Предлагаю для тебя, мой почетаемый начинающий электронщик, прочитать эту статью, в какой я обрисовал, пожалуй, самый основной из имеющихся электронных компонент — транзистор.
Изобретение транзистора в ХХ веке по праву является одним из важных событий, транзистор как электронный компонент пришел на замену электронным лампам. Электронные лампы на тот период времени, безраздельно служили во всех радиоэлектронных устройствах, при всем этом электронные лампы имели огромное количество недочетов. Одним из самых значимых недочетов была их большая потребляемая мощность, так – же лампы имели очень большой вес и габариты, но при всем этом не отличались механической прочностью. Электронная аппаратура становилась все труднее, огромное количество электронных ламп добивалось большего употребления энергии, возросло количество отказов техники — например вычислительные машины (компы тех пор) собранные на лампах, могли работать без поломок только считанные минутки, а габариты этих “компов” были таковы, что занимали целый высотный дом.
Полупроводниковый транзистор лишен всех тех недочетов которые присущи электронным лампам и почти во всем превосходит их. Низкое энергопотребление, малый вес и размер, а механическая крепкость такая, что если скинуть современный транзистор с высоты 10го этажа с ним ничего не случится.
1-ый транзистор разработали Исследователи – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен, в 1956 году они были удостоены нобелевской премии. Сейчас эти имена известны всему миру.
И так, давай ближе познакомимся с этим восхитительным электронным компонентом.
Биполярный транзистор
Устройство биполярного транзистора.
Транзистор это — электронный устройство, корпус которого выполнен из металла либо пластика. В корпусе находится кристалл кремния, который обработан особым образом. Этот кристалл состоит из 3-х частей — коллектор, эмиттер, база, к ним подключены электроды которые выведены из корпуса транзистора. Разглядим условное обозначение транзистора, очень припоминает диодик, (в особенности выделенная часть). В принципе, транзистор, с натяжкой можно именовать диодиком, так как транзистор тоже является полупроводником, но у транзистора есть дополнительный элемент – “база”.
База размещена между коллектором и эмиттером и является преградой для прохождения напряжения. Для того дабы транзистор мог делать возложенные на него обязанности нужно “активировать” базу, после этого транзистор будет работать как главный элемент, как усилитель тока, либо напряжения.
Механизм работы транзистора.
Обычно в специальной литературе и веб веб-сайтах, описание работы транзистора сводится к разжевыванию теории электронно — дырочного перехода, диффузии и иной нудной теории. Думаю, если б мне, когда я только начинал увлекаться радиоэлектроникой, таким макаром растолковали механизм работы транзистора, забросил бы я это дело и пошел с парнями делать самопалы и пугачи, ну либо в худшем случае в авиомодельный кружок). Но к счастью для меня в радиокружках тех пор работали люди которые умели так преподать теорию, что было понятно и не напряжно. Постараюсь и я, все разъяснить в обычный и доступной форме.
И так, биполярные транзисторы бывают 2-ух типов PNP транзистор и NPN транзистор еще их именуют — “прямой” и “оборотный” транзистор. P-N-P – это прямой транзистор (просто уяснить, 1-ая буковка Р -соответственно прямой), N-Р-N – оборотный.
На схеме обозначаются:
Разглядим схему работы транзистора в главном режиме.
Транзистор типа N-P-N, на коллектор транзистора подан (+V) напряжение для питания лампочки накаливания, лампочка не будет светиться так как напряжение через транзистор не проходит в таком случае молвят транзистор “закрыт”. Для того дабы транзистор “открылся” на базу транзистора так же нужно подать напряжение (+Vбазы). Напряжение +Vбазы (зеленоватые стрелки), пройдет через выключатель К1, резистор R1, через базу на эмиттер и с эмиттера на минус источника питания. Транзистор раскроется, напряжение +V (красные стрелки), пройдет через лампочку, коллектор и базу на эмиттер транзистора и с эмиттера на –V источника питания, цепь “замкнется” и лампочка будет светиться.
В этом примере транзистор работает как ключ, открывает и закрывает прохождение электрического тока.
Сейчас разглядим работу в главном режиме транзистора типа P-N-P.
В данном случае, наша схема будет отличаться тем что, отрицательное напряжение питания подается через лампочку на коллектор, а плюс источника подключен к эмиттеру транзистора, на базу необходимо подавать отрицательное напряжение –Vб. Отпирающее напряжение (зеленоватые стрелки) плюса источника питания через эмиттер через базу VT, резистор R1, выключатель пройдет на минус источника питания и транзистор раскроется. Плюс источника питания (красные стрелки) через эмиттер, базу проходит на коллектор и через лапочку накаливания на минус питания, лампочка будет светиться.
