Биполярный транзистор. Принцип усиления. Биполярный транзистор принцип работы для чайниковОсновы на пальцах. Часть 3
Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого. Погляди в схему программатора (там где был пример с делителем). Видишь стоят диоды, как думаешь, зачем? А все просто. У микроконтроллера логические уровни это 0 и 5 вольт, а у СОМ порта единица это минус 12 вольт, а ноль плюс 12 вольт. Вот диод и отрезает этот минус 12, образуя 0 вольт. А поскольку у диода в прямом направлении проводимость не идеальная (она вообще зависит от приложенного прямого напряжения, чем оно больше, тем лучше диод проводит ток), то на его сопротивлении упадет примерно 0.5-0.7 вольта, остаток, будучи поделенным резисторами надвое, окажется примерно 5.5 вольт, что не выходит за пределы нормы контроллера.Выводы диода называют анодом и катодом. Ток течет от анода к катоду. Запомнить где какой вывод очень просто: на условном обозначнеии стрелочка и палочка со стороны катода как бы рисуют букву К вот, смотри —К|—. К= Катод! А на детали катод обозначается полоской или точкой. Есть еще один интересный тип диода – стабилитрон. Его я юзал в одной из прошлых статей. Особенностью его является то, что в прямом направлении он работает как обычный диод, а вот в обратном его срывает на каком либо напряжении, например на 3.3 вольта. Подобно ограничительному клапану парового котла, открывающемуся при превышении давления и стравливающему излишки пара. Стабилитроны используют когда хотят получить напряжение заданной величины, вне зависимости от входных напряжений. Это может быть, например, опорная величина, относительно которой происходит сравнение входного сигнала. Им можно обрезать входящий сигнал до нужной величины или используют его как защиту. В своих схемах я часто ставлю на питание контроллера стабилитрон на 5.5 вольт, чтобы в случае чего, если напряжение резко скакнет, этот стабилитрон стравил через себя излишки. Также есть такой зверь как супрессор. Тот же стабилитрон, только куда более мощный и часто двунаправленный. Используется для защиты по питанию.
Жуткая вещь, в детстве все не мог понять как он работает, а оказалось все просто.В общем, транзистор можно сравнить с управляемым вентилем, где крохотным усилием мы управляем мощнейшим потоком. Чуть повернул рукоятку и тонны дерьма умчались по трубам, открыл посильней и вот уже все вокруг захлебнулось в нечистотах. Т.е. выход пропорционален входу умноженному на какую то величину. Этой величиной является коэффициент усиления.Делятся эти девайсы на полевые и биполярные.В биполярном транзисторе есть эмиттер, коллектор и база (смотри рисунок условного обозначения). Эмиттер он со стрелочкой, база обозначается как прямая площадка между эмиттером и коллектором. Между эмиттером и коллектором идет большой ток полезной нагрузки, направление тока определяется стрелочкой на эмиттере. А вот между базой и эмиттером идет маленький управляющий ток. Грубо говоря, величина управляющего тока влияет на сопротивление между коллектором и эмиттером. Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n принципиальная разница только лишь в направлении тока через них. Полевой транзистор отличается от биполярного тем, что в нем сопротивление канала между истоком и стоком определяется уже не током, а напряжением на затворе. Последнее время полевые транзисторы получили громадную популярность (на них построены все микропроцессоры), т.к. токи в них протекают микроскопические, решающую роль играет напряжение, а значит потери и тепловыделение минимальны.
