Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Транзисторы. Общие сведения

Транзисторы. Общие сведения.

Транзистор – электронный полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Если быть точнее, то транзистор позволяет регулировать силу электрического тока подобно тому, как водяной кран регулирует поток воды. Отсюда следуют две основные функции прибора в электрической цепи — это усилитель и переключатель.

Существует бесконечное множество разных типов транзисторов – от огромных усилителей высокой мощности размером с кулак, до миниатюрных переключателей на кристалле процессора размером в считанные десятки нанометров (в одном метре 10 9 нанометров).

Смещение с постоянной базой и смещение с постоянным сопротивлением

Схема имеет базовый резистор RB, который соединяет базу и напряжение постоянного тока. Тут соединение базы-эмиттера у транзистора, который смещён за счёт снижения напряжения через RB, что является результатом течения IB через него.

Здесь величины напряжения постоянного тока и VBE постоянны, в то время как величина RB постоянна с момента создания схемы. Это приводит к постоянной величине для IB за счёт постоянного операционного усилителя. Благодаря последнему данная схема называется смещением с постоянной базой. Этот вид смещения – результат стабилизирующего фактора (ß + 1), который приводит к очень низкой термической стабильности.

Причина этого кроется в том, что ß – параметр транзистора непредсказуем, и сильно изменяется, даже если транзисторы одного типа и модели. Это изменение в ß выражается в больших изменениях в Ic, которые не могут быть компенсированы никакими средствами при проектировании. Отсюда можно сделать вывод, что этот вид смещения, зависящего от ß, подвержен изменениям в операционном усилителе, возникающим из за изменений в характеристиках транзистора и температуры.

Как бы там ни было, стоит отметить, что смещение с постоянной базой наиболее простое и использует меньше деталей. Более того, оно даёт пользователю возможность менять операционный усилитель где угодно в активной зоне просто за счёт смены значения RB в проектировании. Также оно предлагает не загружать источник как соединение базы-эмиттера без резистора. Благодаря этим факторам, этот тип смещения используется при коммутации и для достижения автоматического контроля за коэффициентом усиления в транзисторах.

Читайте так же:
Как заварить алюминий инвертором

Смещение транзистора

Смещение транзистора

Как видно из результатов, VCmax получился меньше чем VCmin. Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе VRc отнимается от напряжения питания VCC. Однако в большинстве случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала – амплитуда, которая увеличилась c 0.1V до 1V. Частота и синусоидальная форма сигнала не изменились. Конечно же, соотношение Vout/Vin в десять раз — далеко на самый лучший показатель для усилителя, однако для иллюстрации процесса усиления вполне подойдет.

Итак, подытожим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе. Через базу течет ток Ib, несущий в себе постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая нужна для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал проводить – «открылся». Переменная составляющая – это, собственно, сам сигнал (полезная информация). Сила тока коллектор-эмиттер внутри транзистора – это результат умножения тока базы на коэффициент усиления β. В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором – результат умножения усиленного тока коллектора на значение резистора.

Таким образом, на вывод Vout поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний, но с сохранившейся формой и частотой. Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор берет у источника питания VCC. Если напряжения питания будет недостаточно, транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получится с искажениями.

Режимы работы биполярного транзистора

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы:

Режим отсечки (cut off mode).

Активный режим (active mode).

Режим насыщения (saturation mode).

Инверсный ражим (reverse mode ).

Режим отсечки

Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V — 0.7V, PN-переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор как бы заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

Читайте так же:
Индукционная термообработка сварных швов

Активный режим

В активном режиме напряжение на базе достаточное, для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером открылся. В этом состоянии у транзистора присутствуют токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Режим насыщения

Иногда ток базы может оказаться слишком большим. В результате мощности питания просто не хватит для обеспечения такой величины тока коллектора, которая бы соответствовала коэффициенту усиления транзистора. В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечить источник питания, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.

В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен».

Инверсный режим

В данном режиме коллектор и эмиттер меняются ролями: коллекторный PN-переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. В результате ток из базы течет в коллектор. Область полупроводника коллектора несимметрична эмиттеру, и коэффициент усиления в инверсном режиме получается ниже, чем в нормальном активном режиме. Конструкция транзистора выполнена таким образом, чтобы он максимально эффективно работал в активном режиме. Поэтому в инверсном режиме транзистор практически не используют.

Основные параметры биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по току – соотношение тока коллектора IС к току базы IB. Обозначаетсяβ, hfe или h21e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзисторов.

β — величина постоянная для одного транзистора, и зависит от физического строения прибора. Высокий коэффициент усиления исчисляется в сотнях единиц, низкий — в десятках. Для двух отдельных транзисторов одного типа, даже если во время производства они были “соседями по конвейеру”, β может немного отличаться. Эта характеристика биполярного транзистора является, пожалуй, самой важной. Если другими параметрами прибора довольно часто можно пренебречь в расчетах, то коэффициентом усиления по току практически невозможно.

Читайте так же:
Как сделать повер банк из аккумулятора телефона

Входное сопротивление – сопротивление в транзисторе, которое «встречает» ток базы. Обозначается Rin (Rвх). Чем оно больше — тем лучше для усилительных характеристик прибора, поскольку со стороны базы обычно находиться источник слабого сигнала, у которого нужно потреблять как можно меньше тока. Идеальный вариант – это когда входное сопротивление равняется бесконечность.

Rвх для среднестатистического биполярного транзистора составляет несколько сотен КΩ (килоом). Здесь биполярный транзистор очень сильно проигрывает полевому транзистору, где входное сопротивление доходит до сотен ГΩ (гигаом).

