Использование транзисторов: Области применения транзисторов — изобретение транзистора

Области применения транзисторов — изобретение транзистора

Полупроводниковые приборы разрабатываются и совершенствуются в соответствии с перспективами и общими тенденциями развития радиоэлектронной аппаратуры, с учетом особенностей конкретных классов схем, в которых предполагается их использование.    Выпускаемые полупроводниковые приборы исчисляются Сотнями и тысячами наименований. Предназначенные для различных областей при­менения, они открывают возможности создания принципиально новых радиотехниче­ских устройств, существенно расширяют и улучшают их функции и возможности Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч. ). Только очень маленьких. Существует два основных типа транзисторов: биполярные, и полевые. В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом  (он же униполярный) — или электроны, или дырки. Также эти типы транзисторов различаются по областям применения. биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой. Транзисторы можно применять не только в схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.  Основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания. По виду выполняемой функции (целевому назначению) транзисторы можно разделить на усилительные, переключательные и генераторные. Общими для расчетов усилителей на транзисторах (постоянного тока, низкой частоты, промежуточной частоты, высокой частоты и др.) являются входное и вы­ходное сопротивления каскада, соотношения, определяющие усиление, частотные свойства, режимы работы, температурная стабильность и прочие показатели. В соответствии с назначением различают каскады предварительного усиления (напряжения, тока или мощности), предназначенные для получения максимального усиления (обычно по резисториой или трансформаторной схемам), и каскады усиле­ния мощности, обеспечивающие на заданной нагрузке необходимую (выходную) мощность при минимальных искажениях и мощности потребления от источника пи­тания. В усилителях, имеющих хорошую температурную и режимную стабилизацию, замена транзистора на однотипный с более высоким значением h3is обычно не при­водит к значительному увеличению тока коллектора в рабочей точке. Транзисторы некоторых типов используются в специфических классах схем и характеризуются рядом особенностей режима и условий работы. Эти специализи­рованные транзисторы образуют своеобразный класс приборов, например, транзисто­ры для схем с автоматической регулировкой усиления (АРУ), для усилителей про­межуточной частоты, для работы в микроампериом диапазоне токов, для работы в ВЧ- и СВЧ-диапазонах, лавинные транзисторы, сдвоенные, составные, двухэмиттер- Эые и т. п. Есть узлы, в которых требуются высоковольтные транзисторы. Оптимальное сочетание параметров и характеристик, удовлетворяющих различным требованиям, дает воз­можность использовать их в радиоэлектронной аппаратуре вместо некоторых уси­лительных и переключательных транзисторов (например, транзистор КТ630). Для схем с АРУ разработаны специальные транзисторы (германиевые и крем­ниевые), обладающие регулируемым усилением при увеличении рабочего тока (пря­мая АРУ). Уменьшение усиления таких транзисторов на высокой частоте происходит вследствие снижения frp при увеличении тока эмиттера и уменьшения напряжения на коллекторе (например, КТ3128, ГТ328). В связи с этим наблюдается сильная зависимость Кур от тока. Обычно транзисторы имеют меньшую зависимость коэф­фициента усиления от электрического режима. Для зарубежных транзисторов, пред­назначенных для АРУ, часто указывается глубина регулировки усиления (отноше­ние максимального коэффициента усиления к минимальному). Жесткие требования к экономичности радиоэлектронной аппаратуры в ряде специальных применений способствовали