Короче, транзистор позволит тебе слабеньким сигналом, например с ноги микроконтроллера, управлять мощной нагрузкой типа реле, двигателя или лампочки. Если не хватит усиления одного транзистора, то их можно соединять каскадами – один за другим, все мощней и мощней. А порой хватает и одного могучего полевого MOSFET транзистора. Посмотри, например, как в схемах сотовых телефонов управляется виброзвонок. Там выход с процессора идет на затвор силового MOSFET ключа. easyelectronics.ru Биполярный транзистор. Принцип усиления - Практическая электроникаНу вот мы и дошли до самого интересного. Итак, для чего вообще нужен транзистор? Для усиления? Но для усиления чего? И как он вообще усиливает? Давайте для начала разберемся, какие параметры электрического сигнала мы можем усилить. Это: — напряжение — сила тока Мощность электрического сигнала равняется напряжению, умноженному на силу тока, то есть P = IxU где P – это мощность, измеряется в Ваттах; I – сила тока, в Амперах; U – напряжение, в Вольтах; ну и значок «х» – это знак умножения (мало ли). Получается, усилив напряжение или силу тока, мы тем самым увеличиваем и мощность сигнала ;-). А вот транзистор как раз этим самым и занимается, что увеличивает или напряжение или силу тока или сразу оба этих параметра электрического сигнала 😉 Но сам по себе он не может усиливать. Ага, подал на транзистор напряжение от пальчиковой батарейки, и усиливаемый сигнал подал на электрочайник и вскипятил воду) Конечно же нет). Для того, чтобы транзистор усиливал, требуется источник усиления «извне». Источником «извне» должен быть какой-либо источник питания. Небольшое лирическое отступление. Есть также ещё одно заблуждение, что повышающий трансформатор увеличивает напряжение, подаваемое на первичную обмотку. Да, это так он и есть. Но, не забывайте, что во столько же раз и уменьшает силу тока. В обоих случаях мощность на выходе будет почти равняться мощности на входе транса :-). Итак, существуют три основные схемы соединения биполярного транзистора: — с Общей Базой (ОБ) Эта схема усиливает по напряжению. Схема с общей базой используется редко. — с Общим Эмиттером (ОЭ) Эта схема усиливает и по напряжению, и по току, и на практике используется наиболее часто. — с Общим Коллектором (ОК) Эта схема усиливает по току. Ее часто называют эмиттерный повторитель. Здесь все просто: какой вывод является общим для входного и выходного сигнала, такая значит и схема включения транзистора. А теперь давайте поговорим об условностях, которые применяются в схемотехническом жаргоне транзистора. Итак, если вы слышите, что напряжение на базе равно 1 Вольт, то это означает, что это напряжение между базой и общим проводником. На общий в основном садят «минус» и обозначается общий проводник вот таким значком: Например, UБ (напряжение на базе) транзистора VT1 замеряется как-то вот так:
Напряжение между выводами обозначается двумя индексами, например, напряжение между базой и эмиттером обозначается как UБЭ . Также на схемах часто можно увидеть обозначения типа UКК (в буржуйском варианте VCC ) – это напряжение питания коллектора, обычно положительное. Также есть и UЭЭ (в буржуйском варианте VEE) – напряжение питания эмиттера, обычно отрицательное. Короче говоря, это в основном напряжение питания схемы. Также имейте ввиду, что каждый транзистор характеризуется основными максимальными параметрами такими как: 1) Iк – ток коллектора 2) UКЭ – напряжение между коллектором и эмиттером 3) P – мощность, которая рассеивается на транзисторе. Р = IК х UКЭ + 0,7 х IБ 4) UБЭ – напряжение между базой и эмиттером Attention! Превышение какого-либо параметра из списка выше приведет к неминуемой гибели транзистора! Для того, чтобы понять принцип работы транзистора, давайте рассмотрим вот такое фото: Условимся считать, что это самая простая модель транзистора). Направление потока воды – это направление электрического тока. Пусть у нашего «транзистора» будет проводимость N-P-N, то есть он будет выглядеть вот так: С помощью краника (Базы) мы уменьшаем или увеличиваем скорость потока воды через трубу. В нашем случае вода бежит с жёлтой трубы к чёрной трубе, или по аналогии с транзистором: от коллектора к эмиттеру, потому что стрелочка эмиттера показывает направление электрического тока. Итак, в таком положении краник полностью закрыт, следовательно поток воды не проходит через трубу: А вот так краник полностью открыт и поток воды бежит на полной мощности через трубу: Краник открыли, вода через трубу побежала на полной мощности:
Краник закрыли, вода не бежит:
С помощью одного только пальчика, я включал и выключал ОГРОМНЫЙ поток воды, который бы мог смыть все какашки на вашей тельняшке). То есть поток воды из трубы обладает огромнейшей силой, по сравнению с силой пальчика, которую я прикладывал к рыжачку краника. Транзистор работает аналогичным образом! Прикладывая небольшое напряжение к базе, я могу управлять огромнейшим током проходящим через коллектор и эмиттер. В данном случае я показал только два положения, краник полностью включен, или краник полностью выключен. Режим, при котором я включал и отключал краник до упора, в транзисторе называется «ключевым режимом». Не от слова «ключевой» – типа главный, важный, а от слова «ключ». А что у нас делает ключ? Что-то отпирает и закрывает, да хотя бы те же самые двери или бабушкин комод. Режим, когда я ЗАКРЫВАЛ краник полностью, называется в транзисторе закрытый или в простонародье «зАпертый». В этом случае на базу ток не идет и транзистор не пропускает электрический ток между коллектором и эмиттером. Режим, когда я полностью ОТКРЫВАЛ краник, называется в транзисторе режимом «насыщения». В этом случае через эмиттер и коллектор ток бежит по полной. Хочу сказать, что дальнейшее открывание краника бессмысленно, так как от этого ток не увеличится между коллектором и эмиттером, то есть нет резона подавать еще большее напряжение на базу, если транзистор уже работает в режиме насыщения. Ну что же, надо теперь все это дело проверить на реальном транзисторе. У нас в гостях всеми вами любимый транзистор КТ815Б: Его проводимость N-P-N, то есть он выглядит вот так: Мы с вами разобрали, что краник – это база, а большой поток воды должен течь с коллектора на эмиттер. Направление стрелки на эмиттере показывает направление движения электрического тока. В транзисторе все то же самое. Давайте используем его в деле. Для этого собираем вот такую схемку: Ну что, вроде бы все элементарно и просто. Есть батарея, есть лампочка. Электрический ток должен бежать от «плюса» к «минусу» и лампа должна гореть. Собираем схему в реале. Щупы-крокодилы идут от Блока питания. Красный – плюс, черный – минус. Напряжение на них около 13,5 Вольт, лампа на такое же напряжение. Лампа не горит… В чем же дело? Помните эту картинку?