Выходная проводимость — проводимость транзистора между коллектором и эмиттером. Чем больше выходная проводимость, тем больше тока коллектор-эмиттер сможет проходить через транзистор при меньшей мощности.

Также с увеличением выходной проводимости (или уменьшением выходного сопротивления) увеличивается максимальная нагрузка, которую может выдержать усилитель при незначительных потерях общего коэффициента усиления. Например, если транзистор с низкой выходной проводимостью усиливает сигнал в 100 раз без нагрузки, то при подсоединении нагрузки в 1 КΩ, он уже будет усиливать всего в 50 раз. У транзистора, с таким же коэффициентом усиления, но с большей выходной проводимостью, падение усиления будет меньше. Идеальный вариант – это когда выходная проводимость равняется бесконечность (или выходное сопротивление Rout = 0 (Rвых = 0)).

Частотная характеристика – зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты входящего сигнала. С повышением частоты, способность транзистора усиливать сигнал постепенно падает. Причиной тому являются паразитные емкости, образовавшиеся в PN-переходах. На изменения входного сигнала в базе транзистор реагирует не мгновенно, а с определенным замедлением, обусловленным затратой времени на наполнение зарядом этих емкостей. Поэтому, при очень высоких частотах, транзистор просто не успевает среагировать и полностью усилить сигнал.

Где и для чего применяется

Мы уже рассмотрели, что резистор предназначен для ограничения тока в цепи, теперь мы рассмотрим несколько практических примеров, где используется резистор в электротехнике.

Читайте так же:
Звезда треугольник схема соединения

Первая область применения — ограничение тока, например, для питания светодиодов. Принцип действия и расчета такой цепи заключается в том, что из напряжения источника питания вычитают номинальное рабочее напряжение светодиода, сумму делят на номинальный (или желаемый) ток через светодиод. В результате вы получаете номинал ограничительного сопротивления.

Схема включения светодиода

Второе — это делитель напряжения. Здесь выходное напряжение рассчитывают по формуле:

Делитель

Также резистор нашел применение для задания тока транзисторам. В сущности, та же схема ограничителя, рассмотренная выше.

Схемы включения транзистора

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Мы рассмотрели, какие бывают резисторы, их назначение и принцип работы. Это важный элемент, с которого следует начать изучение электротехники. Для расчетов цепей с ним используют закон Ома и активной мощности, а в высокочастотных цепях учитывают и реактивные параметры – паразитную ёмкость и индуктивность. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Что внутри транзистора

Если бы мы могли разрезать один транзистор в микропроцессоре, мы бы увидели что-то вроде этого:

Как это устроено: транзисторы

Слева — проводник, по которому бежит ток, справа — просто проводник, пока без тока. Между ними находится проводящий канал — те самые «ворота». Когда ворота открыты, ток из левого проводника поступает в правый. Когда закрыты — правый остаётся без тока. Чтобы ворота открылись, на них нужно подать ток откуда-то ещё. Если тока нет, то ворота закрыты.

Теперь, если грамотно посоединять тысячу транзисторов, мы получим простейшую вычислительную машину. А если посоединять миллиард транзисторов, получим ваш процессор.

Основные характеристики

Чтобы правильно выбрать резистор важно знать, на какие характеристики нужно смотреть при выборе. К его основным параметрам относится:

В большинстве случае этих сведений достаточно. Новички часто забывают о допустимой мощности резистора, и они у них перегорают. Вы можете рассчитать сколько Ватт выделяется на резисторе по формуле, указанной в предыдущем разделе статьи. Покупайте резисторы с запасом по мощности в 20-30%, больше – лучше, меньше – не нужно!

Читайте так же:
Из чего сделать обратный молоток

Биполярные транзисторы: а) общее обозначение (pnp и npn), б) без обозначения корпуса, в) с отводом от корпуса, г) в соединённым с корпусом коллектором, д) двухэмиттерный, е) Шоттки; ж) однопереходный транзистор; полевые транзисторы: з) с управляющим переходом, и) с изолированным затвором и индуцированным каналом, к) со встроенным каналом, л) с выводм подложки, м) с двумя затворами.

Существует множество разновидностей транзисторов, различающихся принципом действия, конструкцией, рабочими характеристиками.

Все транзисторы делятся по принципу действия на следующие основные типы:

  1. биполярные,
  2. полевые.

Управление рабочим током в полевом транзисторе обеспечивается электрическим полем в области управляющего электрода — затвора. В биполярном транзисторе управление производится током на управляющем электроде — базе.

Все транзисторы включают совокупность областей с n- и p-проводимостью, и для большинства видов транзисторов существует комплиментарная пара, в которой n-области одного соответствуют p-областям другого и наоборот.

Биполярные транзисторы

У биполярного транзистора три электрода: эмиттер, база и коллектор. Ток на базе управляет током эмиттер-коллектор. В зависимости от внутренней структуры биполярные транзисторы бывают типа npn или pnp. Они различаются полярностью включения в схему.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор имеет три основных электрода: исток, сток и затвор. Затвор является управляющим электродом, его потенциал создаёт электрическое поле, изменяющее ширину канала — области проводимости между истоком и стоком. В зависимости от его типа бывают транзисторы с каналом n-типа и с каналом p-типа. От типа канала зависит рабочая полярность на управляющем электроде.

Существует несколько типов полевых транзисторов:

    ; :

    • с индуцированным каналом,
    • со встроенным каналом;
  1. с барьером Шоттки.

Существуют также „интегральные“ или „интеллектуальные транзисторы“, представляющие собой микросхемы с полевым транзистором и управляющей схемой, обеспечивающей его работу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector