basis wordt geleid. Zoals weergegeven in het diagram PNP En NPN verschillen in de richting van de pijl. De pijl wijst altijd naar de overgang van N Naar P:

Aanduiding van NPN (links) en PNP (rechts) transistoren in het diagram

NPN-transistors komen vaker voor in de elektronica omdat ze efficiënter zijn.

Veldeffecttransistor

Veldeffecttransistors verschillen van bipolaire transistors in hun interne structuur. MOS-transistors komen het meest voor in de amateurelektronica. MOS is een acroniem voor metaaloxidegeleider. Hetzelfde in het Engels: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, afgekort als MOSFET. Met MOS-transistors kunt u hoge vermogens regelen met relatief kleine afmetingen van de transistor zelf. De transistor wordt bestuurd door spanning, niet door stroom. Omdat de transistor elektrisch wordt bestuurd veld, de transistor kreeg zijn naam - veld gehuil.

Veldeffecttransistoren hebben minimaal 3 aansluitingen:

Afvoer - er wordt een hoge spanning op toegepast, die u wilt regelen

Poort - er wordt spanning op toegepast om de transistor te besturen

Bron - er stroomt stroom doorheen vanuit de afvoer wanneer de transistor "open" is

Er zou een animatie moeten zijn met een veldeffecttransistor, maar deze zal op geen enkele manier verschillen van een bipolaire transistor, behalve de schematische weergave van de transistors zelf, dus er zal geen animatie zijn.

N-kanaal en P-kanaal veldeffecttransistors

Veldeffecttransistoren zijn ook onderverdeeld in 2 typen, afhankelijk van het apparaat en gedrag. N-kanaal(N-kanaal) opent wanneer er spanning op de poort wordt gezet en sluit. wanneer er geen spanning is. P-kanaal(P-kanaal) werkt andersom: terwijl er geen spanning op de poort staat, stroomt er stroom door de transistor. Wanneer er spanning op de poort wordt gezet, stopt de stroom. In het diagram worden veldeffecttransistors enigszins anders weergegeven:

Naar analogie met bipolaire transistors verschillen veldtransistoren in polariteit. De N-kanaaltransistor werd hierboven beschreven. Ze komen het meest voor.

Wanneer het P-kanaal wordt aangegeven, verschilt het in de richting van de pijl en vertoont het wederom een ​​“omgekeerd” gedrag.

Er bestaat een misvatting dat een veldeffecttransistor wisselstroom kan regelen. Dit is fout. Gebruik een relais om wisselstroom te regelen.

Darlington-transistor

Het is niet helemaal juist om de Darlington-transistor als een apart type transistor te classificeren. Het is echter onmogelijk om ze niet in dit artikel te vermelden. De Darlington-transistor wordt meestal gevonden in de vorm van een microschakeling die meerdere transistors bevat. Bijvoorbeeld ULN2003. De Darlington-transistor kenmerkt zich door het vermogen om snel te openen en te sluiten (en er dus mee te werken) en tegelijkertijd bestand te zijn tegen hoge stromen. Het is een soort samengestelde transistor en is een cascadeschakeling van twee of, zelden, meer transistors die zo zijn aangesloten dat de belasting in de emitter van de vorige trap de basis-emitterovergang is van de transistor van de volgende trap, die dat wil zeggen, de transistors zijn verbonden door collectoren en de emitter van de ingangstransistor is verbonden met de basisvrije dag. Bovendien kan de ohmse belasting van de emitter van de vorige transistor worden gebruikt als onderdeel van het circuit om het sluiten te versnellen. Een dergelijke verbinding als geheel wordt beschouwd als één transistor, waarvan de stroomversterking, wanneer de transistoren in de actieve modus werken, ongeveer gelijk is aan het product van de versterkingen van alle transistoren.

Transistoraansluiting

Het is geen geheim dat het Arduino-bord een spanning van 5 V aan de uitgang kan leveren met een maximale stroomsterkte tot 40 mA. Deze stroom is niet voldoende om een ​​krachtige belasting aan te sluiten. Als je bijvoorbeeld een LED-strip of motor rechtstreeks op de uitgang probeert aan te sluiten, beschadig je gegarandeerd de Arduino-uitgang. Het is mogelijk dat het hele bestuur faalt. Bovendien hebben sommige aangesloten componenten mogelijk meer dan 5 V nodig om te kunnen werken. De transistor lost beide problemen op. Het zal helpen om met behulp van een kleine stroom van de Arduino-pin een krachtige stroom van een afzonderlijke voeding te regelen, of een spanning van 5 V te gebruiken om een ​​hogere spanning te regelen (zelfs de zwakste transistors hebben zelden een maximale spanning van minder dan 50 V) . Overweeg bijvoorbeeld om een ​​motor aan te sluiten:

In het bovenstaande diagram is de motor aangesloten op een afzonderlijke stroombron. Tussen het motorcontact en de voeding voor de motor hebben we een transistor geplaatst, die wordt aangestuurd via elke Arduino digitale pin. Wanneer we een HOOG signaal toepassen op de controlleruitgang van de controlleruitgang, zullen we een zeer kleine stroom nodig hebben om de transistor te openen, en een grote stroom zal door de transistor vloeien en de controller niet beschadigen. Let op de weerstand die is geïnstalleerd tussen de Arduino-pin en de basis van de transistor. Het is nodig om de stroom die langs de microcontroller-transistor-aarderoute vloeit te beperken en kortsluiting te voorkomen. Zoals eerder vermeld, is de maximale stroom die uit de Arduino-pin kan worden gehaald 40 mA. Daarom hebben we een weerstand nodig van minimaal 125 Ohm (5V/0,04A=125 Ohm). Je kunt gerust een weerstand van 220 Ohm gebruiken. In feite moet de weerstand worden geselecteerd rekening houdend met de stroom die aan de basis moet worden geleverd om de vereiste stroom door de transistor te verkrijgen. Om de juiste weerstand te selecteren, moet je rekening houden met de versterkingsfactor ( h fe).

BELANGRIJK!! Als u een krachtige belasting aansluit op een afzonderlijke voeding, moet u de aarde (“minus”) van de belastingsvoeding fysiek verbinden met de aarde (“GND” pin) van de Arduino. Anders kunt u de transistor niet besturen.

Bij gebruik van een veldeffecttransistor is een stroombegrenzende weerstand op de poort niet nodig. De transistor wordt uitsluitend door spanning bestuurd en er vloeit geen stroom door de poort.