Елки-палки, нам базу-то надо «повернуть» так, чтобы электрический ток мог бежать от коллектора к эмиттеру! Но как «повернуть» базу? Да все просто! Для этого нам надо всего-то подать на нее напряжение ;-). Теперь наша схема будет выглядеть вот так: Собираем схему. Крокодилы с синими проводами идут от блока питания Bat1. Но теперь вопрос. Какое минимальное напряжение должно быть на Bat1, чтобы «краник открылся»? Помните мы с вами разбирали статью, что на P-N переходе у кремниевых транзисторов (а у нас как раз кремниевый) «падает» напряжение где-то 0,5-0,7 В? Кто не помнит, читаем эту статью. А давайте выставим на Bat1 где-то 0,5 В. Не… не канает. Кручу крутилку и выставляю 0,6 Вольт и вуаля! В простонародье говорят, что транзистор «открылся». Отсюда делаем вывод: для того, чтобы через коллектор-эмиттер побежал электрический ток, мы должны на базу подать напряжение более чем 0,5-0,7 В, то есть больше падения напряжения на P-N переходе. Но как много мы можем подать напряжения в базу? Давайте крутанем крутилку на уровень 0,7 В. При 0,7 В базовый ток составляет уже 20 мА. Давайте еще чуток добавим: При 0,8 В уже 140 мА. А при 0,9 Вольтах: чуть меньше пол-Ампера! Дальнейшее увеличение напряжения может привести … к полному выходу транзистора из строя. Итак, вспомним начало статьи: Каждый транзистор характеризуется основными максимальными параметрами такими как: 1) Iк – ток коллектора 2) UКЭ – напряжение между коллектором и эмиттером 3) P – мощность, которая рассеивается на транзисторе. Р = IКЭ х UКЭ 4) UБЭ – напряжение между базой и эмиттером Более подробно про них можно прочитать здесь. Если глянуть в даташит, то можно узнать, что максимальный допустимый ток коллектора транзистора КТ815Б составляет 1,5 А. Но как же теперь быть? Наша аппаратура ведь не может работать с такими маленькими допусками напряжения? А что если вдруг случись, напряжение на базе скаканет на 0,3 В? Транзистору сразу ведь придет жопа… Поэтому, чтобы такого не случилось, в базу транзистора ставят токоограничительный резистор. Резистора на 500 Ом вполне хватит, чтобы транзистор был «открытым» от 1 В и до 40 В (ну это в данном опыте). Все, конечно же, зависит от токоограничительного резистора и самого транзистора. В основном токоограничительный резистор высчитывают по формулам или на практике. Итак, сколько у нас потребляет транзистор в открытом состоянии? P = IxU 0,7 В х 20 х 10-3 А = 14 мВт. А коммутирует нагрузку мощностью 13,5 х 115 х 10-3 = 1,55 Вт То есть 14 милиВатт управляют 1,55 Ваттами. Это получилось почти в 110 раз больше. В этом одна из фишек транзистора 😉 Итак, когда на базе транзистора напряжение меньше, чем падение напряжения на P-N переходе (для кремниевых транзисторов оно 0,5-0,7 В) или напряжения нету вообще, следовательно, транзистор заперт и находится в так называемом режиме отсечки. Когда в базу подано напряжение больше падения напряжения на P-N переходе (переход база-эмиттер), транзистор открывается. Но открывается он по-особому… Продолжение——-> <——-Предыдущая статья
www.ruselectronic.com Принцип работы биполярного транзистора. | MicroTechnicsНедавно мы рассмотрели устройство биполярного транзистора, принцип его работы (ссылка), но это все-таки была теория. Пришло время практики 😉 Сегодня придумаем небольшой пример, демонстрирующий как именно происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе. Рассмотрим схемку… Усилитель на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером.