Запомни ординарную правду – оборотный транзистор раскрывается подачей положительного напряжения на базу, прямой отрицательного. Еще проще – оборотный транзистор раскрывается плюсом, прямой минусом. Плюс питания у оборотного транзистора подается на коллектор а минус на эмиттер, у прямого напротив, минус на коллекторе плюс на эмиттере. Соответственно ток в оборотном транзисторе течет от коллектора к эмиттеру в прямом транзисторе от эмиттера к коллектору.
Где можно применить работу транзистора в главном режиме?
Главное достоинство транзистора заключается к тому же в том, что подавая на базу совершенно маленькое напряжение всего в несколько 10-ов вольта, можно коммутировать массивные исполнительные устройства, к примеру, заместо лампочки можно поставить реле, и оно будет своими контактами включать мощнейший электромотор тем используя низкое напряжение управления мы обеспечиваем безопасность человека.
Очередной пример.
На схеме изображен N-P-N транзистор в базу которого включен переменный резистор R1, с помощью этого резистора можно плавненько изменять величину напряжения приложенного к базе транзистора. Перемещая ползунок резистора (вывод со стрелочкой) поближе к плюсу источника питания (в верх по схеме) мы тем будем наращивать сопротивление резистора R1, соответственно величина напряжения на базе транзистора уменьшится, транзистор закроется, если ползунок перемещать в обратную сторону, напряжение на базе возрастет. Ты додумался, что будет происходить с лампочкой? Очень надеюсь, что додумался, напрасно я что ли уже столько букв написал). Да, лампочка будет изменять интенсивность свечения. Чем больше напряжение на базе транзистора, тем ярче будет светиться лампочка. Эту схему можно с фуррором применить, для регулировки свечения лампочки ручного фонарика).
Сейчас разберемся с работой транзистора в режиме усиления.
Транзистор может работать не только лишь как главный элемент, но и как усилитель тока, напряжения либо того и другого сразу. Существует несколько методов включения транзистора – это с общим коллектором, общей базой, и общим эмиттером. Схема с общим эмиттером получила наибольшее использование потому ее и разглядим.
Схема с транзистором работающем в режиме усиления, более непростая чем главная, но все же разобраться с принципом ее работы не так трудно.
В главном режиме транзистор находится в режиме отсечки (закрыт) либо в режиме насыщения (открыт) для того дабы транзистор работал как усилитель его необходимо вынудить работать в “пограничном” режиме между отсечкой и насыщением. Помнишь, мы регулировали свечение лампочки, меняя напряжение на базе транзистора с помощью переменного сопротивления (потенциометра). Когда лампочка горела в пол накала это и был “пограничный” режим, либо если гласить другими (умными словами), мы задавали смещение на базу транзистора. Идем далее. Допустим ты решил услышать, о чем молвят твои рыбки в аквариуме :), отыскал подводный микрофон и расположил его к рыбкам, но микрофон выдает очень слабенький сигнал и если подключить к нему наушники ничего не услышишь. Означает необходимо усилить сигнал дабы он был достаточной силы.
Схема усилителя. На этой схеме, разных электронных компонент существенно больше чем в схеме где транзистор работает как ключ, но если ты читал мои прошлые статьи в рубрике электроника для начинающих , ты знаешь, что такое электролитический конденсатор.
В схеме усилителя резистор R1 является самым основным, он задает ток смещения на базе Т1 дабы отпереть транзистор, вывести его из режима отсечки в активный режим, либо другими словами задать базисный ток. От того, какой номинал (величину сопротивления) резистора мы будем применять, будет зависеть сила тока, который потечет через цепь +Uпит – R1 — база — эмиттер и на минус источника питания. Задавая подходящий базисный ток резистором R1, мы избираем режим работы нашего усилителя, при котором сигнал с микрофона не будет больше режима насыщения и отсечки, а будет приблизительно посреди активного режима транзистора. Микрофон выдает сигнала который представляет собой переменный ток, надеюсь ты уже знаешь, что переменный ток имеет как положительную, так и отрицательную полярность, соответственно на базу транзистора будет подаваться или (+) или (–) зависимо от этого транзистор будет больше раскрываться либо напротив запираться. Поэтому, напряжение на коллекторе в точке подключения конденсатора С2 так же будет изменяться и на входе конденсатора С2 ты получишь копию входного микрофонного сигнала, только неоднократно усиленную.
Ведь на вход усилителя, мы подаем с микрофона очень малеханькое напряжение, измеряемое в микровольтах, а на коллекторе транзистора, пульсация напряжения будет в несколько Вольт, сейчас можно подключить наушники и услышать рыбок :).