созданию кремниевых транзисторов, функ­ционирующих при малых токах (единицы и десятки микроампер)’, поскольку гер­маниевые транзисторы вследствие большого обратного тока коллектора для этой цели непригодны. Такие приборы (например, транзисторы КТ3102, КТ3107) имеют малые токи 1кБО и большие коэффициенты усиления. Однако при работе в микро­режиме у них ухудшаются частотные свойства, но несколько улучшаются шумо­вые характеристики. Кроме того, при малых токах обычно увеличивается зависи­мость параметров от температуры, снижается крутизна и затрудняется стабили­зация режима. Реализация большого коэффициента усиления по мощности в высокочастот­ных усилителях связана с уменьшением паразитной обратной связи, обусловленной проходной проводимостью транзистора Yi2. Разработаны транзисторы (напри­мер, КТ339АМ), у которых для снижения емкости обратной связи в транзисторную структуру введен интегральный экран (электростатический экран Фарадея), пред­ставляющий собой сочетание диффузионного экрана и дополнительного экранирую­щего диода. Применение интегрального экрана позволяет снизить емкость между коллекторным и базовым выводами в 2,5…4 раза (емкость С120 снижается до зна­чения ие более 0,3 пФ) и обеспечить большой коэффициент усиления Кур без при­менения схем нейтрализации. Лавинные транзисторы предназначены для работы в режиме электрического пробоя коллекторного перехода. В зависимости от схемы включения они могут иметь управляемые S-образные (со стороны коллектора или эмиттера) и N-образ- ные (со стороны базы) вольт-амперные характеристики. Использование обычных транзисторов в этом режиме принципиально возможно и встречается на практике, но при этом не обеспечиваются необходимые быстродействие, амплитуда импуль­сов, стабильность и надежность. Например, одной из причин, снижающих эффек­тивность применения обычных высокочастотных транзисторов в лавинном ре­жиме, является значительное снижение частоты frp при увеличении коллекторного тока.  Лавинные транзи­сторы применяются в релаксационных генераторах в ждущем или автоколеба­тельном режиме. Следует также отметить транзисторы, предназначенные для использования в инверсном включении (например, зарубежные транзисторы 2N2432, 2N2944 — 2N2946, 2N4138), которые имеют малое остаточное напряжение (менее 1 мВ) и применяются в модуляторах для стабильных усилителей постоянного тока, по­строенных по схеме модуляции — демодуляции, в схемах управления реверсивными двигателями, в логических схемах, амплитудных детекторах и других схемах. В некоторых схемах, например автомобильного зажигания и строчной развертки телевизоров, при запирании транзистор может переходить в режим инверсного включения при работе на комплексную нагрузку. Разработаны специальные модуляторные транзисторы, в основу которых по­ложены две транзисторные структуры. Это так называемые двухэмиттерные тран­зисторы, имеющие лучшие параметры инверсного включения (например, зарубеж­ные транзисторы 3N74—3N79, 3N108 — 3N111). У отечественного транзистора КТ118 остаточное напряжение менее 0,2 мВ. Для работы в выходных каскадах усилителя низких частот радиовещательных приемников, высококачественных магнитофонов, радио, телевизоров разработаны германиевые и кремниевые транзисторы разного типа проводимости. Они характеризуются слабой зависимостью коэффициента усиления от тока, высокой частотой fЬ21э, низким напряжением Ukb нас, что позволяет улучшить акустические показатели устройств в широком диапазоне звуковых частот. В свою очередь, это дает возможность упрощать схемы усилителей, уменьшать число применяемых транзисторов, повышать надежность и снижать себестоимость устройств. Зависимость коэффициента передачи h3ia от тока характеризуется коэффициентом линейности — отношением коэффициентов передачи при двух значениях тока эмиттера.