Ну и зададим какие-нибудь произвольные значения сопротивлений, параметров транзистора и входного сигнала. Все-таки это практический пример, тут без конкретики никак ) Пусть
Осталось задать коэффициент усиления транзистора, пусть будет Итак, сигнал на входе мы знаем, определим, что же будет на выходе при таком использовании транзистора. Проведем расчет для того момента времени, когда напряжение на входе равно 5 В и для начала определим, чему равно напряжение на резисторе базы (
Готово!Раз уж нашли напряжение на резисторе в цепи базы определим еще и ток базы. Тут все просто – закон Ома:
А зная ток базы, мы можем без проблем определить и ток коллектора, ведь они связаны простым соотношением:
Тогда: Пора переходить к цели нашего расчета, а именно к определению напряжения на выходе усилителя. Опять тут все видно из самой схемы – напряжение на выходе равно разности напряжения питания и напряжения на резисторе в коллекторной цепи транзистора. Питание нам известно, рассчитаем падение напряжения на
Ну и наконец:
Что же мы получили? При сигнале на входе, равном 5В, на выходе у нас Расчет довольно прост 😉 Получаем:
Вот какой получили сигнал на выходе: Вот так вот небольшой примерчик может очень хорошо проиллюстрировать принцип работы такого полезного устройства как усилитель на биполярном транзисторе…. 😉 microtechnics.ru Что такое биполярный транзистор и как его проверитьДобрый день, друзья! Сегодня мы продолжим знакомиться с электронными «кирпичиками» компьютерного «железа». Мы уже рассматривали с вами, как устроены полевые транзисторы, которые обязательно присутствуют на каждой материнской плате компьютера. Усаживайтесь поудобнее – сейчас мы сделаем интеллектуально усилие и попытаемся разобраться, как устроен Биполярный транзистор
Слово «транзистор» (transistor) образовано от двух английских слов – «translate» и «resistor», что означает «преобразователь сопротивления». Слово «биполярный» говорит о том, что ток в приборе вызывается заряженными частицами двух полярностей – отрицательной (электронами) и положительной (так называемыми «дырками»). «Дырка» — это не жаргон, а вполне себе научный термин. «Дырка» — это не скомпенсированный положительный заряд или, иными словами, отсутствие электрона в кристаллической решетке полупроводника.
Так как существуют полупроводники двух видов, положительные (positive, p-типа) и отрицательные (negative, n-типа), то может быть два типа такой структуры – p-n-p и n-p-n. Средняя область такой структуры называется базой, а крайние области – эмиттером и коллектором. На схемах биполярные транзисторы обозначаются определенным образом (см рисунок). Видим, что транзистор представляет собой, по существу, да p-n перехода, соединенных последовательно.
Нет! Дело в том, что базу в транзисторе во время изготовления делают очень тонкой, чего никак нельзя достичь при соединении двух отдельных диодов. Принцип работы биполярного транзистораОсновной принцип работы транзистора заключается в том, что небольшой ток базы может управлять гораздо бОльшим током коллектора — в диапазоне практически от нуля до некоей максимально возможной величины.
Интересно отметить, что у маломощных транзисторов он чаще всего больше, чем у мощных (а не наоборот, как можно было бы подумать). Это напоминает работу полевого транзистора (ПТ). Разница в том, что в отличие от затвора ПТ, при управлении ток базы всегда присутствует, т.е. на управление всегда тратится какая-то мощность. Чем больше напряжение между эмиттером и базой, тем больше ток базы и, соответственно, больше ток коллектора. Однако любой транзистор имеет максимально допустимые значения напряжений между эмиттером и базой и между эмиттером и коллектором. За превышение этих параметров придется расплачиваться новым транзистором. В рабочем режиме обычно переход база-эмиттер открыт, а переход база-коллектор закрыт.
При этом сопротивление между эмиттером и коллектором будет небольшим. Падение напряжения на участке эмиттер – коллектор будет составлять величину в несколько десятых долей вольта. Если затем прекратить подавать ток в базу (разомкнуть S1), транзистор закроется, т.е. сопротивление между эмиттером и коллектором станет очень большим. Лампа погаснет. Как проверить биполярный транзистор?
Надо установить переключатель работы тестера в положение проверки диодов, присоединив один щуп к базе, а второй – поочередно к эмиттеру и коллектору. По сути, мы просто последовательно проверяем исправность p-n переходов. Такой переход может быть или открыт, или закрыт.
В одном случае тестер покажет падение напряжение на переходах эмиттер – база и коллектор – база 0,6 – 0,7 В (оба перехода открыты). Во втором случае оба перехода будут закрыты, и тестер зафиксирует это. Следует отметить, что в рабочем режиме чаще всего один из переходов транзистора открыт, а второй закрыт. Измерение коэффициента передачи биполярного транзистора по току
Коэффициент передачи по току – это отношение тока коллектора к току базы. Чем больше коэффициент передачи, тем большим током коллектора может управлять ток базы при прочих равных условиях. Цоколевку (наименование выводов) и другие данные можно взять из data sheets (справочных данных) на соответствующий транзистор. Data sheets можно найти в Интернете через поисковые системы.
Коэффициент передачи тока маломощных транзисторов может достигать нескольких сотен. У мощных транзисторов он существенно меньше – несколько единиц или десятков. Однако существуют мощные транзисторы с коэффициентом передачи в несколько сотен или тысяч. Это так называемые пары Дарлингтона.
Общий коэффициент передачи тока – это произведение коэффициентов первого и второго транзисторов. Пара Дарлингтона делается в общем корпусе, но ее можно сделать и из двух отдельных транзисторов. Встроенная диодная защита
Таким образом, если подключить щупы тестера к эмиттеру и коллектору в режиме проверки диодов, то он покажет те же 0,6 – 0,7 В (если диод смещен в прямом направлении) или «запертый диод» (если диод смещен в обратном направлении). Если же тестер покажет какое-то небольшое напряжение, да еще в обоих направлениях, то транзистор однозначно пробит и подлежит замене. Закоротку можно определить и в режиме измерения сопротивления – тестер покажет малое сопротивление.
Если выпаять такой транзистор и проверить тестером, то он успеет остыть до присоединения щупов, и тестер покажет, что он нормальный. Убедиться в этом лучше всего заменой «подозрительного» транзистора в устройстве. В заключение скажем, что биполярный транзистор – одна из основных «железок» в электронике. Хорошо бы научиться узнавать – «живы» эти «железки» или нет. Конечно, я дал вам, уважаемые читатели, очень упрощенную картину. В действительности, работа биполярного транзистора описывается многими формулами, существуют многие их разновидности, но это сложная наука. Желающим копнуть глубже могу порекомендовать чудесную книгу Хоровица и Хилла «Искусство схемотехники». С вами был Виктор Геронда. Удачной практики! vsbot.ru Биполярный транзистор. Введение - Практическая электроника
Биполярный транзистор… По-моему самая сложная и очень любопытная тема во всей электронике. Ничего нигде про них толком не написано. Ну что же, дорогие читатели, попробуем пролить свет истины на самое величайшее изобретение XX века, с которого началась Великая Эра цифровой электрон ики. А что же вообще такое «транзистор» ? Явно, оно к нам перешло с буржуйского языка. Транзистор (от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление) радиэлектронный компонент, способный усиливать слабые электрические сигналы. Все, пока на этом хватит… Дальше интереснее 😉 Как вы знаете, все мы из чего-то состоим. Люди состоят из мяса, воды и костей. А некоторые состоят вообще из другого материала, поэтому не тонут в воде ))). Так и наш транзистор, он тоже из чего-то состоит. Но из чего? Как вы знаете, материалы делятся на проводники и диэле ктрики, а вот между ними стоят полупроводники. Еще раз напомню вам, что проводники прекрасно проводят электрический ток, диэлектрики не проводят электрический ток, а вот полупроводники проводят электрический ток, но очень плохо. «И нафиг нам нужен этот полупроводниковый материал?» — спросите вы. Сам по себе материал полупроводник с практической точки зрения не представляет никакого интереса, но вот когда в него добавить малюсенькую долю некоторых элементов из таблицы Менделеева, по-научному «пролегировать», то мы получим полупроводниковый материал, но с очень странными свойствами. Самым знаменитым полупроводником является кремний
и германий
Как вы видите, они мало чем отличаются. Кремний составляет почти 30% (!) земной коры, германий 1.5х10-4% . Может быть поэтому полупроводниковые радиоэлементы очень дешевые, особенно из кремния? Когда в кремний добавляют мышьяк, получается так, что в кремнии стает очень много свободных электронов. А материалы, в которых очень много свободных электронов, мы уже называем проводниками. Следовательно, кремний, после легирования (смешивания) с мышьяком превращается из полупроводника в очень хороший проводник 😉 Электроны обладают отрицательным зарядом, и их в полупроводнике как песчинок в пустыне, значит такой полупроводник будем называть полупроводником N-типа. N — от англ. Negative — отрицательный. Это еще фигня… А вот если пролегировать кремний с индием, то мы получим очень забавную вещь… В первом случае у нас появились лишние электроны, которые превратили полупроводник в проводник. Но здесь ситуация абсолютно противоположная. Представьте себе, как это бы странно не звучало, электрон с положительным зарядом. Да да, именно так. Но самое-самое интересное знаете что? Его не существует! Он как бы есть, но его как бы нет))).
Это все равно, что магнитное, электрическое или гравитационное поле. Оно существует, но мы его не видим. Такой «электрон» мы будем называть дыркой. Так как дырка обладает положительным зарядом, то полупроводниковый материал в котором очень-очень много этих дырок, мы будем называть полупроводником P-типа. P — от англ. Positive — положительный. Ну пролегировали мы эти материалы, ну а толку то? Что с ними дальше делать? С практической точки зрения они по отдельности вообще не представляют никакого интереса, а вот вместе они столько делов могут натворить ой-ой-ой!!! Если очень плотненько прислонить к друг другу эти два материала, то граница касания этих полупроводниковых материалов P и N типа будет называться P-N переходом. А вот именно этот самый P-N переход и сделал революцию во всей электронике. Продолжение——-> www.ruselectronic.com Биполярный транзистор: разработка и принцип действияБиполярный транзистор – это электрический полупроводниковый прибор, служащий для усиления сигнала и ряда прочих целей, в котором ток образуется движением носителей обоих знаков. В нынешнем виде изделие предложено и запатентовано в 1947 году Уильямом Шокли. История разработки первых транзисторовСклонности передаются по наследству, это видно на примере Уильяма Брэдфорда Шокли. Сын горного инженера и одной из первых в США женщины-геодезиста. Специфичное сочетание. В 22 года получил степень бакалавра, не остановился на достигнутом, и в 1936-м становится доктором философии. Звание, присуждённое Массачусетским институтом технологии, не означает, что Шокли изучал Ницше и Аристотеля. Степень говорит о наличии диссертации в области из большого перечня наук. Диковинное название – дань традиции, когда философия в средние века занималась широким спектром вопросов, по праву считаясь прародителем прочих направлений хода учёной мысли.  Лаборатория Белла Смысл работы состоял в исследовании электронных уровней хлорида натрия. Зонная теория, объяснявшая процессы, происходившие в материалах, как раз набирала популярность. Согласно воззрениям теории, любой электрон в кристалле способен занимать уникальное, свойственное исключительно указанной частице, состояние с определённой энергией и направлением спина. Сообразно представлению градации идут с некоторой дискретностью в валентной зоне (связанные с ядром), вдобавок присутствует запрещённая область, где частицы располагаться не вправе. Из последнего тезиса исключением считаются примесные полупроводники, ставшие базисом для создания твердотельной электроники, включая биполярные транзисторы. В Лаборатории Белла Шокли попал за любопытные идеи в области конструирования ядерных реакторов. Уран в чистом виде открыт задолго до этого, впервые на примере элемента Беккерель обнаружил радиоактивность. Бомбардировать нейтронами ядра металла пробовал в начале 30-х годов (XX века) Энрико Ферми, преследовалась цель – получить трансурановые элементы. Позднее оказалось доказано, что одновременно происходит радиоактивный распад с выделением вовне энергии. Шокли задумал бомбардировать U-235, чтобы получить новый источник большой мощности. В ходе Второй мировой войны занимался исследования по оценке возможного сухопутного вторжения Японии, собранные данные во многом способствовали решению Трумэна сбросить атомную бомбу на Хиросиму. Лаборатория Белла поставила перед Шокли прямую задачу – отыскать альтернативу громоздким ламповым усилителям. Это означало бы экономию места и появление на свет нового поколения приборов, способных функционировать в условиях войны. Не секрет, что боевые заслуги СССР оказались по достоинству оценены на противоположной стороне океана. Шокли назначили менеджером бригады, бившейся над задачей, куда среди прочего входили создатели первого точечного транзистора:
Читатели уже знают про точечный диод на базе кристаллического детектора, но что представлял транзистор? Это полевой прибор: два электрода приложены к области полупроводника p-типа и разделены диэлектрическим клином. Толщина запирающего слоя варьируется с базы. Управляющий электрод, приложенный к n-области под положительным потенциалом сильно обедняет область перехода, и ток не течёт. Исторически первым транзистором считается полевой. Конструкция оказалась специфичной. К примеру, контактные площадки из золота прижаты пружиной к германиевому кристаллу p-n-перехода, больше напоминают лабораторную установку, нежели полнофункциональный прибор для военной техники. Собрано — при помощи канцелярских скрепок и ядовитого клея-электролита. Но прибор в будущем даст название Силиконовой Долине. Между учёными произошёл раздор, потому что теория поля Шокли, применяемая в транзисторе, не помогла созданию прибора, вдобавок упоминалась в канадском патенте Лилиенфельда 1925 года. В результате Лаборатория Белла выкидывает имя Уильяма из списка создателей при оформлении бумаг. Примечательно, что структура MESFET (полевой транзистор), предложенная Лилиенфельдом, не функционировала. Но заложенные идеи в бюро приняли, и у Лаборатории Белла возникли сложности с подачей заявок. Парадокс, но учёные могли запатентовать лишь дизайн Бардина и Браттейна – ничего более. Остальное давно уже существовало в виде концепции на момент 1946 года. Шокли решил, что судьба сыграла с изобретателем очередную шутку после всех неудач. Однако компания Белла идёт на всяческие уступки, и общепринято, что Уильям фигурирует для прессы в качестве первого лица.  