Естественно, эту схему усилителя собирать не стоит, так как она имеет некоторые недочеты, но, как пример работы транзистора в качестве усилителя, очень даже годится. Сейчас ты знаешь, как работает транзистор – это Легко!
Биполярные транзисторы и их свойства
Для обычной работы конфигурации силы тока необходимы особые устройства – транзисторы. Статья посвящена одной из разновидностей этих устройств – биполярным транзисторам. Тут детально описано, что же все-таки это такое, где и как применяется. Тщательно освещены технические свойства, рассмотрены особенности конструкции, указаны плюсы и недочеты. Прилагаются схемы подключения устройств.
Что такое биполярный транзистор
Биполярный транзистор – это разновидность транзистора, где электроны и дырки применяются в качестве носителей заряда.
Униполярные транзисторы, такие как полевые транзисторы, используют только один вид носителя заряда, биполярные применяют же два перехода между 2-мя типами полупроводников – n-тип и p-тип.
Где и как применяется биполярный транзистор
Устройства могут применяться как усилители либо переключатели. Такая функция предоставляет им огромную сферу использования в электронном оборудовании: компы, телеки, мобильники, телефоны, усилители звука, промышленный контроль, также радиопередатчики.
Также устройства входят в состав катушки Теслы, также могут являться элементом частотного преобразователя вместе с трансформаторами тока.
Особенности конструкции
Устройство биполярного транзистора состоит из трёх по-разному легированных полупроводниковых областей:
- области эмиттера;
- области базы;
- области коллектора.
Этими областями являются соответственно p-тип, n-тип и p-тип в транзисторе PNP и n-тип, p-тип и n-тип в NPN-транзисторе.
Любая полупроводниковая область соединена с выводом, который имеет соответственное обозначение: эмиттер (E), основание (B) и коллектор (C).
Основание размещено между излучателем и коллектором. Оно сделано из легированного легкого материала с высочайшим удельным сопротивлением. Коллектор окружает область эмиттера, что делает фактически неосуществимым выход электронов, инжектированных в базисную область, без сбора. Это делает результирующее значение α очень близким к единице, таким макаром давая транзистору большой коэффициент усиления тока (β). Вид в поперечном сечении биполярного транзистора показывает на то, что переход коллектор-база имеет еще огромную площадь, ежели переход эмиттер-база.
Технические свойства биполярного транзистора
С общей базой:
- Входной импеданс – маленький.
- Выходной импеданс – очень высочайший.
- Фазовый угол – 0 градусов.
- Усиление напряжения – высочайшее.
- Усиление тока – низкое.
- Усиление мощности – низкое.
С общим эмиттером:
- Входной импеданс – средний.
- Выходной импеданс – высочайший.
- Фазовый угол – 180 градусов.
- Усиление напряжения – среднее.
- Усиление тока – среднее.
- Усиление мощности – очень высочайшее.
С общим коллектором:
- Входной импеданс – высочайший.
- Выходной импеданс – маленький.
- Фазовый угол – 0 градусов.
- Усиление напряжения – низкое.
- Усиление тока – высочайшее.
- Усиление мощности – среднее.
Также есть таковой показатель, как частота. Она обозначает возможность работы устройства до его определённых пределов.
Как работает биполярный транзистор
В стандартной работе соединение база-эмиттер смещено вперед. Это означает, что сторона соединения с легированием типа p имеет более положительный потенциал, чем сторона с легированием типа n. Соединение база-коллектор имеет оборотное смещение.
Когда прямое смещение применяется к переходу база-эмиттер, нарушается равновесие между термически генерируемыми носителями и отражающим электрическим полем области истощения эмиттера с n-присадкой. Это позволяет термически возбужденным электронам инжектироваться из эмиттера в область базы. Эти электроны диффундируют (соединяются) через основание из области высочайшей концентрации вблизи с эмиттером в область низкой концентрации поблизости коллектора. Электроны в основании именуются миноритарными носителями, так как основание легировано р-типом, что делает дырки главным носителем в основании.
Поток заряда в биполярном транзисторе обоснован диффузией носителей заряда через соединение между 2-мя областями с разной концентрацией заряда. Дискретный транзистор имеет три провода для подключения к этим областям. Обычно, область эмиттера сильно легирована по сопоставлению с 2-мя другими слоями. Коллектор легирован еще легче, чем основание (легирование коллектора обычно в 10 раз легче базисного легирования).
По собственной конструкции большая часть тока коллектора биполярного транзистора обоснована потоком носителей заряда (электронов и/либо дырок), которые инжектируются из сильно легированного эмиттера в основание. Уже там они являются миноритарными носителями, которые диффундируют к коллектору.
- обычный;
- барьерный;
- инверсный активный;
- режим осечки.
Какие есть виды
Посреди более фаворитных встречается два типа биполярных резисторов – NPN и PNP.
Транзистор NPN
Это один из 2-ух типов биполярных транзисторов, состоящих из слоя p-легированного полупроводника между 2-мя n-легированными слоями.
Маленькое количество тока, поступающего в базу, усиливается для того, дабы прирастить ток коллектора и эмиттера. Другими словами когда есть положительная разность потенциалов, измеренная от базы NPN-транзистора к его эмиттеру (другими словами когда база выше касательно эмиттера), также положительная разность потенциалов, измеренная от коллектора к эмиттеру, транзистор становится активным. В этом «включенном» режиме ток течет от коллектора к эмиттеру транзистора. Большая часть тока переносится электронами, которые идут от эмиттера к коллектору в качестве неосновных носителей в базисной области p-типа.
Дабы обеспечить больший ток и поболее резвую работу, большая часть биполярных транзисторов, применяемых сейчас, являются NPN. Это связано с тем, что у них подвижность электронов выше, чем подвижность дырок.
Транзистор PNP
Он состоит из слоя n-легированного слоя полупроводника между 2-мя p-легированными.
Когда маленький ток покидает базу, то он усиливается на выходе коллектора. Другими словами транзистор PNP включен, когда его основание опущено относительно эмиттера. В PNP-транзисторе область эмиттер-база смещена вперед. В связи с этим отверстия вводятся в базу в качестве миноритарных носителей. Основание очень тонкое, и большая часть отверстий пересекают оборотное смещение соединения база-коллектор с коллектором.
Стрелки на знаках транзистора NPN и PNP указывают на PN-соединение между базой и эмиттером. Когда устройство находится в прямом активном либо прямом насыщенном режиме, стрелка, расположенная на ножке эмиттера, показывает в направлении обыденного тока.
Биполярные транзисторы можно систематизировать по другим чертам.
Большая распространяемая мощность:
- 0-0,3 Вт;
- 0,3-3 Вт;
- выше 3 Вт.
Материал производства:
- кремний;
- арсенид галия.
Размер частот:
- низкая (до 3 мГц);
- средняя (до 30 мГц);
- высочайшая (до 300 мГц)
- сверхвысокая (выше 300 мГц).
Плюсы
- Устройство обладает большой пропускной способностью усиления.
- Оно показывает доброкачественную производительность на высочайшей частоте.
- Устройство имеет лучшее усиление напряжения.
- Оно может работать как при низкой, так и при высочайшей мощности.
- Обладает высочайшей плотностью тока.
- Имеет низкое прямое падение напряжения.
Недочеты
Воздействие на транзистор ионизирующего излучения может вызывать радиационные повреждение. Радиация вызывает скопление «дефектов» в области базы, которое является центром процесса рекомбинации. Возникающее в итоге сокращение срока службы некоторых компонент устройства приводит к постепенной потере коэффициента усиления транзистора.
Транзисторы имеют «максимальные номинальные показатели»: мощность, наибольшие номиналы тока коллектора и базы, также номинальные характеристики упадка напряжения. Если характеристики будут выше этих номинальных характеристик, то устройство может выйти из строя либо, по последней мере, усугубить свою работу.
Схемы подключения
Существует несколько схем включения биполярных транзисторов.
Их конструкция находится в зависимости от общего вывода, и делятся они на 3 группы:
- с общей базой;
- с общим эмиттером;
- с общим коллектором.
Схема включения с общей базой:
В функции эмиттера заходит инжекция (поставка) главных носителей на базу. Как пример – электроны. Источники должны быть согласованы с условием E2 >> E1. За ограничение тока открытого перехода p-n отвечает резистор Rэ.
Электрический ток будет маленьким при условии E1 = 0. Также он является исходным коллекторным током (I к 0). Если E1 > 0 электроны сумеют попасть в базу, так как проходят через p-n-переход.
У базы должно быть достаточно огромное удельное сопротивления, что делает в ней концентрацию ней дырок низкой. В связи с этим некоторые электроны, которые достигнули базы, проходят процесс рекомбинации с дырками. Так, выходит базисный электрический ток Iб. В это время с областью E2 повлияет еще большее поле, по сопоставлению с переходом эмиттера. Это и заводит электроны в сам коллектор. Конкретно это и обуславливает достижение коллектора большей частью электронов.
Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером:
Схема включения с общим коллектором. А – принципная схема, б – эквивалентная.
Подключение данных устройств является достаточно трудоёмким процессом, требующим особенного внимания и ответственности.