Применение биполярных транзисторов с микроконтроллерами / Хабр

В современном цифровом мире микроконтроллерам часто требуется выполнять какие-то действия в физическом мире людей с помощью различных механических, оптических, акустических и других внешних устройств. Транзисторы призваны согласовать микроконтроллер с исполнительными устройствами. В статье рассмотрим применение биполярных транзисторов в ключевых режимах.

Биполярный транзистор является по сути токовым прибором, током управляется и током управляет. По типу проводимости биполярные транзисторы бывают pnp и npn типа.

Наиболее часто используется схема включения с общим эмиттером. В этой схеме управление подается на базу через токоограничивающий резистор относительно эмиттера. Нагрузка подключается в цепь коллектора.

Схема управления светодиодом с рабочим током 50 мА

Светодиодом с рабочим током 50 мА нельзя управлять непосредственно от микроконтроллера, так как допустимый выходной ток с ножки обычно ограничен значением 10 мА – 20 мА.

Например, нам нужно включать/выключать инфракрасный светодиод BL-L513IRBC которым мы планируем управлять кондиционером.

Рисунок 1. Управление светодиодом через эмиттерный повторитель

Резистор R1 задает ток базы транзистора при включении и при выключении. Транзистор BC847C довольно маломощный и при токе 50 мА на коллекторе в режиме насыщения будет падать около 200 мВ. Падение на светодиоде составит 2.0 В. Резистор R2 нужно выбрать таким, чтобы ток через светодиод был равен 50 мА. При питании 12 В, и суммарном падении напряжения на транзисторе и светодиоде 2.2 В на резисторе будет напряжение 9.8 В. Чтобы получить ток 50 мА сопротивление резистора R2 должно быть 196 Ом.

Если взять более мощный транзистор, например, BC817-25, то напряжение насыщения коллектора у него будет меньше, около 40 мВ при токе коллектора 50 мА, но у более мощных транзисторов, как правило, меньше коэффициент усиления.

При питании коллекторной цепи от 12 В мы можем соединить несколько светодиодов последовательно и управлять ими одновременно (например, чтобы увеличить дальность работы нашего пульта управления) соответственным образом пересчитав токоограничивающий резистор R2.

Как выбрать резистор в базе транзистора? Транзистор BC847C имеет коэффициент передачи по току h_FE = 400 – 800. В линейном режиме это будет означать что ток базы (управляющий ток) во столько раз меньше тока коллектора (управляемый ток). Так как схема у нас работает в ключевом режиме, то ток базы необходимо установить больше. Чем больше ток базы, тем быстрей транзистор включится. Коэффициент во сколько раз ток базы превышает минимальный называется коэффициентом насыщения. Минимальный ток базы (с коэффициентом насыщения единица) который полностью откроет транзистор будет 50 мА / 400 = 0.125 мА. Так как характеристики транзистора меняются со временем, при изменении температуры, при изменении тока коллектора, от партии к партии, у разных производителей, правильным решением будет задавать коэффициент насыщения больше единицы, иначе может возникнуть ситуация при которой транзистор будет открываться не полностью и схема будет работать при этом не верно. Верхнее значение тока базы ограничено либо максимальным током базы по документации на транзистор, либо максимально допустимым током который может выдать выход микроконтроллера. Пусть максимальный ток базы у нас будет 10 мА.

Рассчитаем базовый резистор для схемы на рисунке 1. Напряжение на базе при насыщении принято считать 0.7 В. При питании микроконтроллера 3.3 В на базовом резисторе будет напряжение 2.6 В. Минимальный базовый ток 0.125 мА будет обеспечен сопротивлением 20800 Ом. Максимальный базовый ток 10 мА будет обеспечен сопротивлением 260 Ом. В данном случае у нас довольно широкий диапазон выбора сопротивления, можем взять 1 кОм.

Рассмотрим схему с другой нагрузкой

Рисунок 2. Управление мощной нагрузкой

Нам нужно включать мотор с рабочим током 0.7 А. Для включения нам потребуется более мощный транзистор. Возьмем транзистор SS8050 с максимально допустимым током коллектора 1.5 А. У этого транзистора минимальный коэффициент передачи тока 120. При токе коллектора 0.7 А, нам необходимо обеспечить минимальный ток базы 5.8 мА. С учетом того что необходимо реализовать коэффициент насыщения больше единицы, у нас остается рабочий вариант для тока базы 10 мА. При заданном токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения базы этого транзистора составит около 1.2 В (по документации на транзистор). Напряжение на базовом резисторе получится 2.1 В, Минимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.010 А = 210 Ом. Максимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.0058 А = 360 Ом. Если мы поставим базовый резистор больше 360 Ом, транзистор заведомо не будет открываться полностью и не обеспечит ток на выходе в 0.7 А.

При токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения коллектора составит около 0.2 В. Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора составит около 0.14 Вт, транзистор при этом будет заметно теплым.

Дополнительно отмечу, что электродвигатель постоянного тока является индуктивной нагрузкой и параллельно ему обязательно нужно ставить защитный диод который защитит транзистор от ЭДС самоиндукции при выключении транзистора. Номинальный ток этого диода должен быть равен или больше рабочего тока индуктивной нагрузки. Рабочее напряжение диода должно быть больше напряжения питания нагрузки.

Нужно указать на важный момент. Чем больше ток базы, тем быстрей включится транзистор, тем больше коэффициент насыщения. Чем больше коэффициент насыщения, там медленней транзистор будет выключаться. Задержка выключения может достигать нескольких сотен наносекунд. На первый взгляд эта величина кажется слишком маленькой чтобы обращать на нее внимание. Фактически, если вы станете управлять током через нагрузку с помощью ШИМ, или постараетесь увеличить скорость передачи данных через инфракрасный канал, вы увидите что задержка выключения транзистора будет очень сильно искажать сигнал.

Например, возьмем ШИМ частотой 20 кГц с разрешением 8 бит. Период ШИМ-а будет 50 микросекунд, разрешение одного шага составит около 200 наносекунд. Задержка выключения транзистора на 400 наносекунд поглотит разрешение двух младших бит и оставит от разрешения 8 бит всего 6 бит динамического диапазона.

Для увеличения скорости выключения транзистора есть способы которые мы рассмотрим позже.

Рассмотрим еще одну схему, которая обладает рядом интересных свойств

Рисунок 3. Схема стабилизации тока

Эта схема также с общим эмиттером. В ней отсутствует резистор в цепи базы, и ток базы задается сопротивлением резистора в цепи эмиттера. Через этот резистор течет ток базы и ток коллектора (ток управления и ток нагрузки). Получается отрицательная обратная связь: при увеличении тока нагрузки, будет увеличиваться ток через эмиттерный резистор и при этом будет увеличиваться падение напряжения на эмиттерном резисторе. Так как напряжение на базе у нас фиксированное, 3.3 В, то при увеличении напряжения на эмиттерном резисторе напряжение на эмиттерном переходе транзистора будет уменьшаться, при этом будет уменьшаться ток базы и транзистор будет закрываться. Таким образом, будет стабилизироваться эмиттерный ток транзистора. Так как базовый ток в коэффициент усиления раз меньше коллекторного, то его влияние на напряжение эмиттерного резистора незначительное и, при первом приближении, его можно не учитывать при расчете и считать что ток эмиттера приблизительно равен току коллектора .

Сопротивление эмиттерного резистора рассчитать довольно просто. При управляющем напряжении 3.3 В, и падении на эмиттерном переходе 0.7 В напряжение на эмиттерном резисторе получается 2.6 В. При целевом токе в нагрузке 50 мА, сопротивление эмиттерного резистора должно быть около 52 Ом.

Эта схема позволяет стабилизировать ток нагрузки, то есть, при изменении напряжения питания нагрузки (или при изменении сопротивления нагрузки) ток через нагрузку останется постоянным. Мы можем поставить один светодиод, два или три при этом эмиттерный резистор менять не придется и ток через светодиоды будет один и тот же. При этом нужно отметить, что в этой схеме избыточное напряжение падает на транзисторе и нужно учитывать мощность рассеиваемую на транзисторе.

Транзистор в этой схеме работает в линейном режиме и не входит в насыщение. Это позволяет транзистору быстро открываться и быстро закрываться.

В этой схеме только один резистор вместо двух, что так же может иметь важное значение в практическом применении.

Важно чтобы напряжение управления базы было стабильным, так как оно является опорным для стабилизации тока.

Для питания коллекторной цепи этой схемы требуется напряжение большее чем напряжение управляющего сигнала.

Способы сократить время выключения транзистора

Если у нас стоит базовый резистор и мы управляем транзистором от вывода микроконтроллера с питанием 3.3 В, то получается что мы включаем транзистор током с 3.3 В , а выключаем транзистор током через тот же резистор, но током с напряжения 0.7 В, то есть ток базы на выключение транзистора получится меньше.

Рисунок 4. Время выключения транзистора 1200 нсек

Это одна из причин почему выключается транзистор медленней. Для увеличения скорости выключения транзистора мы можем применить такую схему.

Рисунок 5. Время выключения транзистора 400 нсек

В схеме на рисунке 5, при выключении, когда выходной сигнал с микроконтроллера становится равным 0 В, получается что оба резистора 300 Ом и 200 Ом соединяются параллельно и суммарное сопротивление становится меньше, что приводит к увеличению тока базы транзистора при выключении. Это увеличивает скорость выключения транзистора.

Еще один способ увеличить скорость выключения транзистора, это сократить глубину насыщения транзистора при включении. Диод подключенный от базы на коллектор уменьшит глубину насыщения. Вначале включения на коллекторе высокое напряжение, диод закрыт и весь ток базового резистора течет через эмиттерный переход транзистора. Когда напряжение на коллекторе станет ниже напряжения базы, этот диод начнет шунтировать эмиттерный переход и часть тока базового резистора потечет через диод при этом ток через эмиттерный переход уменьшится и это сократит глубину насыщения транзистора.

Рисунок 6. Задержка выключения транзистора составляет около 20 нсек

Каскад увеличения выходного тока на биполярных транзисторах.

Эта схема позволяет увеличить ток на выходе. Это полумостовая схема. В ней используется два транзистора различной проводимости, комплементарная пара транзисторов. Оба транзистора, и верхний и нижний, в этой схеме включены по схеме с общим коллектором. Включение с общим коллектором обладает такой особенностью, что выходное напряжение не может быть больше входного напряжения, при этом происходит усиление тока.

Рисунок 7. Схема увеличения выходного тока

При построении полумоста на полевых транзисторах нужно особым образом проектировать схему управления, и если оба транзистора управлять от одного сигнала, то в момент переключения будет течь сквозной ток с питания на землю, так как один транзистор уже включился, а другой еще не успел выключиться.

Сквозной ток плох тем, что он будет увеличивать потребление, сквозной ток будет создавать мощную помеху и может вывести транзисторы из строя. Для устранения этого для управления полумостом полевых транзисторов используют два сигнала, на один транзистор подается сигнал отключения, затем пауза на время отключения транзистора (мертвое время, deadtime), затем подается сигнал на включение второго транзистора. Такой способ заметно усложняет схему управления и требует два различных сигнала управления. Полумостовая схема на биполярных транзисторах включенных с общим эмиттером тоже требует мертвое время при переключении для исключения сквозного тока.

Схема изображенная на рисунке 7 с биполярными транзисторами включенными по схеме с общим коллектором лишена такого недостатка, и полумост может управляться одним сигналом. То есть сквозной ток через оба транзистора при переключении в схеме на рисунке 7 отсутствует.

Дополнительным достоинством этой схемы, является отсутствие резисторов.

Так же, транзисторы в этой схеме работают без насыщения, то есть максимально быстро включаются и отключаются, что позволяет применять эту схему как усилитель ШИМ.

Недостатком этой схемы является падение на транзисторах. На примере нижнего транзистора. Когда мы переводим сигнал управления на базе с 3.3 В на 0 В, нижний транзистор начинает включаться. При этом напряжение на эмиттере транзистора не может стать равным нулю, так как в этом случае через эмиттерный переход будет отсутствовать ток открывающий транзистор. Таким образом минимальное напряжение на выходе этого каскада составит около 0.7 В. Аналогичная ситуация и с верхним транзистором, максимальное напряжение на выходе каскада не может быть больше чем напряжение питания минус 0.7 В.

Как можно использовать каскад усиления тока

Если взять два таких полумоста с питанием равным напряжению питания микроконтроллера, сделать сигнал ШИМ и его инверсию (либо отдельным инвертором, либо конфигурацией выходов в микроконтроллере) и подать каждый сигнал на свой полумост, то получится довольно мощный усилитель, например для генерации звука.

Рисунок 8

При питании усилителя от 3.3 В Размах напряжения на выходе составит 3.3 В — 2 * 0.7 В = 1.9 В. При использовании динамической головки сопротивлением 4 Ом ток через нее составит около 0.4 А и максимальная мощность на нагрузке получится чуть больше половины Ватта. Что довольно таки хорошо для такого простейшего усилителя ШИМ. Питание этой схемы усилителя нужно качественно фильтровать, так как любое изменение напряжения питания будет отражаться на изменении тока через нагрузку.

При применении микроконтроллера с питанием 5 В так же можно увеличить напряжение питания усилителя до 5 В, при этом выходная мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом получится около 3 Вт. При этом нужно взять транзисторы с большим допустимым током коллектора, например комплементарную пару SS8550 (pnp) и SS8050 (npn), они допускают ток коллектора до 1.5 А, транзисторы придется дополнительно охлаждать.

Эту же схему можно использовать для управления коллекторными моторами с применением ШИМ. Схема позволяет менять направление вращения электромотора. При использовании более высокого напряжения питания этого усилителя тока требуется также увеличить напряжение управляющего сигнала.

Рисунок 9. Мост управления коллекторным двигателем

Для приведения уровня управляющего сигнала с 3.3 В до 15 В применен транзистор.

В этой схеме для управления каждым полумостом используется логическая микросхема 4069 (CD4069UB). В этой микросхеме шесть логических инверторов, питание микросхемы может осуществляться от 3 В до 18 В. Для управления мостом необходимо подать питание на эту микросхему от того же напряжения питания что и мост. Эта же микросхема используется для формирования инверсного сигнала для второго полумоста. Для того чтобы на нагрузку можно было подать максимальное напряжение 12 В с учетом падения на транзисторах, увеличено напряжение питания моста до 15 В. В этой схеме реализован режим управления током нагрузки fast decay. Для реализации режима slow decay потребуется отдельное управление для каждого полумоста.

Для упрощения понимания в статье рассматриваются только основные параметры, и характеристики реальных каскадов будут несколько отличаться. Все схемы приведенные в статье промоделированы в LTspice

Раз вы дочитали до этого момента – значит статья вас заинтересовала. Поддержите автора донатом!

https://donate.stream/ya4100117341489066

Что такое транзистор и для чего он используется?

Автор
Джон Ава-абуон

Опубликовано 5 июля 2022 г.

Эти крошечные электронные компоненты жизненно важны для устройств, которые мы знаем и любим сегодня.

Транзисторы — одно из самых важных изобретений 20-го века. Вы можете найти их почти в каждом электронном устройстве, от радиоприемников до телевизоров и компьютеров. Но что такое транзистор и как он работает?

Что такое транзистор?

Транзистор представляет собой электронное устройство с тремя выводами, которое усиливает или переключает электронные сигналы. Его основными компонентами являются два полупроводниковых материала, обычно кремний, с противоположными свойствами, известные как p-тип и n-тип.

Когда два материала соединяются вместе, они образуют барьер истощенного слоя. Этот слой действует как переключатель, позволяя электрическому току протекать или не протекать, в зависимости от напряжения, подаваемого на третий вывод, известный как затвор.

Транзисторы присутствуют почти во всех электронных устройствах и являются важными компонентами интегральных схем или микросхем. Изобретенные в 1947 году Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли из Bell Laboratories, транзисторы произвели революцию в электронике, сделав возможными более компактные, дешевые и более надежные устройства.

Транзисторы состоят из трех основных частей:

• База
• Коллектор
• Эмиттер

Базовая клемма управляет потоком тока между двумя другими клеммами. Коллектор собирает ток, идущий от базы, а эмиттер излучает ток от коллектора.

Транзисторы

могут работать как усилители или переключатели. Транзистор увеличивает ток, протекающий через него, когда используется в качестве усилителя. Транзисторы могут включать или выключать ток при использовании в качестве переключателя.

Как работает транзистор?

Работа транзистора очень проста. Когда ток не протекает через базу, транзистор находится в выключенном состоянии. Это означает, что через клеммы коллектора и эмиттера не может протекать ток.

При подаче тока на клемму базы транзистор переходит во включенное состояние. Это позволяет току течь через клеммы коллектора и эмиттера. Величина тока, который может протекать через транзистор, зависит от величины, подаваемой на базовую клемму.

Что делают транзисторы? Применение транзисторов

Транзисторы

используются в различных электронных устройствах и имеют широкий спектр применения.

Микросхемы компьютерной памяти

Одним из наиболее распространенных применений транзисторов являются чипы компьютерной памяти. Эти чипы хранят информацию в виде электрических зарядов, а транзисторы действуют как крошечные переключатели, которые могут включать и выключать заряды. Это делает их идеальными для хранения данных, поскольку они могут хранить множество информации в компактном пространстве. Кроме того, они быстрые, что важно для компьютеров, которым необходимо быстро получать доступ к большим объемам данных.

Переключатели

Транзисторы

часто используются в качестве переключателей, поскольку они быстро включаются и выключаются. Это делает их идеальными для цифровых цепей, где они могут с большой точностью управлять потоком электричества.

Усилители

Еще одно применение транзисторов — усилители. Усилители берут слабый электрический сигнал и усиливают его, делая его сильнее. Первое коммерческое применение транзисторов было в слуховых аппаратах и ​​карманных радиоприемниках. Сегодня транзисторы используются во множестве приложений для усиления звука, например, в стереосистемах и усилителях музыкальных инструментов.

Цифровые логические схемы

Транзисторы

также используются в цифровых логических схемах. Цифровые логические схемы являются строительными блоками цифровой электроники, такой как компьютеры и сотовые телефоны. Эти схемы используют транзисторы для выполнения булевых логических операций, которые являются основой для всех цифровых вычислений.

Транзисторы — строительные блоки современной электроники

Мы прошли долгий путь с тех пор, как в 1947 году был изобретен первый транзистор. Сегодня транзисторы можно найти во всем, от сотовых телефонов до автомобилей, и они играют важную роль в нашей жизни.

Хотя вы, возможно, не задумываетесь о них, транзисторы за кулисами гарантируют, что ваш телефон звонит, ваша машина заводится, а ваше любимое шоу идет по телевизору. Надеюсь, это помогло вам лучше понять один из самых фундаментальных компонентов всей электроники.

Использование транзистора — принцип, области применения, примеры и часто задаваемые вопросы

Если мы почитаем историю электронных устройств, то увидим, что одним из наиболее важных компонентов этих устройств была вакуумная лампа (электронная лампа). Эта трубка использовалась для управления электрическим током. Эти лампы были больше, требовали более высокого рабочего напряжения, высокое энергопотребление означало высокое тепловыделение, что, в свою очередь, влияло на срок службы лампы из-за ее низкого КПД.

На этой странице мы узнаем о следующем:

Чтобы решить эту проблему, трое американских физиков Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли изобрели компактное и эффективное полупроводниковое устройство под названием точечный транзистор в лабораториях Белла в декабре.

Транзистор

Транзистор — это вид полупроводника, который используется в качестве проводника и изоляции электрического тока или напряжения. Проще говоря, транзистор — это регулятор потока электрических сигналов. Прочтите следующие пункты, чтобы узнать больше о транзисторе:

• Транзисторы являются мощными устройствами из-за их способности управлять током, протекающим по цепи (устройство управления током), который генерируется потоком электронов и дырок. Существует два типа: NPN (отрицательный-положительный-отрицательный) и PNP (положительный-отрицательный-положительный).

• Наиболее широко используемыми транзисторами являются NPN-транзисторы, поскольку большинство носителей заряда представляют собой электроны, которые являются более мобильными частицами заряда с меньшей массой, благодаря чему они могут легко ускоряться.

• Это полупроводниковое устройство, которое действует как переключатель и усилитель. Транзисторы могут работать от низковольтного источника питания для большей безопасности, что означает, что они обеспечивают более высокий КПД и очень долгий срок службы.

• Транзисторы используют полупроводниковые переходы вместо нагревательных электродов, но выполняют ту же функцию, что и вакуумный триод.

• Транзисторы могут управлять потоком тока через один канал, изменяя интенсивность небольшого количества тока, протекающего через второй канал. Вот почему они называются устройством управления током.

Детали транзистора

Транзистор представляет собой комбинацию трех выводов, изготовленных из полупроводниковых материалов, которые помогают в подключении к внешней цепи и пропускают ток. Три клеммы:

1. База: База активирует транзистор. Он тонкий и слегка легированный. Он расположен в центре транзистора.

2. Эмиттер: Эмиттер представляет собой отрицательную клемму транзистора. Он сильно легирован и имеет умеренный размер.

3. Коллектор: Коллектор — это отрицательный вывод транзистора. Он расположен на правой стороне транзистора и умеренно легирован. Он больше излучателя.

Как работает транзистор?

Биполярный переходной транзистор или BJT состоит из трех выводов: базы, эмиттера и коллектора. Между базой и эмиттером существует p-n переход, а между базой и коллектором существует еще один переход. Обычно в BJT, когда ток протекает через переход база-эмиттер, ток будет течь в цепи коллектора. Это называется смещением, и переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, тогда как переход база-коллектор смещен в обратном направлении.

Основы транзисторов с биполярным переходом

Поскольку контролируемый ток должен проходить через два типа полупроводниковых материалов, ток состоит как из потока электронов, так и из потока дырок в разных частях транзистора, и они бывают двух типов:

1. n-p-n Транзистор с переходом

2. Транзистор с переходом p-n-p

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT): IGBT — силовой полупроводниковый прибор, используемый в качестве электронного переключателя во многих мощных и современных устройствах, таких как электромобили, поезда, холодильники с регулируемой скоростью, системы кондиционирования воздуха.

Каковы характеристики транзистора?

Характеристика транзистора представляет собой график, построенный для каждого типа конфигурации, который показывает зависимость между током и напряжением транзистора.

В основном существует два типа характеристик:

1. Входные характеристики: Показывает изменение входного тока при изменении выходного тока при постоянном выходном напряжении.

2. Выходные характеристики: На этом графике показан график изменения выходного тока по отношению к изменению выходного напряжения при постоянном входном токе.

Преимущества использования транзисторов

Было доказано, что транзистор является очень важным изобретением в науке. Он имеет множество применений и преимуществ:

• Он небольшого размера и очень экономичен.

• Для работы требуется очень низкое напряжение.

• Он имеет долгий срок службы и не требует питания для работы.

• С помощью транзистора можно разработать одну интегральную схему.

• Ток на клеммах быстро переключается.

Ограничения использования транзисторов

Несмотря на то, что транзисторы чрезвычайно эффективны, существуют некоторые ограничения их использования:

• Транзисторы очень легко выходят из строя из-за изменений электрических и температурных условий.

• Им не хватает более высокой подвижности электронов.

• Они могут пострадать от радиации.

Узнайте больше о транзисторах, посетив наш веб-сайт, где вы найдете примечания, вопросы, ответы, решения и многое другое! Вы можете скачать все, что вам нужно бесплатно!

Использование транзистора

Напряжение смещения Vbe, создаваемое в переходе база-эмиттер. Из-за прямого смещения перехода база-эмиттер электроны начинают течь от эмиттера для рекомбинации с дырками в базе, база становится отрицательно заряженной. Если ток базы Ib увеличить на небольшую величину, рекомбинация дырочных электронов будет нейтрализована, ток коллектора Ic увеличится. Поэтому небольшое изменение тока Iб в базе.

• Микрофон: Микрофон — это преобразователь, который преобразует наш голос или звуковую волну в электронный сигнал. Поскольку звуковая волна не имеет постоянной величины, величина звуковой волны меняется со временем в зависимости от нашего голоса.

Электрический выход микрофона меняется в зависимости от звуковых волн, поскольку базовый ток Ib изменяется из-за небольшого переменного напряжения, создаваемого микрофоном, что означает, что небольшое изменение Ib может вызвать большое изменение Ic.

При этом выход микрофона подается на транзистор как на вход. Изменяющийся ток коллектора Ic течет в громкоговоритель, и мы знаем, что если есть изменения на входе транзистора, это приведет к большим изменениям на выходе транзистора. Таким образом, транзистор усиливает электронный сигнал микрофона.

Частота остается постоянной, но амплитуда звуковой волны из громкоговорителя выше, чем звуковая волна, поступающая в микрофон.

Электронный генератор представляет собой устройство, генерирующее непрерывные электрические колебания. В простой схеме генератора параллельный LC-контур используется в качестве резонансного контура, а усилитель используется для подачи энергии в резонансный контур.

Частота резонансно усиливается, и выход действует как источник переменного напряжения этой частоты.

Резюме

• При нормальной работе транзистора переход эмиттер-база всегда смещен в прямом направлении, тогда как переход коллектор-база смещен в обратном направлении.