Уильям Брэдфорд Шокли Шокли начинает трудиться над собственным направлением, попутно пытаясь исправить ситуацию. Последнее не даёт положительных результатов, зато первое приводит к созданию прибора, сегодня известного миру под именем биполярного транзистора. Перебирая ряд конструкций, 1 января 1948 года находит правильную, но не сразу осознает. Впоследствии к Шокли приходит идея, что ток образуется не только основными носителями заряда. Принцип действия биполярного транзистора, температурные режимыИзложенная Шокли концепция приводит коллектив в неистовство: годами работал за спиной коллег! Но идея оказалась удачной. Если толщина полупроводника базы мала, инжектированные неосновные носители заряда частично захватываются полем коллектора. Там они уже становятся основными, участвуют в создании электрического тока. Процесс управляется полем базы, количество прорвавшихся носителей заряда пропорционально приложенному напряжению. Фактически p-n-переход коллектора работает в режиме пробоя. Температурные режимы целиком определяются материалами. Германиевые транзисторы не способны функционировать при температуре выше 85 градусов Цельсия, причём единожды превысив справочное значение, последующим охлаждением прибору не вернёшь работоспособности. Кремний выдерживает нагрев почти вдвое больший. Нередки экземпляры транзисторов, способные функционировать при 150 градусах Цельсия, но минус в сравнительно большом падении напряжения на p-n-переходе.  Транзистор биполярный Выходит, конструктор подыскивает для создания электрической схемы наиболее подходящие транзисторы согласно имеющимся условиям. Проводится расчёт рассеиваемой мощности, при необходимости элементы дополняются массивными радиаторами. Предельная температура подбирается с изрядным запасом, чтобы исключить перегрев. Полупроводники обладают явным сопротивлением, используются в технике исключительно для решения специфических задач. К примеру, при создании p-n-перехода. В остальном, чем толще слой материала, тем большие возникают потери на активном омическом сопротивлении. Приведём наглядный пример: удельное сопротивление германия превышает значение аналогичного параметра меди (металл) в 30 млн. раз. Следовательно, потери вырастут (и нагрев) сообразно указанной цифре. Итак, слой полупроводника мал. Как это реализовать на практике? Забудем временно про канцелярские скрепки, использованные в первой конструкции, обратимся к современной технологии. При изготовлении биполярного транзистора выдерживаются закономерности:
 Действие транзистора От доли примеси зависит ширина запирающего слоя p-n-перехода (с увеличением растёт). Причём проникновение его в эмиттер, коллектор и базу неодинаково. На минимальную глубину запирающий слой простирается в материал с максимальной долей примесей. То есть, эмиттер. Германиевые биполярные транзисторы уходят в прошлое, на замену приходят кремниевые и на основе арсенида галлия. Сегодня доминируют две технологии производства полупроводниковых приборов, выделяют:
В ходе описанных выше технологических манипуляций активно используются ступени производственного цикла:
В справочниках часто указываются два и более ключевых термина, характеризующих производственный цикл биполярного транзистора.  Обозначения транзистора Система обозначений транзисторовНа полупроводниковые приборы выпущен ОСТ 11-0948, устанавливающий нормы и для биполярных транзисторов. На первом месте указывается материал, определяющий во многом температурные режимы работы и параметры, потом цифровая маркировка, определяющая мощность, частоту и прочие качества биполярного транзистора. Среди основных параметров в справочниках фигурируют вольт-амперная характеристика и коэффициент усиления по току. vashtehnik.ru Принцип работы биполярных транзисторов / Школа электрика / Коллективный блогБиполярный транзистор – трех электродный полупроводниковый прибор. Электроды подключаются к трем расположенным в последовательном порядке слоям проводника. В биполярном транзисторе главными носителями являются дырки и электроны. Электрод, который подключен к центральному слою называется базой, электроды, которые подключены к внешним слоям, называются коллекторами и эмиттерами. Главным отличием коллектора считается большая площадь p – n перехода. Принцип работы: В активном режиме работы биполярный транзистор включен так, что его переход эмиттерный смещен в прямом направлении, а коллекторный переход напротив смещен в обратном направлении.
Рассмотрим npn транзистор. В npn транзисторе электроны, являются главными носителями тока в эмиттере, и проходят через открытый переход базы эмиттера в область базы. Часть из этих электронов рекомбинирует с главными носителями зарядов в базе. Однако, из-за тонкости базы, большая часть электронов, диффундирует в коллекторную область. Электрическое поле обратно смещенного перехода коллектора захватывает электроны и переносит их в коллектор. Электрический ток коллектора, таким образом, практически сравнивается с током эмиттера, за исключение маленькой потери на рекомбинацию в базе, которая и делает главный ток базы. Коэффициент α связывает ток коллектора и эмиттера и называется коэффициентом передачи тока эмиттера (Iк = α Iэ). Его численное значение равно 0.9 — 0.999. чем больше будет коэффициент α, тем эффективней транзистор будет передавать электроток. И этот коэффициент почти не зависит от напряжения коллектора - базы и базы - эмиттера. Поэтому в больших диапазонах рабочего напряжения ток коллектора пропорционален току на базе, коэффициент пропорциональности составляет β = α / (1 − α) =(10..1000).
Основные режимы работы биполярного транзистора: 1) Нормальный активный режим.Переход эмиттер-база открыт, а переход коллектор-база закрыт. 2) Инверсный активный режим.В этом режиме переход эмиттера имеет обратное включение, а переход коллектора включен прямо. 3) Режим отсечки.В этом режиме оба p-n перехода прибора закрыты, то есть, смещены в обратном направлении.4) Барьерный режим.В этом режиме база транзистора постоянного тока соединена накоротко или через резистор с его коллектором, а цепь эмиттера или цепь коллектора включает резистор, который задает электрический ток через транзистор.
44kw.com |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
у нас 50 КОм, 
КОм. Напряжение источника питания 
В. А сигнал на входе у нас будет представлять из себя синусоиду с амплитудой 1 В, вот такую:
.
). Вспоминаем из предыдущих статей, что 
В
мА
мА
:
В
В
В. Но это еще не все! На входе то синусоида, так что весь расчет необходимо повторить для значений входного напряжения, равных 4 В и 6 В.
В 
В
В 
В 
В
Теперь мы отчетливо видим, в чем состояла работа усилителя ) Немного изменилась постоянная составляющая входного сигнала (5 В => 6.2 В), но больше нас интересует амплитуда колебания. А она выросла в два раза! Само собой, усиление всего лишь в два раза – это не серьезно, такой усилитель никто использовать бы не стал. Так получилось из-за того, что все параметры мы выбрали для примера первые пришедшие в голову ) Но суть процесса усиления мы тут видим очень хорошо. Кстати, теперь понятно и почему сигнал на выходе биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером получается инвертированный относительно входного.
Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, который широко применяется в электронных изделиях, в том числе и компьютерных блоках питания.
Биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру с чередующимися видами полупроводников.
Вопрос на засыпку – почему нельзя заменить транзистор двумя диодами? Ведь в каждом из них есть p-n переход, не так ли? Включил два диода последовательно – и дело в шляпе!
Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления по току и может составлять величину от нескольких единиц до нескольких сотен.
Биполярный транзистор, подобно реле, может работать и в ключевом режиме. Если подать некоторый достаточный ток в базу (замкнуть кнопку S1), транзистор будет хорошо открыт. Лампа зажжется.
Так как биполярный транзистор представляет собой два p-n перехода, то проверить его цифровым тестером достаточно просто.
Затем надо изменить полярность щупов и повторить измерения.
Если в тестере имеется возможность измерения коэффициента передачи по току, то проверить работоспособность транзистора можно, установив выводы транзистора в соответствующие гнезда.
Тестер покажет на дисплее коэффициент передачи (усиления) тока, который нужно сравнить со справочными данными.
Пара Дарлингтона представляет собой два транзистора. Выходной ток первого транзистора является входным током для второго.
Некоторые транзисторы (мощные и высоковольтные) могут быть защищены от обратного напряжения встроенным диодом.
Встречается (к счастью, достаточно редко) «подлая» неисправность транзисторов. Это когда он поначалу работает, а по истечению некоторого времени (или по прогреву) меняет свои параметры или отказывает вообще.
